多品種少量生産向け協働ロボットシステム
土手章浩

多田純

富岡工場は、多品種少量生産で『世界No.1』のメカトロ協働ロボットのターゲット工場を目指し、日々生産改革を推進しながらATM、現金処富岡工場は自働化 2）を継続して推進し、比較的生産量が理機、情報端末機器を生産している。

多く難易度の高い組立作業にまでほぼ展開が完了した。

組立作業ナビゲーション「プロジェクションアッセンブリ―

コード接続やスタイリングなどの複雑な手作業はPASと人システム（PAS）」1）は2016年に開発され、現場改善で生産手作業を最適に組み合わせ、低コストで高品質を実現して効率向上に適用されたが、作業内容によっては改善効果きた。こうした自働化と現場改善の経験から、協働ロボットが難しい場面も出てきている。そこで、富岡工場が新たにと各作業要素との適正を分析し、自働化メリットが高い基本作業要素をターゲットとした。具体的には、ネジ締め、はめ込み、Eリング取付けなどである（図2）。
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協働ロボットを導入して、正味作業時間の大幅削減にチャレンジした取組みを紹介する。

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自動車や家電では、少品種で多量生産を行う産業用ロボットの専用設備を導入されている。産業用ロボットは、動作スピードが速く、高精度であり、ロボット全体を安全柵で䠘⮬ാ໬᏶஢䠚

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囲んで動作を監視するため、設備全体が高額であるが多䝢䞁ᡴ䛱

量生産を短時間で対応できる。ロボットの作業教示は数値

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制御のため、作業立上げに時間がかかるが少品種のため⥲ྜ䚸⟂య⤌❧䠎䠑䠂⣙䠏䠐䠌䠌䞉⮬ാ໬䛾䝯䝸䝑䝖㡿ᇦ䠘䝍䞊䝀䝑䝖䠚䜀䛽ᘬ᥃䛡䝁䞊䝗᥋⥆ྵ䜐⤌❧
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段取替えの影響は少ない。
一方、人と協調して働く「協働ロボット」は、人に近い現場

図2

協働ロボットのターゲットで導入され、ロボット自体の価格が安く、安全柵も不要（リスクアセスメント実施必要）である。また、協働ロボットの作業教示はティーチングと呼ばれる制御方式のため、作業立ちTAAS の実現
TAAS（Tomioka automatic assembly system）とは、上げが短期間となり、多品種生産にメリットがある。
そこで、富岡工場は、多品種少量生産のN o.1を実現す

富岡工場で開発した多品種少量生産向け協働ロボットシるため、協働ロボットのメリットを活かしながら、デメリットをステムである。本システム全体は共通部と専用部で構成さ現場改善で克服するチャレンジを実施した。

れている。共通部は2台の協働ロボットを作業者の右手と左手とし、人間が工具をもって組立て作業を行う構成であከ⏘ᴗ䝻䝪䝑䝖

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多品種少量生産では専用部を切り替え、共通部の協働ロボットが多品種な組立に対応できる（図3）。

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図126

協働ロボットと産業ロボットの位置付け

OKI テクニカルレビュー
2021 年 5 月／第 237 号 Vol.88 No.1

立ては片手で、複雑な部品は両手で組めるようにした。専用部は組立部品の品番ごとに必要な部材/工具を配置でき、品番切り替え時に共通部から脱着可能な構造にした。

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る。部品点数が10点程度の組立てに対応でき、単純な組ከ༠ാ䝻䝪䝑䝖䛀㛤Ⓨᴫせ䛁䛀ඹ㏻㒊䛁

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図5

無線化は、920MHz帯無線モジュールを電動ドライバー㒊ᮦ䚸ᕤල౪⤥䚸᏶ᡂရ᤼ฟ

図3

ネジ締め自働化の機能開発に取り付け、複数制御で高速レスポンスを実現した。そしてTAAS のシステム構成図

トルクアップ信号を無線で制御PCに送信する構成にした。
協働ロボットのパフォーマンスを高めた現場改善の取組

低価格化は、現場で既に使用している充電式電動ドライバーに無線モジュールを取り付けて実現した。

みを紹介する。

高速化は、共通部の2台の協働ロボットにそれぞれ無線式電動ドライバーを実装し、部品を治具で抑えることで両腕同（1）
ネジ締め作業の自働化
ネジ締め作業を人と同じ動きで自働化した場合、人手作時使用（二刀流）をできるようにし、作業時間の短縮を実現

業の約2.5倍の作業時間になった。協働ロボットの組立時した（写真１）。当初は片方の腕で部品を押さえ、もう一方の間を長くしている動作を分析し、現場改善の施策を検討し腕でネジ締めをしたため、作業時間が長くなっていた。

た。ネジ締め付けまでに時間が掛かる、片方のロボットが動作していない、ムダな動作が多い、などの動作は全て有線式電動ドライバーを人手作業と同じように協働ロボットに使用させたことが要因で発生した（図4）。したがって、共通部の2台の協働ロボットに最適な電動ドライバーの開発にチャレンジした。世の中に市販されているものが無いため、無線化、低価格化、高速化の三つの観点から機能開発を実施した（図5）。

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両腕同時使用によるネジ締め作業∦᪉䛾䝻䝪䝑䝖䛜ືస䛧䛶䛔䛺䛔䝻䝪䝑䝖䛾ືస䛻↓㥏䛜ከ䛔㟁ື䝗䝷䜲䝞䞊䛜᭷⥺㟁ື䝗䝷䜲䝞䞊䛾↓⥺໬䚸ప౯᱁໬䚸㧗㏿໬䛜ᚲせэᕷ㈍䛥䜜䛶䛔䜛䜒䛾䛿↓䛔䛯䜑㛤Ⓨ
図4

作業時間短縮のための要因分析

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（2）
良否判定作業の自働化（4）部品ピッキング作業の自働化

協働ロボットの自働組立と同時に、作業の途中でネジ締協働ロボットが定位置で部品を把持するためにキットをめトルクを判定（トルクアップ信号有無）するなど、不良を使用している（写真2）。キットの部品は人手で整列される流出させない仕組みを開発した。ロボット単体で検出できため、多品種に対応できるが作業時間がかかる。

ない部分は画像認識を活用した良否判定システムを開発・導入した。図6はネジ固着剤をネジ部の所定範囲に塗布する工程である。ネジ締め前にネジ固着剤の塗布範囲を画像処理で認識し塗布量の良否判定を実施した。当初は、PASで確立した「色の3原色（R・G・B）」を強調し合成する画像処理方法を採用したが、ネジ固着剤の青色を精度よく抽出できなかった。試行錯誤の結果、「色の3属性（色相・写真 2彩度・明度）」の彩度を強調する画像処理方法が最も安定キットによる部品供給してネジ固着剤の青色を抽出でき、良否判定の自働化がキット以外では、部品を自動で整列するパーツフィーダ−実現できた。

を使用する方法があるが、整列する部品が1種類に限定さ䍾䝛䝆ᅛ╔๣ሬᕸ㔞ุᐃ䍿Ⰽ䛾䠏ཎⰍ䜢ᢳฟ䠄䠮䞉䠣䞉䠞䠅㟷Ⰽᙉㄪᙉㄪ↓䛧

れてしまう。また、山積み状態の部品をカメラで撮影し、位㉥Ⰽᙉㄪ䜹䝯䝷ᫎീሬᕸ㔞ุูᅔ㞴䝛䝆ᅛ╔๣ሬᕸ⠊ᅖ⤌❧ᚋ☜ㄆ୙ྍ

置と姿勢を画像で認識して、部品をピックアップするシステムが市販されているが、高価であり、カメラのセッティングで認識精度が変動する場合がある。
そこで、協働ロボットのオプションでアーム先端に固定Ⰽ䛾䠏ᒓᛶ䜢ᢳฟ䠄Ⰽ┦䞉ᙬᗘ䞉᫂ᗘ䠅ุู䛷䛝䛺䛔ఱ䛛᪉ἲ䛒䜛䠛⏬ീฎ⌮ᡭἲ䜢෌ㄪᰝ䛰ᙬᗘᙉㄪⰋྰุᐃ⮬ື໬ᐇ⌧ᾮయ䛿䝎䝯䠛Ⰽ䜢ᢳฟ䛩䜛௨እ䛾᪉ἲ䛜䛒䜛䜙䛧䛔ㄡ䛛ᚓព䛺ᢏ⾡⪅䛿䠛

されたカメラと、同カメラに組み込まれた画像認識ソフトを利用した部品ピッキング作業を開発した。同画像認識ソフ
トは平積み状態の部品を認識できるため、山積み状態の部品の塊を協働ロボットで平積み状態へほぐしてから部品を

図６

ネジ固着剤塗布量の自働良否判定認識する。認識結果から把持（はじ）する部品の位置が分かれば、協働ロボットは同位置で部品を把持できる。
（図8）。
部品の塊をほぐした後に部品をつかむためのハンドは試（3）
はめ合い作業の自働化
ベアリングをシャフトに挿入する「はめ合い作業」の自働行錯誤を繰り返しながら形状の最適化を実施した。最適化では、目視をベースにティーチングを行った後、連続運転

形状は3Dプリンターを用いることで製作時間の短縮と投を行い、最後は数値制御で微調整しながら、位置決め精度資の抑制を実現した。の不具合を改善させるが、安定稼働までに１品番1ヶ月と膨大な時間がかかっていた。そこで、目視で決めた位置を微小に変化させながら挿入動作を繰り返して、加重が低いポイントを探索する自動ティーチング方法を開発することで、1ヶ月かかっていた立上げ時間を3日に短縮できた（図7）。
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28

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図７

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ロボットアームによるほぐし作業（5）稼働監視作業の自働化
従来から、自働化設備の稼働率を上げるために、設備の稼働状態を見える化し、改善点を見つけて、アクションを起こはめ合い作業の時間短縮

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す活動を継続してきた。TA A Sでは、図9のように、縦軸を「時」、横軸を「分」とし、1マス1分として、協働ロボットの1日2）磯辺和彦：世界N o.1のメカトロニクス工場を目指して、の稼働状況（稼働中、投入待ち、エラー、メンテナンス中）をOKIテクニカルレビュー第225号、Vol.82 No.1、pp.20-23、表示している。協働ロボットのチョコ停時間（ちょっと動いて2015年5月は停止している時間）をなくして、無駄なく自働化を実行できるように、日々現場改善を推進している。
土手章浩：Akihiro Dote. OKI富岡マニュファクチャリング株式
会社 生産本部 製造技術部
多田純：Jun Tada. コンポーネント＆プラットフォーム事業本部
生産統括本部 先端生産技術開発部

図9

ロボット稼働状況の見える化

導入効果
協働ロボットのメリットは活かし、デメリットを克服することで、多品種少量生産向け協働ロボットシステム（TAAS）を開発することができた。従来3人だった作業を1人で実施

PAS（Projection Assembly System）
プロジェクションアッセンブリ―システム
プロジェクターによる作業ナビゲーションと、高度なセンシングを活用した作業履歴のデジタル化を実現、作業結果のデジタルデータ化（可視化）により、品質向上と生産効率向上を支援する。
https://www.oki.com/jp/esc/pas/
キット
作業1台分のすべての部品を一つの箱に集めること。

できるようになり、2人/年の省人化を実現することができた。また、協働ロボット向け電動ドライバー、山積みを平積みへほぐして行う部品ピッキング、3Dプリンター製造のツールなど、現場視点の改善創意で自働化の設備投資を1/20に抑制できた。

今後の展開
富岡工場では、多品種少量生産のN o.1を目指して、生産技術メンバーと現場作業メンバーとが一体となり、社内外の先進技術を積極的に活用しながら、自働化のレベルを高める活動を推進中である。
また、TAASで取り組んだ課題はどこの工場でも存在するため、自働化の成果をグループ企業含めた他工場へ水平展開し、更にモノづくり力の向上に向けて今後とも継続して現場改善に取り組んでいく。

◆◆1）柏倉裕、多田純：生産効率向上を実現する新組立てナビ
ゲーションシステム、O K Iテクニカルレビュー 第 2 2 8 号、Vol.83 No.2 、pp.54-57、2016年12月

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