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食品製造の効率化！食品工場で使われる自動化ロボットの種類と事例コラム
この記事では自動化ロボットとして、多関節ロボット、スカラロボット、パラレルロボット、パレタイズロボット、ガントリーロボット、協働ロボット、単軸ロボット、自立走行搬送ロボット、ロボットハンド、ロボット架台など、様々なタイプのロボットをご紹介しています。
食品工場で活用する自動化ロボットの種類と特徴
食品工場のロボット①多関節ロボット
食品製造業界で使用される多関節ロボットは、複数の関節を持つ機械アームのことを指します。これらは英語で「Articulated robot」または「Multi joint robot」と呼ばれ、人間の腕のように動かすことができます。このようなロボットは、従来人間が手作業で行っていた作業を自動化し、生産効率と品質を向上させることができます。また、人間の腕よりも多くの関節を持つことで、より複雑な動きを実現します。
多関節ロボットには主に二つのタイプがあります。「垂直多関節ロボット」と「水平多関節ロボット」です。
「垂直多関節ロボット」は、軸が多いほど多様な動きが可能で、幅広い用途に対応できます。
「水平多関節ロボット」は「スカラロボット」とも呼ばれ、水平方向の動きに特化しており、部品の挿入やネジ締めなどの精密な組立作業に適しています。
食品工場のロボット②スカラロボット
スカラロボットは水平多関節ロボットとも呼ばれ、正式には「selective compliance assembly robot arm」（SCARA）と呼ばれる産業用ロボットです。この名称は、その頭文字から来ており、「SCARA型ロボット」としても知られています。
スカラロボットは、複数の回転軸、アーム、先端のZ軸を備えた水平多関節型のロボットです。この4つの自由度の構成により、水平面上での3方向の位置調整と、アーム先端の垂直動作によるプッシュ機能が実現できます。このロボットの主な利点は、その単純な構造による簡単な制御と、高速で精密な動作能力です。垂直多関節ロボットと比べて3Dの動きは限られますが、一方向からの簡単な作業には最善な選択肢となります。
食品工場のロボット③パラレルロボット
食品工場で使用されるパラレルロボットは、食品や容器の迅速なピックアンドプレース作業に特化したロボットです。複数のアームが並列に配置され、一点に対して高速かつ高精度な動きを提供します。
これらのアームはリンクやジョイントという部品で成り立っており、一般的には3本のアームが使用されます。このロボットのシンプルな構造は、メンテナンスの容易さをもたらします。また、複数のモーターの出力がアームの先端に集中するため、高い出力と精度を兼ね備えた動作が可能になります。
食品工場のロボット④パレタイズロボット
パレタイズロボットは、荷物をパレットに配置する（パレタイズ）またはパレットから荷物を取り出す（デパレタイズ）作業に特化したロボットです。このロボットの導入により、従来人の手で行われていた重い荷物の積み込みや降ろし作業が自動化されます。このロボットは重い物を簡単に持ち上げて移動させたり、パレットに整然と配置することができます。
さらに、最近では、段ボールや紙袋など多様な荷物を扱うために使用されるロボットのハンド先端部分の技術が進化してきており、より幅広い荷積み現場に適応できるようになっています。
食品工場のロボット⑤ガントリーロボット
食品工場で使用されるガントリーロボットは、直交ロボットとも呼ばれ、2〜3の直交するスライド軸で構成されています。
製造業においては、組立、運搬作業に頻繁に使用されます。また、振れが少なく高精度な作業が可能なため、食品業界では繊細な食品の取扱いにも活用されています。
このロボットは他のロボットとの組み合わせにより作業の自動化が可能です。垂直多関節ロボットのような回転動作はできませんが、直線的な縦横の動きでの繊細な作業には適しています。さらに、連続的な高速作業にも向いているでしょう。
食品工場のロボット⑥協働ロボット
協働ロボットとは、人と協調して作業を行うことができるロボットのことです。英語では、「Collaborative Robot」と呼ばれ、Cobot（コボット）と略されることもあります。
従来の産業ロボットは、大規模な生産ラインで固定され、安全柵で隔てられた環境で運用されていました。このような設定は反復的な作業に適していましたが、食品工場など柔軟な対応が求められる分野では適していませんでした。
技術の進歩によるロボットの小型化と、法規制の緩和が進む中で、人間と安全に協働作業できる「協働ロボット」が登場しました。これらのロボットは小型で軽量、かつ操作が簡単であり、これらの特性が相まって、コストの面でも中小製造業での使用が可能になりました。
協働ロボットは、直感的な操作やダイレクトティーチング（作業者が直接ロボットを手で動かすことで、動作を覚えさせる方法）による簡単なプログラミングが可能であるため、実装期間の短縮や業務効率化が可能です。
食品工場のロボット⑦単軸ロボット
単軸ロボットは、スライダ、モータ、ボールネジの三つの基本要素から成る産業用ロボットです。このタイプのロボットは直線運動に特化しており、高速で高精度な作業を実行する能力を持っています。
直線的な動きをするため、主に荷物の搬送に使われます。組み立て・加工ラインや検査といった多くの工程でも使われています。複数のロボットと組み合わせることで作業の自動化が可能です。
単軸ロボットの導入には、シンプルな構造、メンテナンスのしやすさ、他のロボットと組み合わせやすいなどのメリットがあります。
食品工場のロボット⑧自立走行搬送ロボット
自律走行搬送ロボットは、人間と協働して機能するロボットです。英語名の「AUTONOMOUS MOBILE ROBOT」の略称であるAMRとも呼ばれています。日本では自律走行搬送ロボットや協働型搬送ロボットとして知られています。
これらのロボットにはタブレットなどが装備されており、入力されたデータや指令に従って工場内を自由に移動します。移動中、ロボットは人や障害物を検知し、それらを避けながら目的地に向かいます。この技術の導入により、作業者の移動距離を大幅に削減することが可能になり、結果として作業時間の短縮につながります。
食品工場のロボット⑨ロボットハンド
ロボットハンドは、食品工場で使用されるロボットアームの先端に装着される部品で、食品の移動、加工、包装などの作業に利用されます。ロボットハンドは、「ハンドエフェクタ」とも呼ばれています。他にも、「グリッパ」「ハンド」「チャック」などとも呼ばれることがあります。
主な用途としては、物を掴む、吸着する、ねじを回す、組立などがあります。最近では、触覚センサーを搭載したロボットハンドが開発され、触れた際の感覚を電気信号に変換することが可能になりました。これにより、柔らかさが異なる野菜や果物なども扱えるようになり、人間の指先に匹敵する繊細な作業が実現しています。
これらのハンドには多様なタイプが存在し、使用される食品の形状、重さ、材質などに応じて適切なものが選ばれます。
食品工場のロボット⑩ロボット架台
食品工場のロボット架台とは、産業用ロボットを設置・固定するための土台です。ロボットの種類や重さ、動きや作業によって、ロボット架台の形や強度、安全性などが変わります。
ロボットの設置方法には、床置き、天吊り、棚置き、壁掛けなどがあります。
特に、高速動作や重量物を扱うロボットでは、強度だけでなく、振動やたわみに対する注意が必要です。
ロボット架台は、単にロボットを固定するためだけでなく、外部からの振動を減少させ、ロボットへの振動伝達を防ぐ役割も持っています。微細な振動でもロボットに伝わると、動作の誤差による不良品や品質低下、ロボット本体の故障に繋がる可能性があるため、ロボット架台の導入は必要になるでしょう。
まとめ
食品工場で活用する自動化ロボットの種類と特徴
①多関節ロボット
②スカラロボット
③パラレルロボット
④パレタイズロボット
⑤ガントリーロボット
⑥協働ロボット
⑦単軸ロボット
⑧自立走行搬送ロボット
⑨ロボットハンド
⑩ロボット架台
それぞれのロボットは独自の特徴と機能を持ち、食品製造の自動化と効率化に貢献しています。食品工場を作業員による手作業で行っている場合には、将来的にロボットの導入を検討していくことが必要でしょう。
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