協働ロボットの導入と安全設計

エグゼクティブ・サマリー

• 協働ロボットの導入で最も多い誤解は、「協働ロボットを買えば安全柵がいらない」というものである。柵の要否を決めるのは機体の種類ではなく、その用途・その設置状態で行うリスクアセスメントの結果である。
• 協働運転には方式が複数あり、どの方式を採るかで必要な安全機能・レイアウト・作業手順がすべて変わる。方式を決めずに機種を選ぶと、あとから追加の安全対策費が発生する。
• 危険源は本体アームだけではない。エンドエフェクタ（ハンド）・搬送物・周辺装置が挟み込みや鋭利部を持ち込むことが多く、実際の事故リスクはここに集中する。ロボット単体の安全性能だけを見ても意味がない。
• 速度と力を制限すれば安全になるが、同時にタクトタイムは確実に落ちる。「協働だから速度を落とす→生産性が出ない→誰かが設定を戻す」という骨抜きが、稼働後半年で起きる典型的な失敗である。
• 安全は導入時の一過性の作業ではなく継続する運用である。作業内容を変えたら再評価する、記録を残す、教育を更新する——この3つを運用に組み込めた現場だけが、安全と生産性を両立できる。

協働ロボット（人と同じ空間で作業できるよう設計された産業用ロボット）は、中小規模の現場にも手が届く価格帯になり、導入事例は着実に増えている。設置面積が小さく、ティーチングも比較的容易で、多品種少量の工程に向く。人手不足が構造的になっている現在、有力な選択肢であることは間違いない。

一方で、導入後に「思ったより遅い」「結局柵をつけることになった」「安全担当から止められた」という声も同じくらい聞く。これらはほぼすべて、安全設計を機種選定の後回しにしたことに起因する。本稿は、ロボットを売らない中立の立場から、発注側が自ら判断できるだけの安全設計の考え方を整理したものである。

なお本稿は一般的な考え方を扱うものであり、個別の現場における適合性の判断や法令上の手続きの代替にはならない。実際の導入にあたっては、専門家によるリスクアセスメントと、所轄の労働基準監督署を含む関係者との確認を必ず行っていただきたい。

1. 「協働ロボットだから柵がいらない」という誤解を解く

まず前提を正しておく。国際的な安全規格の体系において、産業用ロボットの安全は「ロボット本体」「ロボットシステム（周辺機器を含めた全体）」「その用途（アプリケーション）」の3つの層で考えられている。協働運転に対応した機能を持つのはロボット本体だが、安全かどうかが決まるのはシステムと用途の層である。

つまり、同じ協働ロボットであっても、

• 軽いワークを低速で扱うなら、柵なしで人と同じ空間で使える可能性がある
• 鋭利なワークを持たせる、あるいは高速で動かすなら、柵や光線式安全装置が必要になる

という違いが出る。機体は同じでも結論が変わるのである。ここを取り違えたまま「協働ロボット＝柵不要」で計画を組むと、リスクアセスメントの結果として安全防護が必要と判明した時点で、レイアウトも予算も組み直しになる。

実務上の教訓は単純である。リスクアセスメントの結論が出る前に、レイアウトと予算を確定させない。要件定義の段階で安全評価を工程に組み込むこと。要件定義全体の進め方は要件定義書のつくり方を参照されたい。

2. 協働運転の方式を選ぶ

協働運転には複数の方式があり、規格上も整理されている。実務では次の4つを押さえておけばよい。

多くの現場が漠然とイメージするのは4つ目の「出力・力の制限」だが、これは最も速度が出ない方式でもある。生産性要求が高い工程では、「速度・間隔の監視」を組み合わせて、人が離れているときは速く、近づいたら遅く、という運転にするほうが現実的な場合が多い。

重要なのは、方式は工程ごとに選ぶという点である。1台のロボットが複数の作業を持つなら、作業ごとに方式が変わることもある。「このセルは全部この方式」と決め打ちすると、どこかに無理が出る。

3. リスクアセスメントの進め方

リスクアセスメントは形式的な書類作業になりがちだが、実質を伴わせるための進め方がある。

ステップ1：作業と状態をすべて洗い出す 通常運転だけを評価するのは不十分である。次の状態をすべて列挙する。

• 通常運転
• 段取り替え・品種切替
• ティーチング・調整
• 清掃・保全
• 異常時の復旧作業（ワークの詰まりを取り除く、など）
• 起動時・停止時

事故は通常運転中よりも、段取り・保全・異常復旧のときに起きやすい。人がロボットに近づく理由があるのはそれらの場面だからである。ここを飛ばした評価は意味をなさない。

ステップ2：危険源を特定する アーム本体だけでなく、次を必ず含める。

• エンドエフェクタ（ハンドの開閉部、爪の形状、吸着解除時の落下）
• ワークそのもの（重量、鋭利さ、温度、内容物）
• 周辺装置（コンベア、位置決め治具、供給機、扉）
• 設置環境（壁や柱との間の挟まれ空間、通路との近さ）
• エネルギー（電気、空気圧、残圧、重力による落下）

現場を見ていて最も多いのは、壁・柱・架台とアームの間にできる挟まれ空間の見落としである。アーム単体では安全でも、固定物との間に人体が入る隙間があれば挟み込みが起きる。レイアウト図の上で、アームの可動範囲と固定物の距離を実寸で確認する。

ステップ3：リスクを見積もり、優先順位をつける 危害のひどさ、発生頻度、回避可能性の3軸で評価するのが一般的である。細かい点数付けよりも、「これは絶対に起きてはいけない」ものを先に潰すという順序を守るほうが実務的な効果は高い。

ステップ4：対策を階層順に打つ 対策には順序がある。

1. 本質安全設計：危険源そのものをなくす（鋭利部をなくす、重量を下げる、可動範囲を機械的に制限する）
2. 安全防護・付加保護方策：柵、光線式安全装置、エリアセンサ、両手操作、非常停止
3. 使用上の情報：作業手順書、表示、教育

上から順に検討する。3番目の「手順書と教育で気をつける」から始めてしまう現場は多いが、それは最後の手段である。手順で守る対策は、人が忙しいときに真っ先に崩れる。

ステップ5：残留リスクを明示して記録する すべてのリスクをゼロにはできない。残ったリスクを文書化し、作業者に伝える。この記録が、後の作業変更時の判断材料になる。

4. 速度と力をどう決めるか——生産性とのトレードオフに正面から向き合う

「出力・力の制限」方式では、接触時の力と圧力が人体に傷害を与えない範囲に収まるよう設定する。人体の部位ごとに許容値が定められており、実務では専用の測定器で実測して確認する。

ここで直視すべきなのは、安全側に振るほど遅くなるという事実である。そして次の失敗が起きる。

1. 安全のために速度を大幅に落として立ち上げる
2. 目標タクトに届かず、生産計画が達成できない
3. 誰かが「少しだけ」設定を戻す
4. 記録も再評価もされないまま、危険な状態で運転が続く

これは現場の規律の問題ではなく、設計段階で生産性要求と安全要求の両立を検証していないことが原因である。防ぐには次を導入前に行う。

• 目標タクトを、安全設定を入れた状態で達成できるか実機またはシミュレーションで検証する
• 達成できないなら、速度を上げるのではなく動作距離を短くする・ワークを軽くする・治具を変えるという方向で解く
• 設定値の変更に承認を要する運用にし、変更したら再評価するルールを明文化する
• 現在の設定値を現場に掲示し、誰でも異常に気づける状態にする

「速度を落とせば安全」で思考停止せず、レイアウトとワーク側で稼ぐという発想に立てるかどうかが、協働ロボット導入の実力差になる。人と機械の作業分担の考え方は人とロボットの作業設計で詳しく扱っている。

5. エンドエフェクタと周辺機器——本当の危険はここにある

協働ロボット本体は、丸みを帯びた形状、力覚センサ、接触検知など、安全に配慮した設計になっている。しかしエンドエフェクタは多くの場合、別途調達または自社製作するものであり、ロボット本体の安全性能とは無関係である。

エンドエフェクタ側の確認項目：

特に非常停止時にワークを落とすかどうかは、必ず確認して設計に織り込む。吸着ハンドはエア断で保持力を失う。真下に人が立ちうるレイアウトなら、それだけで対策が必要になる。

周辺装置についても同様である。協働ロボット自体は安全でも、隣接するコンベアや治具が高速で動いていれば、システム全体としては安全防護が要る。「システム全体で評価する」というのは、この意味である。安全規格の全体像はロボットの安全規格で整理している。

6. 教育と記録——運用に落とし込む

安全は書類を作った時点では完成しない。運用に組み込んで初めて機能する。

教育の対象と内容

しばしば抜けるのが4番目の「周辺で働く人」である。ロボットを操作しない人も同じ空間にいる以上、教育の対象になる。清掃担当、物流担当、来訪者の扱いを決めておく。

記録として残すもの

• リスクアセスメントの実施記録（実施日、参加者、評価内容、対策、残留リスク）
• 安全機能の動作確認記録（定期）
• 速度・力の設定値と、その変更履歴
• 教育の実施記録
• ヒヤリハットと事故の記録

これらは監査対応のためだけではない。作業内容を変えるときに「前回どう評価したか」を参照できることが実務上の価値である。記録がないと毎回ゼロから評価するか、評価を省くかのどちらかになる。

再評価のトリガーを明文化する——次のいずれかが起きたら再評価する、と決めておく。

• ワークの種類・重量・形状が変わった
• エンドエフェクタを変更した
• ロボットの動作プログラムを変更した
• 速度・力の設定を変更した
• レイアウト・周辺機器を変更した
• ヒヤリハットが発生した

定着化の運用設計全般は定着化と運用設計の考え方が応用できる。

7. 導入7工程のどこで安全を扱うか

強調したいのは、②の段階で初期リスクアセスメントを行うという点である。ここを④まで先送りすると、機種もレイアウトも予算も固まった後で「柵が必要」と判明することになる。逆に②で粗くても評価しておけば、選定の比較軸に安全対策コストを含められる。総投資額を正しく比較できるかどうかは、ロボット導入のROIの議論にも直結する。

8. よくある失敗

• 「協働ロボットだから安全」で計画を組んだ：用途とシステムで評価が変わる。要件定義の段階で評価を入れる。
• 通常運転だけを評価した：段取り・保全・異常復旧を必ず含める。事故はそこで起きる。
• エンドエフェクタを評価対象から外した：本体の安全性能とハンドの安全性は別物である。
• 固定物との挟まれ空間を見落とした：レイアウト図上で可動範囲と壁・柱の距離を実寸確認する。
• 速度設定が骨抜きになった：生産性要求との両立を導入前に検証し、設定変更に承認と再評価を要する運用にする。
• 記録がない：作業変更のたびにゼロからか、評価省略かの二択になる。様式を決めて最初から残す。
• 周辺で働く人を教育対象から外した：同じ空間にいる全員が対象である。

まとめ

協働ロボットの価値は、柵をなくすことではなく、人と機械が近い距離で分担して働ける柔軟な工程をつくれることにある。その価値を実際に取り出すには、機種選定の前に、どの作業をどの方式で協働させるのか、どんな危険源があるのか、生産性要求と安全要求が両立するのかを、発注側自身が言語化しておく必要がある。

安全設計はコストではなく、稼働後に止まらないための投資である。導入時に手を抜いた分は、稼働後の停止・手戻り・設定の骨抜きという形で必ず返ってくる。

RobiZyは、ユーザー企業・ロボットメーカー・SIer・運用事業者・自治体・大学が同じテーブルに着く会員組織である。協働ロボットの安全設計は、一社の努力では答えが出にくく、実際にやってみた現場の知見と、規格・技術の側の知見が交わる場が要る。RobiZyの正会員としてご参加いただければ、こうした実務の論点を持ち寄り、他社の失敗と成功に触れながら、自社の判断基準を育てていただける。人と機械が安全に働く現場のつくり方を、業界横断で一緒に磨いていきたい。