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長良の落陽。

3Dプリンターが有効なケース

3Dプリント(積層法)と切削加工の違い、そして3Dプリンターならではのメリットをご紹介しましたが、ここからは実際に3Dプリンターの造形方法が有効なケースをご紹介します。
以下のような造形をお考えの方は、3Dプリンターを導入すると、作業効率がグッと向上する可能性があります。
中空構造
切削加工で使用する切削機は、中が空洞になっている構造や、造形物の内部にさらに造形物があるといった複雑な形状の加工ができません。
また、先ほども少し触れましたが、刃物が入りにくい形状の物も加工が困難です。
一方、3Dプリンターであれば、こうした複雑な造形も容易に行うことができます。
難なく加工を行うことができるどころか、中空構造であれば、ラフィメントを重ねなければいけない面積が少なく、造形時間の短縮にもなりますし、材料コストの圧縮などにも繋がるため、中空モデルの造形は3Dプリンターがおすすめです。
透明樹脂の高精度造形
3Dプリンターの中には透明樹脂を高精度で造形できるものもあります。
特に、透明樹脂の中にさらに造形物が入っているスケルトンの模型などは、3Dプリンターの得意分野。
また、3Dプリンターによるスケルトンの造形物は医療分野でも注目されており、血管を忠実に再現して手術のトレーニングを行うといった用途でも活躍しています。
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モータの回転原理

電流と磁界と力について
最初にこれからする説明のために、電流と磁界と力に関する基礎となる法則などをおさらいしておきます。懐かしい感じがしますが、普段、磁気関連の部品を使うことが少ないと忘れがちです。
モータの回転原理
モータの回転原理を説明します。図と式を使います。
導線が長方形の場合に、電流に働く力を考えます。
辺a、cの部分に働く力Fは、
 F=B×I×l[N]
となり、中心軸を軸としたトルクを生じます。
たとえば角度θだけ回転した状態を考えると、b、dに直角に働く力はsinθ分になるため、aの部分のトルクTaは、次の式で表されます。
Ta≃h/2×B×I×l×sinθ[N∙m]
cの部分も同様に考えると全体で2倍になり、以下の式で算出されるトルクが発生します。
 T=B×I×h×l×sinθ[N∙m]
長方形の面積はS=h・lなので上記の式に代入すると、以下になります。
 T=B×I×S×sinθ[N∙m]
この式は長方形だけでなく、円形など他の一般的な形でも成り立ちます。この原理を利用したものがモータです。

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モーターのノイズ対策

1.モータのノイズの概要
電子機器の多様化に対応して、入力電力3W程度以下のブラシ付き小型直流モータ(DCマイクロモータ)は、特に音響機器、OA機器、車載機器などの分野において大幅に需要が増大している。DCマイクロモータは励磁コイルに流れる電流が、モータの回転に伴って高速でON-OFFされるため、誘導性負荷を開閉した時と同様のメカニズムでピーク電圧が高く、立ち上がりのdv/dtが極めて大きいサージが連続して発生し、これが原因で広い周波数帯域に渡ってレベルの大きなノイズが発生する。極めて広い周波数帯域に渡ってレベルの高いノイズが観測され、エミッション(EMI)規制のみならず、近年の高性能な映像機器、音響機器の画像、音質劣化など、機器自体および周辺機器に対しても様々な悪影響を及ぼしている。
① ノイズ対策部品
DCマイクロモータのノイズ対策部品としてはモータ内部に実装するリングバリスタ、外付け用としてコンデンサや巻線型インダクタが使用される。
リングバリスタ
コンデンサ
インダクタ
② ノイズ対策技術
モータのノイズの吸収は発生源で対策可能なリングバリスタが理想的で、最も効果的である。リングバリスタSTRによるモータノイズ吸収効果例として、0.6WのDCマイクロモータに50cmの電源供給用ケーブルを接続し、20g/cmの低負荷にて駆動した時に発生する輻射ノイズを3mの距離において、リングバリスタなしのモータとSTRを装着したモータについて比較した結果として、STRを装着することにより、広い周波数帯域にわたって大きな効果を発揮することがわかっている。
2.リングバリスタ
リングバリスタの吸収効果は、一般に駆動回路やモータとの相性によって大きく変化するため、モータメーカ、リングバリスタメーカを含めて十分に検討することがコストパフォーマンスを引き出すポイントとなる。
コンデンサ、インダクタのみの対策では不十分で、この両者を組み合わせてLCフィルタを構成させることにより、十分な吸収効果を得られることもある。
フィルタはDCマイクロモータの端子部分に直接接続することが重要で、例えば電源ケーブルを接続する基板側に構成しても、輻射ノイズに関してはほとんど効果は得られない。
外付けLCフィルタによる対策は、5つの素子の部品代、加工費を考えればリングバリスタによる対策がトータルで安く、確実な方法と言える。
3.モータのノイズまとめ
一般にDCマイクロモータのノイズ発生量は負荷の重さにより大きく変化する。
そのためDCマイクロモータが組み込まれた機器のノイズ測定、対策を進める場合、機器に組み込まれたままの状態では、動作に伴ってモータの負荷状態が常に変化すること、対策のために機器の分解、組み立て作業の中でモータの取り付け状態が変化すること、などの理由から測定されるノイズレベルが大きく変化するため、対策の効果を正確に捉えることが困難な場合が多い。
このためモータノイズが問題となった場合は、DCマイクロモータのみを取り出し、定負荷状態にて測定、対策を進めることが重要である。またケーブル上の電流スペクトラムを電流プローブとスペクトラムアナライザにより測定した結果は、輻射ノイズレベルとほぼ相関があることを利用して対策を進めるのも良い方法である。
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ロボット制御における特異点

エクサウィザーズMLエンジニアの柳元です。 あけましておめでとうございます(遅い)。
エクサウィザーズのRobotTechチームはこれまでにマニピュレータロボットを使って 粉体秤量 、液体秤量、 パレタイジング 、ピッキング、コンプライアンス制御などの動作を機械学習させることに成功してきました。 そして、これらの学習済みモデルを COREVERY によってデリバーしています。
学習と制御のフローを考えたりデバッグをする上で、念頭に置かなければならないことの1つとして、特異点の問題があります。今回はロボット制御におけるこの「特異点問題」についてお話しします。
ロボットの特異点(Singularity)とは?
特異点と聞いて何を想像するでしょうか?多くの人が 技術的特異点 を想像するかもしれませんが、数学・物理学・制御学においてはとあります。
ロボット制御における特異点は、構造的に制御できない姿勢を指します。軌道に特異点が含まれている場合、ロボットは特異点付近において高速に移動(暴走)し、そして特異点で停止してしまいます。 なので、制御する際にはこれを避ける必要があります。
ロボットの姿勢の表現
ロボットがどんな体勢になっているかの表現は、ふつう以下のいずれかを使用します。
1.関節変位 (Joint space) q: 関節の角度の値
2.姿勢 (Pose, Task space) r: TCP(Tool Center Point, ロボットの手先の位置)を表す3次元空間の値
例えば、URのような6DoFのマニピュレータは、6個の関節(joint)を回転させて姿勢(pose)を変化させることができます。
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3Dプリンターを選ぶときにチェックしたい〜5つのポイント〜

3Dプリンターを導入する際に役立つ、造形方式や抑えるべきポイントの情報をまとめてみました!
初めての方も、2台目以降を検討している方も、こちらを読んでぜひ3Dプリンター選びの参考にしてみてください。
【CHECK 1】 3Dプリンターを導入する際にどのような点を抑えればいいのでしょうか?
3Dプリンターを導入する際に抑えておくべき点は、3Dプリンターの利用目的にあった「造形方式」と「使える材質」、「精度」、
「造形サイズ」になります。
3Dプリンターの主な5つの造形方式とは?
3Dプリンターの造形方式は大きく分けて、「熱溶解積層方式(FDM法)」、「光造形方式(SLA/LFS法)」、「粉末焼結方式(SLS法)」、「インクジェット方式」、「粉末積層方式」の5つがあり、造形方式によって使える材料が異なります。
各造形方式をクリックすると詳細の説明にジャンプします。
【CHECK 2】 3Dプリンターの精度=積層ピッチではない
よく3Dプリンターの精度を表現するために、積層ピッチ(1層で何mmずつ積層するかという値)が使われますが、実は積層ピッチは指標の一つでしかありません。
積層ピッチが細かいほど、緩やかな斜面の積層痕は目立たなくなるので、一見精度は良くなっているように感じます。
しかし、各層のXY方向の位置決めがずれていると、いくら積層ピッチが細かくても、各層でズレが生じてしまいます。
積層ピッチが細かくなるほど3Dプリンターによる造形時間はかかりますので、造形したいものが何なのかによって最適な設定をすることが必要になります。
【CHECK 3】 3Dプリンターが造形できるサイズは大きければいいものではない
3Dプリンターの造形サイズも何を造形するかによって最適な選択は変わってきます。
造形サイズが大きくなるほど、材料によっては熱応力による歪み、反りなどが発生します。場合によっては、大きいものでも分割して造形したほうが良かったり、造形サイズが足りない場合でも、斜めに配置することで造形できたりします。
また、材質によっては大きいものを造形する際に、材料費が高額になる場合もあります。
例えば繰り返しの試作をスピーディーに行う目的で導入されても、1個造形するのに材料費が数万円レベルでかかれば、気軽に造形できなくなってしまいます。
一方、材料費が数万円かかっても、1品もののクオリティの高い試作品を作ることが目的であれば、それは正しい3Dプリンター選びができていることになります。
【CHECK 4】 3Dプリンターを購入した後のメンテナンスやサポート体制
3Dプリンターを購入した後のメンテナンスやサポート体制なども導入前にしっかり調べておくことが重要です。メーカーによってサポート体制が全くない場合もあります。その際にはトラブルシューティングをユーザーですることになり、実際の設計業務とは関係のない作業に時間を取られてしまう場合もあります。
安価なものでも、きちんとサポートが受けられる機種を選定することも場合によっては必要かもしれません。
【CHECK 5】 悩んだとき、初めてで困っているときは・・・まず手頃な価格でデビュー
全く3Dプリンターを使ったことが無い方は、まずは手頃な価格の評判良い機種を買って、使い倒すことをおすすめします。
そして、3Dプリンターがどういうものか分かったら、より良い機種へだんだんとグレードアップさせて制作に役立ててみてください。
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