産業用ロボットアームの開発プロセスを最適化する設計手法――新規参入でも短期市場投入が可能に

豆蔵と東京農工大学は、産業用ロボットアームの開発期間を短縮する設計手法の実用化に関する共同研究の成果を発表した。産業用ロボットアーム開発での実機試作回数を大幅に減らし、早期市場投入を支援する。現在、豆蔵はロボット領域への取り組みを強化しており、今回の設計手法を軸とした開発支援やコンサルティングの他、自社ロボットの開発なども視野に入れているという。

公開 2017年03月21日 09時00分

更新 2018年08月03日 15時47分

著者

八木沢篤

[TechFactory]

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産業用ロボットアームの開発期間を短縮

　豆蔵と東京農工大学は2017年3月10日、産業用ロボットアームの開発期間を短縮する設計手法の実用化に関する共同研究の成果を発表した。

　従来の産業用ロボットアームの新規開発は、既存のロボット開発の経験に基づき、実機ベースでの試作・検証を繰り返し行いながら開発を進めるため、完成までに数年を要するケースが少なくなかった。そのため、競争力のある産業用ロボットを早期に市場投入することが難しかったという。

　こうした課題に対し、豆蔵と東京農工大学は、少ない実機試作回数で（量産機と）同等の性能を達成する設計手法の構築に関する共同研究を開始。豆蔵の強みであるソフトウェア技術およびモデルベース開発プロセスと、東京農工大学工学研究院先端機械システム部門教授遠山茂樹氏のロボット工学の知識を融合させることで、産業用ロボットアームの開発期間を短縮し、早期市場投入を可能とする設計手法の構築に取り組んできた。

　「産業用ロボットアームの市場投入までのスピードを上げるには、1回で3～4カ月かかるといわれる実機試作の回数を減らすことだ。今回、試作回数を減らしつつ、その上で品質と性能を担保できる設計手法を構築し、その有効性を確認することができた」と、豆蔵シニアコンサルタント大国征司氏は説明する。

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産業用ロボットアームの開発プロセスを最適化する設計手法とは？

　産業用ロボットアームの実機試作回数を減らしつつ、その上で品質・性能を担保できる設計手法とはどのようなものなのか？　開発プロセスの大枠を以下で紹介する。

　今回構築した設計手法では、実機の代わりにコンピュータ上にロボットアームのモデル（CADモデル／シミュレーションモデル）を作成する。続いて、物性や部品特性といった精密なデータを用いてモデリングを行う。同じくコンピュータ上で作成したモデルの動的解析、静的解析、構造解析を行い、解析結果をモデルにフィードバックする。そして、解析結果を反映した設計内容に基づき、実機試作に取り掛かる。その後、完成した実機試作に対してシミュレーションと同様の性能評価を行い、出力トルク、最高速度、先端の位置精度といった性能の差異を抽出して、その結果を再度シミュレーションモデルにフィードバックすることで、シミュレーションの精度を高めていく。「今回の検証で使用したソフトウェアは全て市販のものだ。CADは『SOLIDWORKS』、シミュレーションツールは『NX Nastran』『Wolfram SystemModeler』を活用した。今回構築した設計手法は、特定のソフトウェア／ツールに依存したものではないので、どのような環境に対しても適用できると考えている」（大国氏）。

開発プロセスの概念図（※出典：豆蔵／東京農工大学）

初号機の段階で量産機に近い性能要件を達成！　新規参入も容易に

　豆蔵と東京農工大学による共同研究の成果検証の一環としてこのたび、大型（165kg可搬）、中型（20kg可搬）の6軸産業用ロボットアームに共同研究で構築した設計手法を適用（実機試作の前に最適化プロセスを2回実施）し、実機試作、実機検証を実施。その結果、コンピュータ上でのシミュレーション値と実機での実測値がほぼ一致し、初号機（実機試作）の段階で、量産機に近い性能要件を達成することに成功、今回構築した設計手法の有効性を実証できたという。これを受け、開発期間を大幅に短縮できる産業用ロボットアームの設計手法の実用化に至ったとしている。

共同研究の成果について（1）

共同研究の成果について（2）／（3）

　今回の共同研究で構築された設計手法は、ロボットアームの開発プロセスを最適化し、開発期間短縮に寄与するものである。これまでメーカーごとに暗黙知となっていたロボットアームの開発プロセスを形式知化したことで、今後、新規参入メーカーでも短期間で競争力のある産業用ロボットアームの開発が行えるとする。また、産業用ロボットに限らず、幅広い分野でのロボットアーム開発にも適用可能だとし、適用範囲の拡大を視野に入れた検討にも取り組んでいるという。

　今後豆蔵は、共同開発した設計手法を軸に、自社製ロボットアームを開発したい／開発するメーカーに対して、開発支援やコンサルティングサービスを展開していく予定だ。「今回の設計手法を用いることで、大手メーカー並みの性能を誇るロボットアームを、短期間、低コストで実現できるようになるだろう」（大国氏）。

ロボット領域への挑戦――豆蔵オリジナル自社ロボットの開発も？

豆蔵代表取締役社長中原徹也氏

　今回なぜ、豆蔵が産業用ロボットアームに関する共同研究に取り組んだのか。豆蔵代表取締役社長中原徹也氏は次のように説明する。「現在、豆蔵では『金融』『自動車』『産業用ロボット』の3つの業界を意識した取り組みを強化している。今回の共同研究プロジェクトは、海外の産業用ロボットメーカーからの引き合いがきっかけとなっている。豆蔵としてはソフト／エレキのノウハウは持っていたが、メカの知見が足りていなかった。そこでロボット領域の権威である東京農工大学の遠山教授に相談して、共同研究という形で今回の取り組みをスタートさせた」（中原氏）。

　また豆蔵では、産業用ロボットの他にも、サービスロボット領域にも力を入れているという。「今回は産業用ロボットアームに関する成果発表であったが、われわれはロボットカテゴリー全般に強い関心を持っている。ロボット業界に対しても豆蔵の強みであるソフト／エレキの技術を駆使して貢献していきたい。将来的に、今回構築した設計手法や新たに得たノウハウを入れ込んだオリジナルの自社ロボットを開発するといった展開もあり得るだろう。引き続き、豆蔵のロボット事業の展開に注目してもらいたい」と、中原氏はロボット業界へ積極的に挑戦していく姿勢を示した。