産業用ロボット：主な種類と代表的な用途

2021年10月20日, 10:00

「強制労働」を意味するチェコ語の「ロボット」は、1920年代に初めて登場した言葉です。しかし、産業用ロボットが自動車組立工場の製造ラインに導入されたのは、1960年代になってからでした。

科学的な定義によると、産業用ロボットとは「産業オートメーションの用途に使用するため、固定式または移動式で、3軸以上でプログラムでき、自動制御・再プログラム可能な多目的マニピュレーター」です。しかし製造業では、産業用ロボットを、生産作業に必要な危険または反復的な作業を高い精度で行える労働者として捉えています。

最初の産業用ロボット「Unimate」は、1961年にニュージャージー州イーウィング・タウンにあるGeneral Motorsの工場の組立ラインに加わりました。これは自動化された射出成形機で、生産ライン上の高温のドアハンドルなどの自動車部品を冷却液の槽に浸し、その後作業員のもとへ運んで仕上げと研磨を行わせるものでした。

産業用ロボットのプログラム可能性は、多様な作業に使えるようにする手段としての役割が大きかったものの、実際にはロボットに知能を与えるものではありませんでした。ロボットは単調で危険な作業を、その精度と再現性を活かして行いました。その結果、国際ロボット連盟のデータによると、2010年以降、自動車産業が産業用ロボットの最大のユーザーとなっています。

産業用ロボットは登場以来、あらゆる業種で関連する職場に革命をもたらしてきました。実際、産業用ロボット市場の成長は目覚ましいものです。ある予測では、2027年までに市場規模は660億ドル以上に達し、この期間の年平均成長率は15.1%になるとされています。

産業用ロボットの歴史的に一般的な10の用途

アーク溶接。 1980年代に一般的になりました。ロボット溶接への移行の原動力の一つは、作業員がアーク火傷や有害なヒュームを吸い込む危険を減らすことです。
スポット溶接。接触する2つの金属表面を、接合点に大電流を流すことで接合します。金属が溶けて溶接部が形成され、その時間は非常に短く（約10ミリ秒）です。
マテリアルハンドリング。マニピュレーターロボットは、製品の移動、梱包、仕分けに使用されます。また、ある機器から別の機器へ部品を移動させる機能を自動化することもできます。直接的な人件費が削減され、従来人間が行ってきた単調で危険な作業の大部分がなくなります。
機械への供給。機械への供給用ロボット自動化とは、機械が作業している間に、加工用の原材料を投入し、完成品を取り出す工程のことです。
塗装。ロボット塗装は、製品の品質と安定性を高めるため、自動車産業やその他多くの業界で使用されています。手直しが減ることでコスト削減も実現します。
ピッキング、梱包、パレタイジング。ほとんどの製品は、最終出荷前に複数回取り扱われます。ロボットによるピッキングと梱包は、速度と精度を高めるとともに、製造コストを削減します。
組み立て。ロボットは定期的に製品を組み立て、人間を単調な作業から解放します。ロボットは生産性を高め、運用コストを削減します。
機械による切断、研削、バリ取り、研磨。ロボットの操作性が向上したことで、従来は自動化が非常に困難だった生産工程にも対応できるようになりました。その例が、膝関節や股関節などの整形外科用インプラントの製造です。股関節の研磨は手作業では通常45〜90分かかりますが、ロボットは同じ作業をわずか数分で行えます。
接着、シーリング、塗布の材料。シーリングロボットは、多数のロボットアームの構成によって作られており、あらゆる種類の製品に接着剤を塗布することができます。この用途の主な利点は、最終製品の品質、速度、安定性が向上することです。
その他の工程。検査、ウォータージェット切断、はんだ付けを行うロボットなどがこれに含まれます。

産業用ロボットの主な5つの種類

国際ロボット連盟によると、産業用ロボットには5種類以上ありますが、最も一般的なものは機械構造によって分類できますし、分類すべきです。

直交型ロボット（デカルトロボット）は、デカルト座標系（X、Y、Z）に従う3つの直線軸で動作します。つまり、3つのスライド式ジョイントを使い、上下、前後、左右に移動します。直交型ロボットは最も広く使われている産業用ロボットで、通常はCNC工作機械や3Dプリンティングに使用されます。
SCARA型ロボットは、選択的柔軟性を持つ水平多関節型ロボット（SCARA）で、平面内で柔軟性を発揮する2つの平行な回転ジョイントを備えています。SCARA型ロボットは通常、組み立てに使用され、横方向の動きを得意とします。
多関節型ロボットは、2つから10個（またはそれ以上）のジョイントを持ち、ねじれジョイントで基部に接続されています。人間の腕に似た形状で、梱包、塗装、金属鋳造などの産業用途で一般的に使用されます。
パラレルリンク型ロボット（デルタロボット）は、共通の基部でつながれたクモのような形状のロボットで、食品、医薬品、電子機器の製造で広く使用されています。デルタロボットは、高速での高い精度により、高速なピックアンドプレースに一般的に使用されます。
円筒座標型ロボットは、小型で限られたスペースに適しているとされ、回転運動のための少なくとも1つの回転ジョイントと、直線運動のための直動ジョイントを備えています。円筒座標型ロボットの一般的な用途には、簡単な組み立て、射出成形、機械への供給などがあります。

産業用ロボットとその用途の未来

歴史的には上記の用途やロボットの種類が最も一般的だったかもしれませんが、今日のロボットは機械構造にあまりこだわらなくなっています。ロボットはデータを収集する存在になりつつあります。初期の世代のロボットは自分たちだけの世界に隔離される必要がありましたが、今日では労働力の一部として統合できるようになっています。

かつてロボットは、通常は固定された場所で、非常に特定の作業を行うよう求められていました。しかし今日では、環境に優しいセンサーの普及により、産業用ロボットの協働利用が急速に進んでいます。このセンサーは、ロボットのフォームファクターと機能に影響を与えています。現在、これら協働型産業用ロボット、いわゆるコボットは、工場のオペレーターと共に働き、人間の作業のごく一部を担当しています。

センサーの普及により、ロボットは人と共存して働き、周囲の環境に関する情報を記録できるようになりました。その結果、生産工程のあらゆる段階でデータを収集し、完全な管理と詳細なデータ分析を行い、将来より良い意思決定を下すことができます。

ロボット工学の進歩により、工場からロボットを取り出して移動可能で自律的なものにし、小売業などの全く新しい用途に使うこともできるようになっています。2019年には、Ahold Delhaizeが店舗運営の改善を目的に開発されたBadger Technologiesのロボットを発表し、自律型ロボットが食料品店を席巻しました。多数のセンサー、ナビゲーションシステム、カメラを搭載したこのロボットは、従業員や買い物客と一緒に通路を移動し、こぼれた液体などの危険な状態がないか床をスキャンします。同時に、不足、誤った数量、または不適切な注文の在庫情報も保存します。

他の産業（例えば農業）では、ドローンが畑を調査し、作物の欠陥を見つけることができます。水分量を分析して作物の成熟度を判断することも可能です。移動型ロボットやドローンは、石油・ガスパイプラインや送電網を監視し、定期点検を行って保守が必要な兆候を検出することで、保守チームを効率的に誘導します。

本質的に、ロボットは依然として、従業員が好まない定型的で単調かつ手間のかかる作業を行いながら、業務改善に役立つ貴重なデータを提供しています。センサーやその他の最新技術がなければ、これは不可能でしょう。人工知能はもちろん、このような機器を開発する上で重要な要素です。AIはロボット工学の可能性を変えるでしょうが、それが実現するまでには少なくとも10年はかかります。

産業用ロボット分野では、成功は指数関数的な成長にかかっています。関連産業で指数関数的に進化する技術曲線を活用し、その導入を促進します。このような産業に技術革新を推し進めるのは困難ですが、「外部」の産業から技術を取り入れれば、可能性は無限に広がります。