産業用ロボット完全ガイド：全産業における自動化の決定版

産業用ロボットに関する最も包括的なガイドを入手。主要なロボットタイプ、用途、メリットの詳細な概要をご紹介します。

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産業用ロボットは約70年の歴史があります。それでも、ロボットの種類、できること、この技術のメリットを理解している人は少ないです。あらゆる業界のメーカーが自動化の恩恵を受け始めています。

この記事と以降の記事では、これらのトピックについての洞察を提供し、産業用ロボットの基礎を理解するお手伝いをします。また、御社の業界タイプに基づいて、どこで投資対効果が見込めるかもわかります。

本ガイドの内容

• 産業用ロボットとは何か？
• 産業用ロボットの主なメリット
• 産業用ロボットの種類
• 産業用ロボットの最も一般的な用途
• 産業用ロボットを最も多く使用している業界
• 産業用ロボット導入のステップ
• ニーズに最適なロボットサプライヤーの見つけ方

産業用ロボットとは何か？

産業用ロボットとは、タスクを実行するために動ける、自動化されプログラム可能な、複数の動作軸を持つ機械です。動作軸とは、ロボットのボディにおいてセグメントが動ける関節のことです。例えば、3軸ロボットなら、ベースで旋回し、アームを上下させ、アーム先端のグリッパーを回転させられるかもしれません。

産業用ロボットは、製造プロセスで自動化タスクを実行しているのをよく見かけます。これらのタスクには、部品組立、溶接、パレタイジング用途などが含まれます。自動車組立の動画を見たことがあれば、産業用ロボットのいくつかの例を見たことがあるでしょう。一台のロボットが車体フレームを次のステーションへ移動させ、別のロボットが車のドアをボディに取り付け、三台目が車体に艶やかな黒塗装を前後に施し、ディーラーへ出荷される準備が整います。

産業用ロボットが何か理解できたところで、なぜ導入を検討すべきなのか？

産業用ロボットの主なメリット

ロボットは数十年にわたりタスクを自動化してきましたが、その数は増加の一途をたどっています。この技術が製造業以外の用途、例えばヘルスケア、家電、物流オペレーションに広がっているのがわかります。適切な用途であれば、産業用ロボット導入にはいくつかのメリットがあります。

生産性

ロボットは、手作業が遅いか高コストな場合に、スループットや効率を高める必要があるときによく使用されます。例としてピックアンドプレース用途を考えてみましょう。あなたがキャンディバー工場のプラントマネージャーだとします。完成品がコンベアベルトでラインを流れてくる中、オペレーターがラインから製品を取り、段ボール箱に詰めて小売店へ出荷します。自動化すれば、このプロセスを手作業よりはるかに高速で実行できます。スループットの向上により、工場は毎日多くのキャンディバー箱を生産できるようになります。

精度

産業用ロボットは精密です。これは、人間と比べて非常に小さな誤差範囲で同じタスクを繰り返し実行できることを意味します。主なメリットは、製造部品の品質が一貫して信頼できるものになることです。つまり、品質管理チェックをパスしなかったために不合格になる部品が減ります。

ロボット溶接用途はこの精度の好例です。人間が溶接した100個のブラケットには、溶接工のスキルと経験レベルによって誤差や偏りが生じる可能性があります。何らかの理由で一定割合が不合格になります - 溶接が曲がっている、厚みが不均一、ボイド（気孔）があるなど。ロボットが溶接した100個の部品は、肉眼では同一に見えます。

理由は、ロボットがプログラムされた一連の指示に従うからです。これらの指示は、位置、速度、経路を指示します。ロボット溶接機には学習曲線がなく、ミスをせず、疲労しません。これにより、一貫性のある再現可能な品質が得られます。

自律性

複雑な手作業プロセスを自律的なものに変える能力は、ビジネスに大きな投資対効果をもたらす可能性があります。自律性のレベルは用途によって異なりますが、今日の一部の施設は「ライツアウト（無人運転）」で稼働できます。これは、施設が開始から終了まで、ほぼまたは完全に人間の監視なしで稼働し続けられることを意味します。

航空宇宙産業向けアルミニウム部品を製造する工作機械ショップを想像してください。倉庫ロボットが棚から原材料を取り出し、移動ロボット（アームのないウォーリーを想像してください）に載せます。それをCNCマシンステーションへ搬送します。別のロボットが移動ロボットから部品を取り、機械にロードし、プロセスを開始します。その後、ロボットが機械から部品を取り出し、箱に入れます。それらの箱は出荷エリアへ搬送され、翌朝一番に出荷できる状態になります。

自律性により、メーカーはピーク効率のために割り当てられた時間を最大限に活用できます。これはコスト削減や収益増加につながります。これらの節約をビジネスに再投資したり、競争優位性のために価格を下げたりできます。また、人的資本をより複雑でインパクトの大きい役割に再配分できます。

職場の安全性

製造施設が危険であることは周知の事実です。ロボットをプロセスに導入する一般的な理由は、怪我のリスクが高い状況から人間オペレーターを遠ざけることです。収益の観点からも、労働災害は多額の罰金を伴います。安全性の記録が悪い施設では、熟練労働者を維持するのが難しくなります。

2019年、労働災害による企業への総コストは1,710億米ドル、医療相談を要する怪我1件あたり42,000米ドルでした。労働死亡による雇用主へのコストは122万米ドルでした。これらのコストには、怪我による労働力減少による時間損失の価値と医療費が含まれます。これらの数字には、OSHA（米国の労働安全衛生規制機関）が課す罰金は含まれていません。繰り返し違反者には最大6桁の罰金が科されることがあります。

ロボットが危険な用途を引き受ける例として、熱い炎で部品を処理するサーマルスプレー工程があります。サーマルスプレー工程は高熱と危険な化学物質を伴います。ここでの労働災害の可能性は容易に想像できます。サーマルスプレー用途は非常に反復的（同じ部品を繰り返し処理）です。また、炎と化学物質により危険です。これはロボット自動化の好適な候補です。このタスクにロボットを使用すれば、労働災害の可能性を大幅に低減できます。

一貫性

産業用ロボットは、前述の精度において一貫しています。ロボットはまた、一貫した労働者でもあります。休憩なしでシフト後シフトを稼働できます。ロボットは疲れず、怪我をしません。産業用ロボットは平均的なオペレーターより予測可能です。ロボットは病気せず、休暇を取らず、人間より耐久性があります。

床面積の有効活用

利用可能な床面空間を活用することは、効率とスループットを最大化する主要な要因です。自動化施設は、利用可能なスペースを最大限に活用できます。これは、ロボットが人間オペレーターと同じ操作を行うために必要な、同じ人間工学的・設備的制約を受けないからです。

例えば、倉庫ラックの列には、それらの間に相当なスペースが必要です。フォークリフトオペレーターは、通路で車両を操作するスペースが必要です。棚からパレットを回転させて取り出し、製品を積み下ろしする必要があります。自動倉庫検索システムは、ロボットが通過するために必要なスペースしか要しません。ロボットが棚を移動して部品をピックするからです。

さらに、ロボットは大型産業建物の垂直空間を活用できます。一部のロボットはコンベアの上部で動作してタスクを実行できます。人間オペレーターはラインの隣でタスクを実行し、エリアの出入りをするスペースが必要です。

産業用ロボットの種類

定置型ロボット

定置型ロボットとは、ベースが動かない状態でタスクを実行するロボットです。これらは最も一般的なロボットタイプで、「産業用ロボット」という言葉でよくイメージされるものです。実際、最初の産業用ロボットは定置型でした。このロボットタイプが業界の数と柔軟性を支配しています。

これらのロボットは、多くの理由で最も幅広い用途を持ちます。柔軟性、速度、強さ、可動範囲、物体操作能力により、多くのタスクを実行できます。定置型ロボットには多くの場合、エンドエフェクターがあります。これらはグリッパー、吸着パッド、溶接チップなどです。エンドエフェクターにより、物を掴んで動かしたり、溶接、塗装などが可能になります。

これらのロボットは、速度と強さの比率で比類なき性能を発揮します。電動モーターで動くため高速で動けます。高比率ギアボックスにより、大型モデルは車丸ごとを動かすほどの力を発揮できます！ さまざまなタイプの定置型ロボットにはそれぞれ長所と短所があります。

よく耳にする例には：

• 6軸ロボット
• SCARAロボット
• デルタロボット
• 直交ロボット

これら少数のロボットタイプが、定置型ロボットカテゴリで最も一般的です。ここで議論したものとその他のタイプについて、より詳細な情報はこちらで議論されています。

移動ロボット

移動ロボットは、センサーとカメラシステムの組み合わせを用いて移動し、タスクを実行します。AGV（自動誘導車）やAMR（自律移動ロボット）と呼ばれることもあります。一般的にAMRの方がより堅牢です。AGVより知的に動作するソフトウェアを持っているからです。製造現場では、移動ロボットは搬送やマテリアルハンドリング用途でよく見られます。例として、完成品を生産ラインから出荷エリアへ運ぶロボットが挙げられます。

このタイプのロボットの主なメリットは、これらのタスクを自律的に実行できることです。これにより、危険で非効率になり得る人間による搬送の必要性がなくなります。現代のバージョンは、予期せぬ状況への対応においてずっと堅牢です。センサーとカメラのアレイを備えることが多く、予期せぬ障害物や人に反応できます。ロボットが障害物を検知すれば、それを回避するか、人が通過するのを待って、それでも目標地点に到達できます。

倉庫で見られる自動フォークリフトシステムや火星探査車は、移動ロボットの例です。このタイプの機器メーカーの多くはフリート管理ソフトウェアを持っています。これにより、数十台の移動ロボットが施設の変化するニーズにリアルタイムで反応できます。人工知能を用いて、フリートはより多くの移動ロボットを高需要エリアに送れます。これにより、人間の監視や介入なしで、資材の流れにおける高効率を維持できます。

飛行ロボット / ドローン

飛行ロボットまたは自動ドローンは、飛行によって環境内を移動するロボット機械です。この技術カテゴリは、物流と防衛用途で最もよく知られています。飛行ロボットは今、産業用途にも広がりつつあります。

ドローンは、鉱業、石油、ガス、産業処理、倉庫などの環境で使用されます。一般的な用途には：

• 設備検査
• 製品検査
• インフラ検査
• セキュリティ用途
• 危険検知

ここで議論されている中で最も若いロボット技術です。技術の更なる発展に伴い、用途の多様性は増し続けています。

水中ロボット

このカテゴリのロボットには、海洋環境で動作するあらゆる自動化機械が含まれます。空中の従来型と同様、水中ロボットは検査ジョブでよく利用されます。洋上石油・ガスや化学処理用途に展開されることが多いです。セキュリティと防衛作戦でも使用されます。産業界以外では、海洋ロボットが非営利や学術目的の探査作戦を実行します。

手作業の水中検査と修理は、人間の作業員にとって高価で危険です。自律型水中機（AUV）がこの業界を破壊的に変革する準備ができています。

協働ロボット

協働ロボットは、人間オペレーターと共に働くことを意図したロボットです。「コボット」と呼ばれることもあります。この定義は、協働ロボットを特定の個別のロボットタイプに限定しません。最もよく6軸または垂直多関節アームの形で見られます。名前が示す通り、このロボットは複雑な多関節アームのように見えます。これは産業用ロボットと最も関連付けられるスタイルです。すべての6軸ロボットが協働型ではないことを覚えておくことが重要です。

協働ロボットは過去10年間で主流に広がりました。現在、世界中で稼働しているすべてのロボットの約5%を占めています。この数は、2021年から2026年にかけて年平均成長率23%で増加し続けると予想されています。

主な要因には：

• 非協働モデルと比較したコスト低下
• 高い投資対効果
• 可搬重量の増大
• 可動範囲の拡大
• 協働用途への受け入れ拡大

協働ロボットには、国際標準化機構（ISO）によって定義された厳格な設計制限があります。これは、ブランドに関わらず、協働仕様のベースラインレベルが遵守されていることを意味します。

協働ロボットは、非協働ロボットと同じ多くの用途で性能を発揮できます。しかし、協働ロボットの固有の制限を考慮する必要があります。

こうした制限には、最大速度、可搬重量、可動範囲、御社の用途に関する具体的な詳細が含まれます。これらの要因により、協働ロボットが最適でない選択肢になる場合があります。しかし、適切な用途であれば、協働ロボットは、従来の産業用ロボットで必要とされる追加コンポーネントやセットアップへの資本支出を抑えつつ、高い投資対効果をもたらせます。これらの要素には、安全柵などの追加安全ハードウェア、より集中的なプログラミングとセットアップ作業が含まれます。

産業用ロボットの最も一般的な用途

産業用ロボットに理想的な用途は、一般的に以下のいずれか、またはそれらの組み合わせです：

• 単調で反復的
• 危険
• 労働集約的

こちらの図は、ロボットが実行できる仕事のタイプがいかに多いかを視覚化しています。

以下は、実行するタスクに基づいたロボットソリューションの例です：

組立・ディスペンシングロボット

ロボットは組立とディスペンシング用途で優れています。これらの仕事は予測可能で反復的な性質のため、ロボットに最適です。これらの用途は、長期間にわたり予測可能な状況で同じ部品に取り組むことが多いです。通常、これらのプロセスはすでに人間の労働を念頭に置いて最大効率に最適化されています。部品が毎回予測可能に提示されるなどの効率改善により、ロボットが適しています。一般的に、ここから生産性をさらに高める唯一の方法はプロセスを自動化することです。

例えば、ディスペンシング用途では、オペレーターがヘッドライトのフレームに接着剤を塗布する仕事があるかもしれません。このタスクは、部品が一日中同じように提示される可能性が高いです。このタスクをロボットに任せれば、その人的労働をより複雑で魅力的な用途に活用できます。ロボットはより高速で、より一貫性があり、この種のタスクでより大きな投資対効果をもたらすでしょう。

ハンドリング・ピッキングロボット

ハンドリングとピッキングの仕事は、しばしば反復的で労働集約的です。ハンドリングジョブの例として、完成箱をコンベアラインから出荷用パレットへ移動させることが挙げられます。この種の仕事は反復的かつ労働集約的です。また、怪我の可能性を含むタイプのタスクです。コンベアから床のパレットへ箱を移動させるには、人体に相当な負担がかかります。これらの考慮事項により、ハンドリングとピッキング用途は自動化の有力候補となります。センサーやマシンビジョンカメラなどの副次的デバイスにより、ロボットは動的な環境で動作できます。これは、部品の配置、向き、タイプのわずかな変化に適応できることを意味します。

検査・QCロボット

タスクが反復的で単調になると、パフォーマンスは低下し始めます。これがボトムラインに最も悪影響を及ぼすのが品質管理のプロセスです。ここでのミスは、現場での故障が発生するまで再び発見されません。このため、自動検査とQCは一般的なロボット用途です。

これらのタイプの用途では、ロボットがビジョンシステムとペアになることがよくあります。カメラが部品の写真を撮り、視覚データを処理します。その情報をロボットに伝達します。そこから、ロボットは修正を行い、部品を次の工程へ送るか、不合格品として廃棄できます。

しかし、カメラが常に必要というわけではありません。ダイカスト品のコンプライアンス測定や、コンピュータ基板の導通テストなど、ロボットがタスクを実行するためにビジョンシステムを必要としない特定のタスクもあります。各用途はユニークであり、副次デバイスの導入を決めるには多くの変数が関わります。

溶接ロボット

溶接ジョブもまた、予測可能で反復的、労働集約的であることがよくあります。溶接用途のロボットは非常に一貫しています。同じ部品が繰り返し処理される操作で優れています。溶接ロボットを使用する業界の例は、自動車、航空宇宙、建設会社です。これらは、少数の製品を毎日数百〜数千回処理する場所です。同じ車体シャーシが毎日同じ組立ラインで溶接されるなら、非常に反復的なプロセスになります。この用途は、溶接ロボットが配当をもたらす好例です。

塗装ロボット

塗装用途も同様の理由で自動化されることがよくあります。溶接と同様に、プロセスが反復的で予測可能な場合、塗装タスクは自動化の好適な候補です。ロボットは、多くの異なる部品が多くの異なる方法で塗装される仕事では成功しにくいでしょう。カスタム塗装タスクが頻繁にある場合も同様です。なぜか？ ロボットはシナリオごとに再プログラミングまたは再構成が必要になるからです。これは長期的には、プロセスを手作業のままにするより労働集約的で高コストになることがよくあります。

御社のプロセスがロボット自動化に適しているか理解することが重要です。始めるのに助けが必要？ HowToRobotは、自動化プロジェクトで支援できる適切な人々と連絡を取ることで、時間とリソースを節約できます。こちらのソリューション依頼を使って、御社の用途について問い合わせ、今日から自動化の旅を始められます。

産業用ロボットを最も多く使用している業界

包装業界

包装業界には、ピッキング、マテリアルハンドリング、ケース梱包、パレタイジング操作が多数あります。これらすべてのタスクは自動化可能で、用途の具体的な詳細（材料の特性、タスクの複雑さ、微細運動スキルのレベルなど）に応じてロボットソリューションで自動化できます。

包装業界でのロボットの例は？ 包装会社は、ピックアンドプレースとケース梱包用途で定置型ロボットを使用します。ティッシュ箱をロボットが大型段ボール箱に入れて配送する様子を想像してください。包装業界では、生産ライン末端から倉庫へ製品を移動するために移動ロボットも使用します。

食品・飲料業界

食品・飲料業界では、同じ製品を一日数千回扱う反復的なタスクがよくあります。他の業界と異なり、食品・飲料には衛生という追加の複雑さがあります。製品の周りや、製品自体の上に人間がいることは、汚染リスクをもたらします。これは、品質について政府基準で厳しく規制されている食品・飲料業界にとって大きな懸念です。違反は多額の罰金と、問題解決中の生産停止を招きます。薄利で高量生産に依存して利益を出す業界にとって、これは巨大な懸念です。

食品・飲料業界の一部プロセスを自動化すれば、汚染リスクの一部を取り除けます。これらのプロセスには、ディスペンシング、マテリアルハンドリング、梱包などが含まれます。今日、洗浄条件向けに設計されたロボットが多数あります。頻繁に機器を洗浄しなければならない食品・飲料業界にとって、これは完璧です。

航空宇宙業界

航空宇宙業界はロボット自動化と長い歴史があります。ロボットはここで、マテリアルハンドリング、組立、穴あけ、塗装、溶接などのタスクを実行します。これは反復的な性質、高い精度と品質管理の基準によるものです。

時には安全上の懸念からロボットがこれらのタスクを実行します。航空宇宙用途には大型コンポーネントが関わることがあります。これが、人間オペレーターがこれらのジョブを実行する際の固有のリスクを生みます。航空宇宙企業は、契約業者が満たさなければならない非常に厳格な安全基準を持つことがよくあります。特定のプロセスを自動化することは、契約業者がこれらの仕様を満たす一助となります。

航空宇宙業界のロボットは、コンポーネントのサイズのため、二次的なメカニクスと組み合わされることがあります。これらのシステムはロボット移送ユニット（RTU）と呼ばれます。ロボットにRTUを組み合わせて、胴体の全長にわたって移動しながら穴あけを行うことができます。ロボットは、人間技術者より高い精度と再現性でこれを実行できます。この高い精度と再現性は、品質管理でいかなる妥協も許さない業界では極めて重要です。このため、ロボットは航空宇宙業界内で数と用途の幅において成長し続けるでしょう。

金属業界

金属業界は、溶接、マテリアルハンドリング、マシンテンディング、曲げなどの用途でロボット自動化を活用しています。これらのタスクは危険で反復的です。これが自動化の有力候補である理由です。ロボットの精度もこの業界への主要なメリットです。金属企業は、部品に厳しい仕様を要求する他の業界を支援することがよくあります。そうした企業には、航空宇宙や自動車業界が含まれます。

自動車業界

自動車業界はロボティクスと最も長い歴史があります。実際、最初の商用産業用ロボットは、ゼネラルモーターズ向けのマテリアルハンドリングと溶接ロボットでした。組立ラインからダイカスト部品を取り出し、車体に溶接するマテリアルハンドリングと溶接ロボットでした。自動車業界は、重いコンポーネントの精密で高速な組立を必要とします。こうしたタスクは人間オペレーターにとって要求が高く、危険です。また、自動車工場ではわずか数モデルの車しか生産しない場合があります。これによりプロセスは反復的で予測可能になります。この業界が産業用ロボットを用いて品質、安全性、生産性を向上させる長い歴史を持つのも不思議ではありません。

産業用ロボット導入のステップ

さまざまなロボットタイプと用途をよく理解できました。これから直面する課題を理解することが重要です。

ロボティクスエコシステム

ロボットを買うのは、オンラインで注文するほど簡単ではありません。多くの考慮事項を伴う複雑なタスクになり得ます。ロボットを製造するメーカーがありますが、多くはディストリビューター経由で販売します。ディストリビューターはロボットと交換部品を提供できます。時にはディストリビューターがロボット統合を支援できますが、できないこともあります。時にはサードパーティのインテグレーターを見つけてロボットを設置してもらう必要があります。特に自分で統合できない場合にそうです。

ロボット技術はこの10年で大幅に進歩しました。しかし、統合は依然として大規模な取り組みであり、複雑なプロセスになり得ます。 用途がシンプルでハードウェアの実装が簡単だと安易に判断するのは、高コストな間違いになり得ます。

さて、最初の自動化プロジェクトを始める準備ができたかもしれません。しかし、成功させるためには、以下のステップを守ってください：

1 - 自動化プロジェクトに実証済みのプロセスを使用する

最初の自動化プロジェクトを成功させるには、一定の準備が必要です。 適切な計画なしに始めれば、困難、エラー、フラストレーションに直面する可能性が高いです。 何年にもわたり、多数の成功プロジェクトにつながる実証済みの自動化ジャーニープロセスをテストしてきました。このプロセスには以下のステップが含まれます：

1. 生産をマッピングして自動化可能なプロジェクトを特定する
2. 生産性向上を測定する
3. 予算を計算する
4. ROIを決定する
5. ブランド、サプライヤー、インテグレーターをリサーチする

もちろん、これは記事のための簡略化です。これが、自動化ジャーニーツールの使用をお勧めする理由です。

2 - 最初に自動化すべき最適なタスクを選定する

自動化を始める企業には、まずシンプルなプロジェクトから始めることをお勧めします。簡単なタスクは、ロボット技術を誤って適用するリスクが低いです。しかし、自動化が初めてなら、どのタスクがシンプルかどう判断できますか？

まず生産をマッピングする必要があります。最初に、自動化したいステーションやタスクを定義します。 どこから始めればよいかわからない場合、サービスプロバイダーが生産ラインを歩いて、始めるのに最適な用途を定義するお手伝いをできることもあります。

自動化したいステーションが選定されたら、それらを詳細化します。 今日各プロセスがどう行われているか、オペレーター数などを記述します。 このステップは、自動化に何が必要かをより良く把握するために必要です。 プロセスで何かを見落とさないよう助けます。

詳細化したら、特定の目標（生産性向上、労働環境改善など）に基づいてそれらを比較できます。

お手伝いするため、潜在的なプロジェクトを特定するポテンシャルファインダーツールがあります。 このツールは、施設内の自動化プロジェクトのインパクトとリスクを理解するのに役立ちます。

3 - 経営層への説得材料を作り、ROIを定義する

自動化のビジネスケースをプロセス早期に理解することが重要です。 ロボット自動化装置には資本投資が必要です。 したがって、プロジェクトのコストとメリットを理解することが不可欠です。 ロボットは前述の領域で生産性向上をもたらしますが、御社にとってそのコストに見合う価値がありますか？

投資計算ツールで、自動化によるメリットを試算できます。 御社のビジネスと用途の詳細を入力して、ロボティクスがプロセスに与える影響を確認してください。

ロボットの総コストは、一般的にロボット本体だけでなくそれ以上を含みます。 統合コストと、しばしば追加ハードウェアが必要です。 追加ハードウェアには、安全装置、ビジョンシステム、センサー、エンドエフェクターが含まれます。 メンテナンスコストもこれらの要因に加えて考慮する必要があります。

ニーズに最適なロボットサプライヤーの見つけ方

ビジネスケースをまとめ、予算を確保したら、サプライヤーを探し始めます。 インテグレーターを見つけることは、産業用ロボットプロジェクトを引き受ける際のより難しいタスクの一つになり得ます。

御社の用途、業界、ロボットブランドを専門とするインテグレーターをどう見つけますか？

• 自分で探す：ロボット・自動化サプライヤーのグローバルディレクトリを閲覧
• こちらでソリューションを依頼し、今すぐサプライヤーからオファーを取得。関連サプライヤーとマッチングし、自分で探す時間と労力を節約します。

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