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自律移動ロボットとは?製造業へ与える影響から注意点まで徹底解説


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自律移動ロボットが街中を走りまわり、お客様が注文された商品を届けている……。そんな光景が当たり前になる時代が、もうすぐそこまできています。

現在、日本に限らず主要先進国では、人口の減少や少子高齢化の影響で労働力不足が深刻な問題になっていますが、特に日本ではその影響が大きく、人に代わる労働力の代替が急務となっています。

その代替として世界中で開発が進んでいるのが、自律移動ロボットです。製造業においても、このロボットが与える影響が大きいことが見て取れます。

そこで、この記事では自律移動ロボットそのものを見た上で、製造業へ与える影響・どのように導入されているのかなどを解説していきます。

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1.自律移動ロボットとは?技術動向と市場予測から見る期待値の高さ

まずは、自律移動ロボットの技術動向や市場予測をご紹介しましょう。現代では自律移動ロボットが重要なポジションを担っていることを見つつ、クリアすべき課題についても解説します。

(1)自律移動ロボットの技術動向

自律移動ロボットは、労働力不足を解消する重要なソリューションです。そのため、ロボットメーカや工業系の大学で盛んに自律移動ロボットの研究や開発が行われています。

京都大学の研究成果

京都大学のメカトロニクス同好会では次のような研究が行われています。

・速度制約領域による研究
速度制約領域を走行可能か不可能か、または速度を抑えることによって走行可能になるかといった判断を人間が事前に制限速度の情報を与えることで、自律移動ロボット自身が判断できるか

・走行路面の分類に関する研究
自律移動ロボットは、舗装道・芝・砂利道・土などの様々な路面状態を走行することが求められてます。そこで、加速度センサから得られる振動データと反射強度データと距離情報をSVMという学習モデルで学習させることで、ロボットがより安全かつ効率的な走行をできるか

・実環境における走行テスト
つくばチャレンジに参加し、市内の遊歩道などを自律移動ロボットに走行させ有効性を確認

・乗り心地と速度制約領域を考慮した軌道計画
実環境を走行する上で重要となる安全性や、速度制約領域での搭乗者の乗り心地を被験者実験により検証

(参考:自律移動ロボットに関する研究)

コミュニケーションロボットの開発

自律移動ロボットでは、人とのコミュニケーション力が重要視されています。そこで、たとえ遠隔地に居ても無線ネットワークを介して、まるで自分がそこに居るかのようにコミュニケーションすることが可能になるコミュニケーションロボットが開発されています。

LiDARと呼ばれる環境認識に多く利用されるセンサによって、周辺環境の情報を取得し自動で地図情報を作成でき、その地図情報を基に目的地まで自律して移動する技術が採用されています。

また、地図情報のポイントごとに、例えば玄関やリビング等の地名をティーチングすると、地名データとして保存され、音声認識機能を介した音声指示によって、該当するポイントに移動したり、リンクしているスマートフォンで移動させたいポイントを選択するだけで自動的に移動する機能も搭載されているロボットもあります。

(参考:ハピロボ、自律走行可能なコミュニケーションロボット「temi」を国内販売)

自動追従型ロボットの登場

自動追従型の自律移動ロボットは、次世代AGVとも呼ばれレーザーセンサで追従対象を区別します。追従対象はロボット走行時に正面に立ってボタンを押して登録し、登録すると対象物(人)を追従するようになります。追従対象になっている人とそれ以外の人が、同じ服を着ていた場合や同じ顔をしていてもロボットは間違えることはありません。

追従している際に障害物があった場合は避けて走行しますが、追従対象が隠れてしまった場合はロボットは停止します。また、追従対象を登録する際に、追従対象とそうではないものの距離が近かったり割り込んだりするとロボットが間違えることがあるようです。

(参考:日通商事株式会社 ALOZ p.43)

④AMRの開発

自律走行型の自律移動ロボットは、AMR(Autonomous Mobile Robot)とも呼ばれ、「人協調型自律移動ロボット」という意味でタブレット等からの指令で自由に移動ができるロボットです。

AMRは自己位置推定と環境地図作成を同時に行う「SLAM」という技術を採用しているロボットが多いようです。そのため、磁気テープや磁気棒などのガイドを敷設する必要がなく、人や障害物を自動で回避し目的地等まで自律して移動することができます。また、充電が必要な際は自動で充電器とドッキングし充電をします。

AMRのマップの作成は、加速度センサーやジャイロスコープ等の多数のセンサーシステムによって、手動で室内を一周させるだけでマッピングできるという最先端の技術を搭載しています。

(参考:日本でもブレイク間近の「AMR」ってなに?「AGV」との違いも説明します)

AMR-IFの策定

自律移動ロボットは、各メーカーが運行管理システムを開発し独自のインターフェースでロボットと接続しているため、異なるメーカーの自律移動ロボットを導入する際に接続できないという大きな課題がありました。

この大きな課題を克服するために、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と株式会社東芝は、自律移動ロボットと運行管理システムとの相互接続手順を定めたAMR-IF(Autonomous Mobile Robot Interface)の仕様を策定しました。異なるメーカーの自律移動ロボットを共通のインターフェースを介して運用できるようにしたのです。

これにより、ロボットメーカーやシステムインテグレータが自律移動ロボットのシステムを開発しやすくなり、ロボットの普及や低コスト化が進むと考えられています。

(参考:自律移動ロボット向けインターフェースの仕様を策定し、サンプルソフトウェアを公開)

(2)自律移動ロボットの市場規模

自律移動ロボットは、人を介することなく自律してルート変更できる人協働ロボットとして、ロボット市場で最も注目されている分野になります。

世界市場

自律移動ロボットは、主要先進国での労働力不足を解消できるだけではありません。新型コロナウィルス感染症の影響でEコマースが急速に普及しているため、世界中で自律移動ロボットの需要は高まるとされています。

株式会社グローバルインフォメーションでは、ロボティクスの分野を含めた自律移動ロボットの市場は、2021年もコロナの影響による縮小傾向が続く可能性があるとしています。しかし、アフターコロナの世界では、世界経済の回復とともにロボティクス産業(特に物流、スマート製造、AVなどの分野)の市場が拡大し、2026年には2019年の約4.8倍にあたる2860億米ドルになると予測されています。

(参考:ロボティクス・自律移動マシンの市場規模、2026年には2860億米ドルに到達予測 物流、スマート製造、AVなど非産業用部門に活路)

(引用:ロボティクス・自律移動マシンの市場規模、2026年には2860億米ドルに到達予測 物流、スマート製造、AVなど非産業用部門に活路)

国内市場

国内の自律移動ロボットの市場は、世界市場と同様です。労働力不足を解消する手段や、作業者の重労働や危険作業の代替として流通業を中心に期待が高まっているため、これからますます拡大していく市場とみられています。具体的には、2018年~2023年ではCAGRで23.7%で成長し、2023年には561億円の市場規模になると予測されています。

(引用:IDC Japan/自律移動ロボットが2023年に561円の市場規模に)

また、小売業や卸売倉庫でも世界市場と同様にEコマースが急速に普及し、受発注作業の増加により深刻な労働力不足となっています。このような課題を解決するために、自動で運ぶだけではなく梱包までする自動化を目指すことで、AMRの導入が積極的に進むとみられています。

その他に、人間の顔や表情を認識し双方向での対話が可能なコミュニケーションロボットは、今後人間に近い自然な動作や素早い対応を取れるようになると、CAGR15.3%で成長し、2023年には22億円の市場規模になると予測されています。

(参考:IDC Japan/自律移動ロボットが2023年に561円の市場規模に)

(3)自律移動ロボットの課題

自律移動ロボットは、技術動向や市場予測から見てわかるように、さまざまな業界で期待されているロボットです。とりわけ物流や運搬の業界では、今後人手が足りず業界が崩壊する危機があり、それを回避するためのソリューションとして期待されています。

しかし、社会実装するためには以下のような課題があるのも事実です。これらをどうクリアするかについて、目下検討されています。

法の整備

日本では道路交通法があるため、歩道を含めた公道をロボットが自走することは原則できません一部地域では基準緩和認定制度を活用しての実証実験が行われていますが、全国的に自律移動ロボットが公道を走行するためには、道路交通法等の改正などが必要となります。

安全性

自律移動ロボットを走行させる際に、自律移動ロボットに関わったことのない第三者が存在するエリアにおいては危険が伴います

そのため、ロボットメーカやロボット製造者は、2014年に発行された国際安全規格である「ISO 13482」に適合しているロボットを開発しなければいけません。ですが、やや古い規格のため最新技術が搭載されたAMRに合った安全規格を整備する必要性が求められています。

また、子供や高齢者、障害者等の交通弱者への配慮として、交通インフラの整備を進めなければならないとされています。

事故時の法的責任

自律移動ロボットの普及が進み、稼働台数が増えていくと人とロボットとの事故は必ず起こるとされています。

ロボットを操縦して事故が起きた場合の法的責任の所在は、製造者ではなく操縦者です。しかし、自律して移動したロボットが事故を起こした場合の法的責任の所在は、製造者なのか運用者なのかまだ明確にされていません。

④技術者の確保

自律移動ロボットの普及には、多くの技術者が不可欠です。しかし、自律移動ロボットの開発には、自律移動そのものの知識だけではなく、環境の把握や人の行動・認識に関する洞察力、ソフトウェアの開発能力が求められます。若年層の人口が減少しているため、それらの能力を持ち合わせた技術者の確保が難しいのが実情です

2.製造業での自律移動ロボットの活用

次に、自律移動ロボットと製造業の関わりについて、詳しくご紹介します。

(1)自律移動ロボットが製造業へ与える影響

人協調型自律移動ロボットであるAMRは、人と協働するために開発されたロボットです。製造工場では人とロボットが協働で作業をし、製品を生産することが当たり前になるとされています。また、人同士が直接接触しないようにできるため、アフターコロナでは多くの運搬作業がAMRに代わると見られています。

AMRは、Wi-FiやBluetoothなどと通信することも可能です。そのため、たとえば、「AMR自体がエレベータを呼び出して乗り込み、別階へ移動する」といったことも実現できます。

加えて、AIを搭載した自律移動ロボットは人が作業している動作を見るだけで作業の仕方を覚えるので、現在より画像処理技術が進歩を遂げるとティーチングが容易になると見られています。自律移動ロボット自体がさらにより良い動作を考えて、今まで学習していない作業などを行うようにもなるでしょう

(2)製造業での自律移動ロボット導入

自律移動ロボットは、大規模な工事が必要なく短期的に導入できるので、自律移動技術がより進歩するとどんどん導入が進んでいきます。ここで、自律移動ロボットの一般的な導入例をご紹介しましょう。

重量物運搬

自律移動ロボットを用いて、人では簡単に運べないような重量物を運搬する例は多く見られます。移載ユニットを搭載しているロボットを使い、自動で棚やパレットを移載して運搬してもらっているケースもあります

部品の供給

作業工程ラインにおいて必要となる部品の供給も、自律移動ロボットのよくある活用方法のひとつです。

2019年には、製造現場でのロボットが自律的に部品の供給や組立作業ができるAI技術が開発されました。これにより、部品がバラ積みされているコンテナなどから絡む可能があるものを避けて、部品を取り出せるようになったため、生産性の向上が期待されています。

(参考:ロボットが自律的な部品供給、組み立て作業をするAI技術を開発)

自律移動し簡易的な作業

運搬だけでなく、簡易的な作業も自律移動ロボットに任せているケースも見られます。たとえば「自律移動ロボットにアームを搭載し、製品の箱詰めをさせてから運搬させる」といった具合です。

自律移動ロボットの種類や活用例について、詳しく知りたい場合はこちらをご覧ください。

【2020年】最新+代表的な搬送ロボット・メーカーを紹介

(3)製造業へ自律移動ロボットを導入するメリット

市場規模の拡大とともに、製造業への導入が進んでいくとみられるのが自律移動ロボットです。では、導入することによってどんなメリットがあるのでしょうか。

労働力不足の解消

製造業に限ったことではないのですが、自律移動ロボットを導入する最大のメリットは労働力不足の解消です。少子高齢化や人口の減少、働き方改革等による労働力不足の代替として期待されています。

自律移動ロボットが運搬作業を担うことで、作業工程の省人化が可能です。さらに自律移動ロボットが進化することで、作業工程の無人化や製造工場全体の完全無人化も考えられています。

また、自律移動ロボットが重量物を運搬することで、従業員は身体に負担の掛かる作業から解放されます。

多品種少量生産に柔軟に対応

少品種大量生産で発展してきた製造業は、近年の消費者ニーズの多様化に対応するため多品種少量生産へのシフトチェンジが求められています。自律移動ロボットは生産品種の切り替えに柔軟に対応できるため、これからの製造業に最適なロボットであるといえるでしょう。

また自律移動ロボットであるAMRは、AGVとは違いガイドレスで走行できます。そのため、多品種少量生産に必要なレイアウトの変更にも迅速な対が可能です。

IoTプラットフォーム連携

自律移動ロボットとIoTプラットフォームをデータ連携することで、生産性の向上や品質管理、トレーサビリティの強化、不具合品が発生したときの原因解析などが期待できます。また、自律移動ロボットの走行位置や充電残量などの確認ができるようにもなり、トラブルの発生を未然に防げるようになります。

  (4)  製造業へ自律移動ロボットを導入するときの注意点

自律移動ロボットを製造業へ導入するメリットがある一方で、自律移動ロボットを導入するときに注意しなければいけない点もあります。

自律移動ロボットの大きさ

製造工場や物流倉庫で自律移動ロボットが自由に動き回るためには、自律移動ロボットの大きさが通路の幅より小さくなくてはなりません労働安全衛生規則第10章第543条によると「事業者は、機械間又はこれと他の設備との間に設ける通路については、幅80センチメートル以上のものとしなければならない。」としています。

また、自律移動ロボットは、通路上で棚やパレットを移載する場合もあります。その際は、旋回動作の分を考慮して自律移動の大きさは80センチメートルより小さくしなければなりません

(参考:工場内搬送および物流倉庫向け自律移動ロボットの開発p.20)

バッテリ充電

自律移動ロボットのバッテリの充電方式は、主に2種類です。バッテリの残量が一定量以下になったら自動で充電ポートに移動し充電するシステムと、非接触給電レーンを設置してそのエリアを自律移動ロボットが走行すると充電されるシステムがあります。

充電ポートで充電するシステムは、充電中は自律移動ロボットは稼働できないので、充電時間を考慮して自律移動ロボットを必要な台数より多く導入しなければなりませんまた、非接触給電レーンで充電するシステムは、非接触レーンを設置する工事が必要となるので、その分の導入コストが膨らむことになります。

(参考:工場内搬送および物流倉庫向け自律移動ロボットの開発p.20)

リスクアセスメント

自律移動ロボットがいくら弱いパワーでゆっくり走行していたとしても、ロボットアームのハンドに鋭利なものが装着されていれば、必ずしも安全だとは言い切れません。製造工場で自律移動ロボットを稼働させる際は、3ステップメソッドを守る必要があります。

(参考:自律移動ロボット「HiMoveRO」の紹介)

3.自動化におすすめのメーカー・ロボットシステムインテグレータ4選

最後に自律移動ロボット導入におすすめのメーカー・ロボットシステムインテグレータを4社紹介します。

日本サポートシステム株式会社

【特徴】
日本サポートシステムは年間200台もの実績がある関東最大級のロボットシステムインテグレーターです。一貫生産体制をとっており、設計から製造までをワンストップで対応。費用・時間にムダなく最適化を行うことができます。

また、お打ち合わせから原則1週間以内に「お見積りとポンチ絵」をご送付。

【ポンチ絵とお見積りのサンプル】

テキストやお電話だけでは伝わりづらいゴールイメージを共有し、スピード感を持った対応を心がけています。

また、同社の「画処ラボ」では、画像処理を用いた外観検査装置の導入に特化し、ご相談を受け付けています。従来は目視での官能検査に頼らざるを得なかった工程の自動化をご検討の際などにご活用ください。

日本初!業界最大級

画像処理検証ラボ開設!ルール型の画像処理から、AIまでプロが診断、ご相談から装置制作までまるっと対応

【所在地】
茨城県土浦市卸町2丁目13-3
TEL.050-1743-0310(代表)
FAX.050-3156-2692(代表)
https://jss1.jp/

【営業品目】

  • 産業用ロボット
  • 生産設備合理化・省力化の設計及び製作
  • 基板電気チェッカーや貼合・折曲など
  • 治具の設計・製作

【実績】
NM社(電子部品の製造販売)、HS製作所(情報通信・社会産業・電子装置・建設機械・高機能材料・生活の各システム製造販売)、TT社(ショッピングセンターなどリテール事業)、SM社(自動制御機器の製造・販売)、OR社(自動車安全システムの製造販売)

株式会社匠

【特徴】
株式会社匠は、自律移動ロボットの企画・開発・製造・アフターメンテナンスまで顧客のニーズに合わせた提案をすることができます。物流や製造の分野だけではなく、商業施設や病院、要望があれば一般家庭まで多種多様な環境に対応できるロボットを提供しています。

【所在地】
福岡県福岡市中央区長浜2-4-1 東芝福岡ビル6F
TEL.092-707-3620
FAX.092-707-3621
https://www.takumi-robo.com/

株式会社ZMP

【特徴】
株式会社ZMPは、2008年から自動運転の開発を開始し360台以上の自動運転導入実績があり、業界では唯一自動運転のハードウェアとソフトウェアの開発を一貫して開発しています。人の移動に「RoboCar」、物の移動に「CarriRo」として製品ブランドを展開している企業です。

【所在地】
東京都文京区小石川五丁目41番10号 住友不動産小石川ビル
TEL.03-5844-6210
https://www.zmp.co.jp/

IDECファクトリーソリューションズ株式会社

【特徴】
IDECファクトリーソリューションズは、「FAシステム」「社会・インフラ」「ロボットシステム」「図書館システム」を主な事業としているシステムインテグレータです。また、自律走行搬送ロボット「MiR」の日本国内正規代理店として、物流業界で高まっているニーズに応えています。

【所在地】
愛知県一宮市東島町2丁目8番地
TEL.0586-73-8300
FAX.0586-73-9697
http://www.idec-fs.com/

4.自律移動ロボット導入に関するご相談は日本サポートシステム

自律移動ロボットは、これからますます深刻化していく労働力不足を解消するために必要不可欠となるでしょう。しかし、自律移動ロボットを導入している企業はまだ少なく、導入に不安を抱えている企業が多いのではないでしょうか。

もし、自律移動ロボット導入でお悩みでしたら日本サポートシステムにお問合せください。貴社のニーズに合わせたソリューションをご提供します。

関東最大級のロボットシステムインテグレーター ロボットシステムの設計から製造ならお任せください

050-1743-0310 営業時間:平日9:00-18:00

本社:茨城県土浦市卸町2-13-3、相模原事業所:神奈川県相模原市中央区上溝1880番2 SIC3-317

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