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サーボモータ・サーボアンプの選定:サーボ機構の基礎知識6

サーボ機構の基礎知識

更新日:2020年3月10日(初回投稿)
著者:株式会社プラチナリンク 代表取締役社長 西田 麻美

前回は、フィードバック制御を紹介しました。今回は、サーボモータ、サーボアンプの選定を取り上げます。サーボ機構では、より精度の高い位置決めや速度制御を行えるサーボモータと、サーボアンプが欠かせません。これらを選定する際に、必ず押さえておきたいポイントを説明します。

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1. サーボモータの選定における事前準備

サーボモータは、モータ内のエンコーダ(センサ)によって運転を監視することで、高精度な位置制御、速度制御、トルク制御を可能とするモータです。主に、以下のときで威力を発揮します。

・ワーク(質量や慣性)が変化しても速度を一定に保ちたいとき

・移動区間はできるだけ高速、検査中は低速で搬送させたいとき

・数台のモータの速度を同期させて動かしたいとき

・ロボットの姿勢や関節を、高速かつ正確に位置決めしたいとき

図1:サーボモータの用途と特徴

図1:サーボモータの用途と特徴

実際のサーボモータは、動かす負荷(軽い・重い)を想定し、必要とされる能力が設定されています。従って、モータの能力を上回る負荷には対応できません。逆に、必要とされる能力以上のモータを選定しても、オーバースペックやコストアップとなり、いわば宝の持ち腐れになってしまいます。用途や能力に見合ったサーボモータを選定することが重要です。

最適なサーボモータを選ぶには、使用条件を明確にする必要があります。負荷や運動を正しく把握するためには、以下の項目を確認します。

・負荷の総質量、摩擦係数など

・時間に対する負荷の変動

・機械の運動方向(水平・垂直・回転・揺動)

・機械の運動パターン(連続・不連続、発進・停止を頻繁に繰り返すなど)

次に、動作パターンを決定します。図2に、速度線図(またはデューティサイクル)を示します。設計者自身が1から7までの項目を明らかにすることで、初めてサーボモータの選定が可能になります。

1:加速時間

2:定常運転時間(最高速度に達してから一定に回転させる時間)

3:減速時間

4:位置決め時間

5:停止時間

6:サイクルタイム

7:最大速度(最大回転数)

図2:動作パターンの決定項目

図2:動作パターンの決定項目

サーボモータは、モータ内に搭載されているエンコーダの分解能(最も小さい一刻みの動き)が決まっているため、それより高い精度は出せない仕組みとなっています。従って、位置制御の際には、どの程度の精度が必要かを把握しておく必要があります(例えば、垂直500mm移動で1μmの精度など)。

また、サーボモータは、基本的に1分間に何回転するかが決まっています。これに対し、サーボモータが適用される機械や装置では、1,500回転(=1,500rpm)の高速で仕事をする場合もあれば、毎分1回転に満たない低速で仕事をする場合もあります。

そこで、サーボモータに必要なトルクを持たせて動作させるために、減速機や変速機を用いることが一般的です。つまり、減速機などを組み合わせた状態を考慮した上で、モータに必要な出力や、駆動するための容量などを見積もり、サーボモータの選定を始める必要があります。

2. サーボモータの選定で留意するべき「サーボアンプ」

保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

3. 出力・容量のチェックは必要不可欠

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