ロボットハンドの種類と特徴、メリットと課題、選び方のポイントを解説
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製造業にとって、人手不足と厳しい競争環境を勝ち抜いていくための対策として、産業用ロボットの導入による自動化・省人化は重要な経営課題となっています。産業用ロボットに取り付けて、ワークを把持する役割を果たすのが「ロボットハンド」です。
本記事では、ロボットハンドの主な用途や役割、活用するメリットについてわかりやすく解説しています。ロボットハンド導入に向けた課題や選定時のポイントも紹介していますので、ぜひ参考にしてください。
ロボットハンドとは
そもそもロボットハンドとはどのようなツールなのでしょうか。主な用途とともに確認しておきましょう。
産業用ロボットの先端部に取り付けるツール
ロボットハンドとは、産業用ロボットの先端部に取り付けられるツールのことです。産業用ロボットのアームは、人間の身体にたとえると「肩」「腕」「手首」の役割を果たしています。これに対して、「手」や「指」の役割を担うのがロボットハンドです。
ワークを把持するロボットハンドの指は、2〜4本のタイプが多く見られます。また、ワークを「つかむ」ほか、吸引力や磁力を利用してワークを吸着させることも可能です。
ロボットハンドの主な用途
ロボットハンドはワークを正確に把持することにより、製品の整列やトレー詰めといった作業を担えます。ワークを把持する際の力加減を微調整できるため、従来は人の手で行っていた繊細な作業をロボットハンドによって代替できるケースが少なくありません。また、吸引力や磁力といった人間の手では再現できない移動方法も選択できることから、軟らかい食品や不定型なワークなどを扱う工程への導入も可能です。
ロボットハンドの種類①：把持型
ロボットハンドは「把持型」と「吸着型」の大きく2つに分けられます。このうち把持型の代表的な方式として挙げられるのが、電動型・空気圧型・油圧型の3タイプです。
電動型ロボットハンド
電動型とは、モーターによって指を駆動させる仕組みのロボットハンドのことです。指の動きや力加減はプログラムによって制御されており、さまざまな形状のワークに対応できます。さらに、ワークに触れる部分が軟らかい素材で作られているロボットハンドもあるため、壊れやすいものや変形のおそれがあるものにも対応可能です。まるで人間が指で作業するときのような、繊細な動作を再現できる製品もあります。
空気圧型ロボットハンド
空気圧型とは、空気の力で指を駆動させる仕組みのロボットハンドのことです。ロボットハンドの駆動部にモーターを内蔵する必要がないため、電動型ロボットハンドよりも簡素な構造にできます。これにより、ロボットハンドそのものを軽量化できるほか、把持力の調整が容易になる点が特徴です。シンプルな構造であるため、メンテナンスがしやすいこともメリットといえます。重量のあるワークを扱う場合や、メンテナンス性を重視する場合に適した方式です。
油圧型ロボットハンド
油圧型とは、油圧の力を利用してロボットハンドを開閉させる仕組みのことです。空気圧型よりも強い把持力を実現できる点に特徴があります。また、作動油の圧縮性が外的な衝撃を和らげることに加え、過負荷が生じた際に安全弁が機器を保護するため、耐久性に優れているロボットハンドです。ただし、作動油の温度変化によって動力源の速度が変化しやすいことから、高温/低温の作業環境には適さないケースもあります。
ロボットハンドの種類②：吸着型
吸着型とは、把持型のように指を動かすのではなくワークを吸着して運ぶタイプのロボットハンドです。ワークをつかむ・放す動作を素早く行えます。
真空型ロボットハンド
真空型は、パッド内部を真空にして吸着させることにより、ワークを持ち上げるロボットハンドです。ワークを安定的に運ぶには、パッドが表面に密着する必要があります。金属版やガラス板といった、把持することによって変形や破損のおそれがあるワークにも対応可能です。一方で、表面が平滑でないワークや、水や油が付着しているワークには対応できない点がデメリットです。
磁力型ロボットハンド
磁力型は、電磁力を利用してワークを吸着させるタイプのロボットハンドです。ワークの表面に多少の凹凸があっても吸着できる点に特徴があります。ただし、扱えるのは磁性体で作られているワークのみです。対応できるワークの材質が限られることは、磁力型ロボットハンドを導入する際に注意しておきたい点といえます。
ロボットハンドを活用するメリット
ロボットハンドの活用によって、具体的にどのようなメリットを得られるのでしょうか。
人間の手よりも高精度な作業を担える
ロボットハンドは人間の手よりも高精度な作業を担えます。たとえば、外科用縫合糸やカテーテルといった医療用デバイスの組立のように、ミクロン単位の精度が求められる工程を目視＋手作業で行うのは難しいでしょう。半導体製造におけるシリコンウェアの搬送やチップの位置決め、貼り付けといった作業も同様に、サブミクロンの繰り返し精度が求められる作業を人の手で行うのは現実的とはいえません。こうした工程を担えることは、ロボットハンドならではのメリットといえます。
軟らかい食品や不定型のワークにも対応できる
軟らかく形が崩れやすい食品などのワークや、形の定まらないワークに対応できることも大きなメリットです。こうしたワークを扱う場合、人の手で「つかむ」「つまむ」動作そのものが型崩れの原因となりかねません。吸着型ロボットハンドであれば、把持するのではなく微弱な力で吸着することで、ワークの型崩れを最小限に留められます。不良品の廃棄量削減にもつながることから、生産効率を高める効果も期待できるでしょう。
健康リスクの高い環境にも対応できる
産業用ロボットとロボットハンドによって作業工程を完結できれば、健康リスクの高い環境でも作業を進められます。高温に晒される現場や、有害物質が飛散する可能性のある現場においても、24時間体制で製造を続けることが可能です。こうした設備の導入は、安全衛生上の対策を講じる意味においても重要なポイントといえます。従業員の健康被害を防ぎつつ生産量を維持できることは、ロボットハンドを活用する大きなメリットの1つです。
ロボットハンド導入に向けた課題
ロボットハンドは幅広い用途に対応できるツールですが、導入に当たって注意しておきたい点もあります。とくに次の3点については、導入前に対応策を検討しておく必要があるでしょう。
作業の向き不向きがある
ロボットハンドはあらゆるワークに対応できるとは限りません。ワークの大きさや形状に極端なばらつきがある場合には、対応し切れないこともあり得ます。また、非常に繊細な力加減が要求されるような作業に関しては、人の手のほうが適している場合もあるでしょう。
近年は人の手に極めて近い力加減を再現できるロボットハンドも登場しています。こういったツールを活用することで対応できる範囲なのか、取り扱うワークに応じて慎重に判断することが大切です。
導入・運用には専門知識が求められる
ロボットハンドの導入や運用には、相応の専門知識が求められます。自社の製造工程に合わせて初期設定を行う必要があるほか、誤動作や不具合が生じた際には適宜対処しなければならないからです。
初期設置やトラブル対応を外部委託する方法もありますが、将来的には社内で対応できるよう技術者を雇用・育成するのが望ましいでしょう。こうした採用・教育コストも踏まえて予算計画を立てておく必要があります。
ロボットハンド選定時のポイント
ロボットハンドを選定する際に、注目しておきたいポイントをピックアップしました。
取り扱うワークに適した方式か
第一に、製造工程において取り扱うワークに適した方式のロボットハンドを選ぶことが重要です。ワークの重量や大きさ、形状、表面の状態、壊れやすさなどに応じて、把持型と吸着型のいずれの方式が適しているか見極めましょう。
また、前述のとおり把持型・吸着型にもそれぞれいくつかのタイプがあります。どのような方式があるのかを把握した上で、作業上の注意点や懸念点を最も合理的に解決できるロボットハンドを選ぶのがポイントです。
ロボットハンドの材質は適切か
把持型ロボットハンドの場合、指の部分の材質にも着目しましょう。とくに、軟らかい材質のワークや傷がつきやすいワークを取り扱う場合には注意が必要です。
ロボットハンドによっては、ワークに触れる部分が柔軟性に優れた素材で作られているものもあります。把持力を微調整できる範囲も含めて、作業員の手の動きを再現できるかどうかを慎重に見極めましょう。
求められる制御精度を満たしているか
実作業に対応できる把持力や吸着力、位置制御の調整が可能かどうかも重要なポイントです。指の可動域や位置、力加減を調整できる範囲は、ロボットハンドごとに異なります。とくにワークの形状が不揃いの場合や、不定型のワークを扱う工程においては注意が必要です。
より高精度な微調整が必要な場合には、触覚センサを取り入れるのも1つの方法です。触覚センサを活用することでロボットに人間のような触覚がもたらされるため、より繊細な動作を実現できます。
複数のワークに対応できるか
ロボットハンドを選定する際には、できるだけ複数のワークに対応できるものを選ぶのが得策です。ワークの種類ごとに対応するロボットハンドを導入するよりも、単独のロボットハンドで複数のワークに対応できるほうが高い費用対効果が見込めます。
ロボットハンドの交換を素早く行えるアタッチメントを活用するのも1つの方法です。特定のワークにしか対応できない設備にならないよう留意することで、将来的な工程変更や製品の拡充にも対応しやすくなるでしょう。
部品交換や修理が可能か
メンテナンスのしやすさも、ロボットハンドを選ぶ際に必ず確認しておきたいポイントです。消耗品の交換は可能か、交換に必要な部品は入手しやすいか、といった点をチェックしましょう。
メンテナンスが容易なロボットハンドであれば、維持コストを節減できます。長期間にわたって運用していくことを見据えて、初期費用だけでなくランニングコストも考慮しておくことが大切です。
ロボットハンドを活用して生産効率を高めよう
ロボットハンドは、産業用ロボットの「手」や「指」に相当するツールです。ワークを把持したり吸着したりするタイプのものがあるため、人間の手の動きを再現できるだけでなく、手作業以上に繊細で高精度な作業を担える可能性があります。ロボットハンドを製造工程に取り入れて、人手不足への対策や品質の安定化を実現してみてはいかがでしょうか。
カナデンでは、さまざまなロボットハンドや周辺機器を取り扱っており、工程に適した製品のご紹介や導入に向けたご相談にも対応しています。ロボットハンドの選定や導入に関するご相談は、どうぞお気軽にお問い合わせください。
