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長良の落陽。

動力源としてのモーターの種類

設備や機器の動力源としてのモーターには,供給電源によって主に「DCモーター」と「ACモーター」の2種類に分けられます。
DCモーター(直流モーター)とは?
「DCモーター」とは,直流電気を流すことで動くモーターです。
日常でよく使う電化製品から工場で使う設備までさまざまなものに使われています。
そして,このDCモーターには「ブラシ付きDCモーター」とブラシのない「ブラシレスDCモーター」の2種類があります。ブラシとは,コイルに電気を伝えるための部品です。
ブラシ付きDCモーターは内側にコイル,外側に永久磁石があり,ブラシを通して直流の電気を流すことでローター(回転軸)を回転させるモーターです。これが最初に紹介したシンプルな仕組みでできているモーターで,ラジコンや模型などに利用されています。
このモーターは,基本的に電圧に比例して回転速度が上がるのが特長です。
たとえばブラシ付きDCモーターを乾電池で動かす場合,2本つなぐときのほうが1本のときよりも速く回転します。ただし,コイルに流す電気の向きを変える整流子とカーボンブラシは常に接触しているため,長時間,動作すると摩耗するため,定期的なメンテナンスが必要になります。
一方のブラシレスDCモーター(BLDCモーター)は内側に永久磁石,外側にコイルがあり,電流の制御回路を通してコイルに電気を流すことで,内側の永久磁石を回転させるモーターです。
ブラシがないためメンテナンスの頻度を抑えられるだけでなく,ブラシの摩耗カスが出ないのでクリーンな環境で使えるのが特長です。ただし,モーターの外部に電流の向きを制御するための回路が必要であり,ブラシ付きDCモーターと比較するとコストがかかります。
ACモーター(交流モーター)とは?
「ACモーター」とは,交流電気を流すことで動くモーターです。外側にコイル,内側に「かご形」のローターがあります。
ACモーターの特長は,整流子やブラシ,制御回路が不要であることです。シンプルな構造でコストを抑えて製造できるため,扇風機や掃除機などの家電,水をくみ上げるためのポンプや搬送用のコンベア,産業用機器など,さまざまな用途に使われています。

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産業用ロボットのしくみ(分解図)

産業用ロボットの種類でもご説明しましたが、製造現場で使われている産業用ロボットには、大きく分けて「垂直多関節ロボット」「水平多関節ロボット」「パラレルリンクロボット」「直交ロボット」の4種類があります。その中でもっとも一般的なのが、ロボットアームとも呼ばれる「垂直多関節ロボット」です。こちらでは、垂直多関節ロボットをメインに各ロボットのしくみについてご説明します。
産業用ロボットの基本的な構成
一般的な産業用ロボットは、以下のような構成で成り立っています。製造現場で主流となっている6軸の垂直多関節型ロボットを題材に各部の名称をご紹介します。
マニピュレーター(ロボット本体)
多関節構造とサーボモーターによって動作するロボット本体です。関節の数(軸数)によって可動範囲が変化します。先端に取りつけられたハンドピースを交換することで、さまざまな作業に対応可能です。
コントローラー(制御ボックス)
サーボアンプや基板などが収納された制御装置です。マニピュレーターの動きを総合的にコントロールします。
ティーチペンダント
マニピュレーターの動作や設定、プログラムの入力を行います。ティーチングデータの変更や修正、新規作成など、さまざまなことができます。
産業用ロボットが動作するしくみ
サーボモーターの力で関節を可動させ、腕部分(リンク)を移動させながらハンドピースを目的の位置に移動させます。また、手先に取りつける「エンドエフェクタ」によって物を掴んで移動させたり、溶接を行ったり、塗装を行ったりすることが可能です。
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産業用ロボット市場の今後の予測

産業用ロボット市場で今後起こるであろう出来事を予測し解説していきます。
今後の世界的な人手不足やIT技術の高度化によって市場にはどのような変化が起こっていくのでしょうか。
協働ロボットの導入が進む
 
協働ロボットとは人間と共に同一空間上で作業を行えるロボットのことを指します。
これまでロボットは大型であることが基本でした。
そのため人間と離れた場所で作業を行うのが一般的でしたが小型化が進んだことで状況が変化しています。
安全性が確保できるようになったことで協働ロボットの導入が進んでいるのです。
これまで実用化に向けた検証が行われていた協働ロボットですが、今後実際に製造業などで多数導入されていくと考えられます。
協働ロボットの産業用ロボット市場における規模は2019年度で590億円でしたが、2025年にはおよそ2653億円になるとされているのです。
これは約4.5倍の数値であり、大手企業も協働ロボットの販売に乗り出しています。
今後多くのメーカーで協働ロボットが導入されていくことが予想され、人間とロボットが同じ場所で働くように変化していくことでしょう。
高度な工程への導入が進む
 
今まで主にライン生産などで導入されてきた産業用ロボットですが、今後はセル生産への導入も進んでいくことでしょう。
セル生産はライン生産よりも高度な工程であり、単純作業ではないためロボットの導入が難しかった分野です。
ロボットビジョンにより、ロボットが視覚的に製品を認識できるようになったことでこうした分野でも今後活躍していくことが予想されます。
ロボットビジョンを搭載したロボットはより高精度に製品を認識し、複雑な作業をこなすことができるためです。
これにより多品種でライン生産が難しい医薬品や食品業界などのセル生産の現場でも積極的に導入されていくことでしょう。
また、ロボットビジョンによる製品の認識により複数の工程で産業用ロボットが導入されていくことが予想されます。
幅広い業種で導入されるだけでなく、より高度な工程で産業用ロボットが導入されファクトリーオートメーションが推進されていくことでしょう。
IoTやAIの活用
産業用ロボットにおいても、IoTやAIを活用する動きが本格化しています。
IoTはロボットをインターネットと接続することで業務におけるデータを収集することができるため、今後重宝されていくことでしょう。
これによりロボットの状態が瞬時に把握できるだけでなく、システムの不具合にもすぐに気がつくことができます。
IoT技術は産業用ロボットにおいても作業の効率化に大きく貢献することでしょう。
また、AIは産業用ロボットのティーチングの設定を簡略化したり必要無くしたりするために研究が進められています。
ティーチングとは、ロボットの動作をセッティングする作業のことです。
AIによってロボットが自ら業務について考え、働くようになればこの作業を将来的に無くすことができます。
そうなれば誰であっても手軽に産業用ロボットを扱うことができるようになるでしょう。
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クリーンロボットとは

クリーンロボットとは,クリーン・ルーム内で使用することができるロボットです.クリーン・ルーム内で使用しても室内の清浄度が一定値以上であることが保証されているロボットと言い換えることもできます。
製品によって様々な構造のクリーンロボットが存在するため,用途に応じて使い分けることが可能です。
従来は作業員が入室することによってどうしても一定値以上の清浄度とすることができない場合においても,クリーンロボットを使用することで室内の作業を自動化することが可能となるため,作業員が入ることなく高い清浄度を維持したまま製品生産を行うことが可能となります。
クリーンロボットの使用用途
クリーンロボットは従来クリーン・ルーム内で作業員が実行していた作業の代替として使用されます。
食品業界など比較的単純な作業が多い現場では,単にクリーン・ルーム内でも使用できる省人化装置として使用されル場合が多くあります.一方で高い清浄度のもとでの生産が要求される半導体製造分野においては,クリーンロボットを使用することで作業員がクリーン・ルームに入室する必要が無くなり,従来よりも高い清浄度のもとで高品質な製品を生産するために使用されている側面もあります。
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垂直多関節ロボットの原理

垂直多関節ロボットは、マニピュレータとコントローラ、ティーチングペンダントで構成されています。
1. マニピュレータ
マニピュレータは、ロボットアーム本体の部分です。関節に取り付けられたサーボモーターによって、様々な動作を行います。マニピュレータ先端には、垂直多関節ロボットが作業を行うための次のような道具を装着します。
溶接機
ドライバー
検査用のカメラ
塗装用のスプレーガン
ロボットハンド
洗浄装置
2. コントローラ
コントローラはマニピュレータを制御するための装置で、次のような機能があります。
PLCなどの上位装置からの指令に応じてロボットの次の動作を決定する
ロボットが精密な動きをするためにモーターの動作を演算、指令する
動作上の異常を検知して停止する
近年の製品ではAIが搭載されているものも多く出回っています。ティーチングしなくても、次はどのように動けばよいかロボット自身が判断して動作する製品もあります。
3. ティーチングペンダント
ティーチングペンダントとは、垂直多関節ロボットを人間が操作するための装置です。キーボードやタッチパネルを使ってロボットに動作を記憶させたり (ティーチング)、ロボットに異常が発生したときにアラーム内容を確認したりする際に使用します。
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