成果報告書詳細
管理番号20110000001197
タイトル平成18年度~平成22年度成果報告書 戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト 人間・ロボット協調型セル生産組立システム(次世代産業用ロボット分野) 先進工業国対応型セル生産組立システムの開発
公開日2011/10/12
報告書年度2006 - 2010
委託先名ファナック株式会社
プロジェクト番号P06023
部署名機械システム部
和文要約本プロジェクトでは、日本のように、高賃金、人口減少による熟練作業者の減少などの課題に直面する国においても製造業の高い国際競争力を維持できるよう、ロボットおよび作業情報提示技術による作業支援により、作業初心者でも高効率、高信頼性の生産が可能な人間・ロボット協調型セル生産組立システムを実現した。以下に開発成果を示す。(1) 作業支援技術:人腕大の双腕ロボットアームと全方向移動型自走台車から構成される移動配膳協調ロボットを開発した。ロボットにより部品棚に並んだ多数の部品箱から必要部品をビンピッキングしてキット化し、作業者の組立作業台まで部品キットを配膳する自動化システムを世界で初めて実現した。RFIDを組み込んだ知能化部品トレイにより、多品種混流生産での頻繁な機種切り替えにも即時対応可能である。また、組立作業では、ロボットが作業者と協調しながら、作業者に対して物理的、情報的支援を行うことで、従来の人間のみのセル生産組立方式よりも高効率、高信頼性の組立作業を実現した。(2) 安全管理技術:作業者が本質的に高速、高出力なロボットに触りながら協調作業を実施可能とするため、位置監視、速度監視、力監視を組み合わせた多重系の機能安全を開発した。リスクアセスメントにより171項目の危険源に対する作業者のリスク低減を図り、開発した機能安全により作業者の安全が確保されることを実証した。(3) 作業情報提示技術:作業者位置姿勢測定、心的負担測定、作業教示支援、作業情報支援からなる組立支援システムを開発した。作業熟練者から抽出した作業技能をデータベース化し、組立支援情報としてマルチメディアにより作業初心者に理解しやすい形で提示するソフトウェアシステムを開発し、作業順序の入替えなど作業方法の変更に短時間で対応可能とした。液晶TV組込の作業台を開発し、作業者にとって作業しやすい環境を実現した。また、作業者位置姿勢測定や心的負担測定により、作業者の作業状態を把握し、適切な作業進行を支援する。この組立支援システムにより作業初心者でも高効率、高信頼性の生産が可能となった。(4) 性能評価:移動配膳協調ロボットによる部品キット化の自動化、ロボットと作業情報提示での作業支援による組立作業について、人間のみの従来方法と性能比較を行った。部品キット化では、ロボットの24時間連続稼動により、人手作業の1.7倍の生産性を実現した。一方、組立作業では、ケーブルハーネスの組立作業にて、従来の最大2倍の生産性、1/10以下の作業間違い率を実現した。以上の通り、開発した人間・ロボット協調型セル生産組立システムにより、高効率、高信頼性の組立作業が可能であることが実証された。
英文要約Title: Project for Strategic Development of Advanced Robotics Elemental Technologies, Human-robot cooperative cell production and assembly systems (In the area of next-generation industrial robots),Development of a cell production and assembly system suitable for industrially advanced nations (FY2006-FY2010) Final Report
In this project, to maintain the international competitiveness of manufacturing industry, while addressing the shortage and costliness of expert operators brought on by the aging of our society, a human-robot cooperative cell production and assembly system is being developed. This system enables even novice operators to manufacture products with high levels of productivity and reliability with the support of a robot and operation support technology.(1) Operation support technology: A mobile human-cooperative robot has been developed with two human-arm-sized manipulators and omnidirectional maneuverability. This is the world's first automatic robotics system capable of parts kitting from parts shelves and then delivering them to an assembly station. Intelligent parts trays equipped with RFID have been developed to enable the accommodation of rapid changes in products. The human-robot collaborative assembly with physical and information support has proven to be more productive and reliable than traditional cell production.(2) Safety management technology: A multiple functional safety system combining position, speed and force monitoring is being developed to enable safe cooperation between a high-speed/high-power robot and a human operator. A risk assessment showed a reduction in the risk level of 171 hazard sources, proving that the system assures the safety of the human operator.(3) Operation information support technology: The Multi-modal Assembly Support System (MASS) consists of an operator position/posture monitoring system, mental strain measuring system, operation teaching support, and operation information support. In the MASS software framework, the skill information extracted from assembly experts is transformed into a database that is made available to novice operators as easy to understand multimedia support information, allowing any changes in the operation sequence or other assembly plans to be set up quickly. The developed assembly workbench with LCD display provides the operator with a user-friendly working environment. In addition, the monitoring of the operator’s position and posture, as well as his/her mental strain, enable operation status monitoring and the provision of appropriate operation support. With this assembly support system, even novices can achieve high levels of productivity and reliability.(4) Performance evaluation: The performance of an assembly system with automatic parts kitting and supported by the robot and operation information support, was compared with traditional assembly featuring only a human operator. In parts kitting, with 24-hour continuous operation, productivity with the robot system was 1.7 times higher. In cable harness assembly, the productivity was doubled while an assembly error ratio of less than 1/10 that of traditional assembly was achieved. It was verified that high levels of productivity and reliability can be achieved with the human-robot cooperative cell production system.
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