多くのエンジニアは、力を制御し、従来の安全装置を必要とせずに組立ラインで人々と一緒に安全に作業できるこれらの次世代機械に興味を持っています。
協働ロボットは 10 年前に初めて登場して以来、多くの工場現場を変革し、小規模製造業者の自動化を容易にしてきました。このテクノロジーにより、多くの企業が生産を米国に移し、少量多角化した製造戦略を導入することも可能になります。
2008年にコラボレーションの先駆者となったユニバーサル・ロボット社の最高技術責任者（CTO）であるエスベン・オスターガード氏は、「今日、協働ロボットはいくつかの理由から特に魅力的である。ロボットは人の代わりをするのではなく、一緒に働く。製造業の雇用が失われる中、特に価値がある」と述べた。微妙な質問。
「私たちは工場オートメーションの制御をオペレーターの手に戻したいのです」と、産業オートメーションへの貢献が評価され、最近ロボット産業協会から 2018 年エンゲルベルク賞を受賞したオスターガード氏は説明します。 「私たちは人々を置き換えることを望んでいません。むしろ、彼らがより効率的に仕事を行えるようにするツールを提供したいのです。私たちは彼らがロボットのように働くのをやめ、代わりにロボットプログラマーになって、より付加価値の高いタスクを実行できるようにしたいと考えています。」
「これは協働ロボットの長期的な成果としては最良かもしれない」とオスターガード氏は語った。 「この人間の創造性の再配分と、ロボットの再現性の組み合わせにより、市場と顧客の両方のニーズが満たされます。製品の高度なパーソナライゼーションへの要求。生産される製品とそれを生産する人々の両方の質的変化です。」
「協働ロボットは、これまで組立ラインの自動化に懸念を持ってきたメーカーに道を開くものです」と、5つの協働ロボットモデルを提供するファナックアメリカ社の営業担当エグゼクティブディレクター、クリス・ブランシェット氏は付け加えた。 「これにより、多くの企業が自動化の価値にようやく気づくようになりました。」
「オペレーターはわずか数時間のトレーニングで共同機械をセットアップでき、1 日に数回プラント内を移動できるほど軽量で、警備員や警備員なしで操作できます」と、アン大学テクニカル サポート エンジニアのダニエル ムーア氏は述べています。 。アオ・ロボティクス・アメリカより。 「機能的には、従来のロボットの弱点や困難は、焦点を変えることで対処できます。」
「以前は、多くの人がロボットを恐れていました」と、2012 年に協働ロボット Baxter を発売した Rethink Robotics Inc. の製品担当副社長マット フィッツジェラルド氏は述べています。協働マシンは柔軟性があり、使いやすく、安全です。操作する。 」
協働ロボットは今後も品質の向上、効率の向上、コストの削減が期待されています。ただし、他の自動化ツールと同様に、その全体的な有効性は、適切なアプリケーションの選択と事前の計画に依存します。
誇大宣伝にもかかわらず、協働ロボットには長所と短所があり、製造エンジニアはこれらを慎重に考慮する必要があります。このテクノロジーは興味深いものですが、特定の種類のアプリケーションには理想的ではありません。たとえば、吊り上げ能力の制限と動作速度の低下の 2 つの欠点があります。
国際ロボット連盟によると、協働ロボットの需要は毎年 60% 増加しています。協働ロボットは、現在の 5% 未満から、2025 年までにロボット販売全体の 34% を占めると予想されています。
ASSEMBLY の 2018 年雇用調査でもこの傾向が確認されています。組立業者の 3 分の 1 以上 (38%) が、今後 12 か月以内に協働ロボットを導入する予定です。これは、2017 年より 7 パーセントポイント、2016 年より 12 パーセントポイント増加しています。
次世代の協働ロボットは非常に柔軟で、安全柵が実質的に必要ないため、多くの製造業者がそれらを使用しています。これらのマシンは中小企業にとって特に魅力的です。たとえば、従業員数が 50 人未満の製造業者では、21% が今後 12 か月以内にこのテクノロジーを導入する予定です。これは 2017 年より 8 パーセントポイント増加しています。
ABI Researchのリサーチアナリスト、ライアン・ホイットン氏は、「中小規模の製造業者が協働ロボットの需要を押し上げている。これは、大規模な資本設備投資を伴わない製造ソリューションのニーズによってもたらされている」と述べた。大きなロボットアーム。これらには、機械のメンテナンス、品質管理、照明の組み立てなどのタスクが含まれます。 」
Whitton 氏は、小規模メーカーには、変化するニーズに簡単かつ迅速に適応できる柔軟な自動化ソリューションが必要であると述べています。 「彼らは、簡単かつ迅速にプログラムでき、さまざまな種類の自動化タスクをサポートできるシステムを必要としています」と彼は指摘します。 「協働ロボットはその要件に適合します。」
Whitton 氏は、今後 7 年間で協働ロボットの出荷は 50% 増加し、従来型の産業用ロボットの出荷は 12% 増加すると予測しています。そして、これらのマシンからの世界的な収益は、現在の 2 億 9,200 万ドルから 2025 年までに 10 億ドル以上に増加すると予想されます。
この需要の増大は、製品ライフサイクルの短縮と、大量かつ小規模の生産ではなく、少量バッチおよび混合生産プログラムの使用の増加によって推進されています。
「メーカーは、市場に迅速かつ効率的に適応するために、より柔軟な自動化ソリューションを必要としています」と、ABB のロボット組立およびテスト担当マネージャー、ニコラス・デ・カイザー氏は述べています。 「製造業はより専門的かつ予測不可能になり、自動化がより困難になっています。
「協調自動化により、人とロボットが連携して作業できるようになり、安全性と生産性を維持しながら生産をより柔軟に行うことができます」とデ・カイザー氏は説明します。 「これにより、これまでは防護壁やケージが必要だった作業を人間とロボットが協力して行えるようになるため、製造の柔軟性が高まります。」
「これまで、大量のカスタム製品を組み立てるには、退屈で繊細な繰り返しの作業が必要でした」とデ・カイザー氏は言います。 「当社の YuMi のような協働ロボットを使用すると、人々はより有意義な認知タスクに集中できる一方、ロボットは疲れを知らない精度と耐久性を提供します。
「YuMi は、従来のセキュリティ障壁の制限を受けることなく、工場内のどのワークステーションにもインストールでき、必要に応じて再配布できます」と De Keyser 氏は述べています。 「これにより、生産の柔軟性と機敏性が向上し、より頻繁な切り替えが可能になります。」
協働ロボットは、これまで手作業の組み立てラインに依存してきた業界や用途に登場しつつあります。
「多くの企業が自動化によって生産ラインの一部を改善しようとしている」とブランシェット氏は語った。 「彼らは、人間工学や品質の問題が存在する可能性のあるいくつかの領域に対処したいと考えています。組立ラインの構成を変更せずに協働ロボットを追加できるのです。」
一般部品加工用途は協働ロボットに最適です。部品の仕分けやプレスへの搬入などの小さなタスクは、始めるのに最適です。
「協働ロボットが人間のアシスタントとして機能する、3 人の手を必要とするあらゆる組み立て作業です」とブランシェット氏は説明します。 「たとえば、人間がドライバーを使用してコンポーネントを接続している間、機械はより重い部品をサポートできます。
「ライフサイクルが短いアプリケーションでは、協働ロボットを使用することでメーカーは非常に迅速に新製品に移行できるようになります」とブランシェット氏は述べた。 「また、従業員の離職率が高い企業や深刻な人手不足にある地域でも協働ロボットの需要が増加していることがわかります。」
「受託製造業者、特に中国とメキシコに拠点を置く企業からの需要が増加している」と、機械を他の工場に再配布しているカワサキロボットアメリカの製品およびアプリケーション開発ディレクターのサミール・パテル氏は語った。
「たとえば、あるタイプまたはサイズの PCB から別のタイプまたはサイズに変更したい企業は、DuAro ロボットを取り外して次の組立ラインに送るだけです」とパテル氏は説明しました。 「同じロボットを組立ラインで使用し、その日の後半にロボットが回路基板を検査機にロードおよびアンロードする検査ラインで簡単に再利用できます。
「また、当社の協働ロボットがコンピュータープリンター用のギアや電子機器を冷却するために使用される小型ファンユニットを組み立てるのにも使用されているのを見てきました」とパテル氏は付け加えた。 「ロボットは人間と協力して働き、人間が完了するのが難しい反復的なタスクを実行できるように支援します。
「当社の 2 アーム関節機械の再現性は 6 軸ロボットの再現性に近いです」とパテル氏は述べています。 「私たちはロボットの設計時にこの問題を解決することに決めました。これにより、この機械はタブレットの組み立てなどの締め付け作業に特に適しています。」
「あるケースでは、機械の一方のアームが固定具として使用され、もう一方のアームは正確な位置に配置する必要がある小さな 3 mm ネジを挿入して締めていました」とパテル氏は言います。 「当社のロボットは、回路基板をケース内に固定するためにも使用されます。一方の手で回路基板をシャーシ上に移動させ、もう一方の手で各ネジを挿入し、自動ドライバーを使用して締めます。」
協働ロボットは、いつでもどこでも組立ラインを移動し、充填作業を実行できる移動ロボット システムとしても使用されます。この戦略は最近、スイスのアルシュヴィルにあるストーブリの電気コネクタ工場で導入されました。この工場の組立ラインには、完全に自動化された手動ワークステーションが装備されています。
HelMo モバイル プラットフォームには、最大耐荷重 15 kg、移動範囲 1200 mm の Stäubli TX2 協働ロボットが装備されています。タッチ面は、人に直接接触するとすぐに動きを停止します。自律ロボットは指定されたワークステーションまで自律的に移動し、人が近づきすぎると減速または停止します。
HelMo は、ワークステーションに恒久的に設置された 3 つの測定点を使用して位置を校正し、0.1 mm の精度で位置を調整します。多方向コネクタを介して固定電源と圧縮空気の出口に接続し、動き始めます。
「現在、この機械はコネクタ ハウジングとコンタクト ピンを取り付けることができますが、将来的には組み立てプロセスの他の段階で使用できるようになります」と Stäubli AG のビジネス開発マネージャー、Olivier Cremoux は述べています。 「HelMo はもはやロボットではなく、必要に応じて柔軟に対応できるアシスタントとして見なされています。
「目標は…混合組立ラインの可用性を高めたり、ピーク需要に対応したりするための柔軟な代替手段としてロボットを使用することです」と Cremu 氏は説明します。
協働ロボットが多くの製造業者にとって魅力的な理由の 1 つは、多くの場合、従来のロボットよりもコストが低いことです。また、柔軟性が高く、既存の組立ラインに簡単に統合できるため、回収期間と投資収益率が速くなる傾向があります。
「通常、投資収益率は 9 か月未満と予想されます」とユニバーサル ロボットのムーア氏は言います。 「従来のロボット工学に関連するすべての隠れたコストと、再配置された協働ロボットの稼働時間が長くなる可能性を考慮すると、多くの場合、投資収益率が非常に速いことがわかりました。当社の最も説得力のある例 (通常は射出成形が関係する) では、お客様からの報告があります。 3 か月の ROI。
「ほとんどの反復可能なプロセスでは、人間よりも自動化のほうが一貫性と信頼性が高くなります」とムーア氏は語った。 「ほとんどのコボットユーザーは人件費と生産性の向上によってROIを測定しますが、多くの製造業者もコボットの導入後に品質の向上を実感しています。これにより労働力が解放され、プラントの他の領域を評価および改善し、追加の自動化を実現して無駄を削減できます。」
協調テクノロジーにより生産ラインを最適化し、よりスマートで機能的な作業現場のレイアウトが可能になります。協働ロボットは、大幅な再構成を行わずに、既存の組立ラインに簡単に導入できます。
Rethink Robotics の Fitzgerald 氏は、「固定自動化に通常伴う安全ガードやバリアがすべて必要ないため、設置面積が小さくなります。」と述べています。 「従来の大規模なロボット作業セルとは異なり、協働ロボットは広範な事前計画を必要としません。
「それはあなたがより速く前進するのに役立ちます」とフィッツジェラルドは言いました。 「計画段階で考慮していなかった点は、ロボットの柔軟性で補うことができます。」
協調ロボットを使用すると、エンジニアは人間と機械の高度な対話を必要とする組み立てアプリケーションに自動化を迅速かつ簡単に導入できます。ただし、セキュリティの問題を無視することはできません。
「協働ロボットの唯一の本当の欠点は、多くの人が箱から出してすぐに『安全』だと思っていることだ」とKUKA Roboticsの医療ロボット部門北米マネージャー、コーリー・ライアン氏は語る。
「現実には、ロボットはシステムの一部にすぎず、導入前にシステム全体の徹底的なリスク評価が必要だ」とライアン氏は警告した。 「例えば、先端にドリルを備えた協働ロボットは、人間が近づきすぎる前にドリルを停止できる追加の安全システムがなければ、本質的に安全ではありません。」
「多くの企業は、一般的な安全上の注意事項を排除できると考えて協働ロボットを購入しています」とエプソンロボティクスのグループプロダクトマネージャー、リック・ブルックシャー氏は付け加えた。 「ただし、リスク評価が正しければ、アプリケーションの性質上、ロボットはライトカーテンなどの従来の保護手段を使用しなければならないことがよくあります。安全なロボットが安全なアプリケーションを意味するわけではありません。」
「協働ロボットを使えばすべての警備員やその他のセキュリティ対策を排除できるとは考えないでください」と、ファナック アメリカ コーポレーションの認定システム インテグレーターであるナショナル アカウント マネージャーのエド ローニー氏は付け加えます。しかし、そうではありません。
「オートメーションで作業するときは、遭遇する可能性のある危険を認識する必要があります」と Roney 氏は言います。 「たとえば、部品は鋭利であったり、安全上の危険を引き起こす可能性のある鋭いエッジがあったりしますか?」
協働ロボットに反対する主な議論の 1 つは、機械は安全のために速度を犠牲にするというものです。力と運動量を制限するために、協働ロボットは他のタイプのロボットよりも低速で動作する必要があります。
協働ロボットに関しては、エンジニアはいくつかのパフォーマンス制限を考慮する必要があります。ある時点で、デルタ ロボット、6 軸ロボット、スカラ ロボットなどの従来の機械が最適な自動化オプションになるでしょう。