製造現場における協働ロボットの重要な特徴は安全性です。

工場の現場や倉庫で働いているなら、ロボットが同僚になっている可能性が高いです。

製造環境は、Industry 4.0の変革努力に加えて、サプライチェーン全体や流通施設におけるイノベーションの拡大によってさらに進化するにつれて、自動化ロボットの使用が急速に増加し、多様化しています。また、それらは人間の従業員と同じ空間を使用することが増えており、新たな安全性の懸念を引き起こしています。

安全対策の強化に対する要求とより複雑な作業を行う必要性が相まって、ロボットはより賢くなる必要があります。また、ロボットはより俊敏でなければならず、それにはより高度なコンピュータービジョン技術やモーター制御技術が求められます。そして、人々、システム、ロボットが効率的に調和して連携するためには、通信のタイミングや予測保守を支え、安全性に影響を与える問題を回避するための堅牢な接続性が必要です。

産業用ロボットが動き出しています

工場のフロアにいるロボットは目新しい存在ではありませんが、もはや人間の同僚とは切り離して考えられるものではありません。製造技術の進歩により、人間とロボットの作業空間が重なり合い、時には「コボット」と呼ばれることもあります。

自動車工場では、ロボットがラベリング、溶接、取り扱い、塗装、組み立て、切断、さらには有害物質の注入などの作業を担っています。一部の工場では、ロボットがカムシャフトにグリースを塗り、エンジンにオイルを注入し、品質検査を行うこともあります。他の業界では、ロボットが製品の組み立て、梱包、パレット化を行うことがあります。工場の床から倉庫まで、今日のロボットはよりモバイル化されており、機械視覚やAIシステムなどの電子部品を備えているため、状況に応じて自律的に動作し対応が可能です。さらに倉庫内で展開されるドローンを含めることもあり、それらは施設内の在庫をスキャンし、レーザーやマーカーのガイドなしで手の届きにくい場所を含む在庫確認を補助します。

製造および流通におけるロボットオートメーションの主な目的は、人間の労働者から繰り返し行われる負担の大きい作業や、もともと危険な作業を引き継ぐことにあります。しかし、ロボットをいかなる環境に導入する場合でも、安全上の懸念が生じ、それに対処する必要があります。特に、ロボットがより移動性を持ち、人々と共有スペースで協働するようになるにつれて、この問題は重要性を増します。

協働ロボットの安全性は技術に依存します

倉庫や工場の現場で産業用ロボットの利用が広がり、さらに多用途で強力になるにつれて、ロボットの安全性はますます重要になっています。作業者がロボットと関わったり共有スペースで作業したりするたびに、重大な、さらには命にかかわる怪我を引き起こす可能性がある事故の機会が生じるのです。

場合によっては、プログラミング、設定、テスト、およびメンテナンスの目的で作業者がロボットとやり取りする必要がある場合を除いて、ロボット自体を人々から隔離することができます。ロボットシステムはそれぞれ異なり、個別に評価する必要があります。例えば、溶接を行うロボットは溶接カーテンやインターロック付きの周囲ガードなどの注意事項に従って管理されます。しかし、ロボットによって危険性は異なります。特に、倉庫内で在庫を運ぶことが可能な自律型移動ロボット（AMR）のように、より移動性が高いロボットは異なるリスクを伴うことがあります。このような場合、ロボットが専用の軌道を使わずに場所を移動できる場合、人とロボットの動線が重なる可能性が高まります。

ロボットが環境を独立してナビゲートする能力は、マップ、オンボードコンピューティング機能、およびセンサーに依存しており、これらは安全性を確保する上で重要な役割を果たします。人間の間を移動しながら作業を行い、安全性の観点から管理が必要なロボットの優れた例として、自律型搬送車 (AGV)があります。このAGVは、工場や倉庫内のさまざまな場所から製品や材料を輸送します。これらのAGVは、人々の近くで作業を行いながらも、人々の安全性を損なうことなく動作できます。たとえ動的な環境で危険で重い物品を運搬している場合でも、それが可能です。

現在、共有空間でロボットが協力する方法には4つのモードがあります。最初のモードは、明確な境界があり、通常、光センサーやレーザースキャナー、またはフロアマットを使用してロボットと人間が同時に同じ空間を共有しないようにし、それをセンサーに依存した安全システムによって調整しています。はるかに稀な協力の形態としては、ロボットアームが「フロート状態」と呼ばれる状態に入り、つかまれて導かれることを可能にする場合があります。

ISO 10218 によって定義された第3の協調モードは、最初のモードのより洗練されたバージョンです。「速度と分離モニタリング」として知られており、ロボットの位置と速度は人との接近度に応じて調節されます。このモードでは、ロボットが人間の作業者に近づきすぎると、安全基準に準拠した停止状態になることも可能です。第4の協調モードは現在も発展途上です。第3のモードと同様に調節を行いますが、この場合、ロボットは偶然人間の作業者に接触した際に、力やパワーを制限するようプログラムされています。これは ISO TS 15066 に基づいており、人間の体のさまざまな部位を定義し、痛みの限界を特定することで、どの程度の力を適用できるかを決定しています。

センサーは、人が近くにいる環境で協働ロボットの動きをガイドする上で重要な役割を果たしますが、特定の機能に必要な範囲でロボットの動きを制限し、安全なロボット速度を定義および設定するソフトウェアも重要な役割を果たします。人が近づいた際にロボットを完全に停止させるのではなく、速度を緩めることで、生産性を向上させつつ安全性も確保できます。また、ソフトウェアはブレーキの信頼性など、メンテナンスチェックを支援する役割も果たします。

より賢い工場には、より安全でスマートなロボットが必要です

協働ロボットが生産環境でより一般的になるにつれて、これらはより高度な自動化を支援するために人々と近距離で協働するようになっています。これを実現するのは、ワイヤレスネットワークに基づく人工知能（AI）の部分的なサポートです。Capgemini Research Instituteの推計によれば、5Gの力を利用した「スマート工場」は2023年までに世界経済に1.5兆ドルから2.2兆ドルをもたらすとされています。また、5Gネットワークはロボット機器やデバイスにインターネットへの高帯域幅・低遅延の接続性を提供するとともに、他の接続デバイスやクラウドとも連携することを可能にします。ワイヤレス5Gは、更新や再構成のためにコンピュータに接続する必要がなくなるため、よりモバイルかつ連携可能なロボットを実現します。

工場の安全の未来は、ロボット自体によっても支えられる可能性があります。昨年、現代自動車グループは、現場の安全を支援するために、ボストン・ダイナミクスと協力して「工場安全サービスロボット」を発表しました。AI、自律型ナビゲーション、統合熱感知カメラと3D LiDAR、遠隔操作技術を備えたこのロボットは、事務所の担当者が工業エリアを遠隔で観察・調査し、危険を検出して管理者に警報を送ることを可能にします。

これは、現代の製造環境が進化し続けているもう一つの代表的な例です。