ロボットと人が協力して製品の組み立てを行う

Jul 04, 2023

ワイドミュラーの組立ラインでは、協働ロボットが電気接点要素を圧入し、コネクタ ハウジングを結合し、接続接点をねじ止めします。 写真提供：Zimmer Group

HRC-02 2 爪平行グリッパーは、協働ロボットで使用するために特別に設計されました。 全電動サーボグリッパは鋭利なエッジがなく、ストローク長と把握力が調整可能です。 写真提供：Zimmer Group

HRC-02 グリッパーは、人間とロボットのコラボレーションに関する ISO/TS 15066 規格に定められた安全要件を満たしており、ドイツの OSHA に相当する DGUV によって認定されています。 写真提供：Zimmer Group

ドイツの製造業者は、米国の製造業者と同様に、非常にダイナミックな市場、グローバル化による競争の激化、熟練労働者の不足という 3 つの主要な問題に対処しています。 製品の組み立てはバリュー チェーンの最後のリンクであるため、これらの問題は特に困難です。

多くの製造業者は、人間とロボットのコラボレーションがこれらの課題の克服に役立つと信じています。 しかし、多くのメーカーはコストや人員への懸念から、人間とロボットの協働プロジェクトをまだ実施していません。 人間とロボットのコラボレーションが本格的に普及するには、さまざまなニーズを持つさまざまな業界の企業が共同組み立てワークステーションをセットアップできるようにするための、シンプルで柔軟な方法が必要です。

これは、ドイツ連邦教育研究省から資金提供を受けている SafeMate 研究プロジェクトの背後にある前提です。 目標は、従業員がロボットによる自動化の大きなメリットを認識できる、安全で受け入れられる職場を作り出すことです。 さまざまな業界のドイツの大手メーカー数社がこのプロジェクトに参加しています。 ルフトハンザ スカイ シェフズ、旅客機向けの食品メーカー。 家庭用電化製品メーカーのミーレ。 そして音響機器メーカーのゼンハイザー。

もう 1 つの参加企業は、ドイツのデトモルトに拠点を置く電気接続技術およびエレクトロニクスのメーカー、ワイドミュラーです。 同社の製品は、プロセス産業、輸送機器、発電、インフラストラクチャの構築などで使用されています。

最近まで、ワイドミュラーにおける特定の電気機械コンポーネントの組み立てプロセスは完全に手作業で行われていました。 SafeMate の一環として、プロセス エンジニアの Tobias Stuke 率いるワイドミュラーのエンジニアリング チームは、どのタスクを手動で行うのが最適で、どのタスクが機械で実行できるかを判断する分析を実施しました。 とりわけ、チームは、ロボットが、配置プロセスの単調で反復的で電力集約的なタスクを疲労することなく実行するのが非常に得意であることを発見しました。 そして、一貫した精度でそれを行うことができます。

ただし、組み立ては完全に人がいないとできません。 たとえば、人々は山や箱からさまざまな寸法の小さな部品を掴んで取り出すのが得意です。 彼らはそれらをよりよく認識し、分類することができます。 検査プロセスに関しても、人間は同僚のロボットよりも優れています。

これらの発見に基づいて、人間とロボットのコラボレーション モデルに従って、手動の組み立てプロセスが部分的に自動化されました。 その結果、人とロボットが並行して作業するハイブリッド組立職場が誕生しました。 単調で力を必要とするタスクはロボットが実行しますが、認知能力を必要とするタスクは人間が実行します。

協働ロボット工学では、人とロボットが 1 つの職場で一緒に働きます。 協働ロボットは、その高感度な制御技術により、防護柵がなくても人々と密接に連携して作業することができます。 このようなアプリケーションでは、危険が十分に最小限に抑えられていることを確認するための検証が必要です。 これは、専門家協会、外部サービスプロバイダー、システムインテグレーター、Technischer Überwachungsverein (TÜV)、または技術検査協会によって行うことができます。Technischer Überwachungsverein (TÜV) は、すべての技術システム、設備、機械をテスト、検査、認証するドイツとオーストリアの独立した国際サービス会社です。危険を最小限に抑え、損害を防ぐための種類。 グリッパーなどのアーム先端ツールもこの方法で検証できます。

電気機械コンポーネントを組み立てるために、ワイドミュラー氏はユニバーサル ロボットの協働ロボットを導入しました。 まず、コネクタ要素を組み立てます。 次に、コボットは電気接点要素を押し込み、コネクタ ハウジングを結合し、接続接点をネジで固定します。 この部分自動化の目的は、時間のかかる単調な中間ステップから作業者を解放し、人間とロボットの間でバランスの取れた分業を実現することです。 生産性も向上しました。

この協働ロボットには、ドイツのライナウに拠点を置くグリッパー専門会社である Zimmer Group の HRC-02 2 爪平行グリッパーが装備されています。 グリッパーは安全で、協働ロボットと完全に調和します。 全電動サーボグリッパーには鋭いエッジがありません。 すべての面が丸みを帯びた形状なので、偶発的に引っ掛かることは事実上不可能です。 グリッパのストロークと把持力を調整できるため、従来のグリッパに比べてより繊細な把持が可能です。 このグリッパーは、人間とロボットのコラボレーションに関する ISO/TS 15066 規格に定められた安全要件を満たしており、ドイツの OSHA に相当する DGUV によって認定されています。

人間工学に加えて、このプロジェクトのもう 1 つの焦点は、協働ロボットを効率的かつ柔軟に使用できるかどうかを判断することでした。 エンジニアは協働ロボットの取り扱いとプログラミングに特に注意を払いました。 特に HRC-02 グリッパーと組み合わせた場合、結果は説得力のあるものでした。

Zimmer グリッパーが UR 協働ロボットと完璧に連携するのは偶然ではありません。 Zimmer は数年間にわたって UR+ パートナーを務めています。 UR+ は、Universal Robots によってその製品と連携することが認定されたサードパーティ製コンポーネントとアプリケーション キットのプラットフォームです。 UR+ プラットフォームには現在、300 を超えるパートナーと 400 の認定コンポーネントおよびアプリケーション キットが含まれています。 Zimmer グリッパーは UR+ 認定を受けているため、協働ロボットのコントロール パネルから直接プログラムできます。 複雑なプログラミングスキルは必要ありません。

グリッパーはデジタル信号によって操作されます。1 つはグリッパーのジョーを閉じるための信号、もう 1 つはジョーを開くための信号です。 部分存在信号はアナログ センシングによって提供されます。 グリッパーは、センサーの位置を変更することなく、さまざまなワークピースの寸法を検出できます。

グリッパーにはフリードライブボタンが組み込まれているため、ロボットを簡単にティーチングできます。 ツール I/O への直接接続とロボット フランジへの直接組み立てにより、グリッパーの設置と操作が簡素化されます。 セルフロック機能により、非常停止や停電時でもワークの落下を防ぎます。

ワイドミュラーのパイロットプロジェクトは成功し、メーカーに新たな可能性をもたらしました。 このプロジェクトは生産性の向上に加えて、非金銭的な利益ももたらしました。 たとえば、接触要素を押し込むなどの単調で力を必要とする作業は、協働ロボットによって処理されるようになりました。 これにより、最初から変革プロセスに関与していた労働者からの賛同と受け入れが得られました。 自動化はワイドミュラーが熟練労働者の不足にうまく対処できることも意味します。 ワイドミュラーは、単調でストレスの多い作業を自動化することで、最も必要な場所に熟練労働者を再配置できるようになりました。

「技術的特徴は別として、Zimmer グリッパーを選択した理由の 1 つは、人間とロボットのコラボレーション システムにとって安全であることがすでにテストされ、認定されていたからです」と Stuke 氏は言います。 「同社にとって、従業員が共同作業から利益を得ることは特に重要です。グリッパーを備えた協働ロボットは、疲労を軽減することを目的としています。」