クリーンロボットを導入するときに同時に導入したい周辺機器

クリーンルーム

クリーンルームは埃の付着を嫌う半導体の製造、細菌の繁殖で品質問題となる食品製造に使われる、空気の異物を限定した数量以下に管理する部屋です。

正確な定義は、『空気中における浮遊微小粒子、浮遊微生物が限定された清浄度レベル以下に管理され、その空間に供給される材料､薬品、水やその他についても不純物、ゴミを取り除いてゴミを持ち込まないようにしようとする空間』のことです。（JIS Z8122 4001より一部抜粋）

ロボットコントローラ

ロボットコントローラとは、ロボットの動作をを制御する装置です。インターフェース部分とコントローラ部分で構成されています。

インターフェース部分はティーチングペンダントとも呼ばれていて、ロボットを直接操作したり、教示を行う装置です。

コントローラ部分はシーケンサなどと通信をして、ロボットへ動作指令を出したり、反対にロボットの状態をシーケンサへ伝達したりします。

安全装置

クリーンロボットを導入した場合、作業者との接触を起こさないように安全装置が必要になります。ハード的には安全柵でクリーンロボットを囲って隔離を行います。

ソフト的には安全柵の開口部に作業者が侵入したときに、ロボットを非常停止させるためのエリアセンサーが必要になります。

安全柵に開口部がない場合は、保守などで安全柵内に作業者が入る時に使う安全柵扉に、安全プラグやセーフティーリミットスイッチなどを設置します。

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電動機（モーター）とは？種類について解説します

電動機の種類とは

電動機は「モーター」とも呼ばれており、電流により生じる電気エネルギーを機械的エネルギーに変えるための装置です。

端子に電線を接続して電気を通すと、モーターがその電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、シャフトに負荷を回そうとする力を発生させ、機械に動力を伝えます。 

モーターにはどのような種類があるのかご存じでしょうか。

モーターには様々な種類があり、それぞれの種類によって駆動方法や特徴は異なります。

ここでは、身近に見られることの多いモーターの種類を3つ紹介します。 

＊DCモーター

1つ目は、直流電源で回転するDCモーターです。

DCモーターは、ブラシがあるかどうかによって、さらに2種類に分類されます。 

ブラシ付きDCモーターはDCモーターの中でも特に広く普及しているモーターといわれ、

ブラシ付きDCモーターを回転させるのに必要なのは、直流電源のみといわれてます。

コイルに流れる電流を回転位相に応じて磁極と磁界を切り替えることで回転モーメントを一定方向に保つ動作をします。 

一方、ブラシの無いブラシレスモーター（BLDC）は、ブラシ、整流子の機械接点を持たない構造となっており、

代わりに電気スイッチ回路で電流方向と位相を制御して回転、動作させます。

交流移送制御を行う必要がありますが整流子を持たないので、ローター位置の検出に位置センサーを取り付けたセンサー制御や、コイル各相の誘起電力を検出するセンサレス制御など、電気制御回路は複雑になります。 

＊ACモーター

2つ目は、交流電源で回転するACモーターです。

「単相」と「三相」という言葉を聞いたことはあるでしょうか。

単相は主に一般家庭、三相は産業分野で用いられている交流電流で、

ACモーターは、交流電源が単相か三相かによって分類されます。 

単相モーターは、さらに「コンデンサモーター」と「くま取りモーター」の2種類に分類されます。

コンデンサモーターは、電気を蓄える電子部品である「コンデンサ」を用いたモーターで、

くま取りモーターは、くま取りコイル（固定子の鉄心の一部に短絡コイルを巻きつけたもの）を用いたモーターです。 

＊ステッピングモーター

3つ目は、パルス信号によって一定の回転角度で断続的に回転するモーターです。

電気エネルギーをコイル各相に順番にパルス印加し、この入力パルスに同期動作させるモーターで、

「パルスモーター」とも呼ばれています。

モーター軸に磁石を使用するPM型と、鉄心を使うVR型、磁石と鉄心を組み合わせたハイブリット型に分類されます。

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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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