産業用ロボットの導入によるデメリット

初期費用が高額

初期費用が高額なのがデメリットです。産業用ロボット1台購入するのみであれば300万円～500万円程度ですが、それ以外にも以下のようなものがかかります。

ロボット関連装置(ロボットハンド、ロボット架台など)

ロボット周辺設備(安全柵、ベルトコンベア、PLCなど)

SIer(システムインテグレータ)費用(ロボット導入をサポートしてくれた会社に支払う料金)

費用を合計すると少なくとも1台当たり1000万円はかかります。そのため、導入する前に必ず費用対効果を確認してください。

不具合への対応が困難

不具合への対応が困難なのもデメリットの1つです。1度不具合が起きると生産ラインを停めなければならず、生産が計画よりも遅れてしまう可能性があります。

設備トラブルが起きないためにも、日々点検を行わなければなりません。

操作や検査に資格が必要

産業用ロボットは一部のロボットを除き、ティーチングや検査を行うために資格が必要です。資格取得のためには「特別教育」を受講することが必要で、受講費が発生してしまいます。

もし社員で誰も資格をもっていなければ、ティーチングマンに依頼することもできます。しかしながら、1日当たり20万～30万円と膨大なコストがかかってしまう場合もあるのでおすすめできません。

誤操作による怪我のリスクがある

誤操作による怪我のリスクがあることもデメリットです。不具合でロボットの点検中、作業者の誤操作により、ロボットの可動範囲内にいる人たちがロボットと衝突し大きな事故になりかねません。

そのため、安全教育を行う必要がありますが、教育を実施するための工数が発生してしまいます。

作業スペースの確保が必要

製品によりますが、産業用ロボットはサイズが大きいため作業スペースの確保が必要になります。

安全柵の設置も考慮するとよりスペースを確保しなければならないため、特定の製品にしか使わないロボットの場合、邪魔になることがあります。

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パラレルリンクロボットのデメリット

用途に限りがある

パラレルリンクロボットは用途が限られています。一般的に以下のことしか可能ではありません。

製品の運搬

仕分け作業

配列

組立

簡単な金属加工

このため、複雑な加工や溶接などはできません。用途によって使用できない場合があるので注意してください。

重量物は持てない

パラレルリンクロボットは重量物を持つことができません。人の作業を代わりに行えるような仕様になっているため、運ぶことができる重量は限られています。

機種によって可搬質量は異なりますが、一般的には1kg～10kgとなっています。そのため、軽量の製品を扱う場合のみ、パラレルリンクロボットの導入を検討してください。

作業範囲が制限される

パラレルリンクロボットはリンク長さや数、ボールジョイントの可動領域によって作業範囲が制限されます。そのため、可動領域外にワークがあった場合、ロボットは作業を行うことができません。

あらかじめどれくらいの規模の生産ラインを構築するか考慮しておく必要があります。

パラレルリンクロボットを扱える人材が必要

パラレルリンクロボットの操作や検査を行う場合、法律上資格が必要です。そのため、資格を所持している作業者が必要となります。

資格を取るにはコストが発生しますし、取得しても的確な操作ができるようになるには時間が必要です。長期的に人材育成を行っていくことが求められます。

トラブルが発生する可能性がある

パラレルリンクロボットだけの話ではありませんが、ロボットはトラブルが発生した場合、生産ラインを停めなければならない可能性があります。

頻繁にトラブルが発生すると、生産が遅れて納期に間に合わなくなる場合も出るかもしれません。そのため、トラブルを減らすためにも、日々のメンテナンスや点検が重要ですが、工数が発生してしまいます。

初期費用が高額

パラレルリンクロボットは初期費用が高額です。ロボット本体のみであれば、100万～400万円程度で購入できますが、ロボット以外にもベルトコンベアや架台、エンドエフェクタなどの装置を購入する必要があります。

また、ロボットの導入はシステムインテグレータがサポートするためシステムインテグレータ会社に対しても支払わなければなりません。最終的に、ロボット本体の何倍もの費用がかかるため、非常に初期費用が高額になります。

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産業用ロボットのハンドのトレンド

産業用ロボットのハンドは日々進化しています。保持できる対象物の範囲が広がり、ホールドする力も対象物に合わせてコントロールされています。産業用ロボットのハンドにおける近年のトレンドを紹介します。

ローコストで滑らかな動きを実現

多軸ロボットにおいては、軸の数が多いほど滑らかな動きができるとされていました。実際に、5軸、6軸のロボットハンドが多軸ロボットの主流を占めています。

しかし、わずか2つのモーターで滑らかな動きを実現するロボットハンドも出現しています。モーターが少ないため、価格が安く、稼働にかかるエネルギーが少ない点も魅力です。

パッドではなく包み込むように吸着するハンド

吸着ハンドは、パッドの吸着する面が平らになっていることが一般的です。しかし、吸着する面が折り紙のように収縮拡大するハンドも誕生しています。包み込むように吸着するので、平面状のものでなくてもホールドすることができます。

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モーターの分類

電磁力を使用したモーターである「DCモーター」と「ACモーター」と、それ以外のモーター（例えば、「超音波モーター」）に分けることができます。

さらに、DCモーターは、ブラシ付きDCモーター、ブラシレスDCモーター、ステッピングモーターなどに、ACモーターは、誘導モーター、同期モーター、整流子型モーターなどに、大まかに分類することができます。

（1）ブラシ付きDCモーター

ブラシと整流子を備えたモーターで、小型モーターでは、最も使用されています。

モーターとしては、最も安価です。小型の電子機器などに使用されています。

（2）ブラシレスDCモーター

ブラシ付きDCモーターの欠点であったブラシと整流子を取り除いたモーターです。

構造は、界磁用永久磁石をロータ側（回転する側）、電機子巻線（コイル）をステータ側（外側）に配置しています。

また、整流子の位置変化によるブラシを用いた通電切換の代わりに、ロータ位置信号検出のために ホール素子を用いて、コイルの通電を制御しています。ブラシがないので寿命が長いです。

静音性が求められるパソコン内のハードディスクなどに使用されています。

 

（3）ステッピングモーター

ステッピングモーターは、コイル電流を切り替えると、決まった角度だけ動くモーターで、位置決めなどに利用され、デジタル制御系との整合性がよく制御回路を作りやすいです。

ステッピングモーターは、デジタル信号で簡単に制御でき、工業用途、パソコン周辺機器だけでなく、コピー機などにも用いられています。

（4）誘導モーター

磁石を青色矢印の向きに動かすと、円筒（アルミ缶など）の表面には、フレミングの右手の法則に従う向きに、渦電流(*)が流れます。

この電流は、磁界の中を流れるので、円筒はフレミングの左手の法則に従う向き、すなわち磁石の移動方向と同じ向きに力を受けます。

したがって、円筒の軸は磁石と同じ向きに回転します。これが誘導モーターの回転原理です。

実際には、磁石を回転させて動力を得るのでは意味がありませんので、交流電流と電磁石で、磁石を回転させたのと同じ効果があるようにしています。

 

誘導モーターは、負荷が変化すると、それに応じてトルクが変化しますが、速度はあまり変化しません。

また、トルクと電流の関係はDCモーターのような直線になりません。

用途としては、扇風機などの家電製品からエレベータなどにも使用されています。

（5）同期モーター

回転軸に磁石を置き、外側にも磁石を置いて、外側の磁石を回転軸と同じ方向に回転させると、回転軸の磁石の周りの磁界も回転するので、回転軸の磁石もつられて回転します。

交流電流と電磁石で、外側の磁石を回転させたのと同じ効果を持たせたのが、同期モーターとなります。

同期モーターは、回転磁界とまったく同じ速さでまわるので、電源の周波数が一定であれば回転数はいつも一定になり、工作機械や電気時計などに使われています。

（6）整流子型モーター

ACモーターで整流子やブラシを備えています。

交流・直流いずれでも運転できることから、「ユニバーサルモーター」とも呼ばれます。

交流整流子モーターは、家庭用AC100Vで運転でき、負荷が増えると回転速度が下がり、トルクが増加する、という特徴があります。

このような特性から、家庭電気製品では軽量大出力が必要とされる、電気掃除機、電気ドリルのような工具、あるいは、ミキサーや、コーヒーミルなどに用いられます。

（7）超音波モーター

超音波モーターは、金属製弾性体（振動子）で発生した振幅数μmの固有振動（共振）を、摩擦力によって移動子（ロータ、スライダ）の回転や、並進運動に変換するものです。

弾性体の固有振動数（共振周波数）が、超音波領域（20kHz以上）であることから「超音波モーター」と呼ばれています。

超音波モーターの長所は、以下のようになります。

低速・高トルク特性を有するため、減速機構が不要

減速ギアが不要なため、静粛性に優れる

非通電時に保持トルクを有する

磁気の影響を受けず、電磁波を発生しない

小型・軽量

一方、短所は以下のようになります。

磨耗が大きいため、耐久性に劣る

高速運転が困難

高周波電源および複雑な駆動回路が必要

上記の長所を生かして、超音波モーターは、一眼レフカメラのオートフォーカスや半導体製造装置、マイクロマシン製造装置などの精密位置決め機構に利用されています。

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3Dプリンターを使うメリットは？

3Dプリンターが登場する前は、ものづくりの現場では金属で作った型（鋳型）に樹脂などの素材を流し込む方法で造形が行われてきました。しかし鋳型を作るためには様々なノウハウが必要で、手間と時間もかかります。具体的には

・試作品を作るための型を作る

・試作品を作ってみて、修正が必要であれば型から作り直す

といったように、実際に完成するまでの期間が長くなってしまう傾向があります。

しかし3Dプリンターを使えば、3DCADなどの設計データを入力するだけで簡単に造形、ものづくりができます。鋳型を作る工程がないため、1個だけ作ってみよう、とか100個作ってみよう、などということが簡単にできるわけです。しかも3Dプリンターはそれほど場所をとりません。このように、3Dプリンターはものづくりをする上で必要なお金と時間を削減することができるのです。

3Dプリンターはものづくりのあり方を変えつつあります。アイデアをすぐ形にできることから「誰もがメーカーになれる時代が来た」とも言われています。小規模な企業や個人でも、ものづくりができる時代になったと言っても過言ではありません。

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