手誘導協働ロボット：安全規格解説

RIA 15.06-2012安全規格には協働ロボット（コボット）運用の4つの方法が定義されており、それぞれ製造現場での役割があります。その中で、手誘導は最も注目されていないようです。安全規格のセクション5.10（協働運用要件）では、ロボットを協働運用で機能させるために必要な要件として、以下の1つ以上への準拠を定めています：

• 5.10.2 安全定格監視停止

• 5.10.3 手誘導

• 5.10.4 速度と分離監視

• 5.10.5 固有設計または制御によるパワーとフォース制限

手誘導とは、装置（例：手誘導ハンドル）がエンドエフェクターまたはロボットツール近くに位置し、非常停止とイネーブリングデバイス（ティーチングペンダントにあるようなデッドマンスイッチ）の両方を備えることを意味します。多くの自動化ユーザーは手誘導を単なる「リードスルーティーチング」（ロボットを自由に動かして動作点や経路を教示する機能）と見なしています。これは一般的な見解ですが、リードスルーティーチングは手誘導で改善できる膨大なアプリケーションの氷山の一角に過ぎません。

もう一つの一般的見解は、手誘導アプリケーションは長リーチや重ペイロードには限定的だというものです。大型コボットが少ないためです。確かにほとんどのパワー・フォース制限型協働ロボットは非常に大規模な用途には対応できませんが、ほとんどのロボットが協働アプリケーションに使用可能であることを理解することが重要です。

協働ロボットまたは協働運用の核心は協働、つまり他者と共同作業することです。ロボットとの協働は、ロボットと手を携えてタスクを完遂することと考えられがちです。核心において、手誘導はオペレーターがロボットを手で動かしたり誘導したりすることであり、協働の真の意味に最も近い協働運用形態です。

オペレーターとロボットが必要なときに相互作用し、それぞれ自分のワークスペースで個別タスクを完遂するのが、協働ロボットの最も効率的な活用法です。これは他人とワークステーションを共有するのとあまり変わりません。オペレーター支援ツールを統合する際、デバイスは効率を高め、ストレスや負担を減らすべきです。パートナーが人でもロボットでも、常に相手の周りを動き回っていてはプロセス全体の効率が下がります。タスク全体と目指す解決策をよく見極め、協働ロボットの最適なフィットを判断するのが良いでしょう。

柔軟性と機能性

RIA 15.06-2012安全規格セクション5.10.3によると、手誘導装置には非常停止とイネーブルスイッチが必要です。しかし、手誘導がパワー・フォース制限協働運用の要件を満たすロボットで使用される場合、非常停止とイネーブルスイッチは不要かもしれません。こうした理由で、複数の手誘導オプションがあると非常に助かります。FANUCは2タイプの手誘導ハンドルを提供します。標準ロボット用に必要な安全機能を内蔵したタイプと、ワイヤレスでCRシリーズのパワー・フォース制限ロボットで動作するタイプです。製品に多くの機能オプションがあることは、充実したツールボックスを持つようなものです。常にすべてのツールが必要なわけではありませんが、必要なときに利用できれば障害を素早く回避できます。

ポイントベースティーチング — ポイントベースティーチングでは、ユーザーが手誘導ハンドルでロボットを位置へ動かし、ティーチングボタンを押して点を記録します。次の位置へ誘導し点を記録します。この繰り返しでアプリケーション全体の動作プログラムを迅速に生成できます。ロボットを使ったこともプログラミングしたこともない人にとって特に直感的で簡単です。

パスベースティーチング — 一部プロセスではロボットの完全な経路動作を記録する必要があります。この方法は、複雑な輪郭面でのサンディングや研磨のように、形状に追従する滑らかな経路が必須な用途に適用されます。手誘導ソフトウェアはロボット動作中に位置を自動記録し、完全な経路を正確に再生します。オペレーターはティーチングボタンを押し続けてロボットを経路に沿って動かします。動作中にプリセット間隔で位置が生成されます。動作完了でボタンを離すとプログラムに経路が生成されます。微調整が必要なら各位置を個別に修正して完璧な経路にできます。

手誘導ハンドルの別機能としてツール制御ボタンがあります。ボタン押下ごとにツール状態がトグルします。オペレーターが部品をある場所から別の場所へ移すロボット用途で特に有用です。ピック/ドロップ位置でグリッパー機能を制限するプログラムがあり、オペレーターがプリセットゾーン外で誤って部品を離すのを防ぎます。

一部アプリケーションでは重要領域でより遅く精密なロボット動作が必要です。ボタンで手誘導制御下のロボット動作を自動的に低速化し、位置制御を良くできます。他の状況ではロボット動作を直線運動のみに制限し、ツール回転を許さない方が良い場合があります。ボタンで回転関節運動から直線運動のみへモーションプロファイルを切り替えられます。

大型有線手誘導製品には追加ボタンがあり、複数段階作業や現地安全規則でロボットの両手操作が必要な場合など、究極のプロセス制御と柔軟性を要するアプリケーションのプログラミングに使われます。多くの場合、この追加ボタンは手誘導部分の終了を示し、必要な安全要件満たし次第（例：オペレーターが協働スペースを離れる）ロボットを個別自律モードへ戻せます。

手誘導アプリケーション

手誘導協働運用の内容と製品の全機能を理解した今、企業はどうこの製品を使っているのか？ 前述の通り、職務別に手誘導アプリケーションを分けるのが最善です。

アプリケーション例1

このアプリケーションでは、オペレーターが手動リフトアシストデバイスを使って部品を組立ステーションへ供給し、そこからラインの他工程へ流れます。オペレーターはリフトアシストで部品棚へ行き部品をピックし、組立ステーションへ運んで治具に載せます。部品が位置したらリフトアシストを退かせ、他工程の邪魔にならないようにします。手動リフトアシストを手誘導ロボットで直接置き換えるのではなく、機能別に分解してみましょう。

パート1は自律ロボット運用で、ロボットが部品棚から部品をピックしオペレーターへ運びます。ロボットとオペレーター間にライトカーテンを設置し、リスクアセスメントに従い適切に設定すれば、ロボットを自動モードで安全稼働できます。これによりオペレーターは反復・重量物搬送作業から解放されます。

パート2はロボットが部品をピックしライトカーテンまで運んだ時点で始まります。ここでオペレーターがライトカーテンを越えて手を伸ばすと、ロボットは安全定格ゼロ速度チェック状態になります。イネーブルスイッチ作動でロボット動作がオペレーター制御下に置かれ、組立エリアへ誘導し部品を治具に載せます。部品を離したらロボットをライトカーテンまで誘導し戻ります。

イネーブルスイッチを離すとロボットは安全定格ゼロ速度チェックに戻り、ライトカーテンがクリアされるまで待機。その後自律モードで部品棚へ戻り次の部品へ。オペレーターは組立作業を行い、部品を次のステーションへ送ります。部品棚へ取りに行く手間がなくなるため、オペレーターの時間が追加の付加価値作業に使えます。

時間短縮で組立ステーション数を削減できる可能性があり、オペレーターは第1ステーションのタクトタイム内で追加作業が可能になります。またシフト終了時には、各サイクルで第1ステーションと部品棚を往復しなくて済むため、疲労が軽減されます。

アプリケーション例2

既存協働溶接検査ステーションの例です。この安全定格監視停止システムではロボットが溶接フレームを共有ワークスペースへ運びます。ロボット停止後、溶接検査員が共有スペースに入り溶接を検査します。溶接修正が必要な場合、部品角度が理想的でないことがあります。技術者がセルへ行きロボットをジョグ操作する代わりに手誘導を使用します。手誘導ハンドルを溶接検査員がアクセスしやすい位置のツーリングに取り付けます。

手誘導をイネーブルにすると、溶接修正に適した位置へ部品を容易に動かせます。また手誘導ハンドルで部品を手動移動させ、複数面を検査できます。このアプリケーションは2タイプの協働運用を組み合わせ、理想的製造ソリューションを提供する例です。

アプリケーション例3

部品スタイルやトレイが手動で変更されるビジョンプロセスを手誘導で簡素化する、初心者/DIY向け好例です。システムセットアップではまずオペレーターが部品トレイをテーブルに置きます。ロボットがビジョンでトレイと最初の部品を見つけ、プロセスを開始します。

トレイ変更時、ロボットの視認位置を調整する必要があります。手誘導を使えば、オペレーターがロボットをティーチモードに入れてティーチングペンダントで「ビジョンファインド」変更をする手間が省けます。この機能を事前プログラムしておけば、オペレーターは手誘導ツールで必要な変更ができます。手誘導ツールの追加プロセスボタンが、オペレーターが手でロボットを新しい「ビジョンファインド」位置へ動かしたことを通知します。ロボットは次回トレイ変更まで手誘導で教示された新位置を使用します。

新規ユーザーやDIYにとって、この方法はロボットプログラム修正より極めて簡単で、貴重な時間を節約できます。

アプリケーション例4

多品種少量生産の溶接工場では、熟練・資格溶接工不足に悩むケースが多いです。アーク溶接ロボットに手誘導を追加すれば、基本的溶接知識を持つオペレーターが小ロット部品の溶接プログラムを簡単に教示できます。オペレーターは手誘導で溶接トーチを動かし、ワイヤーを溶接継手の適切な位置へ持っていきます。手誘導ハードウェアのボタンがシンプルなユーザーインターフェースを提供し、あらゆる部品の完全なプログラム作成を容易にします。オペレーターはロボットに溶接させながら次の溶接ステーションへ移れます。

ロボット手誘導により、溶接工がティーチングペンダントでジョグ操作とプログラミングに習熟する必要がなくなります。溶接工がロボットを迅速・容易にプログラミングできるため、高品種混在生産で複数ステーションを稼働し続けられます。

中小規模メーカーが多様なアプリケーション・プロセス対応でロボット導入を進めるにつれ、手誘導ツールと技術は機能拡張し、さらに使いやすくなり続けるでしょう。

この記事はFANUCアメリカ株式会社（ミシガン州ロチェスターヒルズ）により寄稿されました。詳細についてはこちら 。

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