モーター制御はロボットにとってどのような新技術のメリットがあるのでしょうか? （1）

私たちのほとんどは SF のロボットを知っていますが、現実のロボットは、誘導し、それ自体をリモート起動できるマシンが増えています。これらのロボットは、組立ライン作業、外科的補助、倉庫での配送/回収、さらには私のような危険な作業など、適切な特定の作業を事前に計画して実行します。現在、ロボットは高度な反復作業に対応できるだけでなく、方向に合わせて仕上げることもでき、複雑な機能の柔軟性が求められます。





図 1: 現在、ロボットは SMT 機械などの狭い領域で広く使用されており、自動組立ラインなどの広い領域で機械を設置しています。

これらのロボットは、以下のいくつかの側面の推進のおかげで、組立ラインのサービス、配置、設置、部品の溶接と組み立てに使用されており、これらの高性能機械の導入が促進されています。ずっと聞いてください。 、「見る & 全体; 、「感じる & 全体;」センサーの上昇。 2 リアルタイムの意思決定能力とアルゴリズムとアクションの計算の複雑さを実現することです。 3 つ目は、速度、精度、モーターの機械的出力の上昇を利用して、これらの決定を実行することです。テクノロジーの進歩とそれらの相乗効果は、それ自体ですぐに確立されるため、これらの各側面はロボット設計において重要な役割を果たしてきました。

従来の意味では、電子技術者にとってモーター制御は常に難しい問題でした。なぜなら、多くの重要な問題を検討したいのですが、私たちは電子的に遭遇する共通点がまったく異なるからです。幸いなことに、テクノロジーの進歩により、これらの問題の理解と対処が容易になり、さらに高性能なパフォーマンスが可能になりました。たとえば、TI 社の DRV8816 ダブルハーフブリッジには、短絡保護、高温アラームなどの高電力内部保護機能を含むモータードライブが統合されています。非常に低い静電流を実現するために、内部回路をオフにする低電力スリープ モード。高度に統合されたコントローラーであり、階層の柔軟性と統合という点で電子ドライブとモータードライブを反映しています。特定のモーターモデルを

選択

する場合、設計者は次の 3 つの主な要素を考慮する必要があります。

1. 最小最高速度モーター (および加速度)

2. モーターが最大トルクを提供できること、およびトルクと速度曲線の関係

3. モーターの動作 (センサーおよび閉ループ制御なし) モーターを選択するときは、精度と再現性は

もちろん、サイズ、重量、コストなど、考慮すべきその他の重要な要素が多数あります。ほぼすべての小型から中型のロボット駆動では、駆動モーターの選択は通常、ブラシレス DC モーター、ブラシレス DC モーター (ブラシ) です。

ブラシ モーター、技術的には最も古い DC モーターが最もシンプルで、コストが最も低い選択です (図 2)。 電流が流れるブラシとローターの間の接触により、モーターローターの回転はローター巻線の周りのスイッチ (ステアリング) フィールドになります。モーターの速度は印加電圧の関数であるため、駆動要求は高くありませんが、トルクとそれに関連する位置の管理は困難です。モーターの磨耗により、ブラシやスプリングが汚れているため清掃が必要であり、ブラシとローターの接触火花が電子ノイズ源（電磁障害）となる可能性があるため、運転条件や信頼性の問題などの要因となります。これらの問題が存在するため、ほとんどの場合、ロボット設計用のブラシ モーターは最も魅力的な選択肢ではありません。



図 2: ブラシ モーターのブラシ、導電性 (銅ブラシ、またはグラファイト ブロックで生成される可能性が高い) の接点でローターと接触します。ローターが回転すると、コイルの電流極性が切り替わります

(図 3)。ブラシレス モーターは 2 つの側面の開発のおかげで 1860 年代に始まりました。1 つは強力な永久磁石、小型、低コストです。 2つ目は、圧力損失が低い小型の高効率電子スイッチ（通常はMOSチューブですが、バイポーラトランジスタの場合もあります）を使用して、巻線電流に切り替えます。固定コイルの代わりに、コア上の磁石間の相互作用の回転を機械式整流子ブラシ モーターに置き換えます。精密制御MOS管(通常はHブリッジ構造で構成されています)を介してコイル磁界のオン・オフ、スイッチのオンを行いました。 MOS管のオンオフ周波数を変えることで、モーターの回転速度を制御できます。さらに、モーターコントローラーはセンサーを通じてロボットの位置を把握し、ロボットのパフォーマンスをより適切に制御できます。



図 3: ブラシレス モーターでは、ローター コイルの磁界上の永久磁石との相互作用により、ステーター巻線のコイル電流が電気スイッチになります。図、ローターの空隙は中間位置に属します