製造現場で使用されるグリッパーの種類

グリッパーとは？

簡単に言うと、グリッパーとはロボットが物体を掴んだり保持したりするためのデバイスです。グリッパーを協働ロボットのアームと組み合わせることで、メーカーは検査、組み立て、ピック＆プレース、マシンテンディングなどの主要な工程を自動化することができます。

グリッパーを人間の手と同じように考えると便利です。グリッパーはアームの先端に配置され、アームの強さと手の器用さを組み合わせることができます。この組み合わせにより、大きな箱の積み上げから、小さくて繊細な電子部品のハンドリングまで、協働ロボットによるマテリアルハンドリングの可能性が大きく広がります。

URの協働ロボットで使用できるグリッパーには、さまざまな種類があります。人間の手と同じように5本の指を持つグリッパーもありますが、必ずしもそうではありません。2本指や3本指、爪のような形状のグリッパー、メカニカルグリッパー、大きな吸盤のついたグリッパー、空気の入った袋のようなグリッパーなど、さまざまなグリッパーがあります。これだけたくさんあると、どのロボットグリッパーがどの用途に最適なのかわからなくなりますね。

この記事では、製造業で最も人気のあるグリッパーについて見ていきます。また、メーカーがグリッパーを選択する際の選択肢をいくつかまとめ、用途によって異なるロボットグリッパーのタイプの長所と短所を探っていきます。

グリッパーの種類

ロボット工学には非常に多くの種類のグリッパーがあり、用語も重複しているため、協働ロボット用のグリッパーを選ぶのは大変な作業に思えるかもしれません。

しかし、一般的には、グリッパーは大きく5つのタイプに分けることができ、それぞれのタイプはグリッパー自体の動力や制御に使用される方法によって区別されます。

真空グリッパー

真空グリッパーは、大気圧と真空の差を利用して、物体を持ち上げ、保持し、移動させます。通常、真空（または「真空流」）は小型の電気機械式ポンプまたは圧縮空気駆動のポンプによって生成されます。協働ロボットが持ち上げた物体を安全に保持するためには、真空の流れが途切れることがないようにしなければなりません。

圧縮空気タイプのグリッパーは、電気機械式のものと比べて4倍から10倍のパワーを生み出すので、重い重量を持ち上げるのに適しています。しかし、電気機械駆動のバキュームグリッパーは、高度な可動性を必要とする用途で威力を発揮します。

真空グリッパーは様々な作業の自動化に使用されていますが、その中でも最も人気のあるアプリケーションの一つがパッケージングとパレタイジングです。

例えば、ノルウェーの食肉生産業者であるNortura社は、パレタイジング作業を最適化するために、真空グリッパーを搭載したUR10ロボットを導入しました。

米国に拠点を置くサードパーティロジスティクス企業のDCL Logisticsは、UR10eロボットにPiab piCOBOT真空グリッパーを装着し、同社のフルフィルメントセンターで商品のピッキングと箱へのパッキングを処理しています。

真空グリッパーの利点は、さまざまな種類の品物を扱うことができること（それらの品物が不完全な位置にある場合でも）、他の種類のグリッパーと比較して価格が安いことなどが挙げられます。デメリットとしては、圧縮空気や真空ポンプを動かすための電気代がかかること、ほこりの多い環境に弱いことが挙げられます。

空気圧式グリッパー

空気圧式グリッパーは、圧縮空気とピストンを使用して「ジョー」（「フィンガー」とも呼ばれる）を動作させるグリッパーです。2 本指と 3 本指の構成が最も一般的な空気圧式グリッパーは、さまざまな用途に使用できる汎用性の高いツールです。

例えば、米国ワシントン州にある小さな機械工場Toolcraft Incは、CNCマシン内のトリッキーな3つの操作によるマシンテンディングタスクを自動化するためにPHD PneuConnect空気圧式グリッパーを選択しました。UR5eロボット（30μまでの繰り返し精度を実現）と組み合わせたこのシステムは、CNCに部品を配置し、CNCマシンが作業を終えると、完成した部品を洗浄液に浸し、エアジェットを通過させて、最後に洗浄・乾燥した部品を出荷用のラックに載せることができました。

空気圧式グリッパーの長所には、低コスト、大きな把持力範囲、狭い場所での操作性、高速応答性などがあります。しかし、空気圧式グリッパーは単一部品のハンドリングに最も適しているため、少量多品種の部品を大量に生産する施設ではあまり適さないかもしれません。また、このタイプのグリッパーは力や位置の制御が限られており、機能するためには圧縮空気を必要とします。

油圧式グリッパー

油圧駆動のグリッパーは、空圧駆動のグリッパーに比べて把持力が高く、重作業用途に適しています。

油圧グリッパーの主な利点は優れた把持力ですが、その一方で、油、ポンプ、リザーバーの取り扱いが複雑になるなどの欠点もあります。そのため、油圧式グリッパーは他のグリッパーのタイプに比べてメンテナンスが必要になる傾向があります。

電動グリッパー

電動グリッパーは、マシンテンディングやピック＆プレースなど、多くの協働ロボットのアプリケーションでよく使用されています。油圧グリッパーのような強力な把持力はありませんが、高速で軽・中程度の把持力を必要とするアプリケーションに適しています。電動グリッパーには通常、2本爪と3本爪の構成があり、丸いものや円筒形のものを扱う場合は3本爪のグリッパーが選ばれることが多いようです。

例えば、チェコ共和国に拠点を置く工作機械メーカーであるSTAMITは、Robotiqの2爪電動グリッパーとUR10ロボットを使用して、多品種生産環境（毎年、4,000種類のツール対象物と合計1,200万個の部品）のCNCマシンテンディングタスクを担っています。

製造自動化のための電動グリッパーの特徴は、制御です。ほとんどの電動グリッパーにはマイクロプロセッサーが搭載されており、グリッピング力や速度を変化させることができます。また、フォースセンサーを追加することで、電動グリッパーはさまざまな種類の部品を簡単に扱うことができます。一方、電動グリッパーは年々パワーアップしていますが、一般的に空圧グリッパーよりも把持力が弱く、価格も高くなる傾向があります。

グリッパーの用語についての注意点

上記ではグリッパーの駆動方法によってグリッパーの種類を分けましたが、グリッパーの種類を区別する方法は他にもあり、例えば、形状によって「パラレルグリッパー」「ソフトグリッパー」「アンギュラーグリッパー」といった呼び方があります。また、「アダプティブグリッパー」、「メカニカルグリッパー」、「クロー」などの用語に出会ったことがある方もいらっしゃるかもしれません。このような用語については、グリッパーの種類をより詳しく説明するセクションで取り上げますので、今は心配しないでください。

正しいロボットグリッパーを選ぶには？

グリッパーを選ぶ際に念頭に置くべき要素はいくつかありますが、最も重要なのは、あなたが考えている特定のアプリケーションによって導かれることです。ユニバーサルロボットは、最も一般的な製造タスクに対応するために特別に設計された幅広いグリッパーを提供するUR+エコシステムを通じて、これを簡単に実現します。とはいえ、協働ロボットのグリッパーを選択する際には、いくつかの重要な質問をする必要があります。

• グリッパーが扱うのは単一品目なのか、それとも複数の品目なのか？
• 例えば、食品、電気部品など、どのような種類のものを扱うのか？
• グリッパーが扱う必要のある品物はどのような形状か？(平らなもの、曲がったもの、不規則なもの）
• グリッパー自身からのデータフィードバックは必要ですか？
• グリッパーはどの程度の可搬重量を必要としますか？
• グリッパーは狭いスペースで動作する必要がありますか？

エンドエフェクターの種類

エンドエフェクター」または「エンドオブアームツーリング」（EOAT）という用語は、ロボットアームの先端に取り付けられるあらゆるデバイスを表すために使用されます。グリッパーはエンドエフェクターの一種ですが、その他にも多くの種類があります。例えば、ロボットアームの先端にスマートカメラを取り付ければ、検査作業を支援することができます。あるいは、溶接ツールのエンドエフェクターを協働ロボットに取り付けて、溶接作業を安全に自動化するために使用することもできます。

その他のエンドエフェクターは、ディスペンサーに使用されます。例えば、AIM FD400は、生産セットアップ内で中粘度の液体（グリースやシリコンなど）を正確に供給できるように設計されています。