空気圧式ロボット関節とサーボ制御式ロボット関節の違いは何ですか？

のサプライヤーとしてロボットの関節, 私は近年、ロボットの関節技術が急速に進化しているのを目の当たりにしてきました。ロボットのジョイントには、空気圧ジョイントとサーボ制御ジョイントの 2 つの主要なタイプがあります。このブログでは、ロボット アプリケーションに適切なジョイントを選択する際に、情報に基づいた決定を下すのに役立つこれら 2 つのタイプの違いについて説明します。

1. 動作原理

空気圧ロボットジョイント

空気圧ジョイントは圧縮空気の原理で動作します。圧縮空気はリザーバーに蓄えられ、シリンダーやダイヤフラムなどの空気圧アクチュエーターに放出されます。圧縮空気がアクチュエータに入ると、ピストンまたはダイヤフラムを動かす力が発生し、その結果、ジョイントが動きます。動きは多くの場合、アクチュエータの設計に応じて直線的または回転的になります。たとえば、単純な空気圧ロボット アームでは、空気圧シリンダを使用してアームを伸縮させたり、ロータリー アクチュエータを使用してピボット ポイントを中心にアームを回転させることができます。

サーボ制御ロボットジョイント

サーボ制御のジョイントはサーボ モーターに依存します。サーボモーターは、モーター、フィードバック機構 (通常はエンコーダー)、および制御回路で構成されます。制御回路は、ジョイントの所望の位置、速度、またはトルクを指定するコマンド信号を受信します。フィードバック機構はモーターの実際の位置、速度、またはトルクを継続的に監視し、この情報を制御回路に送り返します。次に、制御回路はモーターの出力を調整して、望ましい値と実際の値の差を最小限に抑えます。この閉ループ制御システムにより、関節の動きを正確に制御できます。

2. 性能特性

動作精度

サーボ制御ジョイントは、空気圧ジョイントと比較して非常に高い動作精度を実現します。サーボ モーターの閉ループ制御システムにより、サーボ モーターは指令された位置、速度、トルクに正確に従うことができます。このため、サーボ制御ジョイントは、電子機器製造や外科用ロボット工学におけるピックアンドプレース操作など、高精度が必要な用途に最適です。一方、空気圧ジョイントは、空気の圧縮性やアクチュエータ内の摩擦などの要因により、一般に精度が低くなります。空気圧ジョイントの動きにはある程度のオーバーシュートやバックラッシュが生じる場合があり、ロボットの動作精度に影響を与える可能性があります。

速度と加速度

サーボ制御されたジョイントにより、高速と急速な加速を実現できます。サーボモーターは制御信号に基づいて出力を素早く調整することができ、関節を目的の位置に素早く移動させることができます。対照的に、空気圧ジョイントは速度と加速度の点で制限されます。圧縮空気の流量とアクチュエータ コンポーネントの慣性により、達成できる最大速度と加速度が制限されます。空気圧ジョイントは、単純なマテリアルハンドリング作業など、中程度の速度と加速で十分な用途に適しています。

耐荷重 - 耐荷重

空気圧ジョイントは比較的高い出力力を提供できるため、高い耐荷重能力を必要とする用途に適しています。空気圧アクチュエータによって生成される力は、圧縮空気の圧力とピストンまたはダイヤフラムの面積に比例します。ただし、特に高トルクのサーボ モーターを使用する場合、サーボ制御ジョイントの耐荷重能力も非常に高くなる可能性があります。サーボ制御ジョイントの利点は、広範囲の速度にわたって一定のトルクを維持できることです。これは、動作中に負荷が変化する用途に有益です。

3. コストに関する考慮事項

初期費用

空気圧ジョイントは一般に、サーボ制御ジョイントに比べて初期コストが低くなります。シリンダー、バルブ、エアコンプレッサーなどの空気圧コンポーネントは比較的安価です。さらに、空気圧ジョイントの制御システムは多くの場合、より単純であるため、コストがさらに削減されます。一方、サーボ制御ジョイントには、より高価なサーボ モーター、エンコーダー、および制御回路が必要です。サーボ制御ジョイントのコストは、特に高精度および高トルクの用途では、空気圧ジョイントのコストの数倍になる場合があります。

運営費

空気圧ジョイントの運用コストには圧縮空気の生成コストが含まれており、特に大規模用途の場合、これはかなりの額になる可能性があります。圧縮空気システムはエアコンプレッサーを作動させるためにエネルギーを必要とし、また空気圧ラインの漏れによる損失が発生する可能性もあります。サーボ制御されたジョイントは電気エネルギーを消費しますが、エネルギー消費はより正確に制御できます。さらに、サーボ制御ジョイントは一般に空気圧ジョイントに比べて寿命が長く、メンテナンスの必要性が少ないため、長期的には全体の運用コストを削減できます。

4. アプリケーションシナリオ

空気圧ジョイント

空気圧ジョイントは、費用対効果、シンプルさ、および高い力出力が必要とされる用途で一般的に使用されます。代表的なアプリケーションには次のようなものがあります。

• 自動車製造: 空気圧ジョイントは組立ラインで吊り上げ、クランプ、プレスなどの作業に使用されます。空気圧アクチュエータの高力出力は重いコンポーネントを扱うことができ、空気圧システムはシンプルなので生産ラインへの統合が容易です。
• 包装産業: 空気圧ジョイントは、充填、シール、ラベル貼り付けなどの作業のために包装機で使用されます。これらの用途には中程度の速度と力が必要であるため、空気圧ジョイントが適切な選択肢となります。

サーボ - 制御ジョイント

サーボ制御ジョイントは、高精度、速度、柔軟性が要求されるアプリケーションに好まれます。いくつかの例は次のとおりです。

• エレクトロニクス製造におけるロボット アーム: サーボ制御ジョイントは、小型電子部品のピックアンドプレース操作用のロボットアームに使用されています。サーボ制御されたジョイントの高い精度と速度により、最終製品の品質にとって極めて重要なコンポーネントの正確な配置が保証されます。
• 人型ロボット: サーボ制御された関節は、人間の動きを模倣するために人型ロボットで使用されます。関節の位置、速度、トルクを正確に制御する能力により、人型ロボットは歩行、把握、環境との対話などの複雑なタスクを実行できます。

5. 当社の製品提供

のサプライヤーとしてロボットの関節、お客様のさまざまなニーズを満たすために、幅広いロボットジョイントを提供しています。私たちのマイクロロボットジョイントモジュールマイクロアセンブリや医療ロボットなど、小型で高精度のジョイントを必要とするアプリケーション向けに設計されています。これらのモジュールは小型軽量でありながら、動作精度と速度の点で優れた性能を発揮します。

また、軽量ジョイントモジュール、移動ロボットやドローンなど、軽量化が重要な用途に適しています。これらのモジュールは、強度と性能を犠牲にすることなく軽量の素材で作られています。

6. 結論

要約すると、空気圧式ロボット関節とサーボ制御ロボット関節にはそれぞれ長所と短所があります。空気圧ジョイントはコスト効率が高く、シンプルで、高い出力力を提供できるため、中程度の精度と速度で十分な用途に適しています。一方、サーボ制御ジョイントは、高精度、速度、柔軟性を提供しますが、より高価です。これら 2 種類のジョイントのどちらかを選択する場合は、精度、速度、耐荷重、コストなど、アプリケーションの特定の要件を考慮することが重要です。

弊社にご興味がございましたら、ロボットの関節製品に関するご相談やロボット関節の選定に関するご質問など、詳細なご相談や調達交渉などお気軽にお問い合わせください。当社は、お客様のロボット用途に最適なソリューションを提供することに全力で取り組んでいます。

参考文献

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• クレイグ、JJ (2005)。ロボット工学入門: 力学と制御。ピアソン・プレンティス・ホール。
• パルニアンプール、M. (2011)。空気圧アクチュエータおよびシステム。スプリンガー。