双腕ロボットとは？仕組み、導入事例、メリットを解説
今の産業界ではAI（Artificial Intelligence）やIoT（Internet of Things）などを導入することにより、日々加速するモノづくりに追いつきながら品質向上をはかり、厳しくなる市場要求を満足することが求められています。
具体的には、工作機械とIoTを組み合わせることにより、加工後寸法から工具摩耗量を算出し、さらに加工後寸法へフィードバックすることにより、従来は人が管理していたものを、工作機械内で一元管理できるようになってきています。
しかし、こういった事例はまだまだ一握りのケース。多くの現場では、人手が不足する中で求められる高い品質をどのように維持するかという点に苦慮しています。
そういった企業では、最新技術の導入よりも目下のリソース不足を解決したいという声も多く、従来は人にしかできないとされていた作業の自動化需要がより一層高まっています。
今回は、そんな製造現場において活用が期待される産業用ロボットのうち「双腕ロボット」について解説していきたいと思います。
もし製造現場に双腕ロボットを導入して、
- 省力化、省人化してコストダウンしたい
- 生産性アップして売上を上げたい
- 人的ミスを減らして品質価値を高めたい
という場合は、お気軽にFAプロダクツまでお問い合わせください。
関東最大級のロボットSIerとして、最適なご提案をさせていただきます。
目次
１．双腕ロボットの基礎知識
まずは双腕ロボットとはどういうものなのかを解説していきましょう。
（1）双腕ロボットとは？
双腕ロボットとは、産業ロボットの種類の1つで、2本のアームがついている産業ロボットの総称を指します。
双腕ロボットの最大の特徴は、2本のアームにより、より複雑な作業に対応することができること。
また、最近ではその特徴を活かしつつ小型化し、人と同じラインで作業ができる「協働ロボット」の開発が活発に行われています。
（2）双腕ロボットの種類
双腕ロボットはさらに、関節部の構造から大きく次の2種類に分けられます。
- 垂直多関節型ロボット
- 水平多関節型(スカラ型)ロボット
垂直多関節型ロボットは、立体的（３D）な作業を行うことが得意です。具体的には加工・研磨・検査・溶接・組立・ピッキング・ハンドリングなどの作業で使用されます。
垂直多関節型ロボットを使用した作業イメージは次の動画を参考にしてみて下さい。
水平多関節型(スカラ型)ロボットは、平面上（2D）での作業を行うのが得意です。具体的には、検査・組立・搬送・ハンドリングの作業で使用されます。
水平多関節型(スカラ型)ロボットを使用した作業イメージは次の動画を参考にしてみて下さい。
（3）双腕ロボットの仕組み
双腕ロボットの仕組みは、産業ロボットと同様の仕組みで動作します。
構造は、先端のチャッキング部分（エンドエフェクタ）とそれを動かすためのリンク機構により構成されています。
リンク機構は、リンクとジョイントで構成されており、よく人の腕に例えられます。
- リンク＝人の骨にあたる部分
- ジョイント＝人の間接にあたる部分
では、これらのリンク機構を駆動するための「筋肉」に当たる部分はどこでしょうか？
実は、筋肉のようなものは付いておらず、ジョイント部にサーボモーターが設置されており、これにより、さまざまな方向への運動が可能となります。
例えば、垂直多関節型ロボットでいうと、旋回・前後・上下・回転の４つの運動により先端のチャッキング部分（エンドエフェクタ）を自在に操ることができるのです。
2．双腕ロボットの導入事例
双腕ロボットとは何かについて知ったところで、次は実際の導入事例を紹介していきましょう。
早速ですが、双腕ロボットの導入事例をまとめましたので下表に示します。
対象作業 導入目的 効果 電子部品のハンドリング 人が行っていた、センサの組立・検査工程を双腕ロボットによりトレース 労働生産性向上 金型のハンドリング・清掃 唯一自動化されていなかった金型清掃・離型剤塗布作業で、かつ重量のある金型運搬作業を双腕ロボットにより代替。 過酷作業の代替/支援
品質の安定化メッキ塗装のハンドリング 作業の自動化が難しい治具のセット作業を双腕ロボットのアームとカメラを使用することで自動整列作業をトレース 労働生産性向上
作業簡素化電子部品のハンドリング 多品種少量生産で設備での対応が困難な検査工程を協働型の双腕ロボット導入により自動化。 生産の柔軟性向上
品質の安定化化粧品の袋詰め 従来のロボットや専用機では、受託先からの形状・規格に合わせた工程の指定があり、切り替えが難しい作業をトレース 労働生産性向上
数量間違い防止参照元：「ロボット導入実証事業 事例紹介ハンドブック2018」（経済産業省）
これらの実施例を見ると、双腕ロボットは水平多関節型（スカラ型）の導入が進んでいることがわかります。従来、人手がかかっていて、比較的トレースのし易い作業を、できるだけ低コストで実現する際の最適解が、水平多関節型（スカラ型）の双腕ロボットということです。
一方で、垂直多関節型は水平多関節型には実現できない自由度の高い動きを必要とする際に、コストをかけてでも自動化したいケースに向いていると言えます。
具体的には、上表に記載されているようなメッキ作業で、いわゆる３K（クサイ・キタナイ・キケン）な現場での人の作業をそのままトレースして置き換えることにより、安全と品質を確保することができます。
3．双腕ロボットを使うメリット・デメリット
（1）双腕ロボットを使うメリット
①人の作業をトレースして省人化できる。
双腕ロボットの大きなメリットの1つとして、2本の腕があることにより人の手の動きをトレースした作業を自動化できることが挙げられます。
最近ではカメラ付き双腕ロボットの開発も進んでおり、従来人の視覚で判別しなければ作業できなかった多品種少量生産作業にも対応できるようになってきており、トレースできる作業の範囲が拡大してきています。
ちょっと前まで難しいと思っていた工程の自動化が双腕ロボットで実現できてしまうという点は大きなメリットであるといえます。
②作業環境の変更を最小限に抑えられる。
一般的に使われている単腕型ロボットを適用する場合には、1つの動作にしか対応することができません。そのため、位置決めが必要な作業では、単腕ロボット以外に治具を用意する必要が出てきてしまいます。
そんな時、双腕ロボットを使用することで、一方の片腕で位置決めを行い、もう片方の腕で作業をすることができるため、新たな治具を用意する必要がありません。このように、現在使用している環境を活かしながら自動化を実現できるのも、双腕ロボットのメリットであるといえます。
③品質管理がシンプルになり、品質が向上する。
省人化や環境の変化が抑えられること以外に、人が行っていた検査工程を双腕ロボットにより自動化することで、人の技能習熟度や入れ替えによる品質のバラつきが抑えられます。
（2）双腕ロボットを使うデメリット
①投資回収をよく検討しないと費用対効果が得られない。
これは双腕ロボットに限った話ではありませんが、産業ロボット導入による投資が適切かを事前によく検討しないと費用対効果が得られない、という点には配慮する必要があります。
以下に経済産業省の産業ロボット導入ガイドラインより、ロボットの向き不向きをまとめました。
産業ロボット
向き・不向き作業量 作業の複雑さ 解説 向き 多い 少し複雑 作業量が多くとも、作業の複雑さや変動の度合いによっては、ロボット技術の活用が専用機以上の費用対効果を生む場合がある。 多い 複雑 作業が複雑であっても、ロボット技術を上手く導入することで、自動化あるいは作業の簡易化（省力化・省スキル化）が実現できる場合がある。 不向き 多い 単純 作業量が継続的に一定規模以上あり、初期投資回収見込みが十分である場合には、専用機の方が高い費用対効果が得られることが多い。 多い とても複雑 品種が毎日変わるような組立工程、柔軟物を含む高度な組立工程などはロボット化による費用対効果が十分に得られないことが多い。 少ない とても複雑 作業内容があまり頻繁に変わる場合には、人の作業習熟が追い付かずロボット化のメリットが出てくる場合がある。
上図および上表に示すとおり、作業量や作業の複雑さに応じて産業ロボットの導入を検討し、適切かを見極めないと、費用対効果は得られないものとなってしまいます。
単腕ロボットと比べて双腕ロボットは先端のチャッキング部分（エンドエフェクタ）が2つ必要なため、単純なコストは増加します。またアームが２本あることから、これらに対するティーチングをうまく同期させてあげるなどの工夫も必要でしょう。
単腕ロボットに対して双腕ロボットは、コストや立ち上げに要する手間は増える傾向にありますので、ロボットSIerと相談しながら最適解を一緒に探していくことをオススメします。
②重量物のハンドリングには向いていない。
単腕ロボットに比べ双腕ロボットは、人の作業をトレースして自動化させる協働型として開発されているものが多く、人が通常行わない重量物のハンドリングなどの作業には向いていないことが多いでしょう。
４．双腕ロボット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3選
①株式会社FAプロダクツ
【特徴】
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【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）
②グローリー株式会社
【特徴】
グローリー株式会社は硬貨処理機に強みを持つメーカーで、硬貨や紙幣などを正確に見分ける「認識・識別技術」と、硬貨や紙幣を1枚ずつ正確かつ高速に処理する「メカトロ技術」を主軸とした事業展開を行っています。
ロボットSIerとしても、双腕ロボット「NEXTAGE」を少量多品種の袋詰めラインへ導入をした実績もあります。
【所在地】
本社・本社工場
〒670-8567 兵庫県姫路市下手野1-3-1
TEL (079)297-3131（代表）
埼玉工場
〒347-0004
埼玉県加須市古川2-4-1
TEL (0480)68-4661
【会社HP】
https://www.glory.co.jp/
③A-TEC株式会社
水質改善や排水処理に強みがあり設計・コンサルティングから、調査・診断・分析まで幅広く業務を請け負っているメーカーです。
ロボットSIerとしても、双腕ロボット「duAro」を自動車部品の検査梱包工程へ導入をした実績もあります。
単純な自動化だけでなく、少量多品種生産などの現行設備や作業環境に適合したシステム構成を検討したいときによいでしょう。
【所在地】
〒457-0038
愛知県名古屋市南区桜本町141番地1 小林ビル302
TEL 052-829-1117
【会社HP】
https://a-tec-consulting.co.jp/
５．ロボット導入のご相談はFAプロダクツへ
従来は難しかった人手による作業の代替が、双腕ロボットの強みです。
生産工程でボトルネックとなっていた作業を代替すれば、大幅な省力化・生産性の向上につながるでしょう。本記事が検討のご参考となれば幸いです。
もし、ロボット導入に際してお悩みごとがあれば、お気軽に株式会社FAプロダクツにご相談ください。
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