記事公開日:2020.08.27
最終更新日:2024.01.31

協働ロボットの特徴と導入事例

最短半年でロボット導入を成功させる方法

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本記事では、まず協働ロボットの概要や特徴について、従来の産業用ロボットとの違いや導入メリットを踏まえながら紹介します。
次に協働ロボットの主要メーカーや活用方法、導入事例を紹介します。導入事例の紹介では、協働ロボットが多様な工程において導入した事例があることを理解することができます。本記事で協働ロボットの理解が深まれば幸いです。

1.協働ロボットとは何か。

協働ロボットとは、人と一緒に作業を行う事の出来る産業用ロボットです。
本来産業用ロボットというのは、非常に力持ちです。ロボットの種類や大きさによるものの人を遥かに超える大きな力をもっている為に産業用ロボットの稼働範囲に人が入ってしまうと重篤な災害を引き起こすリスクがあります。
その為、産業用ロボットの周囲には安全柵の設置が必要であり、安全柵はロボットが停止していないと開かない様になっています。
完全にロボットのみで完結するシステムであれば問題無いのですが、あくまで人が組立作業を行うが人の作業をロボットで補助して欲しいというニーズや普段は必要無いが、生産ラインに欠員等の人員不足等があった際にロボットを使用したいというニーズが多くあります。
2013年12月に以下のとおり規制が緩和されたことをきっかけに、労働者に危険が生じない産業用ロボットの開発が進みました。それこそが協働ロボットです。

事業者は、産業用ロボットを運転する場合(教示等のために産業用ロボットを運転する場合及び産業用ロボットの運転中に次条に規定する作業を行わなければならない場合において産業用ロボットを運転するときを除く。)において、当該産業用ロボットに接触することにより労働者に危険が生ずるおそれのあるときは、さく又は囲いを設ける等当該危険を防止するために必要な措置を講じなければならない。
厚生労働省『安衛則第150条の4(運転中の危険の防止)』より
産業用ロボットを使用する事業者が、労働安全衛生法第28条の2による危険性等の調査(以下「リスクアセスメント」という。)に基づく措置を実施し、産業用ロボットに接触することにより労働者に危険の生ずるおそれが無くなったと評価できるときは、本条の「労働者に危険が生ずるおそれのあるとき」に該当しません。
『安衛則第150条の4(運転中の危険の防止)』(平成25年12月24日付基発1224第2号通達)より

協働ロボットは一般的にモーターの定格出力が80Wを超えない様になっています。そして何かに衝突したときや、大きな負荷がロボットに掛かった場合は即時モーター電源が遮断されるようになっています。感覚的に言えば、道を歩いていてすれ違う人と軽く肩がぶつかった時の衝撃よりも軽い衝撃でロボットは停止する様になっており、作業者が仮にロボットに接触しても大きな災害につながるリスクは小さいのです。

2.協働ロボットの特徴

上記のように協働ロボットは安全柵が不要で人と並んで作業することが可能です。
協働ロボットの大きな特徴をあげるとすれば、

  • 人間のサポート、というイメージ
  • 軽い物をゆっくり
  • 安全柵が不要
  • 操作が簡単

という4つの特徴が挙げられます。

協働ロボットと産業用ロボットの特徴
上記のような特徴から、
・産業用ロボット → 大量生産向き
・協働ロボット  → 多品種少量生産向き
と言えるでしょう。

具体的には「安全柵が不要」という特徴を活かして、
・既存の狭いスペースを有効活用
・使わない時は移動させる、使いたい場所で使う、のようなフレキシブルな運用が可能となります。

また、「簡易的な操作」や「簡易的な設備」という特徴があるため、
・低コストでの導入
・低コストでの改善、品種追加
が可能です。

前項でもお話した通り、上記のような特徴から、協働ロボットは中小企業の多品種少量生産の自動化に適したロボットです。

また、近年では協働ロボット用の様々なアプリケーションが開発、販売されています。
安全柵が不要という特徴を活かしたフレキシブルな運用のための移動式のロボット架台は協働ロボットにおけるスタンダードになりつつあります。
多品種少量生産のロボット導入のハードルを下げるアプリケーションとしてはカメラ、画像認識機能があります。
協働ロボットに専用のカメラをはじめから搭載しておくことで、従来の産業用ロボット+カメラ(画像認識)のようなシステムを組む際に必要となる複雑なキャリブレーションなどが不要となり、ロボットや画像処理の知識が無い中小企業でも、まるで大手企業で採用されいているロボット+画像認識によるランダムなピッキング作業等が簡単に実現できるようになってきています。

3.協働ロボットが注目を集める理由

では、協働ロボットはなぜ注目を集めているのでしょうか?
①ロボットと人間の共同作業が安全にできるから
協働ロボットは、人間との共同作業を安全に行うことができます。
従来の産業用ロボットは、安全柵内でのみ運用される場合が必須だったのに対し、協働ロボットは安全柵なしで人と協働で作業が行えます。
ロボットが人間に接近した際には速度を制限したり停止したりするなど、安全性が高い仕組みが備わっています。

②プログラミング知識が不要だから
協働ロボットは直感的なプログラミングと柔軟性を備えています。
協働ロボットは、直感的な操作でティーチングを行う可能です。
従来の産業用ロボットは、複雑なプログラミング知識を必要としましたが、協働ロボットは直感的な操作や学習機能によって、誰でも簡単にティーチングを行うことが可能です。
従来の産業用ロボットであれば、専門のティーチングを行う技術者が必要でしたが、協働ロボットの場合は多少の教育を受けるだけでティーチングが可能になっています。

③様々な協働ロボット用アプリケーションが開発されているから
協働ロボットは、人間とのコミュニケーションを取ることも可能です。
従来の産業用ロボットは主に自動化された作業を行うため、人とのコミュニケーションが必要ない場合がほとんどでした。
協働ロボットは人間とのコミュニケーションに対応する機能があります。
例えば、音声認識機能を持つ協働ロボットは、人の声による指示を認識し、動作をすることができます。
また、画像認識のために必要なカメラを標準搭載している協働ロボットもあります。
これはロボットが「目」を持っている状態です。
従来の産業用ロボットに「目」=カメラを持たせる場合にはキャビテーションと呼ばれるような特殊な設定を行う技術者が必要でした。
協働ロボットのように標準でカメラを搭載している場合はそのような特殊な技術は不要で、②項であげたような直感的なプログラムでティーチングが可能になっています。

以上の理由から、近年協働ロボットは注目を集めています。

4.協働ロボットでできること/事例

では実際どのようなことができるのか、簡単に紹介させていただきます。

①ワークセット
産業ロボットへのワークの共有を行うことが可能です。
それにより今まで人手で行ってきた単純作業の繰り返しをロボットに任せることで貴重な人材を他の業務に回すことができます。

②仕上げ工程
ロボットのハンドを適したものへ付け替えることで、エアブロー等の仕上げ工程を行うことが可能です。

③溶接
ロボットに溶接トーチを持たせることで溶接作業を自動化できます。
最近ではワークセットが多少雑でもロボットが自動で補正をかけて溶接を行うなどが見られます。

④組み立て
カバーを被せる・ねじを締めるなど、組み立ての工程もロボットで代替可能です。
自動車がイメージしやすいと思いますが、ボディをセットし、それを固定する。
といったような流れです。

⑤ピックアップ
ベルトコンベアを流れてくる段ボールやからあげなどの食品まで、幅広いものをピックアップが可能です。
重く、従業員の方に負荷がかかるものや、食品のように小さく数の多いもののピッキング作業を行うことが可能です。

それでは次に、具体的な事例を紹介いたします。

4-1.従業員10名の金属機械加工業が協働ロボットを導入して生産性を向上した事例

■事例企業の概要
・神奈川県 Y社
・金属機械加工業
・従業員10名

■導入システムの概要
・ユニバーサルロボットの協働ロボットを導入
・マシニングセンターにおけるワーク供給を協働ロボットで自動化
・移動式の架台で使わない時は移動させることで多品種少量生産に対応
・ワークストッカー等はカラクリのアイディアを採用し低投資を実現

■事例の詳細
神奈川県で機械加工業を営むY社ではマシニングセンターのワーク供給に協働ロボットを導入しました。
単純なワークセット業務を協働ロボットに代替えすることにより熟練作業者の工数を削減することが狙いです。
導入に際しては、加工機とのインターフェースを取らなくても協働ロボットと加工機が連携できるような仕組みを構築し、簡単にロボットの移動、設置ができるように設計されています。
また、ワークストッカー、ワーク排出のストッカー、治具を締める機構、等はカラクリの技術を応用し自社で制作した物になっています。
これにより、低投資でのロボット導入に成功しました。

4-2.従業員8名の樹脂加工企業が協働ロボットを導入して残業・休日出勤を大幅に削減した事例

■事例企業の概要
・兵庫県 S社
・樹脂加工業
・従業員8名

■導入システムの概要
・ファナック協働ロボットを導入
・ファナックロボドリルへのワーク供給作業を協働ロボットで自動化
・移動式の架台で使わない時は移動させることで多品種少量生産に対応
・ワークストッカーは自社製作で低投資を実現
・入社2年目の若手従業員がロボットティーチングを担当

■事例の詳細
兵庫県のS社ではファナックのロボドリルへのワーク供給にファナック協働ロボットを導入しました。
①の事例と同様に単純なワークセット作業を協働ロボットで自動化することによる工数削減が目的です。
また、こちらの企業では夜間や休日の協働ロボットによる無人運転に取り組んでおり、それにより残業や休日出勤が大幅に削減されました。さらに、人員は増やさずに生産量をUPさせることが可能となっています。
ロボット導入に際しては若手を積極的に登用しています。
今回ロボットティーチングを任されたのは新卒2年目の若手従業員です。
全くの知識0の状態からでも協働ロボットの簡易的な操作という特徴があるためティーチングを行うことが可能となっています。

4-3.従業員100名の板金加工企業が溶接作業に協働ロボットを導入

■企業概要
・鹿児島県 F社
・板金加工業
・従業員100名

■事例の概要
・溶接作業に協働ロボットを導入
・熟練作業者の技能が必要なTIG溶接を協働ロボットで自動化
・仮付けを作業者が、本付けを協働ロボットが行うことで自動化に成功

■事例の詳細
F社では職人技術で難易度の高いTIG溶接への協働ロボット活用を実施しています。
熟練作業者の中でも製品の品質に差が出るTIG溶接を協働ロボットで自動化し今後の人手不足の解消と熟練技術継承の問題を解決し、安定した高品質な製品を提供することを目的としています。
仮付けの工程と本付け工程の作業工程を分割し、仮付けを作業者が、本付けを協働ロボットが行うようにすることで難易度の高いTIG溶接の自動化を実現しています。
従来は、一人前の溶接作業者となるには何年もの時間が必要でしたが、協働ロボットにより溶接を行うことで、数カ月の実務訓練で高品質な溶接作業を協働ロボットに行わせることができるようになり、入社したての新人でも安定して高品質な製品を製造することが可能になりました。

5.協働ロボットの価格と導入までのコスト

◎協働ロボット導入時のコスト
協働ロボットのコストは、その性能や大きさにもよりますが、500万円程度で購入することができます。

例を挙げると、製造業でよく使われる1300㎜程度のリーチを持つ協働ロボットであれば
・A社:約550万円
・B社:約480万円
・C社:約600万円
程度の価格となります。

通常の産業用ロボットで同程度のサイズであれば200万円~300万円程度ですので、産業用ロボットに比べるとロボット自体の価格は若干高い印象を受けます。
ただし、ロボットを現場で運用するにはロボット単体では仕事はできません。
必要な付帯装置として具体的な例を挙げると、
・制御盤
・ロボット架台
・ロボットハンド
・各種センサー類
・ワークストッカー
・搬送装置 etc、、、
これらの付帯設備を設計製作するのがSIerです。
これらの設計等をシステムインテグレーションといいます。

上記の通り、ロボット単体ではロボットシステムは成り立ちません。
様々な付帯設備により工場のニーズに合ったロボットシステムを構築していくことが必要になります。
では、実際にロボットシステムを導入しようとした場合、総額はどれくらいになるのでしょうか?
産業用ロボットの導入事例を交えながら見ていきましょう。

①垂直多関節ロボットを用いた塗装ロボットシステム

防爆ロボット 5,000,000
付帯設備 5,000,000
ロボット架台 1,000,000
制御装置 4,000,000
設置工事費 7,000,000(試運転調整費含む)
設計費 1,500,000
合計 23,500,000

②画像認識システムを用いた重量ワークのハンドリングロボットシステム

多関節ロボット 3,000,000
付帯設備 5,000,000
制御装置 7,000,000
画像認識システム 10,000,000
設置工事費 10,000,000(試運転調整費含む)
設計費 5,000,000
合計 40,000,000

それぞれの現場のニーズにより総額は大きく違ってきます。
ロボットシステムを導入することでどれくらいの投資対効果を得られるのか、事前に把握しておくことが非常に重要です。
概ね、投資金額の回収は2年~5年程度で考えると良いでしょう。
例えば、①の事例のように¥23,000,000の導入コストが掛かる場合について。
人件費1人年間500万円とした場合、ロボットシステムを導入したことで2人の作業者が削減できると仮定すると、¥23,000,000÷¥10,000,000=2.3年となります。

このように投資対効果を計算することで投資判断が可能となります。
このように通常の産業用ロボットではロボット本体以外にも多くのコストがかかることが分かります。

では、協働ロボットではどうでしょうか?こちらも事例を元に見ていきます。

①兵庫県S社
■全体投資金約500万円
■システムの概要
樹脂製品のロボドリル加工機へのワーク投入及び取り出しを自動化。
投入前のワークを置くためのストッカーを自社で製作し、ほぼ協働ロボットの費用のみで自動化に成功した事例。
S社ではシステムインテグレーターを使わず、ストッカー設計やティーチングなどを全て自社で行うことで圧倒的な低コストでの導入を実現しています。

②茨城県D社
■全体投資金額約1000万円
■システムの概要
月産30台ほどの単純な溶接作業を協働ロボットで実現協働ロボット+溶接電源のパッケージに3D定盤を組み合わせたシステムです。
こちらの企業も立ち上げにはシステムインテグレーターを使わずティーチング作業を自社で実施することで機器費用のみでロボット導入を実現しています。

③神奈川県Y社
■全体投資金額約500万円
■システムの概要
金属加工製品のマシニングセンターへのワーク供給を協働ロボットで行っています。
多品種少量生産のためロボットでのワーク供給の対象外となるワークを加工する場合はロボットを移動して人の作業の邪魔にならないように移動することができるシステムとしています。
こちらのY社も①のS社、②のD社同様に自社での立ち上げを行うことにより低コストでの導入を実現しています。
また、ワークストッカーはカラクリを用いたアイディアでモーター等の駆動部無しで多くのワークをストックできるように考えられています。
このように協働ロボットをある程度自社で立ち上げることができればロボット導入のコストを大幅に削減することが可能です。
ですが、協働ロボットは取り扱いが簡単な分、あまり難しいことはできません。
高度な溶接や人を超えるスピードの作業、重量物のハンドリングなどはいまだに産業用ロボットのほうが優位といえるでしょう。
また、企業によってはロボットの立ち上げや構想計画にリソースをかけられない場合がほとんどです。
費用はかけたくないが、ロボットは導入したい、、そのためには「補助金を使うこと」です。

◎補助金活用成功事例
つぎに紹介する④茨城県F社、⑤長野県C社は、以下の補助金を獲得し、投資コストを抑えることに成功しています。

④茨城県F社
■投資と補助額
・投資金額約5000万円
・補助額約3000万円
■システムの概要
・幅広い寸法
長さ200㎜~5000㎜
径20A~300A
の様々な形状の配管TIG溶接をロボットによって自動化するロボットシステムを事業再構築補助金を活用して導入。
溶接職人による難しい配管溶接を最新技術を駆使してロボット化に成功した事例。

⑤長野県C社
■投資と補助額
・投資金額約8000万円
・補助額約4000万円
■システムの概要
多品種のステンレス製板金製品のおける溶接と研磨をロボットで自動化。
水漏れが許されない高品質な溶接と、職人の研磨による外観品質をロボットで実現した事例。

◎協働ロボット投入時に利用すべき”補助金”の存在
ここでいう”補助金”とは、国が設けている補助金制度のことを指します。

今回取り上げる事業再構築補助金とは、新型コロナウイルス感染症の影響によって経営が
困難になった中小企業等に対して、事業再構築のための支援を行うために、国が設けた補助
金制度です。

具体的には、以下のような事業再構築に必要な取り組みにかかる費用が対象となります。

生産プロセスの変革や設備の改善
商品・サービスの開発・改良
ITシステムの改善・導入
新規事業の開発・展開
補助額は、事業者の経営状況や補助対象となる取り組み内容によって異なりますが、最大で
1億円まで支給されることがあります。

補助額と補助率は以下の通りです。

■補助額
中小企業者等、中堅企業等ともに
【従業員数20人以下】100万円~2,000万円
【従業員数21~50人】100万円~4,000万円
【従業員数51~100人】100万円~6,000万円
【従業員数101人以上】100万円~7,000万円

■補助率
中小企業者等1/2
中堅企業等1/3

成長枠(旧通常枠)の他にも様々な枠があります。

緊急対策枠
回復・再生応援枠
最低賃金枠
産業構造転換枠(新設)
サプライチェーン強靱化枠(新設)
グリーン成長枠(要件緩和)
自社に適合した枠を見極めて申請する必要があります。

6.未経験でも協働ロボットを導入する方法

ロボットや自動化において全く知識の無い状態で協働ロボット導入を検討するのは難しいことです。
協働ロボットの導入においては自社の作業工程、製品特性、生産実績等を理解して協働ロボットを活用する工程、製品を決めることが重要です。

協働ロボットは購入するだけでは何の仕事も出来ません。
協働ロボットを活用するために適切な工程、適切な製品を把握し、適切な周辺機器を選定し、適切なセットアップをしてこそ協働ロボットは価値を発揮します。
まずは、自社の状況、ニーズを把握し活用条件を決めることから始めましょう。
と言っても、何から初めて良いか分からない方も多いはず。

工場AI・ロボット.comを運営している㈱船井総合研究所では、これらの現状分析から活用条件の決定、協働ロボット活用構想の立案、投資対効果試算シミュレーション、適切なロボットメーカーの選定、適切なシステムインテグレータの選定、メーカー及びインテグレータとの打ち合わせ、導入後のアフターフォローまで一貫してお手伝いすることが可能です。
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