ロボットで少量生産の手作りプラスチック製品を自動化：フラフープ製造の事例

手作り製品を自動化することは可能か？

手作り製品と聞くと、カスタムメイドの高度に複雑なアイテムで、それぞれが必然的にユニークなものを想像しがちだ。しかし、多くの製品が手作りなのは、生産数が十分でなく、完全自動化の投資に見合わないからだ。

このケーススタディでは、ある産業用プラスチック研究グループが、ロボットとRoboDKを用いて少量生産の製造プロセスを自動化した様子を紹介する。

多くの自動化形式の問題は、安定したプロセスを高スループットで継続的に実行することを要求する点だ。これがないと、ROI（投資回収）が見込めないため自動化投資が難しい。

小ロットプロジェクトの場合、自動化が可能か疑問に思うかもしれない。

これは、産業用プラスチックの研究グループが最新のロボティクスプロジェクトで取り組んだ問題だ。彼らはプラスチック製フラフープ玩具の組み立てを、小規模かつコスト効率よく自動化する方法を模索していた。

ATS2iの紹介

このプロジェクトを実施したのは、フランス企業「Applications Thermoplastiques et Solutions Industrielles Innovantes」（ATS2i）の研究者たちだ。プロジェクトリーダーは、産業用プラスチック分野で15年以上の経験を持つエンジニア、アレクサンドル・タンポレル。

同社は革新的な産業プロジェクトの設計・エンジニアリングを専門とし、プラスチック業界に特化した専門知識を持つ。3Dプリンティング、機械加工、CNCなど多様な製造技術を取り入れている。

ATS2iは、研究開発・実現可能性調査から設計・プロトタイピングまで、産業プロジェクトのライフサイクル全体にわたるプロジェクトを手がける。

その業務範囲の一部は、高度な自動化を通じて他社の既存産業機械の近代化を支援することだ。

ここで彼らのフラフープロボティクスプロジェクトが登場する。

プロジェクト：フラフープ生産

このプロジェクトは、プラスチック製フラフープ玩具の生産に関わる。小ロットが必要な場合、多くの状況で手作業で行われるタスクの好例だ。

ATS2iのチームは、ロボティクスでフラフープ生産の組み立て段階を容易に自動化できるかテストするため、このセットアップを作成した。

フラフープとは？

フラフープ玩具に馴染みがない方のために簡単に説明しよう……

フラフープは2,500年以上前から玩具として使われてきた。腰、手足、首などで回転させて使う。子供はゲームに、大人は運動や娯楽に使う。長い歴史を持つが、1950年代に大ブームとなった。

現代のフラフープの多くはプラスチックチューブ製だが、伝統的には柳、竹、硬い草で作られていた。

フラフープ製造の複雑さ

工学的観点から見ると、フラフープは非常にシンプルに作れる。プラスチックチューブを円形に曲げ、両端を接合するだけだ。通常、両端に差し込む両端ダボプラグで接合する。

製造はシンプルだが、フラフープは常に大量生産されるわけではない。大量生産品とは異なり、小規模な職人メーカーは少量生産している。

フープの両端を接合するタスクは、自動化に適した好例だ。

これはプラスチック製造の他の分野でもよく必要とされるタスクの好例でもある。

ロボットアプリケーション：フラフープ組み立て

チームのプロジェクトは、協働ロボットのシンプルな活用だった。その結果、フェンスや安全センサーなどの追加安全対策なしで作業場内でタスクを実行できた。

セットアップと製造プロセスはかなりシンプルだった。

ロボットセットアップ

セットアップは以下で構成された：

• ユニバーサルロボッツ UR5 協働ロボット
• OnRobot グリッパー
• RoboDK（ロボットプログラミング用）
• ロールベンダー治具（プラスチックチューブ曲げ用）

これらのコンポーネントを、卓上サイズの単一ロボットセルに統合した。

製造プロセス

フラフープ作成プロセスは、マシンテンディング（ロールベンダーの世話）と組み立ての側面を含んでいた。

手順は以下の通り：

1. チューブをピックアップしロールベンダーで曲げ、1.5mmの突出を確保
2. 両端を整列
3. 加熱ガラスを挿入、プラスチックチューブの端を溶かす
4. チューブの両端を押し付け、固定
5. プラスチックが冷えるのを待ってからマシンから取り出す

RoboDKでロボットをプログラミング

アレクサンドル・タンポレルと彼のチームは、ロボットプログラミングにRoboDKを採用した。このソフトウェアはURロボットと出荷時から互換性があり、このようなタスクに有用だ。

まずソフトウェア内でセットアップを作成。RoboDKの3Dモデル簡単追加機能でロールベンダーのモデルも追加し、ロボットと機械の位置合わせを容易にした。

プラスチックチューブの柔軟な性質を考慮し、フラフープをソフトウェアでシミュレートしない判断をした。シミュレーションの複雑さが増すだけで、良いプログラム作成には不要だったからだ。

彼らの成果はこの動画で確認できる：

自社アプリケーションへの教訓

すべてを全面的に自動化しなくても、ロボティクスをプロセスに活用する方法はたくさんある。

ATS2iのこのケーススタディは、導入が容易で、少量生産の反復作業を軽減するアプリケーションの好例だ。

ロボットが人間と同じ状況で同じ仕事をしている——つまりロールベンダーの世話をしている——と主張すれば、製品は本質的に手作りのままと言えるかもしれない。

どの少量生産タスクを自動化したいですか？コメント欄で教えてください。またはLinkedIn、Twitter、Facebook、Instagram、RoboDKフォーラムで議論に参加してください。