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長良の落陽。

3Dデータの作り方

3Dプリンターの一般的なデータは「STL」「OBJ」で、ソフトの3Dデータを3Dプリンターで製造するにはこの形式のデータで出力・変換の必要があります。
3Dデータの作り方①3DCADで作成
立体的な図を作成します。高精度の部品も製品も出来ますが、扱いが難しいところがあるので慣れが必要です。無料のソフトも多くあり、最初は操作が易しいソフトを選びましょう。


ブラシレスDCモータ

3Dデータの作り方②3DCG系ソフトで作成
流線形のデータ作成に向いています。人形など寸法が明確でない、自由曲面のある製品を作るのに適しています。ゲームやアニメのフィギュアを作るのに利用されます。

3Dデータの作り方③3Dスキャナ
3Dスキャナですでにある製品をスキャンして3Dのデータにします。一からデータ作成が不要で、3Dデータが作れます。簡単に操作が出来ますが、スキャナ本体の価格が高いというデメリットがあります。

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そもそも産業用ロボットって?

世界初の産業用ロボットは、1962年に米国で誕生しました。米国人エンジニアのジョージ・チャールズ・デボル・ジュニアが提案した「ティーチング(教示)とプレイバック(再生)により自動化に柔軟に対応するロボット」というアイデアと、“ロボットの父”と言われる事業家ジョセフ・フレデリック・エンゲルバーガーが出会い生まれたのが「ユニメート(=汎用能力をもつ作業仲間)」と名付けられた産業用ロボットだったのです。
この「ユニメート」を製造・販売するユニメーション社と、いち早く技術導入契約を結んだのが川崎重工でした。技術力を総動員して国産化を図り、1969年に日本初の産業用ロボット「川崎ユニメート 2000型」を発表。以降、国産産業用ロボットの開発は自動車産業を中心に加速します。もともと電気機器や精密機械の分野で高い技術を持っていた国内メーカーの実力がここで一気に開花し、やがて日本は世界をリードするロボット大国となりました。
産業用ロボットの種類は、6種類に大別されます。まず初期に広く普及したのが、砲台のように台座中心に旋回軸を備え、作業を行うアームが上下回転+伸縮する「極座標型ロボット」。国産初の産業用ロボット「川崎ユニメート 2000型」もこのタイプに属しています。これに似たタイプで、やはり初期に多く活躍したのが「円筒座標型ロボット」。こちらは旋回軸を中心に、上下移動+伸縮するアーム機構を持っています。また、旋回軸を使わずに縦×横×高さの3方向に直交するスライドで3次元の動きを実現するのが「直角座標型ロボット」。
このタイプは、設置面積は大きくなるものの機構がシンプルなので制御が容易なのが特徴です。 現在最も広く使われているのが「垂直多関節型ロボット」。人間の腕のような関節(=軸)を複数もつアーム+旋回軸で構成し、溶接やパレタイズ、組み立てなど様々な用途で活躍しています。水平方向の回転軸と垂直方向の直線軸で構成するのが「水平多関節型(スカラ型)ロボット」。
上下運動する先端部が水平方向に移動するため、高さが一定の作業台上での作業などに向いています。スピーディな作業を得意とするのが「パラレルリンク型ロボット」。並列(パラレル)に配置した複数の関節で先端を制御するので高速かつ精密な動作が可能で、ベルトコンベア上に流れる軽量なワークのピッキングなどに活用されています。
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サーボモーターの原理や構造

サーボモーターは、モーターに加えて、コントローラー、ドライバー、エンコーダ(回転検出器)で構成されます。
プログラムに従ってコントローラーがドライバーに指示を出し、その指示通りにドライバーがモーターを動かします。その後、モーターの動作状況をエンコーダが検出して、情報をドライバー経由でコントローラーに送ります。この動作状況が、指示した通りであるのかを確認し、誤差が生じているようであれば、再びコントローラーからドライバーを経てモーターに対して制御命令が出される仕組みとなっています。この一連の動作が、目標とする動作に一致するまで繰り返されるため、精度の高い制御が実現できるのです。
エンコーダから得られるモーターの動作に関する状況が極めて重要になりますが、この信号は「フィードバック信号」と呼ばれます。そして、フィードバック信号がドライバー側に戻され、閉じられたループを構成することから、「クローズドループ制御」と命名されています。クローズドループ制御が、サーボモーターのポイントとなる技術です。
さらに、この高精度の制御を実現するためには、起動と停止を繰り返し行っても問題なく正確に動くように、モーター自体も高性能である必要があります。
ACサーボモーターの場合は、シャフトを中心とする永久磁石の周囲を、コアとなる鉄心の周りに電線を巻き付けた固定子が取り囲むのが、一般的な構造です。固定子の電線に電流が流されると、永久磁石が回転してモーターとしての機能を果たすことになります。電線を巻く技術などが進歩したことによって、モーター全体の小型化が可能となり、慣性が小さくなることで回転の制御が容易となりました。使用される部品も、高精度/高耐久性を持ったものが使われることで、長期間安定した動作が可能となっています。
光センサーとスリットを刻んだ円盤を組み合わせたエンコーダが固定子に付けられて、モーターが回転した時の位置や速度を検出します。
これらのサーボモーターを構成する要素は、メーカーが一式セットにして、すぐに利用できる状態にしていることがほとんどです。
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ギヤードモーターの結線方法について

正転・逆転について
モーターの回転方向を表す記号にCWとCCWがあります。
CWは出力軸側から見て時計方向(正転)、CCWは出力軸側から見て反時計方向(逆転)となります。
ギヤードモータには、三相電源入力タイプと単相電源入力タイプがあり、電源電圧によって結線方法が異なります。
CWとCCWを結線で切り替える方法は、三相入力のギヤードモータの場合、一次側のR、S、Tいずれか2線を入れ替えると逆方向に回転します。
瞬時正逆転をするとギヤに大きな負荷がかかってしまうため、ギヤの破損、寿命低下をまねきます。回転方向の切り替えは、ギヤードモータが完全に停止した後に行うようにします。
単相入力のギヤードモータの配線は、3本リード線と4本リード線のものがあります。
3本リード線であれば図2のように、L側の白と赤を入れ替えることで、簡単に反対方向に回転させることができます。
4本リード線の単相入力ギヤードモータを逆回転させる場合は、黒と白を入れ替えることで逆転できます。そのため、図3のような結線をしてください。
単相入力のギヤードモータは、慣性負荷が大きいと瞬時正逆転をおこなった場合、回転方向が切り替わりません。回転方向の切り替えは、ギヤードモータが完全に停止した後におこないます。
ブレーキ付きギヤードモーターの結線
商用電源での運転しているギヤードモータの減速・停止には、いくつかの方法があります。
ひとつは電源の遮断、及び電磁ブレーキでの停止です。
ギヤードモータへの印加電圧を遮断することにより、ギヤードモータの駆動力が失われ、惰性での回転(フリーラン状態)になります。負荷トルク(機械等の抵抗力)に よって減速し停止に至ります。
減速時間は負荷(機械とギヤードモータ)の慣性、負荷トルクの大きさにより決まります。
もう一つの方法として、電磁ブレーキを使用して停止させる方法です。ギヤードモータへの印加電圧が遮断された後、電磁ブレーキを動作させることで負荷トルクと制動トルクにより短時間で減速できます。停止後はそのまま電磁ブレーキの保持トルクにより機械を停止(固定)させておくことができます。
電磁ブレーキの回路には普通制動回路と急制動回路があります。停止位置精度を必要とされる場合や昇降機械などは、ブレーキの応答時間を短縮する急制動回路を適用します。
インバータとの結線方法について
インバータ駆動による減速と停止、電磁ブレーキとの併用について。
インバータ駆動では、設定された減速時間により減速停止することができます。
この際、回転しているギヤードモータよりもインバータの出力する周波数を下げることでマイナス負荷(負荷から回される)のトルクを出力して減速停止します。
使用の機械をフリーラン停止した場合にかかる時間よりも、短い減速時間で減速する場合インバータの過電圧保護によるエラーが生じる場合があります。この場合は、制動抵抗器の使用が必要になります。
インバータが最低出力周波数・始動周波数で出力を停止したあと、慣性によりモーターの回転が継続し、すぐに停止しない場合があります。
このような場合は、インバータの直流ブレーキ機能を使用することでモーターを停止させることができます。
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PMモータの種類と現状

○PMモータとは
PMモータの「PM」は、永久磁石(Permanent Magnet)の略です。PMモータの回転子は永久磁石を有しています。誘導モータと異なり二次電流が流れないため、内部損失(熱)が発生せず、その分高効率となっています。また、永久磁石による回転子は小型化しやすく、誘導モータよりも小型・軽量です。
PMモータの効率は、三相誘導モータのIE効率クラスでは、スーパープレミアム効率のIE4です。PMモータの効率は、トップランナー規制のIE3よりも高効率となっています。
○PMモータの種類
PMモータには、永久磁石を回転子の表面に形成するSPMタイプと、永久磁石を回転子の内側に埋め込むIPMタイプとがあり、IPMタイプが多いです。
PMモータは、交流電源で動作する同期モータの一種であり、1台ごとのインバータ制御が必要です。
○PMモータの現状
2013年に製造された交流電動機の全容量621億kWのうち、ハイブリッドなど自動車用の容量が411億kWと66%を占めています(経済産業省生産動態統計年報より。比率は当社算出)。
自動車以外のPMモータは、容量43億kW(7%)です。金額では交流モータ(単相及び三相)の30%、数量で27%と大きく成長しています(同)。2012年には、生産の台数ベースで、自動車用以外のPMモータは、三相交流電動機の生産台数を追い抜いています。
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