恊働ロボットを正しく選定するには？

FANUCの協働ロボット

名前の由来

協働ロボットの概念は、ノースウェスタン大学（Northwestern University）の機械工学の教授であるマイケルペシュキン(Michael Peshkin)と、その同僚であるエドコルゲート(Ed Colgate) によって20年以上前に発明されました。 当時ロボティクス部門は、人間との協力ではなく、ロボットの自律性に焦点を当てていました。 この2人の教授は、人間の方が上手くこなせる作業があるため、人間を作業から常に除外するべきではないと提案しました。 ただし人間にとってより困難な作業はロボットに任せるべきです。 つまり人間とロボットの協働作業の考え方は、すでに存在していたのです。

定義

協働ロボットとは、人間と共通の産業環境で安全に動作するように設計された6軸以上の次世代の多関節ロボットです。

• それらは小型また軽量のアームや二重関節アームの形状です。
• 部品の組み立てや荷物の持ち上げ、移動などに使用されています。 生産ラインの終わりでの包装にも適しています。
• 協働ロボットは、常に作業員の監督の下で動作します。
• 多くの協働ロボットは、平均5kg〜100kgの重さの部品を取り扱います。 航空学で使用される協働ロボットは、300キロまでの重量を持ち上げることができます。
• 周囲の環境を把握するためのセンサーとカメラを備えているため、作業員を検出し衝突を避けることができます。
• 人間と密接に働くので、産業用ロボットよりも動きは遅く、ア－ムが抵抗に遭遇すると停止するようにプログラムされています。
• 安全性を確保するために、多くの協働ロボットは手で軽くたたくだけで起動/停止します。

Universal Robotの協働ロボット

協働ロボットは、従来の産業用ロボットに比べて大きな利点があります:

• 協働ロボットの潜在力はその生産性と効率にあり、非常に反復的であり退屈で、痛くて危険な仕事を行う上で人間を助けます。 お陰で人間の作業員は、最も熟練した付加価値の高い作業に集中することができ、最終的に品質が向上します。
• また設置とプログラムがすぐにできます。
• 移動することができない重くて硬い産業用ロボットとは異なり、協働ロボットは1つの仕事から別の仕事へ、そして再プログラムなしで作業員によって動かすことができます。
• 協働ロボットは防護壁なしで動作します。 囲いは非常に高価である場合が多いので、それを排除するとことでコスト削減になります。
• 産業用ロボット（最低価格1万ユーロ）よりも安価であり、特定の作業を自動化する目的で低予算の企業に適しています。
• 作業場を変える必要もありません。
• より安全に人間の近くで作業ができます。
• 協働ロボットは全自動化ロボットよりも優れており、汎用性が高く、製品生産の変化に適応できます。

協働ロボットは、他の産業用ロボットよりも種類が少なく、 一般的に中小型の多関節ロボットです。

しかしながら正確な基準に従って選択することが重要です：

• 最大積載量（ペイロード）
• リーチ
• 軸の数（一般的に6軸か7軸、YuMiのような協働ロボットのタイプは、関節式アームの組み合わせで14軸に達することができます）。

以下の表は、現在市場で販売されている主な協働ロボットで利用可能な技術と、その用途をまとめたものです。

ABB Roboticsの協働ロボット

協働ロボットは繰り返しの多い作業や簡単な用途、また100 kgを超えない積載量に適しています（ただし、荷重が300 kgに達する可能性がある航空学を除く）。

一般的な用途:

• 組立ライン:接着および溶接作業。
• 生産ライン:研磨作業、レーザーマーキング、ライフサイクルテスト、包装、パレタイズ。
• 機械:例えば機械加工のために機械内に部品を配置する作業。
• ピックアンドプレース:トレイから取り出してトレイに置く作業。
• 簡単な用途:ロボットによる部品の移動と人間によるプロセスの終了。

協働ロボットは自動車から家電まで、物流、農業、医療などの様々な分野で使用されています。

自動車業界は、人間と機械の共同作業を初めて成立させました:

• 2013年にBMWは、車のドア組立ラインに協働ロボットを配置し始めました。
• 2013年にフォルクスワーゲンは、エンジンにグロープラグを取り付けるための協働ロボットを発表しました。
• 2015年にアウディは、ドイツの組立ラインで高さ1.40 mの双腕協働ロボットを紹介しました。

航空産業:

• ボーイング社はシアトルに777の組立ラインに協働ロボットを配備しました。
• Nextageは、日本企業であるカワダロボティクスによって設計されたヒト型双腕協働ロボットで、A380機の組み立てに使用されています。

エレクトロニクス分野：

• 協働ロボットは、組み立て作業やライフサイクルテストに使用されています。

KUKAの協働ロボット

従来の産業用ロボットとは異なり、非常にプログラミングが簡単です。

• 必ずしもコ－ドを書く必要がありません。 含まれているソフトウェアは非常に直感的ですが、プログラムを使うことを学ぶ必要がないというわけではありません。
• 協働ロボットに利用できるもう1つのオプションは、学習によるプログラミングです。ロボットを操作して何をすべきかを教えるだけです。

学習によるプログラミングは作業場で直接でき、アプリケ－ションを介して行われます。 協働ロボットをどうプログラムするには:

• アプリケーションをダウンロードして、そのタスクを作成します。
• ロボットの手を取ることで必要な動作を教えます。そしてアプリケーションに学習内容を保存してください。
• ロボットはその後1人で作業ができます。
• 必要に応じて製造中に再プログラムしてください。

協働ロボットは人間と安全に働くように設計されていますが、それでも産業用ロボットです。 そのため産業環境で動作する他の機器と同様に、安全基準をクリアする必要があります。

2016年以降 ISO / TS 15066規格は、協働ロボットの製造業者および利用者に具体的なガイドラインを提供しています。

この規格とは？

• 協働ロボットは、人間と物理的に接触するように造られているので、規格は接触を除外しません。
• 規格では、協働ロボットの力と圧力の閾値が定められています。
• したがって安全性は衝突を回避することではなく、怪我をすることなくロボットに接触した時に作業員が耐えられる力と圧力にあります。

閾値

• 規格は人体 29 部位に対して閾値を示しています。
• 胸部の力の閾値は140Nまでとなっています。
• 胸骨と胸筋にかかる圧力閾値は120N/cm2、また170/cm2です。

KUKAの移動式働ロボット

移動ロボットは産業用ロボットの新しいタイプです:

• 自律型でもプラットフォーム上でも、移動ロボットはロボット分野の大きな革命と言えます。
• より柔軟で、レーザー誘導システムで地面や磁石にマーキングすることなく工場内を移動できます。
• 静的恊働ロボットと同じくらい安全で、人間と一緒に働くことができます。*
• す市場に出ている恊働ロボット： KUKAのOmniRobとBoschのAPAS

人工知能を組み込んだ恊働ロボットも将来的に有望です。 人工知能を持つ恊働ロボットには、タスクを教えプログラムする必要があります。 将来的にはAIによって基本的なタスクをロボットに見せるだけで、ロボットはタスクを再現でき、改善までできるようになります。

メ－カ－は、恊働ロボットと人間が対話できるように 言語機能にも取り組んでいます。 例えばKUKAは、PNL技術を用いた神経言語プログラミングを開発しています。