初めてのモータ制御検討にあたって 

1.モータ制御(モーションコントローラ)とは

モータ制御(以下モーションコントローラ省略)とは、「装置を目的に合わせて動かす制御技術」のことです。工作機械や産業機器などの装置を動かす為に必要な様々な技術の総称です。モータを単純に回転させるだけであれば、駆動電源をモータに接続すれば回転させることは可能です。しかし意図した動きをさせる為には制御が必要です。具体的にはサーボモータやステッピングモータ等のモータに対して意図した動きをする為の指令を与える制御機器が必要になります。 

モータ制御は、電気的なエネルギーを機械的な運動エネルギーにモータを介して変換して位置制御・速度制御・トルク制御などを行います。 

このような技術は、工作機械・半導体製造装置・ロボットの制御などの大きな担い手となり近年の設備投資は大きく貢献しています。 

2.なぜモータ制御が必要か 

モータ制御技術を活用することで装置開発の負担を削減することが可能になります。 

例えば、ロボットで箱を持ち上げ円弧状に並べる動作を行わせようとすると複数のモータを1パルス単位で非常に繊細な精度で同期制御を行いながら加速・減速の処理を行い速度制御や位置決め動作を行います。特に加速減速時の振動の抑制等も制御する必要が有ります。 

この様に円や円弧を描くという一見簡単に見える動作でも実は複雑な演算処理が必要になり、0から開発するには非常に工数がかかります。モータ制御技術を活用することで、それらの開発工数を削減する事が可能になります。 

装置などを開発しているメーカー様では通常、それまでに構築した自社のノウハウなどを活用し、より付加価値の高い装置を開発されております。しかし世の中の技術革新スピード(CPU、周辺ハードウェア、ソフトウェア等)の進化は著しい為、これら全てをメーカーが自社で開発を実施しようとすると負担が大きいです。 

そこで、すでに完成しているモータ制御機器をご使用していただくことでその負担を軽減することができ、ユーザ様は装置の開発に専念することが可能となります。 

3.モータ制御に必要な要素

モータ制御には「モータ」、「モータドライバ(駆動回路)」、「コントローラ(制御回路)」が必要になります。各役割は以下の通りです。 

モータ:電力エネルギーを動力エネルギーに変える電動機の事をいいます。 

 モータには様々な種類があります。高精度なサーボモータや小型のステッピングモータ等あり、目的仕様に応じたモータの選定が必要になります。 

モータドライバ(駆動回路):モータを駆動する機器のことであり、モータに流す電流を決定し、モータを回転させます。 

コントローラ(制御回路):センサやスイッチ等から動作情報を受け取り、それをモータドライバ(駆動回路)に伝えることで、モータの回転速度や位置等を制御します。 

4.モータ制御の流れ

まず目的の動き(モーション)に応じたモータを選定します。次にそのモータに応じたモータドライバ(駆動回路)を選定します。 その際、モータの軸数等仕様を考え、選定することが必要です。 

次にモーションコントローラ(制御回路)に指令を与えます。そのシステム構成については様々あります。 

一般的には上位コントローラからモーションコントローラに動作指令を与えると、モーションコントローラはモータドライバに指令*1を出し、モータの制御回路によりモータを制御して回転(動作)させることで意図した動き(モーション)となります。 

またモータの種類によって制御の特徴も異なります。 

ステッピングモータはオープン制御*2と呼ばれ指令に応じた移動を行いフィードバックは有りません。これが利点であり欠点でもあります。 

サーボモータの場合はクローズ制御と呼ばれ、移動指令に対しての移動フィードバックを受け取って正しく指令された位置に移動します。 

ドライバーに指令*1:一般的にはパルス出力が多いですが、通信などを活用して直接移動指令を与えるタイプなど有ります。 
オープン制御*2:移動した量をフィードバックとしていませんのでその分システム的に簡単な構造です。「指令した移動量を移動しているはず」を前提にしますので仕様通り、正しく使用すれば意図した動作をしてくれます。 
欠点として急激な動き(急な加速・減速)をさせようとすると脱調現象(ステッピングモータ特有の現象です)を起こしモータが回転しなくなります。 

5.具体的なアプリケーション(使用)例について 

□アプリケーション説明 

ここでは弊社が設計・製造をしている「はんこ自販機」を基に説明させていただきます。「はんこ自販機」というと、普段はんこ屋さん等で良くみるすでに出来上がっているはんこの販売をイメージするかもしれませんが、違います。弊社の「はんこ自販機」はその場でお客様が希望する名前等のはんこを10~15分ほど度で作成しその場で受取持ち帰る事が出来る装置です。またはんこケースも販売しています。 

□制御構成 

おおまかな制御構成としては以下になります。 

・モータ制御基板(3軸モータドライバ内蔵のモーションコントローラ): ステッピングモータの制御&駆動を担当 

・ステッピングモータ(3軸):はんこ削る為のXYZ軸の移動用のモータ 

・パソコン:はんこ自販機全体の制御実施 

・タッチパネル:はんこの種類の選択・印影の入力等実施 

・コインメック:お金を投入する為の金銭ユニット 

□操作FLOW 

STEP1:欲しいはんこの種類(実印サイズ 銀行印サイズ等)や印影をサンプルから選択し、タッチパネルで作りたいはんこの名前(デザイン)を決定します。 

STEP2:その印影を作成するためにはどのようにはんこ(印材)を彫(削る)ればよいかをパソコンで計算しモータ制御基板に指令を出します。 

STEP3:はんこ(印材)を掘る器具の位置決めを行いはんこ(印材)を彫(削る)ります。 

ちょっとBreak 

はんこの完成時間ですが、10~15分になりますが、この差は削る箇所の差になります。つまりは削る箇所が多い名前は時間がかかります。その為、画数の多い複雑な漢字(例:渡邊)の方が削る箇所が少なく、早く完成します。 

はんこ自販機では、モータ制御はタッチパネルで入力した情報を取り込んだパソコンからのデータ、金銭ユニット(紙幣とコイン)に投入したお金(金額)のデータをRS232C・USB通信などの通信で情報交換を行って取り込んでいます。 

当然ですが投入した金額でお釣りが必要なときはお釣りの出す制御(指示)も行いお釣りを返しています。 

この様にはんこ自販機は当社が創業から培ってきた各種技術を組み合わせてで出来ています。 

モータ制御にステッピングモータドライバを内蔵し一体化し、パソコンとはUSB通信を行い、金銭ユニットとはRS232Cでデータ通信を行い装置(はんこ自販機)全体の制御を行っています。 

モータ制御における弊社の強み 

弊社は創業以来39年間モータ制御のカスタマイズを中心に約1700機種の開発を実施してまいりました。その為、今までの開発リソースを組み合わせて 

開発する事で0から開発するよりもより早く、より安価に開発することが可能です。 

 下図1つの例を見ていきましょう。 

 前提:4軸のステッピングモータを上位コントローラで動かす場合 

上記のような場合、お客様のご要望に応じたご提案を実施させていただきます。 

ご提案例 

例1:スペース上分散制御が必要な場合 

  1軸のステッピングモータドライバを内蔵したモータ制御基板を開発し、 

  1軸ごとに 増設対応可能な通信制御対応を実施。のモータ制御です。 

  装置の増設対応にも臨機応変に対応が可能 

例2:省スペースの集中制御が必要な場合 

  必要な軸数をまとめた多軸のステッピングモータドライバを内蔵した 

モータ制御基板を開発 

コントローラとステッピングドライバ全てを統一することで省スペースを実現。さらに上位(PC・タッチパネル・PLC)とは各種通信で行うことで構成はシンプルにすることが可能です。 

このように弊社ではメーカー様の仕様に合わせた(ODM)対応の開発・生産・販売を実施しております。また上位通信プロトコルもユーザ仕様に合わせた(ODM)対応の開発・生産もしております。 

モータ制御の設計・製造・販売の実績多数ありますので何かご質問等が有ればまずは当社にご相談頂ければメーカー様に最適なご提案をさせて頂きます。 

モーションコントロール、ODM開発のご相談は東阪電子機器へ

大切にしているのは、お客様とのコミュニケーション。
22業界・1,700機種の開発実績を有する弊社の専門スタッフが、
お客様のお困りごとに直接対応させていただきます。