ロボットがモバイル化

Aug 17, 2023

新しいテクノロジーにより、ロボットは工場内を簡単に移動できるようになります。 写真提供：KUKA Robotics Corp.

この移動ロボットは、結合システム用の電気コネクタを組み立てるために使用されます。 写真提供：Stäubli Corp.

電気製品を組み立てる多品種少量工場の生産性を向上させるために、移動ロボットが使用されています。 写真提供：Universal Robots USA Inc.

この双腕 15 軸ロボットは自律移動ロボットに乗せられており、ティア 1 自動車サプライヤーによって使用されています。 写真提供：Otto Motors/Clearpath Robotics Inc.

この 6 軸協働ロボットは自律的に駆動およびナビゲートできます。 写真提供：Stäubli Corp.

自律移動プラットフォームに搭載された協働ロボットは、柔軟な自動化の新時代の到来をもたらします。 写真提供：KUKA Robotics Corp.

モビリティは小規模メーカーに大きな柔軟性をもたらします。 ニーズの変化に応じてロボットを簡単に再導入できます。 写真提供: Omni Automation/Control Electric Co.

モビリティにより、協働ロボットの到達範囲と使いやすさが向上します。 写真提供：Universal Robots USA Inc.

モビリティの推進は、ロボット技術の新時代の始まりを示しています。 写真提供: Vicosystems

かつてロボットは厳密に静止した機械であると考えられていました。 彼らは床、テーブル、天井、壁にボルトで固定され、そこに留まりました。 しかし、それは変わり始めています。

現在、新しいテクノロジーによりロボットが工場内を簡単に移動できるようになりました。 ロボットは、車輪付き台座、回転カート、さらには自動プラットフォームに取り付けることができます。 これにより、機械は人間に近いところで動作し、より多用途になることが可能になります。

今年初めにシカゴで開催されたオートメートショーでは、数台のロボットが展示会場を走り回っていた。 しかし、それらのほとんどは自ら動くことはありませんでした。 彼らは次世代の自動化されたインテリジェント車両に乗せられていました。

モバイル デバイスは、マコーミック プレイスに展示されている大部分のロボットとは明らかに対照的でした。 訪問者が機械を詳しく見ようと歩いてくるのではなく、移動ロボットが人々に近づきました。

Automate ショーで注目を集めていた企業の 1 つが Universal Robots USA Inc. (UR) でした。 Mobile Industrial Robots Inc. (MiR) の MiR200 モバイル プラットフォームに取り付けられた UR5 アームが展示されました。

「モビリティにより、ロボットの到達範囲と使いやすさが向上します」と UR の西部エリア営業マネージャー、クレイグ トミタ氏は言います。 「当社の協働ロボットは低電圧であるため、すでに車両に搭載されているバッテリーから電力を供給できます。ロボットは、生涯にわたって 1 台の機械や 1 台のコンベアの前に留まらなければならないということはもうありません。

「モビリティは、特に小規模製造業者や受託製造業者にとって、大きな柔軟性をもたらします」と富田氏は説明します。 「ニーズの変化に応じてロボットを簡単に再配備できます。」

MiR200 は自律移動ロボット (AMR) であり、従来の無人搬送車 (AGV) よりも高速、スマート、使いやすく、効率的なテクノロジーに基づいた新しいタイプの機械です。

「AMR とそれに便乗する産業用ロボットは、それぞれが協調的であり、非常に柔軟です」と MiR の南北アメリカ営業担当バイスプレジデント、エド・マレン氏は述べています。 「ロボットを AMR に配置すると、柔軟性がさらに高まり、自動化の度合いが高まります。

「インテリジェント ナビゲーション システムを介して、AMR をどこにでも移動させることができます」と Mullen 氏は付け加えます。 「これにより、目標に向かって自律走行できるようになります。その後、ロボット アームに自動的に何かを拾わせることができます。これにより、効率が向上します。従業員がこのプロセスに関与する必要がないため、リソースが解放されます。」

「[エンジニアは] AMR を脚、おんぶロボットを腕、ソフトウェアを脳として考える必要があります」とマレン氏は指摘します。 「これにより、多くのアプリケーションに完全なソリューションが可能になります。」

Motoman Robotics Div のソフトウェア製品マネージャー、Keith Vozel 氏は次のように述べています。 Yaskawa America Inc. によると、移動ロボットには 3 つの異なるタイプがあります。

AMRシリーズを開発したフェッチ・ロボティクス社の最高技術責任者マイケル・ファーガソン氏は、「移動ロボットには、協働ロボットが直面しているのと同じ課題がたくさんある」と語る。 「現在、さまざまなロボット アームが市販されていますが、それらはすべて静的に取り付けられ、壁のコンセントに接続されるように設計されているのが一般的です。

「モバイルアプリケーションでは電力効率が非常に重要ですが、静的設置ではほとんど注目されません」とファーガソン氏は指摘します。 「ロボットを床にボルトで固定すると、ほぼすべてのモバイル プラットフォームが提供できるよりも安定性が高くなるため、特に腕を速く動かすときの安定性も課題になる可能性があります。」

ファーガソン氏や他の観察者によると、モビリティの推進はロボット技術の新時代の始まりを示しているという。 そして、今後 10 年間でロボットの需要が高まるでしょう。

EPSON Robots のアプリケーション エンジニアリング テクニカル サポート マネージャーである Phil Baratti 氏は、「最近では、従来の固定型フレキシブル オートメーションをモバイル フレキシブル オートメーションに使用することに関連するアプリケーションが増加しています。」と説明します。 同氏は、これはさまざまな業界の大小の製造業者を変革する新たなインダストリー 4.0 トレンドの一部であると信じています。

「モバイルロボットは爆発的に普及するものです」とファナックアメリカのナショナルアカウントマネージャー、クリス・ブランシェット氏は付け加えた。「今後5年以内に、モバイルロボットがあらゆる場所に配備されるようになるだろう」

「協働ロボットは環境により適応できるため、モビリティへの応用が可能になります」とブランシェット氏は述べています。 「これまで、従来の固定ロボットの周囲には常に安全ケージやガードが必要でした。そのため、人間がロボットを移動可能にするのは困難でした。」

この新しい種類のロボットの主なタスクは、原材料、部品箱、キット化されたコンポーネント、または仕掛品を組立ラインに配送するなどのマテリアルハンドリングアプリケーションになります。 その他の用途としては、機械の管理、塗装、倉庫保管などがあります。

「特に航空宇宙産業において、移動ロボットの大きな成長が見られます」とブランシェット氏は言います。 「それは、床面積が広く、部品が大きいためです。サブアセンブリを移動させるのは簡単ではありません。ロボットを部品に持ち込む方が合理的です。これまでの活動のほとんどは、穴あけ用途に焦点を当てていました。」

ボーイングはすでに、移動ロボットと移動ロボットプラットフォームに関連する米国特許をいくつか取得している。 同社はこの先進技術を利用して、ジェット旅客機777Xなどの次世代民間航空機を製造する計画だ。

さらに、ボーイングはサウスウェスト研究所および国立防衛製造加工センターとの研究開発イニシアチブに参加しています。 目標は、米空軍が航空宇宙産業のさまざまな製造およびメンテナンスのプロセスで高度なロボット工学を再利用できるようにするソフトウェアと技術の開発を支援することです。

「私たちの主な目標の 1 つは、ロボット システムの適応性と柔軟性を促進することです」と、空軍研究所材料製造総局のオートメーションとロボット工学のプログラム マネージャーであるリック マイヤーズ氏は述べています。 「このチームは、同じシステムを製造や維持業務を含むさまざまな用途で使用できるようにする技術の開発を支援します。」

モバイル ロボットは、造船、鉄道車両、農業機械、建設機械など、他の業界のエンジニアにとっても魅力的です。

「これらのメーカーは、自社製品のサイズと量に手錠をかけられています」と、自動運転車を販売するクリアパス・ロボティクス社の一部門、オットー・モーターズの製品マーケティング・マネージャー、カム・デイビス氏は言う。 「これまで正当化できなかった自動化テクノロジーを活用できる大きな可能性があります。

「モバイル ロボットは、オートメーションの島を相互に接続できます」とデイビス氏は説明します。 「また、メーカーは床面積を最適化することもできます。」

Otto Motors のエンジニアは最近、OTTO 1500 と呼ばれる自律型資材運搬装置を開発しました。この機械は 1,500 ポンドの可搬重量を備え、6 つの車輪、4 つのキャスター、および 2 つの駆動モーターを備えています。

ロボット アームには、電源ポートとデジタル通信接続に加えて、標準的な取り付けポイントが 4 つあります。 OTTO 1500 は幅 47 インチ、長さ 71 インチで、最高時速 5 マイルで走行できます。

Otto Motors は、いくつかのロボット ベンダーおよびシステム インテグレーターと協力して新しいアプリケーションを開発してきました。 たとえば、同社は最近、自動運転車の 1 台に双腕の 15 軸安川ロボットを搭載しました。

この機械は、ミシガン州オーバーンヒルズにあるhirotec America Inc.の工場に出荷されました。 Tier 1 サプライヤーは、腐食防止のために部品を持ち上げて黒色酸化膜に浸すためにこの装置を使用しています。

「ロボット溶接ガンのマガジンの補充など、組立ラインのメンテナンスを自動化する新しい方法も検討しています」とデイビス氏は言う。 「モバイルロボットはそれを達成するための素晴らしい方法です。」

多くのメーカーは、複数の場所で複数のタスクを実行するために複数の固定ロボットを使用することをコスト的に正当化できません。 そのため、作業セルから作業セルへと移動して複数のタスクを実行できる単一の移動ロボットがエンジニアにとって魅力的です。

ファナック、MiR、UR のシステム インテグレーターである Control Electric Co. の一部門であるオムニ オートメーションは、製品の取り出し、製造作業の実行、または組立ラインで人間と並んで作業するために使用できるロボット アームを備えたモジュールを開発しました。 TMROR は、可搬重量 10 キログラムの 6 軸協働ロボットを備えています。

ドッキング ステーションに到着すると、モバイル ロボットは Wi-Fi または Bluetooth 経由で固定オートメーションと通信し、生産プロセスの開始を知らせます。 リチウムイオン電池で動作し、±1ミリメートルの精度で作業を実行できます。 プロセスが完了すると、ロボットには工場内の他の場所への任務を継続するよう信号が送られます。

「私たちはこれらのデバイスを『ロボット・オン・ロボット』(ROR) と呼んでいます」と Control Electric の社長、Michael Vogt 氏は言います。 「私たちは現在、生産エリアから部品を収集し、トレイに積み込んで部品洗浄機に配送するために使用される移動ロボットの開発に取り組んでいます。

「（この技術の）利点の 1 つは、製品を扱うために 1 台のロボットを複数の場所で使用できることです」と Vogt 氏は説明します。 「そうしないと、モバイル（プラットフォーム）の積み降ろしに複数の場所で複数のロボットが必要になります。もう1つの利点は、タスクごとに専用のロボットを用意するのではなく、AMRに搭載されたロボットアームが必要に応じて施設内で複数のタスクを実行できることです。」

「将来的には、従来の固定機械よりも移動ロボットの方が成長するだろう」とフォークト氏は予測する。 「モバイル ロボットはまだ初期段階にあります。しかし、従来のロボット メーカーのほとんどは、ロボット アームを可動化し、モバイル ロボットの安全性を向上させるために多額の研究費を費やしています。

「私たちと同じように、インテグレーターもモバイルロボットのアプリケーションや用途を考え出すために資金を投資しています」とフォークト氏は付け加えた。 「これらの用途が発見され、より広く知られ、受け入れられるようになると、移動ロボットの売上が急速に伸びると期待しています。」

Stäubli Robotics Corp. のエンジニアは最近、HelMO と呼ばれるモバイル マシンを開発しました。 このロボットは現在、ドイツのバイロイトにある同社の工場で使用されている。 カップリング システム用の電気コネクタを組み立てるのに使用されます。

「おんぶを伴う他のモバイル ロボット アプリケーションとは異なり、HelMo は自律的に運転およびナビゲートできます」とストーブリ社ロボット部門マネージャーのセバスティアン シュミット氏は述べています。 「3 つの統合レーザー スキャナを使用して環境を継続的に監視します。ロボット システムはタスクを完全に自動で高速に実行することも、必要に応じて人間と協力することもできます。」

移動ロボットは自ら作業場まで移動し、人間が近づきすぎると速度を落とすか停止し、再び出発します。

HelMo は 6 軸 TX2 協働ロボットをベースにしており、最大可搬重量 15 キログラムと範囲 1,200 ミリメートルを誇ります。 タッチセンシティブな表面は、人間と直接接触した場合にすぐに動きを停止します。

「システムに割り当てられるさまざまなタスクの中でも、複雑な組み立て作業には高度な精度が要求されます」とシュミット氏は言います。 「ロボットは、ワークステーションに常設された 3 つの測定点を介して位置を校正し、10 分の 1 ミリメートル以内で正確に位置を調整します。

「HelMo は、組立用途向けの最初の（モバイル）産業用ロボットです」とシュミット氏は主張します。 「基本的なアイデアは、1 台の産業用ロボットをさまざまな用途やさまざまな職場で使用することでした。AGV システムで産業用ロボットを作成するだけでなく、さまざまなツールと安全機能で構成される完全な移動式ロボット ユニットを開発することが私たちの目標でした。

「モバイル ロボット システムの主な利点は柔軟性です」とシュミット氏は付け加えます。 「このロボットは、ピックアンドプレイス用途、物流、マテリアルハンドリングに使用できます。また、既存の生産環境に簡単に統合できます。この機械には、反射板、ワイヤー、磁気ストライプなどの誘導は必要ありません。」

モビリティ革命の最前線にいるもう 1 つの企業は、KUKA Robotics Corp. です。実際、同社は 10 年以上にわたってこの技術を開発しています。

KUKA Robotics Corp.は、10年以上にわたりモバイルロボット技術を開発してきました。 数年前に同社が発売した最初の商用製品は、狭いスペースで重い荷物を輸送するためのモジュール式プラットフォームであるomniMoveでした。 8 輪のデバイスは無制限の機動性を誇ります。 すでにエアバスやシーメンスなどのメーカーで導入されている。

各車輪は他の車輪とは独立して移動できます。 それらは、地面に触れない 2 つの固定リムによってカプセル化された個別の樽型ローラーで構成されています。 その結果、機械は横、斜め、または円を描くように操縦できます。 KUKA KR Quantec シリーズ 6 軸ロボットをプラットフォームに取り付けることができます。

「omniMove は、将来のモバイル ロボットのコンセプトの基礎を築きました」と KUKA Robotics の先進ロボット アプリケーションの地域責任者である Denise Ebenhoech 氏は述べています。 「現在、omniMove プラットフォームは広く使用されており、3 トンからほぼ 100 トンまでのペイロードを処理します。

「全方向ホイール技術により、あらゆる方向への非常に正確な動きが可能になり、床面積が削減されます」とエベンヘック氏は指摘します。 「主な用途は、航空宇宙産業で見られるような大きくて重い部品の輸送です。

「omniMove プラットフォームでの作業と並行して、私たちはモバイル ロボットの柔軟で安全なナビゲーション コンセプトの研究も開始しました」と Ebenhoech 氏は付け加えます。 「これが、すべてのモバイル製品で使用できる KUKA ナビゲーション ソフトウェアの開発につながりました。」

このソフトウェアはレーザー スキャナ データを使用して、道路地図に似た環境の 2D マップを作成します。 このマップを使用すると、移動ロボットは自身の位置を特定し、安全に移動し、動作することができます。

「マーカー、反射板、その他の固定装置を追加する必要がないため、モバイル プラットフォームを既存の生産レイアウトに簡単に統合できます」と Ebenhoech 氏は主張します。 「このシステムは、他の移動障害物がある場所でも動作できます。これは、パレットやカートの積み降ろしが行われる実際の生産環境での使用に不可欠です。」

ナビゲーション研究チームは、KUKA の最初の協働ロボットである LBR iiwa の開発を担当したエンジニアと緊密に連携しました。

「軽量で安全なこのロボットは、自律移動プラットフォームに搭載するのに最適な選択肢であり、次の技術ステップである移動ロボットを可能にしました」とエベンホーク氏は言います。 「KMR iiwa は、利用可能な最高のテクノロジーをすべて組み合わせた結果です。」

KMR iiwa のプロトタイプ バージョンは、すでにいくつかの異なる製造現場に設置され、稼働しています。 この機械の商業生産は最近開始され、一部のメーカーはこの技術を自社の生産ラインに統合する過程にあります。

「さらに、自動化が必要な場所ならどこでも手動で移動できる、LBR iiwa 用の場所に依存しないロボット ユニットである KUKA flexFELLOW も提供しています」と Ebenhoech 氏は説明します。 「これはコントローラーの電気キャビネットとして機能し、顧客固有のコンポーネントやさまざまなメディア接続を統合するためのスペースを提供します。」

flexFELLOW は、組み立て用途向けの多用途のモバイル ソリューションとなるように設計されています。 すぐに使用できる状態に簡単に移動できます。 また、この機械は、狭い空間であっても人間と一緒に安全に作業できます。

移動ロボットユニットは既存の組立ラインに統合することもできます。 たとえば、Bosch Siemens Hausgerate GmbH は、ドイツのディリンゲンにある食器洗い機組立工場でねじ回し用途に flexFELLOW を使用しています。

Kawasaki Robotics のエンジニアも同様の装置を開発しました。 duAro 協働ロボットにはキャスターが装備されており、機械を手動で別のワークステーションに移動できます。

Kawasaki Robotics (USA) Inc. の製品および先進エンジニアリング担当ディレクター、サミール・パテル氏は、「この機能は短い生産サイクルに適しています。デュアル スカラ タイプのアームは、組立ステーション間の部品の取り扱いや搬送に最適です。」と述べています。

このタイプの柔軟な手動モビリティは現在、完全に自動化された代替モビリティよりも人気があり、安価です。

実際、Rethink Robotics の Baxter などの一部の協働ロボットは、キャスターを備えた台座に取り付けることができ、ワークステーション間を素早く移動できます。 可動台座には高さ調整と水平調整脚が備わっており、ケーブル管理が簡単になり、安全で整然とした作業環境が実現します。

Cross Co. などのベンダーは、切り替え時間を短縮できる車輪付きペデスタルを販売しています。 正確な高さ調整を行うためのオプションが複数あります。 同社は移動作業台として使用できるカートも販売している。 移動式台座とカートには通常、ロボットの使用中に所定の位置にロックされるボルトまたはピンが装備されています。

「このタイプの手動移動は、当社のロボットの最も一般的な用途です」と UR の富田氏は言います。 「実際、当社の顧客の 1 人は、自社のロボットを工場内のあらゆる場所で使用しているため、実際に Waldo と呼んでいます。」

Scott Fetzer Co. の一部門で小型モーターを製造する Scott Fetzer Electrical Group (SFEG) は最近、テネシー州フェアビューにある多品種少量組み立て工場の生産性を向上させるためにモバイル ロボットに注目しました。

「当社の組立ラインのほとんどは常に稼働しているわけではないため、従来の意味でロボットをラインに投入する方法を見つけるのは大きな課題でした」と SFEG のオペレーション ディレクター、マシュー ブッシュ氏は言います。 「私たちは、機動性と柔軟性に優れたロボット部隊を構築したかったのです。」

ブッシュ氏と彼の同僚は、UR5 と UR10 ロボットを車輪付きの台座に設置し、さまざまな用途に合わせて工場全体に機械を配置できるようにしました。 たとえば、1 台の機械で毎日 16,000 本のワイヤを切断しますが、この作業は以前は手作業で行われていました。 別のロボットが車輪で所定の位置に移動し、回路基板にエポキシを充填します。

「私たちはロボットを待機させて、仕事を待ってもらいたいのです」とブッシュ氏は説明する。 「朝スタッフが到着すると、従業員がロボットを押してその日の仕事に向かうための作業指示書が印刷されています。」