サーボドライバとは　役割と構成

最終更新日:2024/01/31 公開日:2022/10/05 2022/10

サーボモーターは、サーボ機構に使用されるモーターです。位置／速度／回転力（トルク）などを、指示を出した通りに正確に実現することが可能です。サーボモーターは、ロボットの関節部や半導体製造装置のテーブル移動機構など、精密な位置制御を必要とする駆動機構に多く用いられています。モーターは単体では精密な駆動を行うことはできません。モーターを制御するサーボドライバが必要です。

目次 [閉じる]

1. サーボモーターを制御するサーボドライバ
2. サーボドライバの原理
3. 小型ロボットに必要な小型サーボドライバ

サーボモーターを制御するサーボドライバ

サーボモーターによる駆動システム（サーボシステム）は、モーターとサーボドライバ、コントローラー、エンコーダーなどの要素により構成されます。サーボドライバは、コントローラーが設定した値に従ってサーボモーターの制御を行う装置です。

サーボモーターにより、駆動対象を高速、精密に移動させるためには、設定値に基づき、サーボモーターに電力を正確に供給して駆動させる必要があります。その役目を担うのがサーボドライバです。

サーボドライバは、PLC等のコントローラーから送信された回転速度、位置、出力などの駆動設定値の情報を元に、サーボモーターに対して必要な電力を供給します。サーボモーターは、供給された電力により設定値となるように駆動しますが、正確に動作しているかはこの時点ではわかりません。そのため、サーボモーターには、発光ダイオードとスリットの入った円盤とフォトダイオードにより構成される光学式エンコーダー、磁石の円盤とホールセンサから構成される磁気式エンコーダー、または位置検出システムが備えられ、回転時の位置や速度を検出しています。検出された結果は、サーボドライバにフィードバックされ、サーボモーターの動作結果と設定値との誤差が判断されます。誤差の値はコントローラーに返され、誤差が無くなるように再びコントローラーから信号を送り、サーボドライバがサーボモーターを制御して精密な移動を実現します。

サーボドライバの原理

サーボドライバは、電源回路部と、制御回路部により構成されています。電源回路部は、サーボモーターに対して制御された電力を供給する回路です。パワートランジスタや、電圧や電流などの変換を行うインバーター等の電源回路から構成されています。制御回路部は、コントローラーやエンコーダーからの信号の送受信、処理を行う回路が組み込まれ、サーボモーターに供給する電力の制御を行います。

サーボシステムでは、エンコーダー等で検出されたフィードバック信号がサーボドライバ側に戻され、閉じられたループを構成します。このような、制御方法をクローズドループ制御といいます。サーボドライバでは、サーボモーターの回転速度、位置、出力を制御するため、それぞれ数値に対して独立した制御ループが必要です。

クローズドループ制御には、フルクローズドループ制御とセミクローズドループ制御の2つがあります。フルクローズドループ制御は、サーボモーターで移動させる駆動対象の位置を直接センサーで読み取り、設定値と比較しながらサーボモーターを制御する方法です。セミクローズドループは、駆動対象の位置を直接検出するのではなく、エンコーダー等でサーボモーターの位置や速度を検出して制御します。多くのサーボシステムでは、セミクローズドループが採用されています。

小型ロボットに必要な小型サーボドライバ

サーボシステムは、様々な産業機器で活用されてきました。自動車製造で使われるような大型のアーム型ロボットの関節の駆動では、重量物を持ち上げることができるパワーを持つとともに、精密な位置制御が可能なサーボシステムが用いられています。工場で用いられる製造装置や検査装置では、製品の移動、回転を行うテーブルの位置決めの他、各種可動部の駆動制御にはサーボシステムが必要です。加圧部の動きを精密に制御することで、高精度なプレス加工を行う加工装置でも、サーボシステムが用いられています。他にも、自動車、電車、アミューズメント機器、各種家電など、精密な位置制御を必要とする駆動部を備えた機器では、サーボシステムが欠かせません。そのようなサーボシステムにおいて、サーボドライバは重要な役割を果たしてきました。サーボモーターが必要な機器には、必ずサーボドライバも搭載されています。

近年では、ドローンや産業用小型ロボットの活用が活発になっています。そのような装置には、小型でありながら起動トルクの大きいサーボモーターが必要です。また正確な動作も求められます。現在では、限られたスペースの中に駆動用モーター、歯車等の各パーツを緻密且つ最適なレイアウトで配置することで、小型ロボットの関節に最適に設計されたサーボモーターも開発されています。

　また、移動するドローンやロボットでは、サーボドライバも装置内に搭載する必要があります。小型ロボットであれば、サーボドライバも小型でなければ搭載できません。サーボドライバは、サーボモーターが高いパフォーマンスを発揮できるように、サーボモーターの種類ごとに調整されています。小型サーボモーターを使用する場合は、各モーターに対応したサーボドライバを選択してください。