高精度ヒューマノイドロボットの制御には、どのようなロボット関節モジュールを選ぶべきでしょうか？

2026年、数十社のヒューマノイドロボットメーカーと技術的な話し合いを重ねる中で、私にはあることがますます明確になってきました。多くの企業は、歩行や基本的な動作ができるヒューマノイドロボットを開発しているだけではありません。日常生活や産業現場で人々を実際に支える、繊細で実用的な作業をこなせるヒューマノイドロボットの開発を目指しているのです。

皆様、こんにちは。HONPINEで技術ディレクターを務めるTheodore Liです。

本日は、動くだけにとどまらないヒューマノイドロボット向けに設計されたハーモニック関節モジュールをご紹介します。高精度な位置決め、正確な力制御、安定した動作が求められる実作業を担うロボットには、HONPINEHAGハーモニック関節モジュールをお勧めします。

HONPINE HAGハーモニック関節モジュールの5つの主な特長

1. 高い位置決め精度と優れたトルク制御

人間のような精密な動作を実現する基盤

ヒューマノイドロボットには、組み立て、物体の操作、把持、歩行などの複雑な作業が求められます。こうした用途では、関節の位置決め精度と動作制御に極めて高い性能が必要です。

HONPINEHAGハーモニック関節モジュールは、高精度な動作制御を支える以下の特長を備えています。

デュアル絶対値エンコーダー：全モデルに20ビット単回転絶対値エンコーダー（1回転あたり1,048,576カウント）と12ビット多回転絶対値エンコーダーを搭載し、BiSS-C通信プロトコルに対応しています。

高い位置決め精度：一方向位置決め精度は≤45 arcsec、繰り返し精度は≤10 arcsecに達します。これらの仕様により、複雑な作業において、ヒューマノイドロボットの微細な動作調整と、より安定した位置決めを実現できます。

トルクセンサー（オプション）：製品仕様によると、HAGシリーズはトルクセンサーの内蔵オプション（Tサフィックス）に対応しています。測定範囲は25 N·m～500 N·mで、非直線性は最小0.5%です。

これにより、コンプライアント制御、力覚フィードバック、衝突検知など、トルクに基づく制御方式が可能になります。これらは、人とロボットのより安全な協働や、繊細な操作作業に欠かせません。

高いねじり剛性：HAG-40などの大型モデルは、最大18.6 × 10⁴ N·m/radのねじり剛性を備えています。高いねじり剛性は、負荷による変形を抑え、不要な振動を低減し、動作の安定性とエンドエフェクターの位置決め精度を維持するのに役立ちます。

2. 高トルク密度と優れた過負荷能力

ヒューマノイドロボットの厳しい出力要件に対応

股関節や膝関節には、ジャンプ、階段の昇降、立ち上がり、転倒後の復帰といった負荷の大きい動作を支える十分なトルクが必要です。一方、ヒューマノイドロボットでは設置スペースとバッテリー容量が限られているため、トルク密度と総重量も重要な設計要素となります。

HONPINE HAGシリーズは、さまざまな関節要件に対応する幅広いトルク範囲を提供します。

幅広いトルク範囲：ピークトルクが11.4～18 N·mのHAG-11から、ピークトルク最大800 N·m、定格トルク557 N·mのHAG-40まで、HAGシリーズはヒューマノイドロボットの多様な関節用途に対応します。

ロボットの機械設計と負荷要件に応じて、小型モデルは手首や腕の関節に、大型モデルは肩、股関節、膝など、より高負荷の関節に適しています。

高い短時間過負荷能力：ヒューマノイドロボットは、動的な動作中に一時的な高負荷状態に頻繁に直面します。たとえば、HAG-25の定格トルク範囲は48～115 N·m、ピークトルク範囲は86～203 N·mです。

この短時間の追加トルク能力は、ジャンプ、急加速、転倒後の復帰など、負荷の大きい動作を支えます。

3. 中空軸配線に対応したコンパクトで軽量な設計

ヒューマノイドロボット内部の限られたスペースに最適化

ヒューマノイドロボットの内部レイアウトには厳しい制約があります。すべての部品を慎重に配置する必要があり、過剰な重量はバッテリー駆動時間、動的性能、総合的なエネルギー効率に直接影響します。

HAGハーモニック関節モジュールは、一体型アーキテクチャと中空軸設計によって、こうした課題に対応します。

中空軸配線：HAGシリーズは、内部配線用のセンタースルーホールを備えています。たとえば、HAG-20のセンターボア径はΦ16.8 mm、HAG-40はΦ28 mmです。

電源ケーブルや通信線などの必要な配線を関節の中心に通すことができるため、内部配線の整理が容易になり、外部配線による干渉、屈曲、摩耗の低減に役立ちます。

軽量で高集積な構造：HAGは、フレームレス・トルクモーター、ハーモニック減速機、ドライバーボード、電磁ブレーキ（オプション）をコンパクトな関節ユニットに統合しています。

HAG-20を例にすると、ブレーキを取り付けた状態でも総重量はわずか1.63 kgです。このコンパクトな構造は、設置スペースと重量が大きな制約となるヒューマノイドロボットの設計に適しています。

4. 優れた動的応答性と通信互換性

応答性の高い動作とシームレスなシステム統合を支援

ヒューマノイドロボットは、指令、外力、環境条件の変化に応じて、関節の動きを継続的に調整する必要があります。そのため、関節モジュールには、応答性の高い動作性能と信頼性の高い通信インターフェースが求められます。

高速動作：HAG-14などの小型モデルは最高速度98 rpmに達し、歩行や腕の素早い動きなど、比較的高速な関節動作を要する用途を支えます。

産業用通信プロトコル：HAGシリーズはCANopenおよびEtherCAT通信プロトコルに対応しており、さまざまなロボット制御アーキテクチャへの関節モジュールの統合を容易にします。

STO安全機能を内蔵：HAGにはSafe Torque Off（STO）機能も搭載されています。適切な安全制御システムによって作動すると、STOはモーターのトルク発生を無効化し、緊急時やシステム障害時のリスク低減に役立ちます。

STOは機械ブレーキを提供する機能ではなく、関節を機械的にロックするものでもありません。電源喪失後も位置を保持する必要がある用途では、電磁ブレーキのオプションもご検討ください。

5. 高い構造剛性と信頼性の高い機械設計

厳しい動作条件下でも関節の安定性を維持

ヒューマノイドロボットの関節には、歩行、起立、持ち上げ動作などの動的な動きの中で、複雑な力が加わります。関節モジュールには、トルクを伝達するだけでなく、外部からの曲げモーメントに耐え、構造的な安定性を維持することも求められます。

高い傾き剛性：HAGの大型モデルは高い傾き剛性を備えています。たとえば、HAG-40は175 × 10⁴ N·m/radに達し、ロボットの動作や外部負荷によって生じる曲げモーメントへの関節の耐性を高めます。

構造変形がロボットの動作精度や安定性に影響するため、これは股関節や膝関節などの荷重を支える関節で特に重要です。

電磁ブレーキ（オプション）：HAGシリーズではブレーキ構成をオプションで選択できます。モーターが駆動していないときに立位姿勢を維持したり、関節の位置を保持したりする必要があるヒューマノイドロボットでは、電磁ブレーキによって機械的な保持能力を補うことができます。

これは、停電時や待機中にも関節位置の保持が重要な設計要件となる用途で、特に有効です。

HONPINE HAGハーモニック関節モジュールは、貴社のヒューマノイドロボットに適していますか？

基本動作の実演にとどまらず、実環境での作業を行うヒューマノイドロボットを開発している場合、関節モジュールの選定は慎重に検討する必要があります。

位置決め精度、トルク制御、過負荷能力、構造剛性、動的応答性、システム統合性は、いずれもロボットが複雑な作業を安定して遂行できるかどうかに影響します。

HONPINEHAGハーモニック関節モジュールは、ハーモニック減速機、フレームレス・トルクモーター、統合駆動電子機器、絶対値エンコーダーに加え、トルクセンシングとブレーキのオプション機能を、コンパクトな関節ソリューションに統合しています。

高精度な動作制御と信頼性の高い関節性能が求められるヒューマノイドロボットを開発中の方は、HONPINEまでお問い合わせください。HAGハーモニック関節モジュールのデータシートをご請求いただき、エンジニアリングチームに用途の要件をご相談いただけます。