ロボット部品の選定は、用途や環境ごとに多種多様な部品が販売されているため難しいイメージがあるでしょう。
その中でも特にロボットハンドは、商品となる対象物に直接触れる部分のため、選定に神経を使う部品です。
この記事では、代表的なロボットハンドの種類や、選定の際に意識すべき要素、オススメのメーカーについて解説します。
ロボットハンドを選定するための基礎知識が身に付くため、ぜひ最後まで読み、正しい選定をスタートしましょう。
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目次
ロボットハンドとは？特徴と使用方法について
ロボットハンドとは、人間の手の機能を模倣するように設計されたロボットの一部分です。
この技術は、さまざまな産業や研究領域で使用されており、特に製造業、医療、災害救助などの分野で重宝されています。
ロボットハンドは、物を掴んだり持ち上げたり、細かい作業を行う能力を持っているため、人間の手が届かない場所や危険な環境での作業にも活用可能です。
ロボットハンドは大きく分けて、単純なグリッパーや吸着から、人間の手と同じように複雑な動きを再現できる高度に発達したものまで幅広い種類があります。
ロボットハンドの使用方法
ロボットハンドの利用にはセンサーやアクチュエータ（動きを生み出す部品）、そして高度な制御システムが必要です。センサーは、ロボットハンドが物の形状や重さ、表面の質感などを感知するのに役立ちます。センサーによって、ロボットはより繊細で正確な動作が可能になります。
ロボットハンドはプログラミングによって様々なタスクに対応できるように設定可能です。特定の作業を繰り返すだけでなく、新しい作業や複雑な問題解決にも対応できます。
例えば、製造ラインでの精密な部品の組み立てや、手術支援ロボットとしての使用、さらには災害現場での人命救助に至るまで、ロボットハンドの応用範囲は非常に広いです。
ロボットハンドは人間の手の動きを模倣し、それを超える能力を持つことで、作業効率を向上するだけでなく、ロボットハンドならではの作業も可能になるでしょう。
3種類のロボットハンドを解説
ロボットハンドは、使用する環境や取り扱う材料に合わせて多種多様な種類が用意されています。
大まかにロボットハンドの種類を知ることで、選定する際のあたりをつけることが可能です。
ここでは以下の代表的な3種類のロボットハンドについて解説します。
把持ハンド
把持ハンドは、物体を握る、または挟むことで把持するためのロボットハンドです。一般的には、一つ以上の可動指を持ち、様々な形状やサイズの物体を掴むことができるように設計されています。
把持ハンドは、精密作業から大きな物体の取り扱いまで、多様なタスクに応用可能です。
把持ハンドが使われる業界・用途・目的
把持ハンドは以下の目的を達成するために利用されます。- 作業効率の向上：人手では困難な高速・高精度作業の実現
- 安全性の確保：人間にとって危険な環境での作業の代行
- コスト削減：労働力コストの削減と生産性の向上
また、把持ハンドは以下の業界で利用されることが多いです。
- 製造業：自動車、電子機器、一般消費財の組み立てライン
- 医療：手術支援ロボットや実験用ロボットアームでのサンプル採取
- 農業：収穫ロボットなど、農作物の収穫や選別作業
把持ハンドの強み
把持ハンドの強みは以下の3点です。- 多様性：異なる形状やサイズの物体を柔軟に扱える
- 精密さ：細かい作業が可能で、精密な位置決めやデリケートな物体の取り扱いが得意
- カスタマイズ性：用途に応じて、指の数や形状、材質などをカスタマイズ可能
把持ハンドはさまざまな状況や目的に適応可能な点が強みといえるでしょう。
把持ハンドの弱み
把持ハンドの弱みは以下の3点です。- 複雑性：複数の可動部分があり、設計や制御が複雑になりがち
- コスト：高度な機能性を持つため、製造コストが高い傾向がある
- メンテナンス：複雑な機構を持つため、メンテナンスが難しい。定期的な点検や調整も必要な場合がある
把持ハンドはカスタマイズ性が高い分、設計やメンテナンスに手間がかかります。
コストも高い傾向があるため、費用対効果を見極めた利用が必要といえるでしょう。
把持ハンドと他のロボットハンドの使い分け方法
把持ハンドは後述する吸着ハンドや磁気ハンドと比較して、さまざまな物体に利用できる汎用性の高いロボットハンドです。特に複雑な形状の物体を扱う必要がある場合や、精密な操作が求められる作業に適しています。
一方、単純な形状の物体を高速で取り扱う場合は、吸着ハンドや磁気ハンドが適している場合があります。
把持ハンドの使用例
把持ハンドの中にもさまざまな種類があります。以下の表では、3種類の把持ハンドについて、概要と用途例について解説します。
| 種類 | 概要 | 用途例 |
|---|---|---|
| 二指グリッパー | 最も一般的なタイプの一つ。 2本の指で物体を挟んで把持する。 |
小さな部品のピックアンドプレース、 組み立てラインでの使用する。 |
| 多関節グリッパー | 複数の関節を持つ指を使用して、 より複雑な形状の物体を把持する。 |
不規則な形状の物体の取り扱い、 より複雑な組み立て作業で使用する。 |
| ソフトグリッパー | 柔らかい素材で作られ、 物体に対して均等な圧力を分散させて把持する。 |
食品や生物学的サンプルの取り扱い、 繊細な物体の操作で使用する。 |
吸着ハンド
吸着ハンドは、真空吸引を利用して物体の表面に吸着し、それを持ち上げるか、移動するためのロボットハンドです。このタイプのハンドは、一つ以上の吸着カップを使用して物体に密着し、空気を抜いて真空を作り出し、物体を固定します。
吸着ハンドが使われる業界・用途・目的
吸着ハンドは以下の目的を達成するために利用されます。- 作業の迅速化：高速で正確な物品の移動と配置
- 製品保護：表面を傷つけずに繊細な物品を扱う
- 作業の自動化：人手による取り扱いが難しい物品の自動化
また、吸着ハンドは以下の業界で利用されることが多いです。
- 物流・倉庫：荷物の仕分けや梱包ラインでの貨物搬送
- 食品、薬品搬送：液体の入ったパウチの搬送作業
- 食品加工：食品のピックアンドプレースや包装作業
- 電子部品製造：基板上の部品の取り扱いや組み立て作業
吸着ハンドの強み
吸着ハンドの強みは以下の4点です。- シンプルな構造：構造が単純で、高い信頼性と低いメンテナンスコストを実現
- 高速動作：物体を迅速に把持し、移動させられるため、生産性の向上が期待できる
- 柔軟性：平滑な表面を持つ様々な形状の物体に適用可能で、柔軟性が高い
- 非侵襲的把持：物体の表面を傷つけず、繊細な物体や食品なども安全に扱える
繊細で慎重な扱いが必要なものも、高速かつ傷つけることなく扱えるため、特定の領域で大幅な向上が期待できるでしょう。
吸着ハンドの弱み
吸着ハンドの弱みは以下の3点です。- 表面依存性：表面が粗い、多孔質、または柔らかすぎる物体には適用できない場合がある
- 持続性の限界：吸着力は持続時間に限界があり、長時間の持ち上げには適さない
- 重量制限：吸着力には限界があり、特に重い物体を持ち上げるのには向かない
吸着ハンドの用途はかなり限定されるため、使い所の見極めが大切です。特定の領域では低コストで高い効果が得られるため、適した作業では積極的に利用しましょう。
吸着ハンドと他のロボットハンドの使い分け方法
吸着ハンドは平滑な表面を持つ物体に特化しています。迅速なピックアンドプレースが必要な場合や、非金属製の繊細な物体を扱う場合は吸着ハンドを選択しましょう。
繊細な対象物が傷つくことを避けられるため、特定の業界で重宝されます。
吸着ハンドの使用例
吸着ハンドの中にもさまざまな種類があります。以下の表では、3種類の吸着ハンドについて、概要と用途例について解説します。
| 種類 | 概要 | 用途例 |
|---|---|---|
| 平面吸着 グリッパー |
平滑な表面を持つ物体を 吸着するための吸盤を使用する。 |
ガラス板や金属板の搬送、 電子部品のピックアンドプレースで使用する。 |
| ベローズ吸着 グリッパー |
柔軟性のあるベローズ式の吸盤を使用し、 多少の高さ差や傾斜に対応する。 |
精密部品の取り扱い、 異なる高さの物体のピックアンドプレースで使用する。 |
| 複数吸着 ポイント グリッパー |
複数の吸盤を持ち、 一度に複数のポイントで物体を吸着する。 |
大きなサイズの物体の搬送、 安定性が要求される作業で使用する。 |
磁気ハンド
磁気ハンドは、磁性を持つ物体を持ち上げる、移動する、または固定するために使用されるロボットハンドです。永久磁石または電磁石を利用して物体に磁力を適用し、物体を把持することができます。
磁気ハンドは、特に金属製の物体を扱う際に有効です。
磁気ハンドが使われる業界・用途・目的
磁気ハンドは以下の目的を達成するために利用されます。- 効率的な物流：重量物の迅速かつ安全な搬送
- 安全作業の実現：重い物品を安全に扱うためのリスク軽減
- 資源の有効利用：リサイクルによる資源の回収と再利用の促進
また、磁気ハンドは以下の業界で利用されることが多いです。
- 金属加工業：鋼板や金属部品の持ち上げや移動
- リサイクル：金属廃材の選別や移動
- 建設業：鉄骨の移動や組み立て作業
磁気ハンドの強み
磁気ハンドの強みは以下の4点です。- 強力な把持：磁力による強力な把持能力を持ち、重い金属製の物体も容易に扱える
- 非接触把持：物体との直接的な接触がないため、表面を傷つけるリスクが低い
- 操作の簡便性：電磁石を使用する場合、電源のオン/オフで簡単に把持や解放を行える
- メンテナンスの容易さ：動く部品が少ないため、メンテナンスが比較的簡単
磁力を利用するため、他のロボットハンドと異なる動きが可能になります。
直接触れずに運ぶ、磁力の調整で物体の把持や解放の選択が可能など、唯一無二の動きができる点を活かすことで高い効果を発揮するでしょう。
磁気ハンドの弱み
磁気ハンドの弱みは以下の3点です。- 材質の限定性：非金属製や一部の金属製の物体には使用不可
- 脱磁の必要性：金属を吸着後に磁気が残ることがあり、異物付着や測定・加工制度を維持するために脱磁が必要
- 磁場の影響：使用環境によっては、磁場が他の機器に影響を与える可能性がある
- 電力消費：電磁石を使用する場合、継続的な電力消費が問題となる場合がある
磁力を利用するため、利用できる範囲がかなり限定されます。電力の消費も問題になることがあるため、磁力を用いた動作が必須か否かを判断した上で利用すべきでしょう。
磁気ハンドと他のロボットハンドの使い分け方法
磁気ハンドは重量がある金属製の物体を扱う場合や、表面を傷つけたくない場合に磁気ハンドが適しています。自動車産業の製造ラインや金属加工業での使用、またリサイクル工程での金属材料の選別など、特定の産業かつ特定の用途において、磁気ハンドは他のタイプのロボットハンドよりも優れた選択肢です。
磁気ハンドの使用例
磁気ハンドの中にもさまざまな種類があります。以下の表では、3種類の吸着ハンドについて、概要と用途例について解説します。
| 種類 | 概要 | 用途例 |
|---|---|---|
| 永久磁石 グリッパー |
永久磁石を使用して 金属製の物体を吸着して持ち上げる。 |
金属部品の取り扱い、 スクラップ金属の選別に使用する。 |
| 電磁 グリッパー |
電力を供給し磁力を発生させ、 金属製の物体を吸着する。 |
電力のオン/オフで 吸着を制御できる。 |
| プログラマブル 磁力 グリッパー |
磁力の強さやパターンを プログラムで調整できる。 |
精密な金属部品の取り扱い、作業に応じて 磁力を調整する必要がある場面で使用する。 |
6つの選定基準｜ロボットハンドの選び方
ロボットハンドの選定では、多くの要素を考慮すべきです。
この記事では、ロボットハンドの選定で必要な以下6つの要素について解説します。
考慮すべき要素が多く、選定に手間がかかりますが、ロボットの性能を最大化するためには必須事項のため、最後までご確認ください。
対象物の重さ
扱う対象物の重量に合わせて最適なロボットハンドの選定が必要です。重量が重い、軽いの定義は、ロボットハンドの適用範囲や能力、作業環境によって異なります。
具体的な対象物の例としては、以下を参考にしてください。
| 重い対象物の例 | エンジンや車のドアなど、大型で重量のある金属部品 建設業で使われる大型の鉄骨 大型の金属シートや鋼鉄の棒 |
|---|---|
| 軽い対象物の例 | ICチップやトランジスタのような小型の精密部品 薬に利用されるカプセル 個別で扱う必要のあるクッキーやチョコレート |
注意点としては、軽対象物は繊細に取り扱いが必要な商品という点です。
重い対象物を扱うロボットハンドは、精密な動きよりも、力の強さを重視する傾向があります。そのため、重い対象物を扱うロボットハンドを選定すれば安心、という考えは危険です。
例えば、把持ハンドの中にも、重いものを扱うための商品と、繊細なものを扱うための商品が用意されています。
対象物に適したロボットハンドを選定しましょう。
対象物の材質・形状・表面の状態
扱う対象物の材質や形状、表面の状態によって使用すべきロボットハンドは異なります。具体的な対象物の例としては、以下を参考にしてください。
| 対象物の材質 | 用途 |
|---|---|
| 金属 | 機械部品や自動車部品 |
| プラスチック | 電子機器のケース |
| ガラス | スマホの画面パネル |
| 対象物の形状 | 用途 |
|---|---|
| 不定形 | 食品、生物学的サンプル |
| 薄型 | ガラス板、金属シート |
| 対象物の表面の状態 | 用途 |
|---|---|
| なめらか | 鏡、スマホの画面パネル |
| 粗い | 石材、粗加工された金属 |
| 柔らかい | 食品、衣類 |
材質や形状、表面の状態を無視して選定した場合、対象物とロボットハンド双方に問題が生じます。
例えば、先述した吸着ハンドの場合、対象物が平滑かつ軽量の時に利用可能です。
一方で把持ハンドを利用した場合、対象物が曲がり平滑さを維持できない可能性があります。
さらに、持ちにくい材質を無理に持たせる場合、把持ハンドの劣化を早める可能性もあるでしょう。
特に取り扱いに繊細さを求める場合、適したロボットハンドの選定は必須です。
対象物の硬さ・柔らかさ
硬い物体やワークの硬さは、材料科学において一般的に硬度として測定されます。硬度は、材料が他の物体によって変形されるか、または抵抗する能力を示す指標です。
例えば、金属のような人の手で曲げることが困難な対象物もあれば、生鮮食品のように、人の手でも簡単に形状を変えられる対象物もあります。
具体的な対象物の例としては、以下を参考にしてください。
| 硬い対象物の例 | 高硬度の鋼や合金製の部品などの金属 工業用セラミックス 硬質のプラスチック |
|---|---|
| 柔らかい対象物の例 | クッキーやチョコレートのような食品 シリコンやゴム製の部品 |
硬い対象物であれば、繊細な動きよりも力を重視した方が安全です。
一方で柔らかい対象物を硬いものと同じように扱えば、傷がつくことは避けられません。
材質や形状と同様に、対象物の特性に合わせたロボットハンドの選定が必要です。
対象物の耐久性
硬度と似た要素に耐久性と呼ばれる要素があります。耐久度が高いワーク素材は、一般的に高い硬度、高い引張強度、および高い耐摩耗性が特徴です。
一方で耐久度が低いワーク素材とは、一般に物理的、化学的、または熱的ストレスに対して低い耐性を持つ素材を指します。
具体的な対象物の例としては、以下を参考にしてください。
| 耐久性の高い 対象物 |
高硬度の鋼や合金製の部品などの金属 工業用セラミックス 硬質のプラスチック |
|---|---|
| 耐久性の低い 対象物 |
パンやフルーツのような圧力や摩擦に弱い食品 薄いプラスチックフィルムのような引っ張りに弱い商品 |
使用する環境や、対象物の取り扱い条件によっては、硬度だけでなく耐久性まで留意した選定が必要になるでしょう。
ロボットハンドの作業速度と制御精度
作業速度が特に重要な要素となる場合、迅速に物体を把持し移動させることが可能なロボットハンドが最適です。高速での作業に適したロボットハンドは、軽量で反応速度が高く、繰り返し精度が良い特性を持っている必要があります。
一方、遅い作業速度が必要な場合、精密さや繊細な操作性が求められることが多く、精度と制御のしやすさに優れたロボットハンドが最適です。
遅い速度で繊細さが求められる場合、操作の正確性や物体を優しく取り扱える特性を持つロボットハンドと相性が良いです。
ロボットハンドを使用する環境条件
ロボットハンドは使用する環境によって、性能や耐久性に大きな影響があります。ロボットハンドを選定する上で特に注意すべき要素は以下の3つの要素です。
- 周辺温度
- 相対湿度
- 電波妨害（磁気ハンドの場合）
それぞれの要素について、一般的なロボットハンドで利用可能な条件を解説します。
| 要素 | 適切な条件 | 避けるべき条件 |
|---|---|---|
| 周囲温度 | 0℃から45℃の範囲 | 極端に高温（45℃以上） または低温（0℃以下）の環境 |
| 相対湿度 | 40%から60%の範囲 | 高湿度（80%以上） または低湿度（30％以下）の環境 |
| 電磁妨害 | 強力な電磁場から離れた場所 | 高電圧の設備や強力な無線信号を発する装置の近くの場所 |
これらはロボットハンドだけでなく、ロボット全体に対して当てはまる内容です。
避けるべき条件での動作を求める場合、ロボット全体を特殊な環境で使用できる仕様に変更する必要があるため注意しましょう。
ロボットハンドを製造しているオススメのメーカー6選
ロボットハンドを製造しているメーカーの中では、以下の4メーカーがオススメです。
| メーカー | 主要製品 | 導入事例（業界、用途） |
|---|---|---|
| シュンク | 把持ハンド（電動グリッパー）、 磁気ハンド |
自動車産業、電子機器産業、食品産業 |
| 鍋屋バイテック | 把持ハンド （電動グリッパー、多関節グリッパー） |
電子部品、精密部品、 樹脂部品の搬送、切削、研削加工 |
| シナノケンシ | 把持ハンド （電動ロボットハンド） |
医薬品、食品、化粧品、物流、 樹脂成型、精密部品組立 |
| シュマルツ | 吸着ハンド、磁気ハンド | 自動車業界、医療業界 |
| piab | 把持ハンド 吸着ハンド |
自動車業界、食品業界 |
| KONSEI | 把持ハンド | 電子部品業界、自動車業界、医療機器業界など |
それぞれ得意としている商品や業界が異なるため、用途に適したメーカーを選びましょう。
シュンク
シュンクは主に自動化技術を提供する、ドイツに本拠地を置く企業です。日本には東京都品川区、大阪府東大阪、愛知県小牧市に営業所が存在します。1945年に創業、8ヵ所の工場、34の子会社や販売パートナーなど、世界50ヵ国以上に対してネットワークがあります。
シュンクの製品ラインナップには、高度なツールホルダー、安定性と信頼性を兼ね備えたワークホルダー、そして先端のグリッピング技術が含まれています。
類をみない堅牢、高剛性、高精度、ワイドレンジの商品群、柔軟なカスタマイズソリューションがシュンクの魅力であり、高い評価の源です。
JET-Globalでは、シュンクの技術や取り組みについて、以下の記事でさらに詳しくご紹介しています。
同社について更に知りたい方は、ぜひ以下のボタンから記事を読んでみてください。
シュンクについてもっと知る
鍋屋バイテック
鍋屋バイテック(Nabeya Bi-tech Kaisha)は、機械要素部品の製造販売を行う日本の企業です。創業は1560年にさかのぼり、長い歴史を持ちます。工作機械や産業機械に使用される精密位置決め機器、ロックハンドル、クランプなどの機械部品の提供が主軸の商品となります。
また、ロボットアプリケーション向けの部品やシステムも扱っており、特にロボットハンドの分野では、精密かつ高品質な製品を提供していることで知られています。
鍋屋バイテックは、技術革新と品質向上に注力し、国内外の多様な産業に対してサポートを提供している点が特徴です。
シナノケンシ
シナノケンシ株式会社は、日本の精密モーターの製造を主軸とする企業です。1918年に創業し、特にステッピングモーターやサーボモーターの分野で高い技術力と製品品質を誇ります。
シナノケンシのロボットハンドは、産業用ロボットから医療、福祉用途まで幅広い分野で利用されています。
イノベーションと顧客ニーズへの応答を重視しており、グローバルに事業を展開している点が特徴です。
シュマルツ
シュマルツ(Schmalz)は、ドイツに本拠を置く真空技術を中心とした産業機器のリーディングカンパニーです。真空コンポーネント、真空ハンドリングシステム、真空クランプ技術など、幅広い製品ラインナップを持ち、特に真空を利用したハンドリングソリューションでは世界的に認知されています。
ロボットハンドに関しては、真空吸着式のグリッパーを提供しており、軽量から重量級の物体まで幅広いワークの取り扱いに適しています。
シュマルツは、その環境に優しい製品とソリューションで、グローバルな市場において持続可能な製造プロセスを支援している点が特徴です。
piab
PIAB（ピアブ）は、真空技術を専門とするグローバル企業です。特に、産業用真空ポンプや真空グリッパーといった製品に強みを持っており、自動車製造、食品加工、物流など、幅広い産業分野で自動化ソリューションを提供しています。同社は主に真空ポンプや真空生成器の製造・販売しており、ロボットハンドでは真空技術を活かして真空グリッパーを扱っています。
piabのロボットハンドは、高い柔軟性と性能さが評価されており、様々な産業分野で採用されています。
KONSEI
KONSEI（近藤製作所）は、ロボットハンドやチャックなどのロボット周辺機器から、FAシステムまで幅広く取り扱う日本のメーカーです。自動車部品メーカーとしての歴史を背景に、高い精度と耐久性を要求される自動車産業で培われた技術を活かし、様々な産業分野における自動化に貢献しています。同社はロボットハンドを含むロボットの周辺機器を製造・販売しているほか、ファクトリーオートメーション（FA）システムの設計・構築も可能です。
ロボットハンドでは、特に把持ハンドにおいて平行ハンドや支点ハンド、チャックなっどを扱っています。
