産業用ロボットにおいてサーボモーターはどのような役割を果たしているのでしょうか？
おい！産業用ロボット分野で長年の経験を持つ技術コンサルタントとして、私は毎日クライアントから次のような質問を受けます。サーボモーター「産業用ロボットがこれほど正確に部品を掴むことができるのは一体なぜなのでしょうか?」
実際には、サーボ モーターは産業用ロボットの「筋肉と神経」です。{0}これがなければ、ロボットはただの動かない鋼鉄の山にすぎません。間違ったものを選択すると、ロボットが遅くなります。実際のところ、サーボ モーターは産業用ロボットの「筋肉と神経」として機能します-サーボ モーターがなければ、ロボットはただの動かない鉄の山です。間違ったモーターを選択すると、ロボットの動きが鈍くなったり、精度が落ちたりします。今日は、クライアントがモーターを選択して問題を解決するのを支援するために私が使用する実際のプロセスに従って、産業用ロボットにおけるサーボ モーターの中心的な役割とサーボ モーターの選択方法を段階的に説明します。 「記事構成1」フレームワークを活用した最適な「ロボット筋肉」。
ステップ 1: 理解のための 8 ステップの実践ガイドサーボモーター役割
まず、「産業用ロボット プロジェクトの要件」を明確にします。-ロボットが何をしなければならないかを知ることで、サーボ モーターが何を達成しなければならないかが明らかになります。
サーボ モーターの役割を理解するには、まず産業用ロボットが「重労働」を実行するのか、それとも「精密な作業」を実行するのかを判断する必要があります。これは、サーボ モーターの責任を直接決定するためです。
あなたのロボットの「タイプ」は何ですか?
組み立てロボットには正確な「ピック アンド プレイス」操作が必要であり、「穏やかでありながら正確な動作制御」が可能なサーボ モーターが必要です。--マテリアルハンドリングロボットは重い荷物（50-200kg）を移動する必要があり、サーボモーターが「高出力」を提供する必要があります。-溶接ロボットには安定した「パストラッキング」が必要であり、「一定の速度と偏差のない動作」を保証するサーボモーターが必要です。
かつてクライアントは、次の方法を使用して携帯電話の部品組み立てロボットを構築しました。サーボモーターマテリアルハンドリングロボットから。モーターが過剰な電力を供給し、過度に力強い動きを引き起こして部品を損傷しました。低電力-高精度-サーボ モーターに切り替えた後、把握精度は ±0.1 mm から ±0.02 mm に向上し、部品の廃棄率が 80% 減少しました。
ロボットに精度が必要ですか?
エレクトロニクス分野のチップ実装ロボットでは±0.005mmの位置精度が要求され、高い要求が得られます。サーボモーター「ミクロンレベルの位置フィードバック」を備えています。-自動車溶接ロボットは±0.1mmの精度しか必要としないため、モーターの精度要件は比較的低くなります。精度を高めるには、より高度なサーボ モーターの「フィードバック システム」が必要となり、コストが 30% ～ 50% 増加します。実際のニーズに基づいて選択してください。
ステップ 2: を評価するサーボモーター材料特性」- 材料はモーターの「耐久性」と「適切な用途」を決定します
サーボモーターの材質はロボットの「筋肉構成」のようなもので、動作環境や耐久性に直接影響します。 2 つの中心的な要素が重要です。
モーターステーター/ローター材質
主流は「珪素鋼板＋銅線」の組み合わせ。珪素鋼板の透磁率が高いとモーターの「電力変換効率」が高まり、発熱が抑えられます。高純度の銅線により導電性が向上し、より安定した出力が保証されます。
不純物レベルの高い低グレードのシリコン鋼板や銅線は避けてください。-以前のクライアントは、標準以下の透磁率のシリコン鋼板を使用した安価なモーターを使用していたため、動作中に深刻な過熱（温度が 80 度を超える）を引き起こしていました。 3ヶ月も経たないうちにモーターが焼き切れてしまいました。高品質の素材を使用したモーターに切り替えた後、6 か月間連続運転しても温度は 60 度未満に維持されました。-
モーターハウジングの材質
アルミ合金筐体は軽量で放熱性に優れており、ロボットや小型仕分けロボットに最適です。鋳鉄よりも 40% 軽く、放熱効率が 20% 高くなります。鋳鉄ハウジングは高い強度と耐衝撃性を備えており、衝突や振動に耐えることができるマテリアル ハンドリング ロボットや頑丈な溶接ロボットに最適です。-
湿気の多い環境や腐食性の環境では、モーターの錆を防ぐためにステンレス鋼ハウジング (304 グレード) を選択してください。標準のアルミニウム合金ハウジングは湿った状態では 1 年以内に酸化しますが、ステンレス鋼ハウジングは 5 年以上耐久します。
湿気の多い環境や腐食性の環境では、モーターの錆を防ぐためにステンレス鋼ハウジング (304 グレード) を選択してください。標準のアルミニウム合金ハウジングは湿った状態では 1 年以内に酸化しますが、ステンレス鋼ハウジングは 5 年以上耐久します。
ステップ 3: 「」にチェックを入れます。サーボモーターパラメータと寸法" - パラメータが一致しない場合、最も強力なモーターであっても役に立ちません。
サーボモーターのパラメータと寸法は、ロボットの「関節」と完全に一致する必要があります。それ以外の場合は、「小さな馬が大きな荷車を引く」または「大きな馬が小さな荷車を引く」ようなものです。次の 3 つの核となる要素が重要です。
定格トルク/ピークトルク
定格トルクはロボットの「連続的な操作力」を維持する必要があり、ピークトルクは「瞬間的なバースト」に対応します。定格トルクが不十分な場合、モーターは長時間の「過負荷動作」を強いられ、摩耗が加速されます。ピークトルクが不十分だと、部品を掴むときにロボットが「グリップを失う」原因になります。
定格速度・最高速度
定格速度はロボット ジョイントの「通常の動作速度」と一致する必要があり、最大速度は「急速な動作調整」に対応する必要があります。速度が高すぎると、モーターの騒音とエネルギー消費が増加します。
モーター取付寸法
ロボットジョイントの取付スペースは限られており、モーターの「フランジ寸法」「軸径」「長さ」を正確に合わせる必要があります。ジョイントのフランジ取付予約穴が80mm×80mmの場合は、80mmフランジモータを選定してください。
予約済みのシャフト直径が 15 mm の場合、モーター シャフトは 15 mm で、許容誤差が 0.02 mm を超えないようにする必要があります。-そうしないと、取り付け後に取り付けられなかったり、ぐらついたりします。以前、お客様は必要なフランジよりも 5mm 大きいフランジを備えたモーターを購入されました。無理に削って取り付けたところ、モーターの同心度が大きくずれてしまい、ロボット動作時に激しい振動が発生してしまいました。この問題は、正しい寸法のモーターに交換した後にのみ解決されました。
ステップ 4: を評価するサーボモーター精度とパフォーマンス」- 精度はロボットの「動作精度」を決定します
サーボモーターの精度と性能は、産業用ロボットの「動作品質」に直接影響を与え、次の 2 つの重要な側面に焦点を当てます。
位置決め精度と再現性
位置決め精度は「エンコーダ」に依存します。
- 17ビットエンコーダを搭載したモータは位置決め精度±0.001mmを実現し、チップ組立ロボットに最適です。
- 13- ビット エンコーダを備えたモーターは ±0.01 mm の精度を実現し、自動車部品を扱うロボットに最適です。再現性は±0.005mm以下（高精度アプリケーション）または±0.05mm以下（標準アプリケーション）でなければなりません。そうしないと、ロボットの動作にずれが生じ、部品の組み立てにずれが生じます。
動的応答速度
モーターが「指示を受けてからどれだけ早くコマンドを実行するか」を指します。応答時間が短縮されると、より機敏なロボットの動作が可能になります。溶接ロボットは溶接シームの軌道を追跡する必要があります。応答が遅いと溶接の位置ずれが発生します。仕分けロボットは、グリップ位置を迅速に切り替える必要があります。応答が遅れると部分が見逃されます。以前のクライアントの仕分けロボットは、0.005 秒のモーター応答時間で動作し、100 個/分の仕分け効率を実現していました。 0.001秒応答モーターに更新後、効率は150個/分に向上しました。
ステップ 5: 「」を検討します。サーボモーター取り付けと互換性」 - 取り付けが不適切または互換性がない場合、モーターが使用できなくなります。
サーボモーターはロボットの「関節構造」や「制御システム」と完全に一致している必要があり、そうでない場合は「取り付けられない」「使用できない」などの問題が発生する可能性があります。
取付方法
一般的なオプションには、「フランジ取り付け」(フランジを介してロボット ジョイントにモーターを固定) と「シャフト端取り付け」(モーター シャフトをジョイント減速機に直接接続) があります。{0}}関節構造に応じて選択してください。
取り付けの際、「同心度」を確認してください。-モーター シャフトとジョイント レデューサー間の同軸度は 0.01 mm 以下である必要があります。モーターの負荷が大きくなり、振動や騒音の原因となります。あるクライアントでは、0.03mm の位置ずれにより騒音レベルが 60dB から 85dB に上昇しました。キャリブレーションにより 65dB に減少しました。
制御システムの互換性
のサーボモーターロボットの「コントローラー」と通信する必要があり、サポートされている通信プロトコルが一致する必要があります。プロトコルの互換性がないため、モーターをコントローラーに接続できず、コマンドの受信がブロックされます。接続されている場合でも、「コマンド遅延」が発生し、モーションの精度が損なわれる可能性があります。以前のクライアントは、EtherCAT プロトコルをサポートしていないモーターを使用しており、ロボットを手動で制御する必要がありました。適合モーターに交換することで自動運転が可能になりました。
ステップ 6: 「産業用ロボットの動作環境」への適応 - 過酷な条件には「保護具」が必要
産業用ロボットは多様な環境で動作し、それに応じた「保護機能」が求められます。サーボモーター失敗を防ぐには:
High-Temperature Environments (>40度）
たとえば、自動車の溶接工場や乾燥装置の近くにあるロボットには、少なくともクラス H (180 度の公差) 定格の巻線絶縁を備えた「高温耐性モデル」が必要であり、冷却ファンやヒートシンクで補助されています。標準モータ (クラス B 絶縁、130 度の定格) は、高温環境では 1 か月以内に絶縁劣化が発生しますが、高-耐熱-モータは 2 年以上動作します。
湿気や粉塵の多い環境
食品加工作業場（湿気や水の影響を受けやすい）や鉱山選別作業場（粉塵の多い）で動作するロボットには、IP65 保護等級（防塵および防水）を備えたモーターが必要です。{0} IP54 保護を備えたモーターでは、湿気の多い環境では水が浸入し、粉塵の多い環境では粉塵が侵入し、モーターの短絡や磨耗につながります。 IP54 モーターを使用した以前のクライアントの食品ロボットは、水の浸入により 3 か月以内に焼損してしまいました。 IP65のモーターに交換後、1年間は問題なく動作しました。
振動環境
スタンピングまたは鍛造工場のロボットは、高振動機器の近くで動作します。サーボモーター「耐振動設計」を備え、IEC 60034-14 の 3M 振動定格（5.88 m/s² の加速度を許容）を満たしている必要があります。{0}そうしないと、内部コンポーネントが緩み、精度や寿命が損なわれる可能性があります。
ステップ 7: を確認します。サーボモーター品質と認証」- 標準以下のモーターはロボット全体を損なう可能性があります
市販されているサーボ モーターの中には、安価ではありますが、製造が不十分なものもあります。選択するときは、落とし穴を避けるために 2 つの重要なポイントに注目してください。
品質検査と寿命試験
信頼できるメーカーが「寿命試験」と「負荷試験」（定格トルク120％で100時間運転）を実施し、試験報告書を提供しています。標準以下のモーターはテストを受けていないため、わずか数百時間後に故障する可能性があります。メーカーにテスト レポートをリクエストするか、サンプルに対して短期間の動作テストを実施します。-
業界認証
ヨーロッパに輸出されるロボットには、CE 認証 (EU の安全基準を満たす) を取得したモーターが必要です。医療や食品産業で使用されるロボットには、FDA 認定 (衛生基準を満たしている) のモーターが必要です。家庭用産業用ロボットにはCCC認証を取得したモーターが必要です。認証のないモーターは安全性または環境要件を満たしていない可能性があり、プロジェクトの受け入れに関する問題が発生する可能性があります。以前のクライアントのヨーロッパ向けロボットは、-CE- 認定されていないモーターを使用していたために税関で保留されました。この問題は認定モーターを調達した後でのみ解決され、プロジェクトは 3 か月遅れました。
ステップ 8: 「管理」サーボモーターコスト" - コスト-効果は高価格を上回る
コストを最後に考慮しますが、購入価格のみに焦点を当てるのではなく、「長期的な総コスト」を計算します。-
短期使用（1～2 年、一時的なプロジェクト）-
1 台あたり 2,000-3,000 円の経済的なモーターをお選びください。輸入されたハイエンドモーター (国産モーターの 3 ～ 5 倍のコスト) を必要とせずに、基本的な要件を満たします。
長期使用（3+年、主要生産ライン）
ユニットあたり 4,000～6,000 円のミッド---}ハイエンド モーター（15- ビット エンコーダー、IP65 保護、高級素材）を選択してください。前払い金は高くなりますが、寿命が長く (5 ～ 8 年)、故障率が低く (1%/年以下)、メンテナンスコストが削減されます。たとえば、国産のハイエンドモーターを使用しているクライアントの主要な組立ラインは、3 年間完璧に稼働しています。-一方、低価格モーターを使用すると、1回あたり1,000円の修理が年に2～3回必要となり、3年間のトータルコストが高くなります。
まとめ買いでさらにお得
一度に 10 個以上のユニットを購入すると、メーカーと 10%-15% の割引交渉が可能になります。長期的なパートナーシップにより、「無料のアフターセールス メンテナンス」や「優先供給」などの追加サービスを確保でき、コストをさらに削減できます。-ある顧客は以前、年間 100 個のモーターを購入し、15% の割引と無料のオンサイト修理を受けて、年間約 100,000 円を節約していました。
結論：サーボモーターs - 産業用ロボットの「核となる動力源と精密な頭脳」
要約すると、サーボ モーターは産業用ロボットにおいて 2 つの重要な役割を果たします。まず、「電力供給者」として、サーボ モーターは筋肉のようなロボットの関節の動きを駆動し、さまざまな負荷と速度の要件に対応します。 2 番目に、「精密コントローラ」としてコマンドを受信し、ニューラルな精度でコマンドを実行し、ロボットの動作の精度と安定性を確保します。{1}}
サーボ モーターを選択するときは、「輸入」または「ハイエンド」のオプションを盲目的に追求しないでください。{0}}重要なのは「要件への適合」です。-ロボットのタイプ、負荷、精度、環境要件に基づいて適切な材料、パラメータ、保護等級を選択し、コスト予算を考慮して最も費用対効果の高いモーターを見つけます。-選択方法がわからない場合は、いつでも専門のサプライヤーにご相談ください。ロボットの特定の要件を提供して、カスタマイズされた推奨事項を受け取ります。
お問い合わせ
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