ロボットの器用さと機械的な位置決めを組み合わせた複雑な組立作業の効率化

左から順に：FANUCのLR Mate 200 iD、KUKAのKR QUANTEC、ABBのIRB 6700。｜出典：FANUC、KUKA、ABB Robotics

業界の専門家たちは、絶え間ない革新的な進歩に後押しされ、ロボティクス分野が著しい成長を遂げると予測しています。自動化が依然として主要な目的である一方で、専門家たちは、機械の可動性、動作範囲、および速度を決定する上で、機械的な位置決めが果たす重要な役割をますます強調しています。

これらの特性をより包括的に考慮することで、自動組立プロセスの効率を大幅に向上させることができる。

高精度な位置決めとコンポーネントがロボット工学をどのように向上させるか

精密な位置決めはロボット成功の基盤であり、その能力と制約の両方を決定づけるものです。内部コンポーネントのパワーや柔軟性にかかわらず、すべてのロボットは固定された可動範囲内で動作します。

各機械は、関節やアクチュエータを含むその機械システムによって制約を受ける一方で、その能力も引き出されています。さらに、高度な位置決めシステムにより、すべてのコンポーネントが最高の性能で機能できるようになるため、こうした実装は現代の生産において不可欠なものとなっています。

リニア搬送システム

リニア搬送システムは、ロボットの有効動作範囲を拡大します。リニアユニットやロボット搬送ユニットを含むこれらのシステムは、指定された軌道に沿ったスムーズな移動を可能にします。 このような機構を活用して動作の多様化を図ることで、特に航空宇宙や防衛分野における大規模プロジェクトを、ロボットの支援によって大部分を実行することが可能になります。固定型ロボットとは異なり、移動型モデルは巨大な組立現場内を移動し、複数のタスクをより容易に実行できます。現在、最先端のモデルには、第7軸の可動性と迅速な展開機能が搭載されています。

回転インデックステーブル

ロータリーインデックステーブルは、反復的なプロセスにおける精度と速度を向上させる不可欠なコンポーネントです。ロボットに統合されることで、組立工程中の迅速な回転運動を可能にします。これらのテーブルは、ロボットが組立、梱包、品質管理といった複数のタスクを同時に実行できるようにすることで、設備の能力を飛躍的に高めます。

高度なワークポジショナー

多軸ワークポジショナーにより、ロボットは単一のプレートや台座に固定されることなく、さまざまな向きで動作できるようになります。ロボットがアームの可動範囲を超えて回転したり、斜めから組立対象に接近したりできる場合、より複雑な作業に対応することが可能になります。

航空宇宙や自動車産業のように、部品の形状や幾何学的構造が特殊なケースが多い業界では、ロボットが空間をより効果的に移動し、そうでなければ手作業を必要としたであろう作業を引き受けることができます。

ビジョンベースの位置決めと補正

ソフトウェアや、センサー、カメラなどの周辺機器を含む様々な要因が、ロボットの動きを決定します。ビジョンベースのメカニズムは、装置のリアルタイムな応答性を実現するために不可欠です。

センサーが障害物を検知した場合、ロボットはそれに応じて位置を調整できます。時間の経過とともに、繰り返される調整がより広範囲な位置ずれにつながる可能性がありますが、技術者は管理システムやソフトウェア制御を活用して、これらの指標を定期的に確認し、一貫性を確保することができます。

ロボット技術革新の事例

これらのロボットとそのメーカーは、機械的な位置決めが重要であること、およびそれが器用さや機動性に与える影響を如実に示しています。

ファナックとLR Mateシリーズ

ファナックは産業用オートメーションのパイオニアです。同社は、電子機器や医療機器などの複雑な製品の組み立てを支援するため、コンパクトロボット「LR Mateシリーズ」を開発しました。 ある金属プレス加工会社であるPentaflex社は、FANUCの技術を活用し、既存の設備における組立工程と効率を改善しました。巧みな導入と位置決めにより、同社は1シフトあたりの労働単位数を削減すると同時に、生産現場の柔軟性を高めることに成功しました。

複雑な製品の組み立てに導入されたファナック「LR Mate 200iD」。 | 出典：ファナック

KUKAとKR QUANTECシリーズ

ドイツのロボットメーカーであるKUKAは、高負荷用途向けにKR QUANTECシリーズを開発した。同シリーズはリニアトランスファーに特化しており、大型の自動車部品や建設資材の組み立てを支援する。

Meiller Aufzugtüren社は、ロットサイズに関わらず、大量かつオーダーメイドの受注を強みとするドアパネルメーカーです。同社はKR QUANTECロボットを導入し、溶接工程における生産効率の維持に貢献しました。これまでにないリーチを持つ2台の台座設置型ロボットは、スマートな位置決めがもたらす利点を実証しました。

これらの作業スペースにおいて、ロボットはスポット溶接、成形、プレス加工などをこなすことができました。各注文に対して一貫したエネルギー量を適用することで、すべての特注注文の精度を向上させました。

2台のKUKA KR QUANTECモデルが共同で溶接作業を行う。 | 出典：KUKA

ABBとIRB 6700

ABBは、製造などの作業の自動化を容易にするため、多軸ロボット「IRB 6700」を開発しました。これは、日本における最新のイノベーションである「3Dプリントされた鉄道駅」の実現を支えた主役です。 垂直ノズルの配置により、モルタルを容易に操作して構成部品を設計することが可能になりました。また、IRB 6700は7軸の可動機構を備えており、理想的な表面でない場合でも、より複雑な構造を構築することができます。

わずか1週間で、実用的かつ美的にも魅力的な構造物を設計し、その建設には6時間しかかかりませんでした。このような機械の柔軟性と器用さは、ありふれた設備を設計する際に時間とコストの節約につながる可能性があります。

ABB製のIRB 6700。7軸の可動機構を備える。| 出典：ABB

協働によって築かれる未来

あらゆる製造業者の未来は、その拡張性と自動化ソリューションへの積極的な導入にかかっています。デジタルトランスフォーメーションが競合他社との差別化をもたらしており、機械的位置決めといったロボット技術の側面は、自動組立作業のあらゆる側面に影響を及ぼしています。

機械的位置決めシステムが最適化され、人工知能や機械学習といった将来の技術と相互運用可能になれば、ロボットはイノベーターが約束したメリットをより確実に実現できるようになるだろう。そうすれば、コボットと作業員との相乗効果は、競争力と生産性の面で比類のないものとなるだろう。

著者について

Revolutionizedのシニアエディターであるルー・ファレル氏は、長年にわたりロボティクス、コンピューティング、テクノロジーに関する記事を執筆してきました。彼は、取材対象となるストーリーや執筆活動そのものに深い情熱を注いでいます。

本記事は許可を得て掲載されています。