真空ロボットハンドを搭載した協働ロボットはどこまで作業効率を高められるのか

ホワイトペーパー 真空ロボットハンドを搭載した協働ロボットは どこまで作業効率を高められるのか

目次 1. 思い描いていた未来は、もう手の届くところにあります 03 2. 自動化 - 成長し続ける市場規模 04 3. 技術 - 真空ロボットハンドの実用 06 4. アプリケーション 08 5. 未来のためのスマートテクノロジー 10 6. シュマルツ - 自動真空搬送のマーケット・リーダー 12 2

思い描いていた未来は、 もう手の届くところにあります ロボットは、現代のデジタル社会において欠かせないものです。ロボットは自動車 を組み立てたり、品物やワークを仕分けたりすることができます。またロボットは マイクロチップを生産し、細胞核レベルのミクロな世界から深海や宇宙空間に至 るまでありとあらゆる空間で活躍しています。そして、床を掃除したり芝を刈ったり するロボットもあります。負荷が大きい、単調である、汚れる等の仕事となると、 ロボットはその実力を発揮します。人にできない、もしくは危険な作業においても 同様です。つい最近まで、ロボットは大規模な生産工場における設備として、また は一般家庭で使用される家電の仲間として認識されていました。もしくは、おそら くテレビでしか見られなかったかもしれません。 しかし今やロボットは、手工業や中小企業でのプロセスを自動化するための現実的 な選択肢でもあるのです。最新技術によって、ロボットのための多くの新しいアプ リケーションが生み出されています。 今日急成長している領域として、人と協働する協働ロボットの分野があります。協 働ロボット（コボット(1)）は、安全機能によって人と分離されることなく、並行して (1) コボットとは、「コラボレー 作業を行います。同時に協働ロボットは、産業用ロボットと同じように、負荷が大 ション」と「ロボット」を組み きかったり、単調であったり、不快である作業を人から引き継ぎ、疲弊することな 合わせた言葉です。人と同じ く作業を続けられるため、生産性(2)を向上させます。そのおかげで労働はより人間 空間で共に作業を行えるロボ 的で興味深いものになります。なぜなら、より人ならではの本質的な業務に集中で ットを指します。 きるからです。 それは具体的に何を意味するのでしょうか？ • 協働ロボットは、スキル不足を吸収できるのでしょうか？ • 協働ロボットは、少量生産の際にも有用なのでしょうか？ (2) 協働ロボットは様々なアプリ • 協働ロボットは、都度変わる製造プロセスの要件に柔軟に対応できるでしょうか？ ケーションに柔軟に対応でき、 • 世界規模で競争が激化している環境においても、競争力を維持することに寄与する 取り扱いも容易なため、費用対 でしょうか? 効果の高いロボットです。 答えは イエス です。 協働ロボットは、今後重要な役割を果たしていくことになるでしょう。 詳細は、本紙をご覧ください。 3

自動化 - 成長し続ける市場規模 協働ロボットという選択肢 これまで長きにわたり、ロボットの採用や運用は主に大手メーカーによって行わ れてきました。一般的な産業用ロボットは高価であり、多くのスペースを占有し、 プログラミングなど専門の技術をもつ人しか操作することができません。ほとん どの場合、ロボットは教示された1つの仕事しかできませんが、それをさせるため (3) 軽量ロボットは 35 kgまで に多くの時間、費用、ノウハウを必要とします。したがって中小企業や手工業者の の可搬能力があり、サイズと 色合いの強い事業者にとっては、このようなロボットへの投資はこれまで経済的 重さの両方の面で小型化され ではありませんでした。 ています。軽量ロボットの多 くは、協働ロボットです。 ロボットは、軽量ロボット(3)の時代に変わりつつあります。軽量ロボットは、従来 の産業用ロボットに比べはるかに小さく、より軽く、柔軟性が高く、とても安価で あり、専門知識なしにプログラムし操作することができます。 (4) 国際的なガイドライン 協働ロボットは世界標準の安全要求事項(4)をもとにした安全設計がなされてい （ISO/TS 15066）によって るおかげで、従来の産業用ロボットとは対照的に、人と近接して使用することが 安全基準が定義されているた できます。ノウハウや柔軟性、状況判断など人ならではの強みと、ロボットのスタ め、人と協働ロボットが同じ ミナ、精度、効率とを直接的に組み合わせることができます。 空間で共に作業を行うことが できます。 高機能ソリューションを 創造するテクノロジー (5) 汎用性の高いロボットハンド は、協働ロボットがあらゆる作 協働ロボットは、最適なロボットハンド（エンドエフェクタ）と組み合わせること 業に対し柔軟に適応するため でその能力を発揮し、様々な種類の品物や部品の持ち上げ、移動、位置決め、 の前提条件です。 処理、組立、仕分け、積み下ろしなどを行うことができます。様々な用途に使用 できる汎用性の高いロボットハンドによって、協働ロボットの用途はさらに広が ります(5)。 プロセスや吸着対象となるワークによって、最適なロボットハンドは異なりま す。ワークのサイズや質量に加え、硬い・柔らかい・頑丈・デリケートなど表面状 (6) 真空ロボットハンドは、負圧 態が重要です。ロボットハンドの選択肢として、メカチャックやマグネットグリッ による吸着によってワークを把 パー、真空吸着を利用した真空ロボットハンド(6)があります。真空ロボットハンド 持します。ワーク周縁の把持に は、ワークをとても繊細に扱い、ミリメートル単位の精度でワークを所定の場所 よる破損や"たわみ"などの懸念 に配置することができます。真空ロボットハンドはワークのサイズや形状の変更 がなく、安全かつ穏やかに、 にも柔軟に対応できるため、非常に汎用性が高い搬送方法と言えます。 ワークを把持します。 4

自動化を図るチャンスです コンパクトであり扱いやすい機械的労働力へのニーズはますます増えてくるでし (7) 協働ロボットは単調なタス ょう。協働ロボットは、中小企業や手工業の事業者にとって理想的な選択肢だと クを引き受けることによって、 言えます。現実的な投資額、シンプルなプログラミング、簡単なセットアップ、応 熟練労働者の不足を補い、生 用範囲の広さ等の利点は、企業のニーズを見事に満たし、新たなビジネス（7）を 産性を向上させます。 期待できるでしょう。 数字から見るロボット市場 10 x + 30 % 34 % 2017年に381,000台（前年比30%増）の 協働ロボットの市場は、今後 2025年には、販売されるすべてのロボットの 産業用ロボットが販売されました。 5年間で10倍の増加が見込ま 34%が協働ロボットになります。 2017年までに2,098,000台もの産業用 れています。 ロボットが稼動しています。 ロボットハンドの可能性 784 673 75 % 産業用ロボットによる 565 アプリケーション（20 kg未満） 469 542 819 協調ロボットによる 388 アプリケーション ピック＆プレース、組立、資材搬送は、今後 317 5年間で協働ロボットによるアプリケーション 209 109 の75%を占めます。 2019 2021 2021 2022 2023 協働ロボット全てのアプリケーションのうち 20%が真空技術による把持を行っています。 協働ロボットは、現代の労働市場の根幹となっていきます。 *当社調べ 5

技術 - 真空ロボットハンドの実用 協働ロボット （コボット） 制御盤 フランジ 真空発生器 ソフトウェア（アプリ） ロボットハンド (エンドエフェクタ) ワーク 高機能システム 個々の製品と技術が融合することで、アプリケーションの柔軟性(8)を最大化する (8) 協働ロボットと吸着システム と同時に、非常に効率的で完成されたシステムをつくり上げます。 の適切な組み合わせは、目的 のアプリケーションに基づいて 中小企業や手工業者にとっての大きな利点の一つは、真空ロボットハンドを使って 選択されます。 協働ロボットに作業を任せてしまうことです。高度に知能化された効率的なシステ ムとはいえ、作業を行わせるために複雑なロボットのプログラミングが必要かとい うとそうではありません。協働ロボットの直感的なティーチング操作で十分です。 6

簡易なセットアップ 協働ロボットの開梱からセットアップ完了まで、経験の浅い方も通常1時間未満で 行えます。これは、新しいスマートフォンのセットアップにかかる時間とほぼ同じ です。 接続: 各ロボットに適したフランジを使用し、真空発生器やロボットハンドを取り付け ます。真空発生器やロボットハンドは、予め各社協働ロボット向けのフランジも 併せてラインアップされている場合があります。真空発生器はケーブルを介して 電気的に接続されます。 ティーチ（教示）: 非常に分かりやすいユーザーインターフェースのおかげで、ユーザーはすべての (9) ロボットアームを直接手で 設定を自身で完結できます。また、ダイレクトティーチング機能（ハンドガイダン 動かしながら作業位置を教示 ス）(9)によって、協働ロボットに少しずつ順番に作業を教示することが可能です。 します。高度な専門的知識を ユーザーはロボットアームをワークまで導き、教示したい作業の各ステップを順に 必要とせず、容易に設定やプ 記憶させていきます。それだけでピック＆プレースの作業はプログラムされ、実行 ログラミングを行えます。 可能な状態になります。 作業中の安全性 人とロボットが1つの空間で一緒に働くのであれば、必ず安全性の懸念が生じま (10) 作動中の協働ロボットが す。それゆえ、そのような用途を前提とした協働ロボットには、力やスピード等を 人と強くぶつかった場合、 調節・制限する多くの機能が組み込まれています(10)。真空ロボットハンドは、作 協働ロボットは即座に停止し 業者のみならず大切に搬送されるべき対象ワークに対しても、安全性を確保しま ます。 す。メカチャックではワークを挟み込んで把持しますが、真空吸着によるワーク の把持では機器による挟み込みや裁断など危険な状況はほぼ発生しません。人 の手や指が押しつぶされるようなことはありません。 アプリケーションの多様性 真空ロボットハンドのアプリケーションは1つに限定されるわけではありませ ん。搬送ワークの変更に対しても、基本的に真空ロボットハンドは個々のワーク に適合させることができます。個々のワークに対して正確に調整される必要があ るメカチャックに比べ、真空ロボットハンドはワークに対する汎用性という点で 優れています。 7

アプリケーション 多彩な作業に対応した個別ソリューション 組立、物流、包装作業など、協働ロボットの作業内容には事実上 例えば、ワーク表面が曲面であったり、多孔性または通気性を 限界はありません。協働ロボットは、ワークを把持し、移動さ 有する場合など、真空吸着が難しいと思われるワークであって せ、パレタイズします。また、依然自動化されていないことが多 も、真空ロボットハンドであれば自在に把持や搬送を行うことが く、機械への積み下ろしや品質管理などの作業領域においても できます。真空ロボットハンドと協働ロボットとの組み合わせが 大きな可能性を秘めています。真空技術を用いたロボットハンド 最適なアプリケーションについて事例を挙げてご紹介します。 は多くのメリットをご提供します。 1. ピック＆プレース このアプリケーションでは、ワークは指定 のプログラムは、いつでも保存、読み出し された場所でピックアップされ、別の場所 が可能です。 に配置されます。 より高度な「ビンピッキング（バラ積みピ 協働ロボットは、これらのタスクを24時間 ッキング）」では、協働ロボットは、ビジ 絶え間なく、非常に高い精度で繰り返し実 ョンセンサを使用して、ランダムに積み重 行することができます。タスクが繰り返し ねられたワークを識別し、自動で箱から 実行される場合、協働ロボットのそれぞれ 取り出して配置していきます。 2. 包装とパレタイジング x 8 x 8 x 8 x 8 x 8 x 8 1. 真空パッドを使用したロボットハンド 2. ワーク数量と配置場所が設定される 3. 装入完了後にカートン梱包されたワーク は、袋包装やパウチなど、表面形状や重心 と、ワークは段ボール箱がいっぱいになる は、予め決められたパレットの上にきちん が不安定なワークも安全かつ優しく搬送 まで装入されます。 と積み重ねられます。 することができます。 8

3. 装置への投入・取り出し 装置への投入と取り出しの工程は非常に 協働ロボットは、安全柵や多くの作業ス 単調であるため、協働ロボットの担う作業 ペースを必要としない上、人が隣で装置 として特に適しており、人は他の作業を行 を操作したり、ロボットと共に作業を行っ うことができます。さらに協働ロボットは たりすることができます。段取り替えせず 昼夜問わず作業できるため、機械のダウ に多様なワークに対応できるシュマルツ ンタイムも減少します。装置内での作業が の真空グリッパーは、この作業を行う協 完了すると、協働ロボットは直ちに装置か 働ロボットの可用性を広げます。 らワークを取り出し、次のワークを投入し ます。 4. 品質検査・試験 1. ロボットハンドは、品質検査や試験工 2. 品質検査や試験が完了すると、協働ロ 3. 検査や試験の間、協働ロボットは、製 程において、対象部品を指定された位置 ボットに通知されます。 品が合格品として次の工程に搬送される に正確に配置します。 か、不合格品として、さらなる処理が必要 かを示す信号を受け取ります。 5. 組立 1. ロボットハンドはベースとなる部品を 2. 個々の部品を次々と把持し、取り付け 3. 人は工程の監視や必要に応じた操作、 吸着し、適切な場所にしっかりと配置し ていきます。一度動作を記録すると、その 制御を行います。 ます。 動作を必要回数分繰り返すことができま す。 9

未来のためのスマートテクノロジー 新技術による協働ロボットの 更なる改良 (11) 統合された通信機能は、ユー ザーの使いやすさを更に向上さ せます。 今後、協働ロボットはさらに安全で汎用性の高いものになると予想されていま す。したがって、中小企業にとってもますます興味深いものとなるだろうと考えら れます。ロボットハンドが知能化され、プロセスや動作環境からデータを拾い上 げることができれば、ロボットハンド自身が自律して設定を調整し、適応すること ができるようになります。これにより、ユーザー(11)にとっては運用がさらに容易に なると同時に、これらのデータの助けを借りてプロセス自体を最適化することが 可能になります。例えば、ワークをより安全に把持し、協働ロボットをより速く動 かすことができるようになります。 (12) 将来、協働ロボットはより 多くの作業を担うようになり、 協働ロボットによる作業工程の改善 活躍の場はますます広がって いきます。協働ロボットに一任 できる作業を見出すことは、 協働ロボットは、中小企業にも、グローバル市場での成長とその最大化に欠かせ 社内プロセスを最適化するた ない柔軟性を提供します。ロボットとロボットによる自動化は、私たちの働き方に めの第一歩です。 ますます影響を与えるようになり、生産性、品質、安全性、資源利用率、競争力な ど、企業の発展に大きな伸び代をもたらします。(12) 協働ロボットのメリット 協働ロボット 産業ロボット • 人と並んで作業したり、1つの作業を一緒に行うことが • 安全柵が必要です。 できます。 • 経験の浅い方も、非常に短時間でセットアップや • 特別なプログラミングの技術が必要です。 再プログラミングを行えます。 • 1台で幅広いアプリケーションに使用することができます。 • 1つのアプリケーション専用に使用されます。 • ロボット本体の価格が比較的安価であり、ロボット以外の • ロボット本体の価格が比較的高価であり、安全装置や、 追加コストも最小限のため、導入コストを抑えることがで プログラミングなどの導入時の追加コストもより多く必要 きます。 になります。 10

協働ロボット向けソリューション 真空機器メーカーのシュマルツでは、あらゆる課題を解決すべく、様々な真空機器を開発して います。 真空発生器 真空発生器は、圧縮エアもしくは電気を供給することによって真空エア（負圧の空気）を発 生させる機器です。大気圧との差によって対象ワークを吸い付け、固定や搬送する時に使用 されます。シュマルツでは真空機器開発の経験を活かし、協働ロボット向け電気式真空発生 器「コボットポンプ」を開発しました。コボットポンプは、コンプレッサやエア配管を必要とし ないため、ホースと人との接触を心配することなく、安全性の高い協働作業を行えます。ま た、24 Vで稼働するため、バッテリー電源を搭載した移動式架台上での使用など、稼働場所 コボットポンプ の制限なく使用することができます。 ロボットハンド 協働ロボットの大きな特長は、教示や移動の容易さによって幅広いアプリケーションに活用 できることです。その特長を最大限に活かすために、シュマルツでは1台であらゆるワークに 対応できる汎用性や、こまめなワーク変更に対応する組み換えやすさなどの付加価値をもつ ロボットハンドをラインアップしています。 " 汎用性 " 協働ロボット向け真空グリッパー FXCB / FMCBは、ワークの数量や位置が定まらない 場合においても段替えなく把持可能な汎用性の高いロボットハンドです。吸着部は スポンジや真空パッドで覆われ、ワークの表面形状に柔軟に追従します。ISO/TS 15066 に準拠し、協働作業の安全性に配慮した設計になっています。真空発生器を別途必要と しない真空発生器内蔵モデルもラインアップしています。 真空グリッパー FXCB/FMCB " 組み換えやすさ " モジュール式ロボットハンド VEEは、短時間でのシステム立ち上げを実現するモジュール 式のロボットハンドです。パズルのようにパーツを組み合わせるだけで、個々のワークに 最適なハンドをユーザー自身の手で自在かつ容易に構築することができます。急な設計 変更時にも迅速に対応でき、フレキシブルかつコストを削減したハンド構成を実現しま す。 モジュール式ロボットハンド VEE " オーダーメイドのハンド設計 " ロボットの用途の変化に合わせて新たなハンドが必要となった時、より早く専用ハンドが 求められる場合があります。シュマルツではユーザー自らが軽量ロボットハンドを設計 できるデジタルプラットホームの開発を進めています。ここでは、目的のアプリケーション に合わせて真空パッドの配置や真空発生器の有無、フランジ形状などを選択し、自由に ハンドを構成することができます。ロボットハンドは3Dプリンタで成形され、コボット ポンプをはじめとする様々な真空機器と組み合わせて使用することができます。 オーダーメイド式軽量ハンド SLG ロボセット ロボットによる吸着搬送の実現には、真空発生器やロボットハンドだけでなく、接続し稼働 させるための周辺部品も必要となります。シュマルツでは、真空発生器やロボットハンドに 加え、各社協働ロボットに適したロボットフランジや電気ケーブルなどがセットになった スターターキットをラインアップし、短時間かつ容易なセットアップをサポートします。 ロボセット (ECBPiロボセット) ソフトウェア / アプリ 真空ロボットハンドを可能な限り容易に作業環境に統合させるため、簡単に協働ロボットの コントローラに組み込むことができるソフトウェアを提供しています。これにより、シンプル かつ迅速に作業を進めることができます。（2019年11月時点において一部のメーカーに対応） 11

シュマルツ - 自動真空搬送の マーケット・リーダー (13) シュマルツでは、自動真空 シュマルツは、自動真空搬送だけでなく、人間工学を考慮した手動搬送システム 搬送、手動搬送システム、エネ のマーケット・リーダー(13)でもあります。真空パッド、真空発生器などの個々の真 ルギー貯蔵の3つの領域にお 空部品から、レイヤー搬送システムのような完成されたロボットハンドまで、世界 いて、グローバルに事業を展 80ヶ国に展開するシュマルツの製品は、世界中の物流業界、自動車業界、包装業 開しています。 界、電子・半導体業界など、あらゆるアプリケーションに使用されています。 ・ 国内外の子会社: 19支社 ロボット業界において、シュマルツはパレタイジングなど重量物の自動搬送を行 ・ 従業員（グローバル）: う多関節ロボットから、軽量搬送を行うパラレルリンクロボット、そして人と作業 1500人 を行う協働ロボットまで、様々なロボットに適したロボットハンドを開発していま す。個々の製品からあらゆる製品が揃ったパッケージ製品まで、シュマルツはあら ゆる国内外の協働ロボットで使用するための柔軟で個別のソリューションを開発 しています。 高度な革新力と品質、そして包括的なコンサルタントサービスの組み合わせによ り、ユーザーにとって永続的な付加価値を約束します。 シュマルツの高機能なソリューションは、製造および物流プロセスをより柔軟か つ効率的にするとともに、動的に進化するデジタル化に適合します。 「 誰もが協働ロボットシステムを 素早く簡単に導入できること、 それがシュマルツのソリューションです。」 マティアス・フレイ（ロボティクス事業開発部長）　　　 私たちはスマートテクノロジーと ともに歩んでいます。 シュマルツ株式会社 〒 品質: 蓄積された何十年もの経験 224-0027 神奈川県横浜市都筑区 大棚町3001-7 協力: 長年培った国内外の協働ロボットメーカーとの緊密な連携 info@schmalz.co.jp WWW.SCHMALZ.CO.JP ソリューション指向: アプリケーションベースの製品開発 カスタマー重視: 製品のセットアップや運用の簡易化 革新: 常に先進的なソリューションを提供 シュマルツ株式会社 本紙はドイツ語原本を翻訳したものです。著作権は、J.Schmalz GmbHならびにシュマルツ株式会社に帰属します。 【協働ロボットページ】 予告なく内容の変更を行なう場合があります。誤植その他の記述・印刷上の不備につきましてはご容赦下さい。 （2019年11月発行）