『2019国際ロボット展』見どころ現地レビュー

国際ロボット展は、毎年年末に開催されるロボット技術の総合展です。国内外から産業用・サービス用ロボット、関連機器の企業・団体が一堂に会し、ロボット利用技術の向上と市場の開拓、ロボットの市場創出のために開かれています。2019年のテーマは、人とロボットが共存・協働する社会を目指すという「ロボットがつなぐ人に優しい社会」。来場者数が毎年約1万人ずつ増えている展示会とあって、東京ビッグサイトの青海会場と西・南ホールを使って開催されました。

会場全体の印象は、やはり産業用ロボットの出展が多く、ロボット技術の裾野の広がりを受けて多種多様な業種業態の企業が出展していました。また、中国企業のロボット技術がかなり進化しているように思えました。出展社の中からいくつか目についた技術を紹介しましょう。

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コンパクトな全自動バリ取りロボット

NACHIブランドの株式会社不二越(東京都港区)は、コンパクトなバリ取りセル・ロボットNS-Platformを出展していました。自動車部品、ダイキャスト、歯車などのバリ取りや仕上げ工程では、ワークの輪郭の外側にバリが出ているため、スピンドルに傾斜角や伸縮などの自由度がある程度ないとバリ取りの最適化が難しくなり、二次バリが出るなど問題が発生します。

この製品、エアフロート式のバリ取りユニットには独自開発の製品を使用し、エア圧を可変させることでワークのバラツキに追従しているそうです。説明してくださったロボット開発部 応用技術開発室の篠原静雪(しのはら・しずき)氏によれば、バリ取りに必要な工程はすべてこのロボットによって全自動で行えると言います。

「NS-PlatformのNSというのは、NACHI SMART SYSTEMの頭文字になります。これは弊社が初めて提供するロボット標準機で、小型のオールインワン・ロボットです」(篠原氏、以下同)

動作は、従来のロボットのように実機を動かして教示点を示し、バリ取り工程を覚えさせるそうです。

「通常のバリ取り機では、スピンドルをがっちりつかむので座標軸である教示点をしっかり示さなければなりませんが、NS-Platformの場合、ある程度の柔軟性をもつエアフロート式を採用しているので、かなりラフなティーチングでも教示点を示すことが可能です。

例えば、通常のバリ取り機では10点くらい教示しなければならなかったものを、NS-Platformでは3つ程度の教示点ですむようになります。あとはスピンドルがワークの輪郭に追従して柔軟に動いていきます。もちろん、ワークのバリ取りした後、どの程度の面取りをするのかはお客さまの設定によります」


同社のバリ取りロボットの外観。コンパクトにするため、他社からアドバイスを受け、自社のロボット技術を駆使したそうです。
同社のバリ取りロボットの外観。コンパクトにするため、他社からアドバイスを受け、自社のロボット技術を駆使したそうです。


同社はこれまでロボットを標準化したことがなかったので、それについて社内でまとめていく作業に苦労したそうです。

「コンパクトにすることも目的でしたので、もちろんロボットの動作に必要なスペースは取っていますが、それ以外の部分をなるべく小型化していくことも難しかったです。

スピンドルが付くエアフロート式のユニットは株式会社ファインテクノさんとの共同開発でしたので、バリ取りシステムのコンパクト化についていろいろアドバイスをいただきながら開発しました。

もちろん弊社は産業用ロボットメーカーでもあるので、ロボットの動作、ティーチングの方法、シーケンス制御としてのPLC(Programmable Logic Controller、プログラマブル・ロジック・コントローラー)でロボットアームとスピンドルのコントローラー、エアの回路などの制御の手順の技術といった部分は独自に開発を進めています」

本体のサイズは幅800mm、奥行き1,400mm、高さ1,400mm、総重量は510kg、中のロボットは同社のMZ10という6軸のもので、回転治具テーブルはロボットの追加軸となっていてサイズは300mm×300mmです。先端部のツールには、電動スピンドル、エアモータスピンドル、ヤスリ用振動ツール、セラミックナイフなどを付けることができ、ワークセット不良センサーや刃具折れ検知センサーも付いているそうです。


ロボット内でバリ取りをしている様子。エアフロート式のスピンドルが柔軟にワークの表面をなめていきます。
ロボット内でバリ取りをしている様子。エアフロート式のスピンドルが柔軟にワークの表面をなめていきます。


「かなりコンパクトにまとめたため、ロボットのアームの動作範囲にどうしても限界があり、それを追加軸としての回転治具テーブルで補正しています。

本体の高さは、治具テーブルからどれくらいの高さのワークが乗るかを想定して決め、上部までロボットが直角の姿勢になった際に当たらないギリギリになっています。

奥行きも同じように決めましたが、幅はスピンドルのティーチングのしやすさ、治具テーブルにワークを設置しやすいように余地を考えて決めました」

この製品は、人との協働ロボットではなく、切り子が飛び散るので外側を覆わなければならないと言います。

「のぞき窓で外から加工の状態を観察できます。ワークに対してツールを強く当てていますし、反力が大きく、回転するスピンドルが先端に付いていたりして人が近づくと危険です。

用途はかなり多様で、自動車業界、鋳造部品などはもちろん、アルミキャスト製の電化製品のカバーに使いたいというお客様もいらっしゃいました」

対象ワークの素材は、やはり鋳造などのアルミが多いと言います。また、バリの大きなものはサイズ的にもパワーでも難しいそうです。ただ、場所を取らず、簡単に操作できるオールインワンのバリ取りロボットは、ニーズも多いと考えているとのことでした。


株式会社不二越 ロボット開発部 応用技術開発室 篠原静雪氏。約5年前から開発を続け、今回の国際ロボット展に満を持して出展したそうです。
株式会社不二越 ロボット開発部 応用技術開発室 篠原静雪氏。約5年前から開発を続け、今回の国際ロボット展に満を持して出展したそうです。


「単純だけど時間がかかる作業」を人の代わりに行うアバターロボット

アバターロボット「ugo」というロボットを出展していたのは、ベンチャーのMira Robotics株式会社(神奈川県川崎市)という企業でした。同社は立ち上げて2年弱くらいで、今回の展示会はほとんど初めて出展したロボットだと言います。説明してくださった技術部の前田虎太郎(まえだ・こたろう)氏によると、人間が行っている動作とまったく同じ動作をするロボットだそうです。

「直感的に動かせ、操作が楽なところが特徴になります。ゲーム・コントローラーを操作する程度のスキルなので、初心者がすぐに動かすことができるようにはなっていませんが、慣れてくれば直感的に動かすことができます。

両手に装着するコントローラーを使っていて、このコントローラーがリアルタイムに座標を読み取って位置を感知し、赤外線を受信する位置制御センサーによって利用者の動きをロボットがトレースします。赤外線で読み取った数値をロボットに送ってロボットを動かしているというわけです」(前田氏、以下同)

このアバターロボットは、例えばシャツをたたんだりするようなことが遠隔で可能になるそうです。

「ただ用途として具体的に決めているわけではなく、人がやっている作業を担ってくれるというのが目的です。簡単ですが時間のかかる作業をugoに代わりにしてもらい、それによって空いた時間で人がほかのことをするというようなことです」


両手につけたコントローラーでロボットをアバターとして操ります。これは洋服をたたんでいるデモの様子。
両手につけたコントローラーでロボットをアバターとして操ります。これは洋服をたたんでいるデモの様子。


現在、カメラは胸に1つだけですが、今後は複数のカメラによって奥行きや周囲の状況を把握できるようにしていくそうです。

「そうすればより作業がしやすくなっていくと考えています。また、自由度の高い人の手の動きのように、もっと関節の数を増やしていくこともできると思います。

現在、腕は7軸で1kgくらいの重さのものを持つことができるようになっています。また、高さが90センチから180センチくらいまでになる昇降用のアクチュエーターが備えています。

これは例えば洗濯物を干す際には高くなり、人との目線を合わせたいときには低くなるような機能です」

また、日常作業用のロボットのほか、ビルの警備や高齢者用の施設のトイレ掃除などの用途のためのロボットもあり、これはLEDのインジケーターによって表情を変えられるようになります。

「このアバターロボットugoの特徴としては、ダイレクト・ティーチングという機能が備えられていて、一度、覚えさせた動作を繰り返してくれます。例えば、トイレ掃除の動作を覚えさせれば、同じように掃除を自動でしてくれるようになります。

現在、警備現場などでダイレクト・ティーチングによる実証実験を行っているところです。警備用のアバターロボットのカメラには画像処理によって、近くに人がいたら動作をやめるようなプログラムが組み込まれています。キルスイッチもあり、ロボットはそれほど強い力を出せませんが、高齢者用施設などで使う場合、こうした機能は必須だと考えています」



警備用のロボット。実証実験で実用化を目指している最中だそうです。
警備用のロボット。実証実験で実用化を目指している最中だそうです。

ただ、衣服をたたむような場合、ダイレクト・ティーチングによる自動化は難しいと言います。AIが入っているわけではないので、自律的に何かを探索したりすることはできないそうです。

「しかし、例えば食器を食器棚に片付けたり、倉庫内での荷物を運搬するような場面では使うことができると考えています」

開発の苦労は、加速度センサーによるフィードバック制御を使っていないため、滑らかの動きがなかなか再現できなかったことだと言います。

「ある位置から目的の位置まで動かす指令を送っても、速度を決めることができないので、急に動いたりぎこちなく動いたりします。また、ロボットが予期しない動きをすることもあり、想定していない位置まで腕を動かそうとしたりすることも起きます。ある位置に手先をもっていきたいとなったら、人の場合はいろいろなアプローチの方法でもっていきますが、ロボットはそのどれを選ぶのかという制御も難しかったです」

同社のugoは、2020年の秋頃にレンタルでサービスを始める予定だそうです。



Robotics株式会社 技術部 前田虎太郎氏。ロボットを滑らかに動かすのが難しいと言います。
Robotics株式会社 技術部 前田虎太郎氏。ロボットを滑らかに動かすのが難しいと言います。


振動を制御して開いた金型からプラスチックの部品を取り出す。射出成形機に搭載するロボット

剣玉で実演しプラスチック製品取出ロボットを出展していたのが、株式会社ユーシン精機(京都市南区)です。同社は、特にプラスチック業界向けの射出成形品取り出しロボット、自動ストック装置、省力化自動機器といった産業用ロボットを製造してきた企業です。

説明してくださった執行役員・事業推進企画部責任者の辻直樹(つじ・なおき)氏によれば、今回の展示会ではアクティブ振動制御機能を搭載した取出ロボットFRAシリーズ、EOATというロボットハンドなどを出展しているそうです。

「射出成形機に搭載し、開いた金型からプラスチックの部品を取り出すロボットで、弊社のメインの商品となります。

今回のFRAシリーズというのは、取出ロボットとして最新の機種で、取出ロボットというのは比較的、単純な動作を行うのですが、24時間365日、休まず作動しなければなりませんし、金型が開いている時間をどれだけ短くするのかが生産性に影響するため重要になります。

ですから、できるだけ早く取り出さなければなりませんが、早く取り出そうとするとロボットアームなどを軽く作らなければなりません。そのため弊社では、いわゆるトポロジー技術を使って、3次元の最適設計をして剛性を保ちつつ、軽量化する追求しています」(辻氏、以下同)


剣玉を実演するロボット。振動制御を利用し、剣玉の玉の揺れを打ち消して狙った場所に玉を持ってくるように動作していました。
剣玉を実演するロボット。振動制御を利用し、剣玉の玉の揺れを打ち消して狙った場所に玉を持ってくるように動作していました。


トポロジーを応用した3次元設計は自動車や航空機などに使われる先端的なアプローチの方法だそうですが、単純な取出ロボットでも要求される性能を実現するために採用したそうです。

振動制御はロボットアームにとって共通の問題だそうですが、特にプラスチックの射出成形機から取り出すロボットに要求される速さは、自動車や半導体など他の業種とは比べものにならないほどと言います。

「例えば、アームに穴を開けていますが、無駄に穴を開けているのではなく、応力がかからない部分だからこそ、そこを削って軽量化を追求しています。

こうして速く動作できるようになると、また別の問題が出てきます。それは急速に動作すると、どうしても振動が生じてしまうことです。早く金型に侵入して素早く取り出すロボットですが、振動が邪魔をしてタイムラグが起きたり、取り出しに失敗したりするようなことが起きます。一方、振動が収まるのを待っていると取り出しが遅くなってしまいます」

今回、同社が出展した取出ロボットFRAシリーズは、このアクティブ振動制御という機能を搭載しているそうです。中にセンサーが入っていて振動の信号を検知し、その信号とは逆の位相の信号を内部的に与えて振動を相殺し、振動の影響を抑えるという機能と言います。

「振動のエネルギーを吸収して振動を止めるのではなく、アクティブに振動を加えることで振動を打ち消すという原理になります。

ロボットには5軸で5つのアクチュエーターが入っていますが、振動を打ち消すためだけにもう1つ別のアクチュエーターを入れています。アクティブ振動制御という原理は前からありますが、東北新幹線の車両で乗り心地を良くするために採用されているアクティブサスペンションと同じものです。

最近のわかりやすい事例でいえば、ヘッドホンのノイズキャンセル、つまり能動的な騒音制御と同じ原理です。外からのノイズ音と逆の位相の音をスピーカーで出して打ち消しています」

アクティブ振動制御をリアルタイムで動作することを実際に再現するため、今回の出展では剣玉の実演をさせていました。剣玉では玉を引き上げて剣に挿したり皿に乗せますが、細かい振動があるとうまく挿せず乗せられません。このロボットでは、引き上げる際に振動を抑えて狙った動作を行うようになっています。

「最近になってプラスチック射出成形という製造工程自体、難しい技術を扱うようになってきています。

例えば、自動車のボンネットなどにナット部品をあらかじめはめておいて加工過程を簡略化する方法があり、その際に樹脂の部分がつぶれないように金型に金属部品をセットして同時に樹脂を充填して成形するインサート成型という技術があります。

この工法をする場合、振動があると金型への金属部品のセットがうまくいきません。アクティブ振動制御は、こうした問題を解決するための技術ですが、弊社としては何か新しい振動制御を開発しようということで製品化したというわけです」

もちろん課題もあるそうです。それは作業対象となる機器の多様性です。

「プラスチックの取り出す個数が2個取りから4個取りになるなど、射出成形品を取り出すためのアタッチメントのチャックにしても大きさや重さは多種多様ですし、取り出し方法も吸着する方法や挟み込むタイプなどがあり、アームの先端重量の幅が2倍以上になることも少なくありません。そうしたバリエーションによって振動も多様になりますが、先端に何がきてもロボット自身がアクティブに振動を制御できるようにすることが難しかったです」



ロボットハンドのチェンジの実演の様子。大きさや重さが多様なハンドを持ち替えていました。
ロボットハンドのチェンジの実演の様子。大きさや重さが多様なハンドを持ち替えていました。


現在、国内の射出成形機メーカー各社はIoT化を進めていますが、機器のデータに互換性がない場合が多いと言います。同社では取出ロボットメーカーという特異な位置づけを活かし、メーカー各社の協力を得て多種多様な射出成形機につけることができるようにし、操作のインターフェースにも対応しているそうです。

株式会社ユーシン精機 執行役員・事業推進企画部責任者の辻直樹氏。振動制御は新幹線やノイズ除去などに使われていますが、産業用ロボットに応用した事例は少ないそうです。
株式会社ユーシン精機 執行役員・事業推進企画部責任者の辻直樹氏。振動制御は新幹線やノイズ除去などに使われていますが、産業用ロボットに応用した事例は少ないそうです。


ロボットの技術分野は、単に製造業のみならず、AIやICTの進化と連携し、身近な生活にまで及びつつあります。日本政府はいわゆる第4次産業革命を進めていくために「Connected Industries」という産業振興方針を打ち出しています。この方針にはいくつかのテーマがありますが、人と機械が協働する社会の創生も重要な柱であり、ロボットはそのために必要な要素技術となっています。

今回の国際ロボット展では様々なロボットが出展されていましたが、コンパクトになったバリ取りロボットから人を助けるロボット、そして産業用ロボットに使われる振動制御など、広い意味でのロボット技術がみられました。次回の展示会にはどんなロボットが登場するのか楽しみです。



文/石田雅彦


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