Download Report

ちょいとメカ制御に便利なお手軽モジュールをマジで使うために
実験研究!
RCサーボモータの応答特性
高速化時代!
滝田好宏
出力軸
RCサーボモータ
ギヤ部
4段
2段
軸受
＋V
ポテンショ
メータ
＋V
マイコン，
ラジコン
受信器
など
制御基板
目標角
PWM
3段
1段
DC
モータ
角度フィード
バック
マイコン
変換
制御
演算
モータ
駆動回路
図 1　RC サーボモータの基本構造
マイコンにつなぐだけのお手軽モータ入りモジュールが進化している
RC サーボモータはラジコンなどの模型用に開発さ
れたモータ・モジュールです．模型以外にも角度など
をちょこっと制御したいときに簡単に使えます．図 1
に示すように，DC（ブラシ付き）モータ，演算制御用
マイコン，モータ・ドライバ（モータ駆動回路），減
速器（ギア部）などで構成されています．電流制御デ
バイスの処理速度が高速化したことで，小型で長寿命
なブラシレス・モータも使われるようになってきました．
2 足歩行ロボットやホバリング・ヘリなどに使う場
合は，特に高速応答が求められ，そのためには，構造
や性能を理解していないといけません．ここでは，市
販 RC サーボモータの構造や特性について実験を交え
て紹介します．
使える範囲が広がっている
● 進化 1：制御用マイコンの高速化
マイコンは，高性能化が進んでいます．筆者が RC
サーボモータの制御に採用した例を以下に示します．
1994 年に H8/3048（16MHz）
注 1：rotation per minute．1 分間の回転数．r/min とも表記す
るが，日本国内のみで通用．
108
2005 年に SH7125（50MHz）
2011年にRX62N（FPU付き，100MHz）
RC サーボモータ自体に使うマイコンは，例えば，
モータの回転数を 6000rpm 注 1 で制御するとすれば，
サンプリング周波数が 100Hz では 1 回転（360°
）間隔，
1kHz では 36°間隔，10kHz サンプリングでは 3.6°間隔
で制御量が更新されることになります．マイコンが高
速化すれば高精度の制御が可能になっていきます．な
お，時定数が小さい，いわゆる立ち上がりが速いコア
レス・モータやブラシレス・モータを使うと，性能の
向上に効果的です．
高速なマイコンを用いることで制御演算に余裕がで
き，ホスト側と通信を行って制御パラメータの変更や
RC サーボモータ自身の情報の送信を行い，きめ細か
な制御をすることが可能になりました．ただし，この
ような恩恵を受けるには専用の装置が必要になるの
で，システム単価は上がります．
● 進化 2：モータの高性能化
RC サーボモータには，従来はコア付き DC ブラシ
付きモータが採用されていましたが，コアレス DC ブ
ラシ付きモータになり，近年はブラシレス・モータへ
と高性能化が進んでいます．各社が動作スピードと出
力トルクの大きさを競っています．
主なメーカとしては JR（日本遠隔制御）
，Futaba（双
葉電子工業）
，KO PROPO・KONDO（近藤科学）
，
SANWA（三和電子機器）が挙げられます．
ブラシレス・モータの制御回路は複雑ですが，RC
サーボモータ筐体内に組み込めるほど集積技術が向上
し，小型のモータでも回転子の検出が行えるようにな
りました．
● 進化 3：減速器の軽量化
一方，減速器は基本的に歯車でできているので，代
わり映えはしません．材質は全て樹脂（ポリアセター
ルなど）のもの，一部に金属を使ったもの，すべて金
属のものなどがあります．出力軸にはボール・ベアリ
ングが用いられ，それ以外の歯車はすべり軸受けで支
2014 年 7 月号