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目次
モーターを選ぶ前にロボットの要件を定義する
ロボットモーターを選ぶ際に考慮すべき主な要素
ロボットシステム全体に対してモーターを検証する
実践例:ヒューマノイドロボットの肩関節用モーターを選ぶ
まとめ

ロボットモーターの選定:適切なモーターの選び方

CubeMars / Sep 06,2023

適切なロボットモーターを選ぶことは、単に最大トルクや最高速度のモーターを探すことではありません。ロボットの負荷、動作、電源、機械構造、制御、熱に関する要件にモーターを適合させるプロセスです。

 

ロボットシステムにおいて、モーターの選定はロボットが動くかどうかだけに影響するものではありません。選択したモーターは、関節速度、可搬重量、位置決め精度、エネルギー効率、熱安定性、機械的な統合性、長期的な信頼性に大きく影響します。

 

最も信頼性の高い方法は、まずロボットの実際の動作要件から始め、カタログから先にモーターを選ぶのではなく、体系的に必要なモーター仕様を決定していくことです。

 

このガイドでは、用途の定義とトルク計算から、速度、出力、減速比、モーターアーキテクチャ、フィードバック、熱性能、制御インターフェースの選定まで、ロボットモーターの選び方を段階的に解説します。

 

モーターを選ぶ前にロボットの要件を定義する

 

ロボットモーターを選定する最初のステップは、ロボットが何を動かす必要があるのか、どの程度の速度で動作する必要があるのか、そしてどのような動作条件で性能を発揮する必要があるのかを正確に定義することです。

 

モーターを比較する前に、ロボットの種類、ペイロード、可動質量、関節または車輪の構成、必要な動作範囲、加速度、稼働時間、利用可能な設置スペース、電源、制御要件を確認します。

 

ロボットのアーキテクチャによって必要なモーター仕様は大きく異なるため、最初の判断はモーターそのものではなく、用途に基づいて行うべきです。

 

例えば、車輪型移動ロボットでは連続速度と効率が重視される一方、四足歩行ロボットでは高いピークトルク、素早い応答、正確なトルク制御が求められる場合があります。ヒューマノイドロボットの関節では、トルク密度、コンパクトな統合、熱性能、バックドライバビリティがさらに重要になる場合があります。

 

ロボット構造がモーター要件にどのような影響を与えるかをより詳しく比較するには、脚式ロボットと車輪型ロボット:設計、性能、モーター要件の比較をご覧ください。

 

ロボットモーターを選ぶ際に考慮すべき主な要素

 

負荷と必要トルクを計算する

 

必要なモータートルクは、ロボットの負荷、レバーアーム、加速度、摩擦、機械的損失によって決まります。

 

トルクは通常、最初に計算すべき主要仕様です。十分なトルクを発生できないモーターは、速度を上げたり、制御性能を向上させたりするだけでは不足分を補うことができないためです。

 

単純な静的負荷の場合、トルクは次の式で推定できます。

T = F × r

 

ここで:

T = トルク(N·m)

F = 加えられる力(N)

r = 回転軸からの垂直距離(m)

 

例えば、関節に0.2 mのレバーアームを介して300 Nの負荷がかかる場合:

T = 300 × 0.2 = 60 N·m

 

これは単純化した出発点にすぎません。実際のロボット関節では、さらに動的負荷や機械的負荷が発生するためです。

 

  • 静的トルクを計算する


静的トルクとは、機構が停止している状態、または一定速度で動いている状態で負荷を支えるために必要なトルクです。

 

重力は、特に垂直方向に配置された関節で重要です。必要なトルクは関節角度やロボットの重心位置によって変化するためです。

 

例えばヒューマノイドロボットでは、姿勢やペイロードによって、股関節、膝関節、肩関節に大きな重力トルクが発生する場合があります。

 

  • 動的トルクを計算する


ロボットが自身の可動質量や外部ペイロードを加速または減速する必要がある場合、動的トルクを加える必要があります。

 

動的トルクは次の式から概算できます。

T = J × α

ここで:

J = 回転慣性

α = 角加速度

 

動的な動作は、四足歩行ロボット、ヒューマノイドロボット、ロボットアーム、および頻繁に加速、減速、ジャンプ、登坂、方向転換を行うその他のシステムで特に重要です。

 

四足歩行ロボットでは、トルク、ピークトルク、応答速度、減速比、トルク密度がすべて動的な運動性能に直接影響します。詳しくは、四足歩行ロボット用モーターで重要なパラメータとは?「動ける」から「高性能な運動」までをご覧ください。

 

  • 摩擦と機械的損失を考慮する


最終的なトルク計算では、理論上の負荷だけでなく、摩擦、伝達損失、ベアリング抵抗、その他の機械的損失を含める必要があります。

 

簡略化したモデルは次のように表せます。

T_total = T_static + T_dynamic + T_friction + T_loss

 

実際の式はロボットの機械構造や伝達システムによって異なりますが、原則は同じです。モーターは外部ペイロードだけでなく、機構全体が必要とするトルクを供給する必要があります。

 

  • 適切な安全係数を適用する


計算したトルクには、負荷変動、モデル化の不確実性、衝撃、過渡的な動作条件を考慮するため、用途に適した安全係数を掛ける必要があります。

 

例えば:

T_required = T_calculated × Safety Factor

 

適切な安全係数は、用途、負荷の不確実性、制御方式、機械設計、想定される衝撃荷重などによって異なるため、普遍的に固定された値として扱うべきではありません。

 

ロボット関節における連続トルクとピークトルクの要件について詳しくは、適切なロボット関節モーターの選び方:トルク、速度、統合について詳しく解説をご覧ください。このガイドでは、連続トルクとピークトルクは異なる動作要件を表すため、選定時には両方を考慮する必要があることを説明しています。

 

必要な出力速度を決定する


必要なモーター速度は、モーターの無負荷最大RPMではなく、ロボットが実際に必要とする出力動作から決定する必要があります。

 

回転関節では、重要なのは関節、車輪、または機構における必要な出力速度です。

 

モーターがギアボックスに接続されている場合:

Output Speed = Motor Speed ÷ Gear Ratio

 

例えば、モーターが6,000 RPMで動作し、必要な関節速度が120 RPMの場合:

Gear Ratio = 6,000 ÷ 120 = 50:1

 

これは、単純化した関係式では、伝達機構に約50:1の減速比が必要であることを意味します。

 

  • モーター速度と出力速度は異なる仕様である

 

高RPMのモーターだからといって、高速ロボットに自動的に適しているわけではありません。最終的な出力速度は、伝達比と実際の動作点によって決まるためです。

 

モーターは無負荷時に高い速度を示していても、大きなトルクを発生させる際には、より低い速度で動作する場合があります。

 

したがって、モーターの選定では最大RPMだけを比較するのではなく、実際のトルク・速度動作領域を考慮する必要があります。

 

  • 加速度と応答性を考慮する


ロボットには、必要な速度に目標の加速時間内で到達するために十分なモーターおよびアクチュエータの応答性能が必要です。

 

これは動的ロボットにおいて特に重要です。速度を素早く変化させる能力は、バランス、歩容制御、障害物回避、動作品質に影響する可能性があるためです。

 

 

必要なモーター出力を計算する

 

モーター出力はトルクと回転速度の両方に依存するため、モーターを選定する際にはトルクと速度を組み合わせて評価する必要があります。

 

機械的出力は次の式で計算できます。

P = T × ω

ここで:

P = 機械的出力(W)

T = トルク(N·m)

ω = 角速度(rad/s)

 

回転速度をRPMで表す場合:

ω = 2πn / 60

ここでnは回転速度(RPM)です。

 

この関係から、非常に低い速度で高トルクを発生するモーターが、必ずしも高い機械的出力を持つとは限らないことが分かります。

 

出力要件は、ロボットが高速動作を繰り返す場合、登坂する場合、急速に加速する場合、または負荷をかけた状態で連続運転する場合に特に重要です。

 

バッテリーや電源から必要となる電力は、モーター、ドライバー、ギアボックス、その他の部品で効率損失が発生するため、機械的な出力よりも大きくなります。

 

適切な減速比を選択する

 

適切な減速比は、トルクだけを最大化するのではなく、出力トルク、出力速度、効率、慣性、バックドライバビリティのバランスを考慮して決定する必要があります。

 

基本的な関係は次のとおりです。

Gear Ratio = Motor Speed ÷ Required Output Speed

 

一般的に、減速比を大きくすると利用可能な出力トルクが増加する一方、出力速度は低下します。

 

ただし、実際の出力トルクは伝達効率にも左右されます。

T_output ≈ T_motor × Gear Ratio × η

 

ここでηは伝達効率を表します。

 

  • 高い減速比

 

高い減速比は、比較的高速なモーターからより大きな出力トルクが必要な用途に適しています。

 

この構成は、高い出力トルクが高い出力速度よりも重要な用途で一般的に使用されます。

 

ただし、高い減速比は、伝達機構の構造によっては、伝達損失、反映慣性、バックドライブに対する抵抗を増加させる可能性があります。

 

  • 低い減速比

 

低い減速比では、より高い出力速度を得ることができ、伝達機構の設計によっては、応答性やバックドライバビリティを向上させることもできます。

 

これは、関節が外力に素早く応答し、継続的に動作を調整する必要がある動的ロボットで特に重要です。


適切なモーターアーキテクチャを選択する

 

トルク、速度、出力、伝達要件を定義したら、次のステップは、ロボットの機械的要件と制御要件に最も適したモーターアーキテクチャを選択することです。

 

この段階で重要なのは、最高スペックのモーターを選ぶことではなく、性能、統合性、制御性、システムの複雑さの適切なバランスを提供できるアーキテクチャを決定することです。

 

  • BLDCモーター

 

BLDCモーターは、高効率、高速、長寿命、電子コミュテーションおよびクローズドループ制御との優れた互換性を備えているため、ロボットで広く使用されています。

 

移動ロボットやロボットアームから、ジンバル、アクチュエータ、その他のモーションシステムまで、幅広い用途に適しています。

 

動作原理と特性については、BLDCモーターとは?をご覧ください。

 

  • QDDモーター

 

QDDモーターは、高トルクモーターと低減速比の減速機構を組み合わせることで、高いトルク密度と比較的高いバックドライバビリティを実現するように設計されています。

 

このアーキテクチャは、トルク制御、応答性、機械的コンプライアンスが重要となる動的なヒューマノイドロボットや四足歩行ロボットに特に適しています。

 

選定基準については、QDDアクチュエータの選び方:主要指標と用途に関する考慮事項をご覧ください。

 

  • フレームレストルクモーター

 

フレームレストルクモーターは、従来型のパッケージモーターとして取り付けるのではなく、モーターをコンパクトなカスタム関節へ直接組み込む必要がある場合に適しています。

 

フレームレスモーターは通常、従来型のハウジング、シャフト、ベアリングシステムを持たず、電磁部品を提供します。そのため、エンジニアはモーターの周囲に独自の機械構造を設計できます。

 

このアーキテクチャは、スペースの有効活用、トルク密度、中空シャフト統合、カスタム関節形状が重要な場合に有効です。

 

より詳しい選定方法については、2026年版 ロボット向けフレームレストルクモーター選定ガイドをご覧ください。

 

  • 統合型ロボットアクチュエータ

 

統合型アクチュエータは、複数のモーションシステム部品を1つのユニットに統合することで、統合の複雑さを低減し、ロボット開発を簡素化します。

 

設計によっては、統合型アクチュエータにモーター、ギアボックス、エンコーダ、ドライバー、その他の制御電子機器を組み込むことができます。

 

この方式では、配線、機械的な統合作業、開発の複雑さを削減できます。一方で、各コンポーネントを個別に最適化する自由度が低くなるというトレードオフがあります。

 

より広い視点での比較については、統合型ロボットアクチュエータと従来型モーター:ロボットのモーションシステムの未来をご覧ください。

 

モーターのサイズ、重量、トルク密度を確認する

 

選択したモーターは、必要な性能を満たすだけでなく、ロボットで利用可能なサイズと重量の予算内に収まる必要があります。

 

トルクと速度の要件を満たしていても、大きすぎたり重すぎたりするモーターは、最終的なロボットには適さない場合があります。

 

これは特に、アクチュエータの質量がシステム全体の動力学に直接影響するヒューマノイドロボット、四足歩行ロボット、ドローン、外骨格などで重要です。

 

  • トルク密度を評価する

 

トルク密度は、アクチュエータがその質量または体積に対してどれだけのトルクを発生できるかを示す指標であり、軽量ロボットシステムにおいて最も重要な指標の一つです。

 

簡略化した質量ベースの指標は次のとおりです。

Torque Density = Torque ÷ Motor Mass

 

高いトルク密度は、必要な関節性能を維持しながらアクチュエータの質量を削減するのに役立ちます。

 

ただし、トルク密度だけで評価すべきではありません。熱性能、効率、耐久性、制御品質も実際の性能に影響するためです。

 

  • 機械的な統合性を確認する

 

モーターの直径、長さ、取り付けパターン、シャフト形状、ケーブル配線、ギアボックス寸法、冷却経路はすべて、ロボットの機械アーキテクチャに適合する必要があります。

 

正しく取り付けられないモーターや、関節内部で十分に放熱できないモーターは、電気的な仕様が魅力的であっても候補から除外すべきです。

 

エンコーダとフィードバックシステムを選択する

 

エンコーダは、ロボットに必要な位置精度、速度フィードバック、トルク制御、全体的な制御アーキテクチャに応じて選択する必要があります。

 

エンコーダはクローズドループモーション制御に必要なフィードバックを提供し、コントローラーがモーターまたは関節の位置を把握して、それに応じて出力を調整できるようにします。

エンコーダに求められる性能は用途によって異なります。

 

単純な位置決めシステムでは、動的なトルク制御を行うヒューマノイド関節と同等のフィードバック性能が必要とは限りません。

 

  • 位置フィードバック

 

位置フィードバックは、制御システムがモーターまたは関節の位置をどの程度正確に測定できるかを決定します。

 

高い分解能は小さな位置変化を検出する能力を向上させますが、高分解能だけでシステムの精度が向上するとは限りません。機械的なバックラッシュ、コンプライアンス、センサーの取り付け、制御帯域幅、信号品質なども重要だからです。

 

  • シングルエンコーダとデュアルエンコーダのアーキテクチャ

 

エンコーダのアーキテクチャは、制御システムがモーター側のフィードバック、出力側のフィードバック、またはその両方を必要とするかに応じて選択する必要があります。

 

モーター側のセンシングではモーター位置に関する情報を取得でき、出力側のセンシングではモーターと最終的な関節出力の間にある伝達機構の挙動を考慮するのに役立ちます。

 

より詳しくは、「エンコーダアーキテクチャがロボット関節の性能に与える影響:シングルエンコーダとデュアルエンコーダの比較」をご覧ください。

 

 

  • バックドライバビリティを評価する

 

ロボットが外力に自然に応答したり、コンプライアントで力に敏感な動作を行ったりする必要がある場合、バックドライバビリティは特に重要になります。

 

バックドライバビリティの高い関節では、出力側に加えられた外力によってモーターをより容易に動かすことができます。これは、ヒューマノイドロボット、四足歩行ロボット、外骨格、協働ロボット、力制御システムなどで有用です。

 

ただし、バックドライバビリティが高ければ常に優れているとは限りません。

 

バックドライバビリティの高い伝達機構は、力とのインタラクション性能を向上させる一方で、アクティブ制御なしに外部負荷に対して位置を保持することを難しくする場合があります。

 

したがって、バックドライバビリティは次の要素と合わせて評価する必要があります。

  • 減速比

  • 伝達効率

  • 摩擦

  • 慣性

  • トルク制御能力

  • 用途の要件

 

目標とすべきなのは最大のバックドライバビリティではなく、用途に適した機械的応答性です。

 

熱性能とデューティサイクルを確認する

 

モーターは、熱限界を超えることなく、ロボットの実際の動作負荷を継続的に処理できる必要があります。

 

モーター選定でよくある間違いの一つは、最大トルクまたはピークトルクだけを基準にモーターを選ぶことです。

 

モーターは短時間で高いピークトルクを発生できても、そのトルクを連続的に維持できない場合があります。

 

  • 定格トルクとピークトルク

 

定格トルクは持続可能な動作能力を表し、ピークトルクは短時間で発生できる出力能力を表します。

 

定格トルクは長時間維持する必要がある負荷において重要であり、ピークトルクは加速、ジャンプ、衝撃からの回復、登坂、その他の動的イベントで重要になります。

 

したがって、この2つの値は別々に評価する必要があり、ピークトルクを通常の動作能力として扱うべきではありません。

 

  • デューティサイクルを考慮する

 

モーターのサイジングでは、最大負荷だけを評価するのではなく、それぞれのトルクレベルでモーターがどの程度の時間動作するかを考慮する必要があります。

 

中程度のトルクで連続運転するモーターは、ほんの数分の一秒だけはるかに高いトルクを発生するモーターよりも、大きな熱ストレスを受ける場合があります。

 

重要な熱に関する考慮事項には次のものがあります。

  • 連続トルク

  • 連続電流

  • ピーク電流

  • 動作時間

  • 休止時間

  • 周囲温度

  • 冷却方式

  • 設置環境

  • ギアボックス効率

 

したがって、熱的な検証は、モーターを選択した後に行う任意の確認事項ではなく、最終的なモーター選定に不可欠なプロセスです。

 

モーター、ドライバー、コントローラーの互換性を確認する

 

モーター、ドライバー、エンコーダ、電源、コントローラーは、モーターを適切なものと判断する前に、電気的および論理的に互換性がある必要があります。

 

重要なパラメータには次のものがあります。

  • 電源電圧

  • 連続電流

  • ピーク電流

  • モーターの相構成

  • エンコーダインターフェース

  • 通信インターフェース

  • 制御モード

  • フィードバックプロトコル

  • ドライバーの定格出力

  • コントローラーとの互換性

 

十分な機械性能を持つモーターでも、ドライバーが必要な電流を供給できない場合や、通信インターフェースがロボットコントローラーと一致しない場合、システムレベルでは正常に動作しない可能性があります。

 

ドライバーは、電力を制御されたモーター動作へ変換する方法を決定するため、モーションシステムの重要な構成要素でもあります。

 

詳しくは、「ドライバーボードはロボットモーターの性能と効率にどのような影響を与えるか」をご覧ください。

 

モーター、ドライバー、コントローラー、電源がどのように連携するかについては、「ロボットの電源システム:どのように動作するのか?」もご覧ください。


ロボットシステム全体に対してモーターを検証する


最終的なモーターは、トルク、速度、出力、サイズ、重量、熱性能、フィードバック、制御、機械的統合性を、1つの完全なシステムとして総合的に検証する必要があります。

 

この段階で、エンジニアは候補となるモーターを絞り込み、同じ動作条件の下で仕様を比較する必要があります。

 

有効な比較には、次の項目を含める必要があります。


パラメータ確認内容
連続トルクモーターは必要な負荷を継続的に維持できますか?
ピークトルク加速や過渡的な負荷に対応できますか?
出力速度必要な関節速度または車輪速度を満たしていますか?
モーター速度動作速度は伝達機構と互換性がありますか?
減速比伝達機構は必要なトルクと速度を提供できますか?
効率モーターと伝達機構によってどの程度の電力が失われますか?
重量アクチュエータはロボットの質量予算に収まりますか?
寸法利用可能な機械的スペースに収まりますか?
エンコーダフィードバックシステムは制御要件を満たしていますか?
バックドライバビリティ伝達機構は用途に対して十分な応答性を備えていますか?
熱性能アクチュエータは必要なデューティサイクルに耐えられますか?
電圧ロボットの電源システムと互換性がありますか?
電流ドライバーと電源は十分な電流を供給できますか?
通信ロボットのコントローラーと連携できますか?
統合性機械的および電気的に統合できますか?


このシステムレベルでの比較により、1つの魅力的な仕様だけを基準にモーターを選択し、ロボットの実際の性能を制限する可能性のある別のパラメータを見落とすことを防げます。


実践例:ヒューマノイドロボットの肩関節用モーターを選ぶ

 

ヒューマノイドロボットの肩関節用モーターを選定する場合は、まず腕全体の質量、ペイロード、レバーアーム、必要な関節速度、動的な動作要件から検討します。これらの要素を使用して逆算することで、必要なアクチュエータのトルクと出力速度を決定できます。

 

簡略化したヒューマノイド上肢システムでは、Joint 1と呼ばれる主要な肩ピッチ関節が、他の関節アクチュエータ、構造リンク、エンドエフェクタのペイロードを含む、その下流側の腕全体を駆動します。そのため、腕を完全に伸ばした状態では、Joint 1に大きな重力トルクが発生する可能性があります。

 

次のパラメータを持つシステムを想定します。

  • 下流側の腕の総質量:2.8 kg

  • 腕の重心からJoint 1の軸までの距離:0.32 m

  • エンドエフェクタのペイロード:2.0 kg

  • ペイロードからJoint 1の軸までの距離:0.65 m

  • 必要な関節速度:120 RPM

  • システム電圧:48 V DC

  • 安全係数:1.35

 

ステップ1:静的重力トルクを計算する

 

Joint 1における最大重力トルクは、腕を水平方向に完全に伸ばした状態で発生します。

 

腕自体によって発生する重力トルクは次のとおりです。

T_arm = m_arm × g × r_arm

 

与えられた値を代入すると:

T_arm = 2.8 × 9.81 × 0.32 ≈ 8.79 N·m

 

エンドエフェクタのペイロードによって発生する重力トルクは次のとおりです。

T_load = m_load × g × r_load

 

値を代入すると:

T_load = 2.0 × 9.81 × 0.65 ≈ 12.75 N·m

 

したがって、Joint 1に必要な簡略化した静的トルクは次のようになります。

T_static = 8.79 + 12.75 = 21.54 N·m

 

つまり、動的な加速や機械的損失を考慮しない場合、腕を完全に伸ばして水平に保持するために、肩関節には約21.5 N·mの静的保持トルクが必要です。

 

ステップ2:動的な動作要件を考慮する

 

ヒューマノイドロボットは通常の動作中に静止したままではありません。肩関節は繰り返し加速、減速、方向転換を行うため、実際に必要なトルクは重力トルクだけの場合より大きくなります。

 

動的トルクは、腕の回転慣性と角加速度から次のように推定できます。

T_dynamic = J × α

ここでJはJoint 1軸周りの腕とペイロードの回転慣性、αは関節の角加速度です。

 

実際のロボット設計では、伝達効率、ベアリング摩擦、ギア損失、急速な動作中に発生する過渡的な負荷も考慮する必要があります。

 

したがって、21.54 N·mは最終的なモーターサイジング値ではなく、静的な基準値として扱うべきです。

 

高性能なヒューマノイドアームでは、必要な加速および減速を含む完全なモーションプロファイルから、実際のピークトルクを決定する必要があります。

 

ステップ3:安全係数を適用する

 

負荷変動、過渡的な条件、簡略化された計算における不確実性を考慮するため、静的トルク要件に安全係数を適用できます。

 

安全係数を1.35と仮定すると:

T_required = T_static × SF

 

したがって:

T_required = 21.54 × 1.35 ≈ 29.08 N·m

 

これにより、約29.1 N·mの簡略化された設計トルクが得られます。

 

この値はあくまで本例を対象としたものであり、実際のヒューマノイドロボット設計における完全な動的解析の代わりにはなりません。腕を高速で加速する必要がある場合は、実際の回転慣性と角加速度に基づいてピークトルクを計算する必要があります。

 

モーター選定では、連続トルクとピークトルクも別々に評価する必要があります。ピークトルクが29.1 N·mを超えるモーターでも、熱限界を超えずに静的負荷を継続的に支えられない場合は、必ずしも適切とは限りません。

 

ステップ4:必要な出力速度と減速比を決定する

 

Joint 1に必要な目標出力速度を120 RPMと仮定します。

 

モーターが約1,080 RPMで動作する場合、理論上の減速比は次のようになります。

Gear Ratio = Motor Speed ÷ Output Speed

 

したがって:

Gear Ratio = 1,080 ÷ 120 = 9:1

 

QDD(準ダイレクトドライブ)アクチュエータでは、比較的低い減速比によって高い出力トルクを実現しながら、優れた応答性とバックドライバビリティを維持できます。

 

ただし、実際の減速比は、モーター速度、出力トルク、伝達効率、反映慣性、機械的バックラッシュ、バックドライバビリティと合わせて評価する必要があります。

 

ステップ5:候補アクチュエータを比較する

 

上記の計算に基づくと、Joint 1には約21.5 N·mの静的保持トルクが必要であり、簡略化した設計条件では29.1 N·mを超える動的トルク余裕が必要です。

 

ヒューマノイドの肩関節用途では、候補アクチュエータについて、連続トルク、ピークトルク、出力速度、減速比、重量、寸法、エンコーダ構成、制御アーキテクチャを比較する必要があります。

 

例えば、CubeMars AK10-9 V3.0は9:1のQDDアーキテクチャを採用し、最大53 N·mのピークトルクを提供します。これは、この簡略化された例における約29.1 N·mのピーク設計要件を上回ります。

 

ただし、定格トルクは18 N·mであり、計算された21.54 N·mの静的保持要件を下回っています。したがって、ピークトルクが要件を満たしているという理由だけで選定すべきではありません。

 

実際の用途では、連続デューティサイクル、熱性能、ロボットの姿勢、動的トルクプロファイル、冷却条件をさらに評価する必要があります。

 

これはロボットモーター選定における重要な原則を示しています。ピークトルクは短時間の動的性能を示す一方、定格または連続トルクはアクチュエータが時間の経過とともに負荷を維持できるかどうかを決定します。両方を別々に評価する必要があります。

 

ステップ6:サイズ、重量、フィードバック要件を確認する

 

ヒューマノイドの肩関節では、モーターは必要なトルクと速度を満たすだけでなく、利用可能な機械的スペースと重量予算にも収まる必要があります。

 

アクチュエータの質量が増えると、肩関節や上流側の関節が支える必要のある負荷も増加し、機械設計にフィードバックが生じます。より重いアクチュエータは他の関節により高いトルクを要求し、その結果、必要なアクチュエータのサイズと重量がさらに増加する可能性があります。

 

したがって、候補となるアクチュエータは次の複数のパラメータで比較する必要があります。

  • トルク密度

  • アクチュエータ重量

  • 全体寸法

  • 出力シャフト構成

  • 減速比

  • エンコーダ構成

  • バックドライバビリティ

  • 熱性能

  • 通信インターフェース

  • ドライバー互換性

 

特にヒューマノイドロボットでは、高いトルク密度によって、必要な関節性能を維持しながらアクチュエータの重量を削減できます。軽量な腕は上肢の回転慣性も低減できるため、動的な応答性を向上させ、加速時に必要なトルクを低減するのに役立ちます。

 

まとめ


最適なロボットモーターとは、最高のトルク、最高の速度、または最大の出力定格を持つモーターではありません。完全なロボットシステムに対して、性能、統合性、効率、制御、信頼性の適切な組み合わせを提供するモーターです。

 

信頼性の高い選定プロセスは、製品カタログではなく用途から始まります。

選定の基本的な流れは次のとおりです。

ロボット要件 → 負荷 → トルク → 速度 → 出力 → 減速比 → モーターアーキテクチャ → サイズと重量 → フィードバック → バックドライバビリティ → 熱性能 → ドライバー互換性 → システム検証

 

この手順に従うことで、モーターの過剰な仕様設定、熱的な制約の見落とし、不適切な伝達比の選択、開発後期での機械的統合問題の発見などを防ぐことができます。

 

高性能ロボットアクチュエータを比較するエンジニアにとって、次のステップは、ロボット固有の要件に基づいて、フレームレスモーター、QDDアクチュエータ、統合型アクチュエータ、その他のモーターアーキテクチャのトレードオフを評価することです。

 

したがって、モーターは単独のコンポーネントとしてではなく、完全なロボットモーションシステムの一部として選定する必要があります。

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