多関節ロボットは高い汎用性と柔軟性があり、多様なシーンで利用されています。
多関節ロボットの利用シーンは、自動車業界での溶接、塗装、組立、部品製造業での工作機の治具交換、バリ取り・研磨、電子部品・機器製造業におけるピッキング、基板への実装、はんだ付け、組立など、非常に多岐にわたります。
自動機への材料投入と取り出し（マシンテンディング）工程の自動化
生産ラインや加工機、検査機などの自動機への材料投入、取り出し一連の作業を、協働ロボットに任せることが可能です。加工機の例では、部品をトレイから取り上げて把持したり、部品を取り出すだけでなく、工程のなかで装置の扉を開けたり、閉じたりすることもできます。人手不足の解消、単純作業からの解放、労災リスク軽減といった効果が狙えます。
画像センサ（カメラ）を利用して、医薬品の6面外観検査を自動化
直多関節ロボットと画像センサを組み合わせ、多面外観検査で不良品出荷を大幅に低減できます。ベルトコンベアに取り付けたトリガセンサによって、流れてくる製品の位置を検出し、その位置情報をロボット側へ伝えます。ロボットは製品を把持し、製品の側面・底面など5面を高速に回転させながら、1台目の固定カメラで検査します。次に製品をコンベアに戻したのち、2台目の俯瞰カメラで製品の上面を検査します。
ここまで紹介してきたように、工場に多関節ロボットを導入することによって、生産工程の省人化だけでなく、人為ミスの削減、高速・高精度な作業による生産性のアップなど、さまざまなメリットを得られることが分かります。ただし工場や生産ラインの最適化には、多関節ロボット以外のさまざまな機器との連携も不可欠です。製品を送るフィーダ、製品の種類の識別、向きや位置を把握する各種センサやカメラ、それらを制御するソフトウェアなど、多くの機器との共同歩調によって、最適化が実現します。
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ロボットビジョンを搭載した協調ロボットを導入する際に考慮すべきポイントを2つ紹介します。
搭載されているカメラの性能
ロボットビジョンにおいて、カメラ性能は非常に重要です。画素数の高さだけでなく、色の違いや、明暗が変化しても正しく認識できるなどの性能が求められます。オムロンのロボットビジョン搭載（ビルトインビジョン）の協調ロボット*であれば、全ての機種に高性能なカメラが搭載されており、幅広い環境においてロボットビジョンシステムの強みを発揮できます。
＊オムロンは、「人と機械の新しい協調」を実現するロボットとして、協働ロボットの商品名称を「協調ロボット」としています
キャリブレーションやプログラミングの容易さ
ロボットの使用場所を変更する際は、キャリブレーションが必要になります。キャリブレーション中はラインを動かせないため、この時間の短縮は大きな課題です。そのためには、ロボットビションシステムとロボットを組み合わせたプログラミングのしやすさが重要となります。オムロンの協調ロボットであれば、ロボットビジョンシステムが組み込まれており、1つのツールソフトウェアでロボット動作からビジョンシステムまで直感的なプログラミングができ、柔軟なロボット活用が可能です。 また、ロボットビジョンにより、ラインに設置されたランドマーク（参照点）を認識するため、ラインを移動後も再度のティーチングを行わず短時間で再稼働できます。
オムロンは各種ロボットだけでなく周辺機器や安全機器などのさまざまな制御機器を取り揃えており、ライン全体の自動化をご支援します。
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モーターは基本的に，磁石の「異極が引き合う性質」と「同極が反発する性質」を利用して回転しています。
たとえば，ラジコンなどで利用される小型モーターをイメージしてください。小型モーターのなかには，回転軸がついたコイルとそれを両側から挟むように配置されたN極とS極の永久磁石があります。
モーターに電気を流すと，コイルは電磁石になります。コイルがN極とS極を持った磁石に変化すると考えるとわかりやすいでしょう。
すると，N極の永久磁石とコイルのN極が反発するのとともにS極の永久磁石とコイルのS極が反発します。これは同時に，N極の永久磁石とコイルのS極が引き合い，S極の永久磁石とコイルのN極が引き合うということでもあります。
これによって，コイルは回転軸を中心にして180度回転するのです。
ところが，これだけではコイルは180度回転した状態で止まってしまいます。N極の永久磁石とコイルのS極が引き合い，S極の永久磁石とコイルのN極が引き合った状態のままになってしまうからです。さらに180度まわして回転軸を360度まわすにはどうすればいいでしょうか。
そこでコイルには流す電気の向きを変えることで，N極とS極の位置が入れ替えます。
先ほどの止まったままの状態では，N極の永久磁石とコイルのS極が引き合い，S極の永久磁石とコイルのN極が引き合っていました。そこでブラシを通って，「整流子」と呼ばれる部品によって電気の流れる向きを変え，コイルのN極とS極を入れ替えます。
すると，永久磁石のN極とコイルのN極が反発し，永久磁石のS極とコイルのS極がそれぞれ反発します。それと同時に永久磁石のN極とコイルのS極が引き合い，永久磁石のS極とコイルのN極が引き合います。これによって，コイルはさらに180度回転します。これで360度回転しました。
モーターはこの一連の動きを繰り返すことで，連続的に回転しているのです。
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2035年には10兆円市場に成長するといわれているロボット産業。ロボットには自立歩行する人型ロボットから人間の変わりに作業を行う産業用ロボット、家庭用のお掃除ロボットまでさまざまなものがあります。その中でもっとも多く利用されているのが、製造現場向けの産業用ロボットです。
ロボットの定義
前述したようにロボットにはさまざまなものがあり、明確な定義がありません。そこで2006年、経済産業省は「ロボット政策研究会 報告書」の中で、ロボットを「センサ、駆動系、知能・制御系の3つの技術要素(ロボットテクノロジー)を有する機械システム」と定義しました。これには産業用ロボットはもちろん、ヒューマノイドやお掃除ロボットのようなものまですべて含まれています。
今回は、特に利用率の高い産業用ロボットにスポットを当てたいと思います。ちなみに産業用ロボットは、一般的に「3軸以上の自由度があり、プログラムによって自動制御可能なマニピュレーションロボット」のことを指します。
4種類の産業用ロボット
工場の自動化システム(ファクトリーオートメーション)には欠かせない産業用ロボットの種類や特徴についてご説明します。
垂直多関節ロボット
軸数： 4～7軸
人間の腕のような形状で自由度が高く、現在もっとも活用されている産業用ロボットです。ロボットアームとも呼ばれ、その多くは3次元空間作業に必要な6軸機構が主流になっています。汎用性が非常に高く、搬送から溶接や塗装、組立まで幅広い工程に導入されていることも特徴です。
ただし、自由度が高い半面、直交型などに比べて機械剛性が低い傾向にあります。そのため高速で動かした場合にオーバーシュートや振動が発生しやすく、緻密な制御が必要です。ロボット先進国の日本では高い制御技術でこれらの課題をクリアしています。
垂直多関節ロボットのイメージ
水平多関節ロボット(スカラロボット)
軸数： 4軸
水平方向にアームが作動する産業用ロボットです。英語では「selective compliance assembly robot arm」となり、その頭文字を取って「SCARA型ロボット」「スカラロボット」とも呼ばれます。特徴は、4軸構成で上下方向の剛性が高く、かつ水平方向にやわらかさを持っているため、部品の押し込み作業などに適しています。高速のピック＆プレースにも積極的に活用されています。
パラレルリンクロボット
軸数： 4～6軸
パラレルメカニズム(並列なリンクを介して1点の動きを制御する方法)を使った産業用ロボットで、主にピック＆プレースで活用されています。複数モーターの出力を1点に集中させるので、高精度・高出力なことが特徴。そのため、多関節ロボットでは難しいプレス加工にも対応しています。
直交ロボット
軸数： 2～4軸
単軸直動ユニットを組み合わせたシンプルな機構の産業用ロボットです。直線的な移動のみなので作業は限定されますが、構造がシンプルなぶん設計の自由度が高いことが特徴です。そのため近年では、多関節ロボットと組み合わせて使われるケースが増えています。
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産業用ロボットは今後、どのような形で活用されていくのでしょうか。
市場の動向について解説していきます。
市場動向
先述した通り、産業用ロボット市場は今後も長期的に成長を続けていきます。
その中でも従来より需要の高かった自動車や電子デバイスなどの製造分野では今後も多く利用されていくことでしょう。
また、インターネットショッピングなどの需要拡大によって物流においても人手不足解消のためにロボットが活用されています。
更に、技術の高度化により食品や医薬品といった産業においても産業用ロボットは利用されていくことでしょう。
製造業だけでなく様々な業種で需要が拡大していくと予想されます。
今後の成長動向
製造業向けの産業用ロボットは今後も大きく成長が見込まれています。
2017年には前年比23.7%増の1兆821億円と大きく成長しました。
これにはスマートフォン・自動車関連への設備投資が関係しています。
そして産業用ロボットの市場は2025年には3兆3140億円まで成長する見込みです。
後述しますがこの成長には協働ロボットが大きく関係しています。
今までより小型な産業用ロボットが様々な分野で導入されることが予想されているのです。
日本は世界的な産業用ロボット国
2019年の産業用ロボット出荷国は中国が第1位、次いで日本が第2位となっており、日本が世界的な産業用ロボット生産国であることがわかります。
稼働台数においても同様の結果となっており、日本は産業用ロボットの導入が進んでいる国の1つです。
国内の生産台数は右肩上がりで上昇を続けており、日本産の産業用ロボットは世界的なシェアを誇っています。
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