なぜひずみゲージ？AL.Robotの選択基準

産業用ロボットの進化と協働ロボットの普及に伴い、ロボットが外部環境に敏感に反応し、精密に動作することが不可欠となっています。こうした背景から、力覚センサ／トルクセンサはロボットシステムにおいて重要な役割を果たします。特に、6軸力覚センサ／トルクセンサは、複雑かつ多方向の荷重を同時に検出できるため、高精度アプリケーションにおいて、ロボットはより柔軟かつ正確に動作することができます。

力/トルクセンサーとは何ですか?

力／トルクセンサーは、入力と出力間のねじれや曲げなどの物理的変化を検出し、測定可能な力またはトルク値に変換します。これらのセンサーは通常、ロボットの関節、エンドエフェクタ、または接触点に取り付けられ、相互作用力をリアルタイムで検出することで、精密な制御とフィードバックを可能にします。

6軸モデルは、3次元にわたって力（Fx、Fy、Fz）とトルク（Tx、Ty、Tz）を測定します。そのため、協働ロボットの衝突検知、医療用ロボットの精密制御、自動組立における微細挿入作業などの用途に不可欠です。

内部のセンシング方式は、センサーの性能と構造に大きな影響を与えます。最も一般的なタイプは、ひずみゲージ式と静電容量式で、それぞれ異なる特性を持っています。

ひずみゲージと静電容量式センシング方式

ひずみゲージセンサーは、センサー構造の微小な変形による電気抵抗の変化を検出することで機能します。力が加えられると、構造に接着されたひずみゲージが測定可能な抵抗変化として反応します。

この方式は優れた直線性と再現性を備えており、高精度が求められる環境に最適です。温度補償もより高精度で、変化する環境下でも安定した出力を維持します。さらに、標準インターフェース（EtherCAT、CAN、RS485）との互換性により、オートメーションシステムへの統合も容易です。

しかし、この方法には限界があります。センサーの構造が機械的応力を直接吸収するため、過負荷耐性は通常150%から300%の範囲で、特殊な設計では最大500%に達します。さらに、このシステムでは信号増幅、フィルタリング、高精度なキャリブレーションが必要となるため、他の方法に比べて製造コストが高くなります。

一方、静電容量式センサーは、内部電極間の距離が力によって変化する際に生じる静電容量の変化を測定します。非接触型またはフレキシブルな構造のため、極度の過負荷（最大1000%）にも耐えることができ、小型化も容易です。そのため、ドローン、ウェアラブルデバイス、軽量ロボットシステムなどに最適であり、製造コストの削減につながります。

しかし、この測定の間接的な性質は、非線形な出力をもたらします。また、静電容量センサーは温度、湿度、EMIの影響を受けやすいため、産業環境における長期的な安定性の確保が困難です。さらに、安定した出力を得るには、ハードウェアによる補償回路と複雑なソフトウェアによるキャリブレーションが必要となり、開発期間と長期的な保守コストが増加します。

まとめると、静電容量式センシングは魅力的ではあるものの、実環境下で安定させるには継続的な努力が必要です。高精度な産業用途においては、ひずみゲージ技術が依然として業界標準となっています。

※ ひずみゲージと静電容量式センシング

AL.Robotのセンシングアプローチ：最も重要なこと

AL.Robot では、すべての力/トルク センサーは、業界の実際の要求に基づいた意図的な決定である、ひずみゲージ方式に基づいています。

ひずみゲージ技術は、実証済みの直線性と再現性を備えた、明確で比例的な出力を保証します。AL.Robotのセンサーは、高度な温度補償と高解像度の信号処理によりこれらの利点をさらに強化し、動的な環境でも安定した性能を保証します。

これらのセンサーはEtherCATをはじめとする標準プロトコルをネイティブサポートしているため、既存のシステムへのシームレスな統合が可能です。構造面では、強化された内部設計と保護回路により、一般的なひずみゲージの限界を超える過負荷耐性が向上しています。

AL.Robotがひずみゲージ技術を選択したのは、習慣ではなく必要性によるものです。革新性は重要ですが、それ以上に重要なのは実用性です。産業現場では、顧客が求めるのは一貫性と信頼性のある出力であり、ひずみゲージはまさにそれを実現します。

AL.Robot はセンサーそのものを作るのではなく、現実世界で信頼できるツールを作ります。

力/トルクセンサの用途と展望

力/トルクセンサーの応用範囲は、業界全体で急速に拡大し続けています。

• 協働ロボットでは、衝突検出、力制御、簡単な指導が可能になります。

• 精密組立においては、自動車部品の取り付け、電子部品の挿入、研磨などの作業をサポートします。

• 医療用ロボットでは、繊細な触覚センシングと安全なロボット手術に不可欠です。

今後、力覚／トルクセンサーは、より高い精度、小型化、そしてコスト効率の向上へと進化していくでしょう。AIと機械学習を統合することで、スマートな補正、予測制御、そして自己キャリブレーション機能が可能になります。

AL.Robot はこれらの進歩に沿って、数字以上のもの、つまり信頼性を実現するテクノロジーを推進しています。