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ロボ・ステーション


中小モノづくり企業が挑む!新ロボ技術−ものづくり補助金事業から要注目技術を紹介
「世界初!エアハンマーのロボット化に挑む」東洋理機工業・細見成人さん

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細見成人代表取締役

東洋理機工業(株)
代表取締役 細見 成人

〒555-0012
大阪市西淀川区御弊島6-13-60
http://www.toyoriki.co.jp/

自動車の足回り部品をはじめ鍛造加工で製造される製品は多い。大きくは、金型を使用する型鍛造とハンマーなどで成形する自由鍛造に分類されるが、後者のようなエアハンマー作業では熟練技が要求されるため、いまだに自動化(ロボット化)が進展していない。高温、振動・騒音、油、粉塵等にさらされる典型的な3K職場にありながら、である。

かつて、三菱長崎機工がチャレンジしたことがあるが、伝統ある同社でさえも技術的課題をクリアできず断念した。こうした経緯などから以後、エアハンマー作業のロボット化に取り組む企業が現れなかったが、それでも挑もうとしているのが東洋理機工業の細見成人社長である。
 「たこ焼きロボット」「お好み焼きロボット」を手がけた企業といえば"ピン"とくる人が多いだろうが、熱間鍛造ハンドリングロボットのシステム構築で高い実績を持つシステムインテグレータである。もともと得意とする領域であり、これらのロボット開発で培ったチャレンジスピリッツをぶつけようとしている。実現すれば、もちろん世界初だ。

ロボット化を妨げる要因ばかり

エアハンマー作業のロボット化が進まないのには、その加工方法にある。ハンマーの速度および位置を制御することにより塑性変形エネルギーを調整しながら加工をするが、その調整は、巧みなペダル操作によりエアシリンダーを制御して行う。また、ハンマーを上下動させている間に複数の金型間でワークをすばやく移乗し、かつ位置決めをする作業も伴う。熟練作業者でなければ対応は困難だ。

加えて、ロボット化を妨げる技術的課題もある。
 通常、エアハンマーは打撃を吸収する目的からスプリング上にマウントされており、打撃時には下型およびワークが数十mm程度下降する。人による作業では、ワークを把持する火箸を緩めたり強めたりすることで、このような下降時の変位を調整できるが、ロボットハンドによる把持では難しい。また、ワークが上型から剥がれないといった異常事態も間々あり、ロボットの破損につながる。単に汎用ロボットでワークを把持するだけでは、簡単にアームがもがれてしまう。

これらを踏まえ、細見さんは次のような方法でクリアしようとしている。つまり、エアハンマーの作業における現象のモデル化と、サーボ駆動方式のペダル(サーボペダル)およびフロート機能を付加したロボットハンドの製作である。

図1 エアハンマーの構造と各部の名称

図1 エアハンマーの構造と各部の名称

ハンマーの挙動のモデル化がカギ

後者から説明しておくと、サーボペダルは1軸スライドユニットから構成され、任意のパターンでハンマーを動作できるような軌跡制御を行う。また、ロボットハンドには下型およびワークの沈み込みに追随できるよう、リニアエンコーダで検出したハンマーの挙動をもとにフィードフォワード制御を行う。併せて、機械的なバッファ機構を付加しておく。

精度良く制御するには、センサ情報をもとに調整を行うフィードバック制御の方がよいが、いちいちフィードバックをかけていてはハンマーやアンビルの高速な挙動に追従できない。ゆえにフィードフォワード制御を採用しているわけで、この制御では誤差が生じるため、補正が行える機械的なバッファ機構も設けるのである。ロボットハンドにはセンサも付加することでワークが上型に固着したことを検出し、機械を停止させることも予定している。

図2:開発を計画するフロートハンドの概念図。下型およびワークの沈み込みに追随できる機能を付加することから、このような名称を付けている。フィードフォワード制御により追随させ、機械的なバッファ機能も搭載することで物理モデルと実際のずれを補償する。

図2:開発を計画するフロートハンドの概念図。下型およびワークの沈み込みに追随できる機能を付加することから、このような名称を付けている。フィードフォワード制御により追随させ、機械的なバッファ機能も搭載することで物理モデルと実際のずれを補償する。

そして、これらを実現するうえで重要になるのが、前者の現象のモデル化である。
 これは運動方程式を立てるような作業であり、まずは実験を通じてペダル操作とハンマーの挙動、つまりペダル操作とハンマーの位置、ワークの挙動の特性の把握が求められる。大阪大学と浪速鉄工の協力のもと、作業者の火箸の操作状況(作業時のそれぞれ位置)を含め、これらの挙動を各種センサで計測して取り組もうとしている。

しかしながら、このような挙動の計測、計測結果をもとにした現象のモデル化は、途方もなく困難な作業である。著名なロボット工学の研究室が束になっても、そうやすやすと導き出せるような運動方程式(ダイナミクス)にはならない。それでも、「エアハンマーは導入台数が多いですし、人材確保の問題もあって、エラくニーズが高いんですよ!」。細見さんはそう意気込む。
 細見さんは上述のたこ焼きロボットやお好み焼きロボットは、ティーチング・プレイバックのみで行うという課題に果敢に取り組み、達成してきた。"クレイジー"と受け取れるミッションをクリアしてきた。それゆえに、世界初の開発をやってのけるのではないか。そう期待を抱かざるにはいられない。

(取材&テキスト作成:ロボナブル編集部)


掲載日:2010年5月21日

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