産業用ロボット部品・コンポーネント完全ガイド：調達と活用の知見

産業用ロボット部品・コンポーネントのNo.1ガイドを発見。用途、特性、制限、調達先について詳しく学べます。

ロボット（単数または複数）をお持ちで、ユーザー交換可能なコンポーネントとパーツについて知りたい場合。または主要ロボットアセンブリの機能について詳しく知りたい場合。どちらでも、ここが適切な場所です！

ほとんどのロボットのユーザー交換可能コンポーネントには、エンドエフェクタ、センサー、ロボットコントローラーが含まれます。モバイルロボットではバッテリーの定期交換が必要です。ロボットの重要アクセサリーには、ロボットアームのマウント、センサー固定用マウントシステムがあります。ロボットビジョンシステムも交換可能な場合があります。もちろん、LEDディスプレイやキーパッドなど他にも多くの小さな部品があります。完全なリストは範囲外です。本記事では主要アセンブリとその機能をトップダウンで概観します。

HowToRobotでロボットコンポーネントの見積もり取得が可能です。HowToRobotには15,000社以上のロボティクスベンダーのディレクトリがあります。これにより利用可能製品の概要を把握でき、貴社ロボットに理想的な精密コンポーネントを決定し、競合製品のコスト効率を比較できます。

本記事の内容

• ロボットエンドエフェクタ
• ロボットセンサー
• ロボットコントローラー
• ロボットバッテリー
• ロボットベース/マウントシステム
• ロボット安全コンポーネント
• コンベアベルト
• 振動フィーダー
• 組織に最適なロボット部品・コンポーネントの調達方法

ロボットエンドエフェクタ

ロボットアームのエンドエフェクタは作業が行われる場所です。ロボットとワークピースの接点です。人間が多種多様なツールを使って物事を成し遂げるように、ロボットも同様です。

ロボットエンドエフェクタは「エンドオブアームツーリング（EoAT）」とも呼ばれます。EoATは実質的にロボットの手首、手、ツールです。エンドエフェクタは溶接ツールから掃除機まで多岐にわたります。

EoATはドライバーや回転ドリルの場合もあります。ロボットエンドエフェクタ専門メーカーもあります。多くのベンダーは特定種類のEoATに特化しています。

ツールを自動交換できることはしばしば良い機能です。特殊治具がツールを保持し、通常ロボット外部の面にマウントされます。治具はロボットアームが着脱できる多様なツールを保持できます。これによりロボットはワークピース上で異なるタスクを実行できます。この機能活用例：ロボットアームが金属片に穴を開け、ツールを交換して穴のバリ取り、再び交換してタッピングツールでねじ切りを行います。

ロボットグリッパー

ロボットアーム用の多様なグリッパーがあります。ユニバーサルグリッパーはまだ見つかっていません。当初は人間の手のようなロボットグリッパーが最良と考えられていましたが、後に考え方が変わりました。

箱を一日中リフトするロボットなら、手に指は必要でしょうか？ おそらく不要です。小さな箱なら吸着カップがベターかもしれません。大きな箱なら2本アームロボットがベターかもしれません。「手」やグリッパーはノブ付き球体形状かもしれません。大型重量箱なら、箱の下に差し込んで下から支える爪型が最適かもしれません。

人生の多くのことと同様、「形態は機能に従う」。必要なグリッパー種類、またはグリッパーセットは用途によります。

ロボットセンサー

ロボットセンサーは人間の感覚に似ています。ロボットは見え、聞こえ、触覚を持ちます。嗅覚と味覚を備えることも可能です。産業用ロボットは鉱山の空気質テストに「嗅覚」を使用することがあり、有毒ガスや漏洩汚染物質を検知できます。味覚ロボットもあり、食品品質テストや有害化学物質検出に使用されます。

しかし、現在産業用途で最も一般的に使用されているロボットセンスは視覚です。以下でロボットビジョン用主要センサータイプを見ていきます。

光学センサー

ロボット用光学センサーの種類は実に豊富です。表面粗さ測定用、膜厚測定用、物体の精密な色検出用などがあります。ロボットに顕微鏡を搭載することも可能で、多くの可能性を開きます。顕微鏡で多くの測定が可能です。

光学センサーで液体流量測定も可能です。流量は電磁センサー等他方式でも測定可能です。パドルホイール型でパルスを送出するタイプもあり、ホイール回転が速ければパルス頻度が高まります。

位置と速度も光学センサーで測定可能です。センサーがカメラである必要はありません。

レーザースキャナー

レーザー技術の産業応用導入は多くのやり方を変えました。レーザーはハンドヘルドバーコードスキャナーで使用されます。機械加工部品の精密測定、長距離測定も可能です。複雑ビジョンシステムでレーザー使用。コンピュータビジョンによりモバイルロボットが自律移動し、経路上の障害物を回避できます。

バーコードラベル読取用レーザースキャナーは高速・高精度・低コストです。ハンドヘルド型で在庫管理に人々が使用し、マテリアルハンドリング・製造タスクでも使用されます。レーザーバーコードスキャナーは倉庫のAMR（自律移動ロボット）に搭載しオーダーピッキングプロセスを支援できます。スキャナーを空撮ドローンに搭載し、倉庫通路を飛行してバーコード読取とコンピュータビジョンで箱内アイテムカウントが可能です。空撮ドローンは人手のわずかな時間で棚卸しが可能です。

レーザーバーコードスキャナーがアイテム追跡の唯一の方法ではありません。RFIDベーススキャナーも使用可能です。RFID（Radio Frequency IDentification）はラベルが可視でなくても読取可能という利点があります。電波を光の代わりに使用するためです。しかしRFIDラベルはバーコードより高価です。

レーザースキャナーの最も一般的な用途の一つは産業用ロボットビジョンです。これらスキャナーはLiDAR（Light Detection And Ranging：光検出と測距）を使用します。LiDARはRADARに似ています。レーダーは第二次世界大戦中に発明され、RAdio Detection And Rangingの略です。両者とも原理は似ています。LiDARセンサーが電磁エネルギーパルスを送信し、最寄り物体で反射したものを検出します。反射戻り時間を測定し、長ければ物体は遠く、短ければ近いです。時間はセンサーから物体までの距離に比例します。これでレーザーで単一点までの距離を精密測定できます。

興味深い事実：NASA科学者が1960年代アポロ月計画の一環としてLiDARを発明しました。初期用途の一つは地球と月の距離測定でした。

LiDARは1次元、2D、3Dで使用可能です。1次元LiDAR例はレーザー距離計で、部屋や建物寸法を迅速・精密測定できます。産業用途では、工作機械やロボットフライス盤による切削深度精密測定、ロボットアームLiDARで部品サイズ測定・品質管理に使用されます。

2D構成ではレーザービームを前後にスキャンします。スキャンは完全円または円の一部を通過することがあります。レーザービームは二次元平面内に留まります。AMRではこの平面は水平で、地面から数センチ上です。これによりAMRはLiDARで経路上の物体を検知し、計画ルート沿いの進行安全性を判断できます。経路遮蔽物があれば回避または停止します。

しかし2D LiDARにはレーザースキャン平面より上下の物体を検知できない制限があります。実質的にロボットは2D LiDAR平面外のものに対して「盲目」です。3D LiDAR使用でこの制限を克服できます。

3D LiDARではシステムが平面でレーザービームをスキャン（2D LiDAR同様）、さらに平面を上下に傾斜させます。傾斜動作追加でシステムが三次元空間をカバーします。3Dスキャンの欠点はより多くの計算能力を必要とすることです。システムが大量情報を収集し、リアルタイム処理が挑戦的です。より強力なコンピューターが必要です。また、3D LiDARメカニカルコンポーネントはより複雑です。したがって3Dスキャナーは2Dより高価です。用途により2Dか3Dスキャンのどちらが適切か決まります。

もちろんLiDARにも制限があります。直射日光でLiDARセンサーがブラインドされることがあります。しかしLiDARは多くのセンサータイプより強い日光を扱えます。レーザービームを反射する物体も影響します。反射物体の材質と色がLiDAR精度に影響し得ます。粉塵、汚れ、ゴミがLiDARセンサーレンズを塞ぎ、感度と精度を低下させます。

ビジョンシステム

ロボットビジョンは革命的変化を遂げています。それほど前ではない頃、ロボットビジョンは非常に限定的でした。あまりに限定的で、ロボットが前方に何かを検知しても、停止して助けを呼ぶしかできませんでした。今日、自律移動ロボットは経路上の障害物を回避できます。人と無生物を区別できます。

カメラの解像度と感度が向上しました。視覚データ処理ソフトウェアも改善しました。コンピュータビジョンシステムは今や人間の顔を認識できます。

カメラハードウェアはビジョンソリューションの重要部分です。しかし生データ記録だけでは不十分です。ビジョンシステムはデータを有用情報に変換できなければなりません。物体距離、速度、方向を検出できる必要があります。物体が人かフォークリフトか認識できればさらに有用です。ある物体が人で、別が車両と理解する能力はセマンティクスと呼ばれます。環境のセマンティック理解はロボットをよりインテリジェントにする上で不可欠です。

コンピュータビジョンの別用途はオーダーピッキングです。ロボットは他の物体の山の中から対象物体を1つピックアップできなければなりません。これは「クラッタからのピッキング」と呼ばれます。ロボットは物体特定だけでなく、物体がエッジにあるか逆さまかも判断必要があります。これが判明すればロボットはどうピックアップするか決定できます。これは困難でしたが、現在実現可能なシステムがあります。

貴社要件に適したロボットビジョンシステムが見つかる可能性が高いです。

センサーフュージョンによるロボットビジョン

ロボットシステムはますますセンサー組み合わせに依存しています。各種センサーには強みと弱みがあります。単一センサーでもロボットシステムに一種の「ビジョン」を提供できます。しかしセンサー組み合わせが最適です。多くのセンサーからのデータ結合をセンサーフュージョンと呼びます。センサーフュージョンによりロボットはより堅牢、信頼性高く、安全になります。マイクロチップ計算能力が向上し続ける中、より多くのセンサー使用が期待され、ロボットはよりインテリジェントになります。

ロボットコントローラー

ロボットコントローラーは多様な形状・サイズがあります。小型ハンドヘルドタブレットもあれば、シンプルなワークセル制御用です。複雑な製造・物流プロセス制御用の大型コントローラーもあります。ロボットコントローラーは、ロボットシステムをいかに容易に意図通り動かせるかを決定する上で極めて重要です。ロボットコントローラーはロボットがいかにうまく仕事をこなすかの重要部分です。

ロボットコントローラーは安全、ロジック、モーション制御を担当します。外部イベントへのロボット応答速度はロボットコントローラーの重要な評価基準です。用途によりより高速応答が必要な場合があり、これが必要なロボットコントローラー種類を決定します。ロボットコントローラーのヒューマンマシンインターフェース（HMI）も重要側面です。人気HMIの一つは「ティーチペンダント」と呼ばれるハンドヘルドタブレット型デバイスです。ティーチペンダントはロボットに何を行うか教示する際に使用します。ロボットが本番準備完了したらティーチペンダントを取り外せます。

工場ではロボットコントローラーとロボット間のハードワイヤード接続が一般的です。有線接続は信頼性と安全性の高いインターフェースを提供します。安全規制で有線接続が要求されることもあります。これはAMR（自律移動ロボット）には当てはまりません。AMRがコントローラーにワイヤー接続必須ならほぼ無意味です！ ワイヤレス産業用ロボットコントローラーも利用可能です。用途により有線システムより利点がある場合があります。

ロボットコントローラーには大きく3カテゴリーがあります：

• PLC（Programmable Logic Controller：プログラマブルロジックコントローラー）
• PAC（Programmable Automation Controller：プログラマブルオートメーションコントローラー）
• IPC（Industrial Personal Computer：産業用パーソナルコンピューター）

PLCは最古の技術で最低コストのロボットコントローラータイプです。複雑なモーション制御を必要としないシンプルな用途で使用されます。PLCのデータログ能力も他タイプより劣ります。入出力デバイス種類も少ないです。

PACはPLCの更新版です。より高い演算能力と能力を持ちます。PACが適する用途は非常に幅広いです。

IPCは最大演算能力を持ち、最も高価なロボットコントローラータイプです。複雑なモーションを処理でき、多様なインターフェースで通信可能です。大量データの処理・保存が可能です。

これら3タイプコントローラーの区別は時間とともに曖昧になっています。今日、実際には3つの別個カテゴリーではなく、連続体に近いです。

異なるロボットコントローラー選定時、重要因子の一つはソフトウェアです。用途固有ソフトウェアパッケージを探してください。アプリケーションパッケージが、いかに容易に稼働開始できるか、特定ニーズへのサポート期待度を決定します。

ロボットバッテリー

進化するバッテリー技術は広範な電気・電子デバイスに影響を与えました。より良いバッテリーは長い稼働時間と短い充電間隔を意味します。改善により自律移動ロボット（AMR）が実用的かつコスト効率良くなりました。

用途に適したロボットバッテリー選定時、考慮すべき基本事項には化学系、容量、充電があります。

ロボットバッテリー化学系は一般的に以下タイプです：

• NiMH：ニッケル水素電池はロボット用として最も一般的なバッテリータイプです。重量対容量比が良く「メモリー効果」がほぼないためコスパに優れます。メモリー効果は一部バッテリーの制限で、再充電前に完全放電が必要です。そうでなければ充電ごとに容量一部を失います。
• NiCd（ニッケルカドミウム）電池はメモリー効果があり、他バッテリータイプに置き換わっています。
• 鉛酸電池は大容量・低コストを提供します。
• LiPo（リチウムイオンポリマー）電池は単に「リチウム電池」と呼ばれることが多いです。重量対容量比が高くメモリー効果がないため、ロボット用バッテリーの第一選択となりつつあります。

異なるバッテリー検討時の質問：充電にどれくらいかかるか？ 充電器に過充電防止機能があるか？ ワイヤレス充電もロボットに非常に有用です。充電ステーション到達時にロボットが精密な位置にいる必要がなくなるため充電が容易になります。

ロボットベース/マウントシステム

ロボットアームを持つ据置型ロボットは、仕事をこなすために確実にマウントされる必要があります。選択肢は多岐にわたります。

ピンマウントはロボットアームを高くする必要がある時に有用です。アームを上げてコンベアシステムと作業面にアクセスできるようにする必要がある場合です。マウントは床にボルト固定可能です。キャスター付きマウントなら容易に移動可能です。

ロボットを逆さまにマウントするのが理想的な用途もあります。これ用の特殊マウントがあります。逆向き配置でアームリーチを最大化できることが多々あります。他用途では垂直マウントが必要で、機械側面に固定されることもあります。位置決定後、ロボットアーム付属ソフトウェアを調整する必要があります。

センサー固定用モジュラーマウントシステムが利用可能です。例：カメラ、ケーブル、ホース。強度と耐久性を重視するセンサーマウントシステムもあれば、携帯性のため柔軟性と軽量を重視するものもあります。調整可能レバーでセンサーとケーブルの適切な位置決めが可能です。

ロボット安全コンポーネント

ロボットは人々を汚い、退屈な、危険な仕事から解放し、労働条件安全性を改善できます。しかし、正しく使用しなければロボットは危険なハザードになり得ます。自動化ソリューションの安全確保は最優先事項です。

ロボット安全PLC

通常のプログラマブルロジックコントローラー（PLC）は通常1つのマイクロプロセッサー、メモリー、入出力回路を持ちます。安全PLCには冗長性が組み込まれています。安全PLCは2〜4個のプロセッサーを持つことがあります。ウォッチドッグ回路が各プロセッサー健全性をチェックし、異常があればアラームを鳴らします。

通常PLCでは対応する入力なしで出力がある場合があります。対照的に安全PLCは入出力がマッチングされています。これにより回路の適切な接続と健全性を常時テスト・検証できます。

通常PLCで十分な用途もあります。PLCには非常停止（e-Stop）機能があり、ライトカーテンや近接センサーが含まれます。これで担当者の安全確保が十分な場合もあります。しかし安全PLCが最良選択となる用途も多々あります。一つの高コストミスや事故は安全PLC追加コストを遥かに上回ります。

ロボット安全センサー/レーザースキャナー/ライトフェンス

生産性と安全性を同時にどう改善できるか？ 多様な方法があります。

レーザーエリアスキャナーは産業用ロボット近くの人を検知できます。レーザースキャナーが最外側ゾーンへの人進入を検知するとロボットに減速指示（通常速度の50%等）を出せます。第2ゾーン（ロボット寄り）進入で速度をさらに低下（25%等）、最近接ゾーンで人検知時はロボット停止です。ユーザーがゾーンサイズとロボット反応をカスタマイズ可能です。

多様な安全デバイスをロボットと併用でき、またすべきです。より大型・重量ロボットにはより高レベル安全が必要です。人気安全手法の一つはライトフェンスまたはライトカーテン使用です。「フェンス」は産業用ロボット周囲の光ビームで構成されます。何らかが光ビームを遮ると、ロボットが非常停止等に入ります。

ロボットフェンシング

場合により、ロボットを独自エリアにフェンスで隔離するのが生産性と安全性両立の最安全方法です。多様なフェンスが利用可能です。フェンス高さ、フェンス材開口サイズ等特徴が異なります。自動レベル調整足付きフェンスポストが望ましい場合もあります。フェンス強度も考慮事項です。金属ワイヤー、パンチングメタル、プレキシガラスのどれが適切か？ 用途により熱や電気から保護するフェンス材が必要な場合があります。

コンベアベルト

ロボットとコンベアシステムは頻繁に組み合わされます。ロボットがコンベアからアイテムを取り出しサイクル開始、またはサイクル終了時にパーツをコンベアへ配置します。もちろん両方の場合もあります。

選択可能なコンベアシステムは多種多様です。一部は容易にサニタイズ可能で、食品加工作業に適しています。考慮すべき他特徴：コンベア速度と幅、高さ、最大傾斜角、搬送可能重量。

振動フィーダー

ロボットは振動フィーダーと相性が良いです。特にピックアンドプレースと組立作業でそうなります。小さなパーツが振動フィーダーに投入され、フィーダーがパーツをロボットへ移送します。フィーダーはパーツをすべて同じ位置・向きに整列させ、ロボットがピックアップしやすくします。

組織に最適なロボット部品・コンポーネントの調達方法

HowToRobotは企業の自動化成功を支援するグローバルプラットフォームです。15,000社以上のロボティクス企業の世界ディレクトリを保有しています。貴社用途に理想的に適したロボットコンポーネントタイプを見つけられます。

必要なパーツ・コンポーネント種類がすでに決まっている場合、見積もり取得と多くのベンダーから製品情報・価格受領が可能です。

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