AGVおよびヒューマノイドロボットのアーム,胴体,頭部,脚部向けロボット関節モジュールの選定方法

ロボットAGVプラットフォーム、昇降脚、折りたたみ脚、胴体、頭部、そして双腕は、それぞれ異なる機能要件を持っています。したがって、それに応じて異なるタイプのハーモニックギア関節モジュールおよび遊星関節モジュールを選定する必要があります。

本記事では、各ロボットサブシステムに最も適した関節モジュールの選び方を解説します。

異なるロボットサブシステムにはどのような機能要件がありますか?

1) 双腕 (肩、肘、手首)

主な要件:

低バックラッシュ、低摩擦 (力制御およびティーチングのため)、高トルク密度、軽量設計、ケーブル配線対応 (中空軸または側面引き出し)、および低騒音。

重大なリスク:

定格トルク不足は過熱を引き起こす可能性があります

バックラッシュと摩擦は力制御の不安定化につながります

繰り返し精度の低さと剛性不足は、エンドエフェクタの振動や位置ずれを引き起こす可能性があります

2) 胴体 (腰部ヨー / ピッチ / ロール、胸部回転)

主な要件:

高い軸方向および半径方向の負荷容量、構造剛性、熱安定性、ならびに優れた耐衝撃性。

重大なリスク:

腰部関節は上半身と双腕の合成荷重およびモーメントを受けるため、極めて高い構造強度と堅牢な出力軸受システムが求められます。

3) 頭部 (ジンバル / センサー回転ユニット)

主な要件:

小型化、低騒音、低振動、および精密制御のための滑らかな低速動作。

重大なリスク:

モーターのコギングトルクとエンコーダノイズは微小振動を引き起こす可能性があります

電磁干渉またはケーブル干渉は、カメラやIMUなどの高精度センサーに影響を与える可能性があります

4) 下肢

A. 昇降脚 (伸縮、支持、姿勢調整)

代表的な実装:

ボールねじシステム、ベルト駆動昇降システム、ラックアンドピニオン機構、またはシザーリフト構造などの電動アクチュエータ。回転関節モジュールは主に補助駆動または姿勢調整に使用されます。

主な要件:

信頼性の高いセルフロック / ブレーキ、耐衝撃性、長寿命、高い伝達効率、IP保護、高い低速トルク、および長期的な熱安定性。

B. 折りたたみ脚 (股関節、膝関節、足首関節)

主な要件:

高ピークトルク、優れた耐衝撃性、高い構造剛性、低バックラッシュ、信頼性の高いブレーキ / 保持機構、および過負荷保護。

モジュール要件:

これらの関節は主要な荷重支持関節に近いため、構造強度、軸受システム設計、および出力インターフェースの堅牢性に特に注力する必要があります。

2,異なるロボットサブシステム向けの関節モジュールをどのように選定するか?

双腕 (肩 / 肘 / 手首)

アーム関節 (肩 & 肘)

アーム関節には、高いトルク密度、精密なモーション制御、そして信頼性の高い力制御能力が求められます。また、軽量構造であり、統合センサーを通じて人間–ロボット相互作用に対応する必要があります。

高いトルク密度により精密なモーション制御を実現

統合トルクセンサーが力制御と人間–ロボット相互作用をサポート

軽量でコンパクトな設計はロボットアーム最適化に不可欠です

推奨ソリューション:

肩関節および肘関節にはTCHLハーモニックギアモーターを推奨します。

胴体 (腰部関節)

胴体 (腰部関節) は、上半身全体と双腕を支えるため、高い構造剛性、高トルク出力、および優れた荷重支持能力が求められます。ケーブル配線とシステム統合も重要です。

大径中空構造により内部ケーブル配線と統合が可能

高トルク出力により上半身を安定して支持

高い構造剛性によりシステム全体の安定性を向上

推奨ソリューション:

ロボット胴体 (腰部) にはHPJMハーモニック関節モーターが最適です。

頭部モジュール

頭部関節には、小型化、低振動、そして滑らかなモーション制御が求められ、特にビジョンとセンサーの安定性にとって重要です。

低騒音動作によりセンサーの安定性を確保

最小限の振動により画像処理および認識精度を向上

滑らかな低速動作により高精度位置決めを実現

推奨ソリューション:

コンパクトなTCHLハーモニック関節モジュール

昇降脚

昇降脚には、姿勢調整と支持のために、高い負荷容量、信頼性の高い垂直運動、長寿命、および優れた耐衝撃性が求められます。

連続運転下での高い負荷信頼性

動的動作に対応する優れた耐衝撃性

高効率と長寿命

駆動システムには、設計に応じてリニアまたは回転ソリューションが含まれる場合があります。

推奨ソリューション:

電動シリンダー

ボールねじ式リニアアクチュエータ

HPJMハーモニック関節モーター

今後発売予定のHPJM遊星関節モーター

折りたたみ脚 (股関節 & 膝関節)

股関節と膝関節は、移動時の主要な荷重支持関節であるため、極めて高いピークトルク、高い構造剛性、および優れた耐衝撃性が求められます。

動的動作のための高ピークトルク

荷重支持のための高い構造剛性

信頼性の高いブレーキまたは保持能力

歩行および走行条件に対応する優れた耐衝撃性

推奨ソリューション:

高負荷脚関節にはHPJMハーモニック関節モーター が最適な選択です。

ロボット関節選定原則のまとめ

ロボット関節モジュールの選定は、以下の主要なエンジニアリング要素に基づいて行う必要があります:トルク要件、精度要件、耐衝撃性、制御戦略 (力制御 vs 位置制御)、構造スペースの制約、コスト最適化

関節モジュールの詳細な選定ガイダンスおよびカスタマイズされたロボットソリューションについては、お気軽にお問い合わせください。

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