ジョイントモジュールがロボットの"Power Heart"と呼ばれる理由

ロボット関節は、ロボットの機械構造を構成する最も基本的なコンポーネントの一つです。ロボットのすべての動作は、システム全体を構成する連結ロッドと関節によって実現されます。ロボット関節の性能は、関節剛性、ヒステリシス、位置決め精度、速度、運転中の騒音、その他の性能指標など、ロボット全体の性能に直接影響します。

ロボット関節モジュールは、駆動、伝達、センシング、制御を統合した精密部品です。その機能は生物の筋骨格系に似ており、ロボットの各種関節や部品の動作を駆動・制御する役割を担います。動力はモーターによって供給され、減速機によって速度が変更されトルクが増大した後、エンコーダーが位置情報のフィードバックを提供し、最終的にドライバーが高精度な制御を実現します。この記事では、ロボット関節モジュールについて一緒に理解を深めていきます。

関節モジュールの構成と機能

磁気電気式エンコーダー: 

主な構成は、読み取りヘッド基板と磁気グリッドです。磁気グリッドには小さな磁極が刻まれており、ディスクが回転するとセンサーが磁場の変化を検出します。読み取りヘッド基板のチップには、電圧変化を感知するホール効果デバイス、または磁場変化を感知する磁気抵抗デバイスを使用できます。信号は必要に応じて逓倍、分周、または補間され、測定目的を達成するための所定の出力を生成します。

光電式エンコーダー:

光源、光学コードディスク、および感光素子で構成されています。グレーティングは実際には透明線と不透明線が刻まれたディスクです。感光素子が受け取る光束は、透明線に同期して変化します。感光素子の出力波形は整形され、パルス信号になります。1回転ごとに1つのパルスが出力されます。パルスの変化に応じて、装置の変位を正確に測定・制御し、装置の現在速度を反映することができます。

インクリメンタルエンコーダー:

インクリメンタルエンコーダーは、光電変換の原理を直接利用して、A、B、Z相の3組の方形波パルスを出力します。AパルスとBパルスの位相差は90°であるため、回転方向を容易に判定でき、Z相は1回転あたり1パルスで、基準点位置決めに使用されます。その利点は、原理と構造がシンプルで、平均機械寿命が数万時間を超え、耐干渉性が高く、信頼性が高く、長距離伝送に適していることです。欠点は、軸回転の絶対位置情報を出力できないことです。

アブソリュートエンコーダー:

アブソリュートエンコーダーは、デジタルデータを直接出力するセンサーです。その円形コードディスク上には、半径方向に沿って複数の同心コードトラックがあります。各トラックは、光を通すセクターと光を通さないセクターで構成されています。隣接するコードトラックのセクター数は2倍になります。コードディスク上のコードトラック数は、その2進数のビット数に相当します。コードディスクの一方の側には光源があり、もう一方の側には各コードトラックに対応する感光素子があります。コードディスクが異なる位置にあるとき、各感光素子は照射されているかどうかに応じて対応するレベル信号を変換し、2進数を形成します。このエンコーダーの特徴は、カウンターを必要とせず、回転軸の任意の位置でその位置に対応する固定デジタルコードを読み取れることです。明らかに、コードトラックが多いほど精度は高くなります。

DCドライブと温度センサー

DCドライブはモーター電圧を変更してブラシレスDCの速度を制御できます。

(モーターの回転を制御)

温度センサーは温度を感知し、それを利用可能な出力信号に変換できます。

(現在の温度フィードバックを収集)

サーボドライブモジュール:

関節モジュールの統合研究開発によって設計・製造された高性能、コンパクト、フルデジタルの汎用サーボドライブは、協働ロボットに求められる高精度、スムーズな動作、高速応答、およびトルク制御の要件を十分に満たすことができます。協働ロボット、外骨格ロボット、医療機器、自動化設備などの高精度な作業シーンに適しています。

(トルク、電流、および絶対位置でモーター回転を制御)

ブレーキリテーナー:

保持ブレーキは電磁装置であり、電磁石、ブレーキパッド、プレッシャープレート、およびばねで構成されています。モーターの運転が停止すると、電磁石が励磁されて磁場を発生し、ブレーキパッドを引き寄せてプレッシャープレートに接触させます。同時に、プレッシャープレートがばねを圧縮し、ブレーキパッドとモーターローターの間に摩擦を生じさせることで、モーターの位置を保持します。

フレームレストルクモーター:

トルクモーターは、モーターが低速時、さらには停止状態(つまり、ローターが回転できない状態)でも、モーターに損傷を与えることなく連続運転できます。この動作モードでは、モーターは負荷に対して安定したトルクを提供できます(そのためトルクモーターと呼ばれます)。トルクモーターは、運転方向と反対方向のトルク(制動トルク)も提供できます。トルクモーターのシャフトは、一定出力ではなく一定トルクで出力します。

トルクセンサー:

トルクセンサーは、トルクトランスデューサーまたはトルクメーターとも呼ばれ、動的と静的の2種類に分けられます。動的トルクセンサーは、トルクセンサー、トルク速度センサー、非接触トルクセンサー、回転トルクセンサーなどとも呼ばれます。トルクセンサーは、各種回転または非回転機械部品に加わるねじりトルクを検出する装置です。

各種トルク、速度、および機械出力を測定するための精密測定機器です

(モータートルクの測定に使用され、通常は代わりにインクリメンタルエンコーダーおよびアブソリュートエンコーダーを使用)

ハーモニック減速機:

ハーモニックギア減速機は、固定内歯車、フレックススプライン(すなわち、基部が従動軸に接続された弾性薄肉スリーブであり、"フレックススプラインの始点の母線上に歯車リングを形成する")、およびフレックススプラインに半径方向の変形を生じさせるウェーブジェネレーターの3つの基本部品で構成される減速装置です。

(異なる減速比によってモーターの運転速度を低下させる)

関節モジュールの利点は何ですか?

モジュール化

統合関節モジュールは通常、モジュール設計を採用しており、多自由度ロボットアームやサービスロボットの骨格を構築するために自由に組み合わせることができます。

構築期間の短縮とコスト削減

機械選定および組立にかかる人員投入と時間投資を削減します。包括的なサプライチェーン管理と品質管理コストを簡素化しながら、ロボットの研究開発および生産サイクルを短縮します。

機能拡張

追加のセンサーデバイスを統合することで、高精度な運動協調を強化し、動作の安全性を確保できます。

量産

標準化された生産システムを構築することで、コスト削減に役立ちます。標準化された品質管理および検査システムを導入することで、ロボット関節の品質の一貫性を確保できます。

関節モジュールの未来はどこへ向かうのでしょうか?

メカトロニクス関節の開発史は、1988年にカーネギーメロン大学がNASA向けに世界初のメカトロニクス関節プロトタイプを開発して以来、まだ数十年しかありません。

現在、関節モジュールは次の分野で成功裏に応用されています:航空宇宙,自動包装機械,産業用レーザー切断システム,産業用ロボット自動化部品,医療用ロボット機器,計測・試験装置,メディアおよび通信機器,移動型ヒューマノイドロボット,光学機器および望遠鏡,太陽光発電システム,PCB製造,半導体生産 人工知能、ロボティクス、デジタル技術は、世界の職場安全衛生基準を変革しています。

これらの技術は、危険作業の自動化,物流の最適化,監視能力の強化によって作業者の福利厚生を向上させます 関節モジュールの将来の発展は、新たな応用分野とともに拡大し、次の分野でのカスタマイズを支援します:材料,構造設計,精度レベル

HONPINEは、お客様に包括的なサービスとソリューションを提供することに尽力しています。