産業用ロボットの開発状況と技術動向を明らかにする

近年、人件費の継続的な上昇に伴い、産業分野では「機械が人に取って代わる」という現象が一般的になり、産業用ロボット市場と産業は徐々に発展してきました。中国の都市部の従業員の平均賃金は10年前の1万8200元から5万6399元に急騰しており、高コストの労働力の圧力の下、産業用ロボットを使用してインテリジェント製造に転換することが発展のトレンドとなり、中国の製造業の主要戦略の1つとなっている。

現在、ロボット産業は世界中で急速に発展しており、2017年も産業用ロボットの世界販売台数は2桁成長を続け、販売台数は28万5千台に達すると予想されています。 2015年、世界の産業用ロボットの売上は前年比12％増加し、世界中で150万台以上の産業用ロボットが使用されています。 2018年にはこの数は230万台を超え、そのうち140万台がアジアで半分以上を占めることになります。

2013年以来、中国は世界最大のロボット消費国となった。 2014年のロボット消費台数は5万6000台で、前年比55％以上増加し、世界総消費量の4分の1を占めた。2006年の5800台と比較すると、約10倍に増加した。 2015年、中国の産業用ロボットの販売台数は6万8,500台に達し、前年比19.9％増加しました。中国の産業用ロボット市場規模は2017年に8万台を超えると予想されています。

産業用ロボットは、機械本体、制御システム、駆動・伝達システム、センサー部品などの基本部品で構成されています。産業分野で使用される多関節マニピュレータまたは多自由度機械装置であり、自身の動力と制御能力によって自動的に作業を実行し、設計された機能を実現できます。ロボットの本体はベースとアクチュエータで構成され、主に腕、手首、手で構成されており、歩行機構を持つものもあります。高度な産業用ロボットは、人間の命令を受け入れたり、事前にプログラムされた指示プログラムに従って動作したりすることができます。また、人工知能技術によって策定された原理に従って動作することができます。

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1960 年代初頭にロボットが登場して以来、ロボット技術は継続的に発展し、大きな進歩と成果を達成してきました。それは主に以下の側面に反映されます。

（１）生産工程の自動化度の向上ロボットの応用は、材料搬送、ワークピースの積み下ろし、工具交換、機械組立などの自動化度の向上に役立ち、労働生産性の向上、生産コストの削減、工業生産の機械化・自動化の加速につながります。

（2）作業環境を改善し、人身事故を防止します。高温、高圧、低温、低圧、粉塵、騒音、悪臭、放射能またはその他の有毒汚染、狭い作業空間などの状況では、人が直接操作することは危険または不可能です。ロボットを導入することで、人間の代わりに部分的または完全に作業を遂行し、安全に作業を完了できるため、労働者の労働条件が大幅に改善されます。同時に、単純だが反復的な作業では、人間の代わりにロボットを使用して作業を行うことで、オペレーターの疲労や不注意による人身事故を回避できます。

（３）人員削減とリズム生産の促進。ロボットが人に代わって作業を行うことは、直接的な人員削減の側面である。同時に、ロボットは連続的に作業できるため、これも人員削減の側面である。そのため、現在ではほぼすべての自動化工作機械や総合加工自動生産ラインにロボットが導入され、人手を削減し、生産のリズムをより正確に制御して、リズミカルな生産を可能にしています。

現在、世界中のさまざまな生産現場では100万台以上の産業用ロボットが稼働しています。非製造分野では、宇宙カプセルや宇宙船から極限環境での作業や日常生活サービスまで、ロボット技術の応用は社会経済発展の多くの分野に拡大しています。伝統的な製造分野では、産業用ロボットは誕生、成長、成熟を経て、欠かせない中核自動化設備となっています。

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自動車産業は依然として主な応用分野です。産業用ロボットの国内での応用は、主に自動車産業と電子産業です。さらに、ゴム・プラスチック、軍事産業、航空製造、食品産業、医療機器、金属製品などの分野もあります。応用産業の観点から見ると、自動車産業は依然として中国の産業用ロボット市場における最大の消費産業であり、電気機械設備製造業は第2位、金属製造業は第3位となっている。

（１）熱加工生産における産業用ロボット産業用ロボットは、鋳造、サンドブラスト、ショットブラスト、鋳造品の輸送など、ほぼすべての工程に関わり、鋳造生産に広く使用されています。

鋳造生産において産業用ロボットが実行する基本的な機能には、機械の作業領域から鋳物を取り出す、鋳物を検査位置および冷却装置に順番に移動する、トリミング機の金型に配置する、金型から取り出して梱包箱に配置する、鋳造砂型に中子を配置して金属を流し込むなどがあります。鋳造生産に使用される産業用ロボットは、制御キャビネット、コンソール、ガイドレール、摩擦面の密閉、制御システムの独立したユニットへの配置など、周囲の媒体の影響を防ぐために特別な構造形態を備えている必要があります。鋳造生産における産業用ロボットは、より高速で信頼性の高い操作を目指して開発されています。

（２）冷間加工設備における産業用ロボット鍛造設備の製造における産業用ロボットの応用分野には、クランクプレス、ダイカストクランクパイプベンダー、スクリュープレスなどがあります。

鍛造生産に使用される産業用ロボットの基本的な機能には、指定された位置からブランクをクランプする、作業位置に移動させる、ある位置から別の位置へ移動する（回転を含む）、完成した部品を取り外して梱包箱に入れる、廃棄物をつかんで配置する、ロボット技術複合体を制御するための指示を出す、などがあります。

（３）金属切削工作機械用産業用ロボット柔軟な生産ユニットと柔軟な製造システムでは、生産を支援する産業用ロボットの使用が最も効果的な方法です。現在、基本的な複合モジュール構造を備えた金属切削工作機械用の産業用ロボットが広く使用されています。

金属切削工作機械用の産業用ロボットが実行する基本的な機能には、工作機械の作業スペースにあらかじめ方向を定めたブランクを取り付ける、工作機械から部品を取り出し梱包箱（保管容器）に入れる、必要に応じて部品を反転する、部品と固定具の基準面を清掃する、制御装置からプロセス指示を発行する、部品を検査するなどがあります。産業用ロボットは、補助装置や座標循環テーブル、昇降台などの機構を使用することで機能を拡張することができます。

（４）組立用産業用ロボット組立生産における産業用ロボットは、自動組立機に機能を果たすだけでなく、大規模な部品組立作業を直接完了するために使用することもできます。

組み立て作業には、積み重ね、ねじ止め、圧入、リベット締め、曲げ、圧着、接着などが含まれます。産業用ロボットの動作を実現するには、アームが垂直方向に直線移動できること、ロボット構造が組み立て方向のかなりの力に耐えられるように垂直軸に沿って十分に高い剛性を備えていること、ロボットが位置決め誤差を補正する可能性、つまり構造の柔軟性を備えていること、たとえば組み立ての基本方向に垂直な平面上の構造の柔軟性に頼ること、作業機構が高速移動できることなど、基本的な機能が保証されなければなりません。上記の基本的な機能要件を考慮すると、組み立てられた産業用ロボットの合理的な構造は、水平面上で関節運動する作業アームと垂直移動を伴う作業機構である必要があります。産業用ロボットの運搬能力は限界値を超えてはならず、ロボットは非常に柔軟で広い作業スペースとコンパクトな構造を備えている必要があります。

（５）金属電気めっき装置用産業用ロボット金属電気めっき装置用の産業用ロボットは、主に電気めっきタンクのメンテナンスや塗装作業に使用されます。関連する応用分野には、部品の電気メッキコーティング、化学コーティング、陽極酸化機械コーティングなどが含まれます。現在、このタイプの産業用ロボットの開発方向は、金属電気めっきロボットマニピュレータの移動速度を上げ、電気伝送の労働生産性を向上させ、金属の消費を減らし、生産プロセスが占める作業領域を減らすことです。

同様に、産業用ロボットの研究分野では、ファジー制御、知能化、一般化、標準化、モジュール化、高精度、ネットワーク化、自己改善・修復機能などの方向で研究開発が行われています。

（１）ファジィ制御とインテリジェンスファジィ制御は、ファジィ数学の基本的な考え方と理論を使用する制御方法です。複雑なシステムの場合、変数が多すぎるため、従来の制御モデルを使用してシステムのダイナミクスを正確に記述することは困難です。現時点では、ファジー数学を使用してこれらの制御問題に対処できます。将来のロボットの特徴は、より高い知能を備えていることです。コンピュータ技術、ファジー制御技術、エキスパートシステム技術、人工ニューラルネットワーク技術、インテリジェントエンジニアリング技術などのハイテク技術の継続的な発展により、産業用ロボットの作業能力は画期的に向上し、発展していきます。

（２）一般化、標準化、モジュール化産業用ロボットのコンポーネントと構造を汎用化、標準化、モジュール化することは、コストを削減するための重要な方法の 1 つです。

（３）高度に精製されている。製造業のロボットに対する要求が高まるにつれ、高精度の産業用ロボットの開発は必然的な発展の結果です。

（４）ネットワーキング現在使用されているロボットのほとんどは、単純なネットワーク通信と制御しか実現していません。ロボットを独立したシステムからグループシステムへと発展させ、遠隔操作監視、メンテナンス、遠隔制御を可能にすることは、ロボット研究における現在のホットなトピックの1つです。

（５）自分自身を改善し修復する能力緊急事態による生産停止をより適切に回避するために、ロボットには自己修復能力が備わっている必要があります。誤った命令が発生した場合、自動的に警告またはデバッグされ、コンポーネントが損傷した場合は自動的に修復されます。

技術力と世界レベルのギャップは明らか

また、統計によると、産業用ロボット業界における世界の主要特許出願者の中で、日本の安川電機とファナックはそれぞれ5,823件と4,512件の特許出願で世界第1位と2位にランクされており、続いてABB（2,231件）、サムスン（2016年）、日立（1,907件）、三菱（1,823件）、トヨタ（1,780件）、セイコーエプソン（1,714件）、パナソニック（1,624件）、富士通（1,549件）、ホンダ（1,343件）、東芝（1,193件）、ソニー（999件）、KUKA（889件）、シーメンス（784件）となっている。

世界主要出願人上位15社のうち、日本企業は11席を占めており、これは日本が現在、産業用ロボットの分野で強力な研究開発能力と特許技術における明らかな競争優位性を有していることを示している。世界特許出願上位15社のランキングには中国の特許出願人は1社も入っておらず、中国国内企業と国際大手企業の間には技術力の明らかな差があることを示している。

わが国の産業用ロボットの中核部品が根本的な突破口を開こうとすれば、特に減速機については、より多くの忍耐と投資が必要であることがわかります。期待が大きければ大きいほど、プレッシャーも大きくなりますが、見通しも有望です。

2017年の中国産業用ロボット市場の発展見通し

政策やその他の要因により、2017年末までに中国のロボット在庫は40万台を超えることになる。今後、ますます多くの中国のロボットサプライヤーが市場に参入するでしょう。外国と中国のロボットサプライヤー間の競争はますます激しくなるだろう。今後、中国市場ではさまざまな種類のロボットが大きな成長を遂げる可能性があります。

また、わが国の産業の転換と高度化、人件費の継続的な上昇、ロボット生産コストの低下に伴い、ロボットは「第13次5カ年計画」期間中の重要な発展目標の一つとなり、国内のロボット産業は成長加速の変曲点を迎えています。国内市場ではまだ模索段階にあるサービスロボットや業務用ロボットに比べ、産業用ロボットは一定の発展基盤を有しており、現在、本格的な普及段階に入っている。 2021年末までに、わが国の産業用ロボットの生産台数は111,500台、販売台数は230,400台、在庫台数は1,360,400台に達すると予測されています。中国における産業用ロボットの将来的な発展の可能性は相当なものとなるでしょう。