機械設計：重量物移動のためのストッパー設計について
- 機械設計において、重量物を移動させる機構では、オーバーランのセンサーとメカストッパーを考慮する必要があります。
- メカストッパーの強度は、サーボモーターの最大トルクがかかることを想定して設計するのが重要です。
- オーバーランのセンサーが故障し、ストッパーにあたると、サーボモーターは最大トルクまでトルクを発生するため、このトラブルはよく起こります。
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機械設計
機械設計においてストッパーの設計についてご伝授お願致します。 サーボモーターにて重量物を移動させる機構において、オーバーランのセンサーとメカストッパーの設置を考えております。 その際メカストッパーの強度ですが、サーボモーターの最大トルクがかかってしまう事を仮定して設計するのが正解でしょうか。 もしオーバーランのセンサーが故障して、ストッパーにあたった場合、サーボモーターは最大トルクまでトルクを発生してしまうのが理由だそうです。 このようなトラブルはよく起こる物なのでしょうか。ご伝授お願致します。
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＞ サーボモーターにて重量物を移動させる機構において、…… ＞ このようなトラブルはよく起こる物なのでしょうか。 めったに起きない事でも、“重量物”が軌道外れ転倒等をすると安全に支障をきたします。 人災になるかもしれませんから、必ずストッパー等の物理的な歯止は必要です。 さて、 [メカストッパー][オーバーランセンサ][ソフト/プログラムでのストッパー]← 可動範囲 → [ソフト/プログラムでのストッパー][オーバーランセンサ][メカストッパー] のように配置するのが一般的です。 また、その距離に関しては、ソフト担当者と協議し決定下さい。 また、通常の動作でない場合に、動作速度を極力落とし[ソフト/プログラムでのストッパー]や[オーバーランセンサ]をＯＦＦにして動作させる場合もあることもあり、 人間が操作することなのでやはり[メカストッパー]は必要となります。 ＞ メカストッパーの強度ですが、サーボモーターの最大トルクがかかってしまう事を ＞ 仮定して設計するのが正解でしょうか。 正解です。 それと、サーボモーターの定格でなく最大回転数で算出した速度にて[メカストッパー] に衝突しても壊れない衝撃強度も考慮が必要です。 （上手くゴム等の緩衝材を利用したり、ショックアブソーバー的な物を利用したりもします。） （[メカストッパー]の強度確認も必要だが、重量物の衝撃強度確認も必要になるよ） （だから、上手く緩衝材を使用した[メカストッパー]の必要性が増すんですよ）
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暴走を止める為の安全策ならば 大昔のＮＣ機だと 減速・原点・ストロークエンド とＬＳを３つで監視 それ以外の不意な衝撃(ストローク内を含む)対策として シャーピン・シャーカラーなど介在して わざと壊れる所を設けて本体を守ります。 ＞このようなトラブルはよく起こる物なのでしょうか よく起こるようでは使い物にならならいでしょう。 現在の制御系は信頼度も含め向上しているので前出の皆さんの回答とおりだが 質量と送り速度を十分に考慮して下さい。
お礼
御回答頂き有難うございます。 万が一の時を考えてしっかり設計するように致します。
サーボを用いるのであれば、ソフトリミットでストローク制限を設ける ことを第一にお勧めします。 （絶対位置検出でなければ原点復帰機能も付加する必要があるかもしれ ません） 次のフェイルセーフの機能としては回答(1)さんの書かれている通り、 ＞1. オーバーランのセンサー故障はよく起こるか？ ＞=> 良い設計、良い環境、良いメンテナンスであれば起こらない ことを前提としてセンサーと回路を設けます。 使用環境が劣悪であったり、装置の保護を最優先にするのであれば、 回答(2)さんが書かれているように２重検出を施せば安心ですが、些 か過剰な感がいたします。 最終防衛線が硬質ゴムなどを用いたメカストッパです。場合によっては、 強力なバネや自動車のバンパーみたいなものも考えられますが、サーボ が機能したままモータの最大トルクで衝突することは考えにくいです。 昔はノイズなどの外乱により暴走することもありましたが、今はかなり 信頼性が高いのでは。また、回答(2)さんが書かれている通り、原則的に はセンサー検知によるサーボ電源OFFのフリーラン停止なので、ストッパ はそれなりの機構で十分と思います。 また、工作機械の話で恐縮ですが、最大トルク（電流値）に近い衝撃を 検知した瞬間（コンマ秒以下？）に逆方向への指令を与えるような機能 を見本市で見かけたことがあります。 （実用化されたか否かは不明です） アレコレと回答を書いている間に、回答(3)さんが登録されていた のに気づかず、同じような内容になり申し訳ございません。 回答の志向が同様＝一般的な考え方に近い、と感じて下されば幸い です。 >工作機械の話で恐縮ですが、最大トルク（電流値）に近い衝撃を >検知した瞬間（コンマ秒以下？）に逆方向への指令を与えるような機能 >を見本市で見かけたことがあります。 に対する >これ >http://www.okuma.co.jp/onlyone/anti/index2.html は、3次元データで機械の干渉を事前に算出検知して、衝突前に設定値 （2mm程度）の余裕を持って停止させる機能です。大手工作機械メーカ、 制御機器メーカ、ＣＡＭメーカで、実用化されていますが、小生の意図 するものと異なります。 小生が見本市でみたのは、衝突した瞬間の衝撃をサーボモータの トルク（電流値）で検出して、リバースさせる機能です。 前前前前回ぐらいのJIMTOF（日本国際工作機械見本市）にて、CNC旋盤に 組み込まれていたとの記憶です（中村留精密だったような...）。
お礼
御回答有難うございます。 早速ホームページ確認させて頂きました。 大変勉強になりました。
>>サーボモーターは最大トルクまでトルクを発生 暴走による最大速度による衝突が最大になります 基本的には３重に防御策を考えます ソフトリミット ソフトウエアー上での可動範囲 LS 昔はドグを使った俗にいうLSでしたが 故障があるので いまは光電SW 反応もいいし 原点復帰にも使える ↑ここで止めるのが前提 そのあとメカストッパーになります >>サーボモーターは最大トルクまでトルクを発生 は静荷重ですが 最大速度での突っ込みは 動荷重で搬送物の質量の１０倍以上（設計思想による） となるととてつもないことになるので あきらめてワーク抜け程度にする（破壊されること前提） どうしてもだめなら ショックアブソーバーをつけ減速する必要があります ストッパとオーバーランセンサの距離は 回答２の通りですが まあ、100mm 50mm 刻みになる きりのいい寸法にしてしまいます >>工作機械の話で恐縮ですが、最大トルク（電流値）に近い衝撃を >>検知した瞬間（コンマ秒以下？）に逆方向への指令を与えるような機能 >>を見本市で見かけたことがあります。 これ http://www.okuma.co.jp/onlyone/anti/index2.html 6軸ロボットファナックにもあったと思う
補足
御回答有難うございました。 またホームページの記載も有難うございます。 早速確認させて頂きました。 衝撃荷重までしっかり考えて設計するように致します。
>もしオーバーランのセンサーが故障して、 オーバーランセンサーが故障していないとして オーバーランセンサーが検出するまで全速で突っ込んだら？ 大抵の場合はX-Y水平方向にはブレーキモータは使わない 原則的にサーボ電源OFFのフリーラン停止 （最近のサーボはダイナミックブレーキ機能付きではあるが） 減速しないままストッパに衝突すると 中途ハンパなストッパならブッ飛ばしてしまう でも頑丈無比なストッパを付けると ストッパにぶつかった衝撃で機械フレームが歪んでしまったり？？？？ 原則的に ストッパとオーバーランセンサの距離は ダイナミックブレーキ機能での減速距離の半分程度以上にはしたい 本当なら完全に停止するまで見込める距離以上にはしたいのだが 多くの場合、そんな余分な外寸は見てくれない ガツンと衝撃音はするが何も壊れなければそれでヨシ？？ 以上はオーバーランセンサが故障していない場合の話です もし万が一センサが故障してたら？ 幸か不幸かそのような事態に遭遇した事が無いので想像できません ただ、安全の為にオーバーランセンサを２重にする事はあります
お礼
御回答頂き有難うございます。 センサーとストッパーまでの距離等色々な事を検討しながら 設計する必要性を認識できました。
1. オーバーランのセンサー故障はよく起こるか？ => 良い設計、良い環境、良いメンテナンスであれば起こらないけど、 悪い設計、悪い環境、悪いメンテナンスであれば、ちょくちょく起こる。 2. メカストッパーの強度は、サーボモーターの最大トルクを基準にすべきか？ =>サーボとストッパーの関係で言えば、過負荷エラーでサーボ停止。 したがって、過負荷エラーを発生させればOK。 止め方次第で、送り機構その他にダメージが及ぶ事があるので、配慮が必要。 重量物ならなおさら。 もうひとつ、オーバーランとメカストはきちんと離して。
お礼
御回答頂き有難うございます。 制御の方にも確認して適切に設計するように致します。 有難うございました。
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