モータ・ドライブ

未来のロボットを構築するための包括的なシステム レベルのソリューション

TI のシステム レベルのソリューションを使用して、より安全性に優れたスマートでコンパクトなヒューマノイド (ヒト型ロボット) を設計しましょう。ロボット設計に TI の高度な窒化ガリウム (GaN) ゲート ドライバや高精度なセンシング デバイスを活用することで、コストと性能の要件を満たしながら、さまざまな業界で進歩を推進することができ、生産性、安全性、そして毎日の生活を向上させることができます。

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ヒューマノイド (ヒト型ロボット) システムで TI 製品を選択する理由

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スマートで安全、かつコンパクトなロボット向けモーター ドライブを製作可能

TI の GaN デバイスとゲート ドライバを活用することで、小型で高効率な安全性の高いサーボ ドライブを製作できます。また、高精度な電流センシングとエンコーダを活用することで、より高精度なモーター制御が可能になります。 

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センシング、認識、ナビゲーションに適したインテリジェントな機能を開発可能

TI のプロセッサ ファミリは、認識、センサ フュージョン、ナビゲーションに適した高性能のエッジAI コンピューティングに役立ちます。TI のミリ波レーダー製品ラインアップは、ヒューマノイド (ヒト型ロボット) 向けの高精度センシングに貢献します。

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機能安全の各種要件に適合

TI のアナログ IC と組込み IC がオンチップ実装している安全機能を使用すると、IEC 61508、ISO 13849、ISO 26262 などの安全規格に対応すると同時に、システム レベルのコストを削減することができます。

より安全性に優れたスマートなヒューマノイド (ヒト型ロボット) の設計

小型で効率的、かつ包括的な保護機能を搭載したサーボ ドライブ向け電力段モジュールを製作可能

ヒューマノイド (ヒト型ロボット) は、多数のモーターに依存しており、各モーターは、高い電力密度と高精度な制御をコンパクトなスペースで実現する必要があります。GaN テクノロジーでは、内蔵ドライバのおかげで、同様の機能を持つ金属酸化膜半導体電界効果トランジスタに比べて、電力段のサイズを 50% 以上小型化できます。GaN は、スイッチング損失が非常に小さいため、数百 kHz の範囲で高周波パルス幅変調制御を実現できます。過度の熱を発生させずに効率を維持できるため、ヒューマノイド (ヒト型ロボット) システムの複雑で高性能な要件に対応するのに役立ちます。

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ホワイト・ペーパー
ドライバの統合によるGaN性能の最適化
スルー レートが高い場合、パッケージ タイプによっては GaN 電界効果トランジスタ (FET) のスイッチング性能に制限が課される可能性もあります。GaN FET とドライバを同一パッケージに統合しているので、寄生インダクタンスが小さくなり、スイッチング性能の最適化につながります。 
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ビデオ
ロボットとサーボ ドライブ向けの 3 相 GaN インバータ
このリファレンス デザインは、48V/15A の GaN ベース 3 相インバータで、80kHz PWM でテストされています。GaN は半導体材料であるため、ますます多くのロボットやサーボのメーカーがモーター ドライブでの GaN の使用を検討しています。 
ホワイト・ペーパー
3 相統合型 GaN テクノロジーによりモーター ドライブ性能を最大化する方法
DRV7308 など、GaN ベースの IPM の進歩は、家電製品や HVAC システムのモーター ドライブにおける電力密度、電力供給、効率の向上を促進すると同時に、システム コストの削減や信頼性の向上にもつながります。
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電力段 に関する主な製品
新製品 LMG2100R026 アクティブ 100V、2.6mΩ、ハーフブリッジ GaN (窒化ガリウム) 電力段
新製品 LMG3100R017 プレビュー ドライバ内蔵、100V、1.7mΩ の GaN FET
新製品 DRV8162 プレビュー STO 機能搭載、最大 105V、シングル ハーフブリッジ スマート ゲート ドライバ

滑らかで高精度の動作の迅速な実現

ヒューマノイド (ヒト型ロボット) では、高精度の動作と速度を実現するために、モーターの電流、電圧、位置を常にリアルタイムで測定する必要があります。TI の C2000™ マイコンと Sitara™ プロセッサは、高性能のリアルタイム制御を実現できるため、ロボットを高い精度、安定性、安全性で確実に動作させることができます。通信よび処理の遅延を最小化するように設計されたこれらのプロセッサは、クラス最高のモーション制御、サイクル時間、パス精度を実現できるため、最近のヒューマノイド (ヒト型ロボット) システムの性能に対する要件の高まりにも対応できます。

ビデオ
非集中型 (分散型) 多軸モーター制御
TI の非集中型 (分散型) 多軸サーボ ドライブ アーキテクチャを採用すると、リアルタイム制御を、実際の動作にいっそう近付けることができます。
技術記事
What is “real-time control” and why do you need it?
リアルタイム制御とは、データの収集、そのデータの処理、およびシステムの更新を既定の時間枠内で行う閉ループ システムの能力を指します。システムがこの定義済み時間枠に間に合わない場合、安定性、精度、効率は低下します。
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技術記事
How to achieve precise motion control in industrial drives
高精度のモーション コントロールを実現するには、産業用ドライブの多くの要素がそれぞれ重要であり、これにはセンシング、処理、アクチュエータ駆動という、リアルタイム制御の設計にとって基礎となる 3 つのサブシステムがすべて該当します。
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モーター制御 に関する主な製品
AM2634 アクティブ リアルタイム制御機能とセキュリティ機能を搭載、最大 400MHz 動作、クワッドコア Arm® Cortex®-R5F マイコン
TMS320F28P650DK アクティブ C2000TM 32 ビット・マイコン、 2 個の C28x+CLA CPU 、ロックステップ、 1.28MB フラッシュ、 16 ビット ADC HRPWM 、 EtherCAT 、 CAN-FD

適切な時間枠で通信を完了させ、高精度で安全な動作を実現

ヒューマノイド (ヒト型ロボット) で高精度かつ安全な動作を実現するには、標準またはシングル ペア イーサネット (SPE) などの、システム間でタイムリーなデータ交換を行うためのリアルタイム通信インターフェイスが不可欠です。TI の最新の物理層 (PHY) に TI の高性能リアルタイム マイコンを組み合わせることで、最大ギガビットの通信速度のさまざまな産業用通信プロトコルに対応できるようになるだけでなく、ケーブルの重量や、複雑さ、また高度なロボット設計における故障ポイントの低減にも貢献します。

アプリケーション・ノート
How and Why to Use Single Twisted-Pair Ethernet (SPE) for Industrial Robotics Environments (Rev. A)
この記事では、ロボット アプリケーションにおける SPE (Base-T1) の利点と、コンパクトで効率性および信頼性に優れた低ノイズのロボット システム向けの通信インターフェイスを設計する際の主な課題について説明します。
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アプリケーション・ノート
EMC/EMI Compliant Design for Single Pair Ethernet
このアプリケーション ノートでは、電源とクロック供給方式に注目しながら、電磁干渉試験と電磁適合性試験に合格するのに役立つ、回路図やレイアウト方法に関するガイダンスが提供されます。
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communications に関する主な製品
DP83TC812S-Q1 アクティブ 車載対応、RGMII と SGMII 搭載、TC-10 準拠、100Base-T1、イーサネット PHY
DP83826E アクティブ MII インターフェイスと拡張モード搭載、低レイテンシの 10/100Mbps PHY
TCAN1042-Q1 アクティブ 車載対応、フレキシブル データ レート対応、故障保護機能搭載、CAN トランシーバ

安全上の脅威に対する応答時間を犠牲にせずに、ロボットの性能と速度を向上させることが可能

TI の高精度ミリ波センサ製品ラインアップを活用して、ヒューマノイド (ヒト型ロボット) との密接な連携を実現しましょう。TI のミリ波レーダー センサを採用すると、360 度の視野で高精度のデータを収集できるため、設計で最高レベルの精度を実現するのに役立ちます。また、TI のレーダー技術は TÜV SÜD (Technischer Überwachungsverein) から事前認証済みのセーフティ インテグリティ レベル (SIL) 2 に達しているので、安全設計サイクルを実現し、レーダー保護デバイスに関する IEC (国際電気標準会議) 61496-5 規格の要件を満たすのが容易になります。

ビデオ
ウェビナー:ロボット分野のセンシング
協力ロボット (コボット) が人間と連携、共存、協力できるように、ミリ波、超音波、光学センサなどの各種センサを活用する方法や、無人搬送車を実現し、物体の検出と回避を実行するために各種センサを活用する方法をご確認ください。
ビデオ
TI のミリ波製品のエキスパートが、機能安全について説明
このビデオは、TI のレーダー センサで利用できる機能とリソースについて説明します。これらを活用すると、最終アプリケーションで機能安全の開発が容易になります。
リファレンス デザイン
LiDAR 用ナノ秒レーザー ドライバのリファレンス デザイン
LiDAR (Light Detection And Ranging:光を使用した検出と距離測定) を採用した TI のこのリファレンス デザインは、パルス幅の狭いアプリケーションで LMG1020 と LMG1025-Q1 の各ローサイド ゲート ドライバを使用する方法を紹介します。
安全用途のセンサ技術 に関する主な製品
IWR6843 アクティブ 処理機能内蔵シングルチップ 60GHz ~ 64GHz インテリジェント ミリ波センサ
TDA4VM アクティブ ディープ ラーニングとビジョンとマルチメディアの各アクセラレータ搭載、デュアル Arm® Cortex®-A72 SoC と C7x DSP
LMG1020 アクティブ 5V UVLO (低電圧ロックアウト) 搭載、ナノ秒単位の入力パルス対応、7A/5A、シングルチャネル ゲート ドライバ

機能安全システム認証手続きの効率化

TI の機能安全に準拠したセンサとプロセッサを使用すると、IEC 61508 などの機能安全規格の厳格な要件に対応しやすくなります。機能安全分野の TI の認定エンジニアに加えて、機能安全に関する平均故障率、故障モード、影響、および診断分析、安全認証書、ソフトウェア診断ライブラリなどの資料やリソースが利用できるので、認証プロセスの簡略化に役立ちます。

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ホワイト・ペーパー
Optimizing functional safety for industrial robots
このホワイト ペーパーは、産業用ロボットが採用するプロセッサの機能安全と、機能安全を実現するために使用できるいくつかのオプションについて説明します。
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機能安全情報
Design Smaller Safe Torque Off (STO) Systems Using 3-Phase Smart Gate Drivers
TI の各種 3 相スマート ゲート ドライバは、TI の機能安全品質管理デバイスとしてリリースされており、次期セーフ トルク オフ (安全な方法でトルクを低減) システムの設計用に役立ちます。
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ビデオ・シリーズ
TI における機能安全
TI のアナログ製品と組込みプロセッシング製品を使用すると、ISO 13849 や IEC 61508 などの機能安全規格が課す厳格な要件に対応できます。TI のエキスパートの情報を活用すると、機能安全システムの認証を効率化できます。
アプリケーション概要
統合 3 相スマート ゲート ドライバを使用した、より小型の STO システムの設計
この記事では、セーフ トルクオフ (STO) の要件、市場動向、既存のソリューション、DRV8350F と DRV8353F を使用した小型 STO 設計のアプローチについて説明します。
リファレンス・デザイン
統合型モーター ドライブ向け、48V、4kW、小型フォーム ファクタ、3 相インバータのリファレンス デザイン

このリファレンス デザインは、公称 48V DC の入力を受け入れ、85Arms の出力電流定格で動作する 3 相インバータを提示します。100V のインテリジェント ハーフブリッジ ゲート ドライバ DRV8162L を採用すると、小型サイズ、堅牢、高効率の電力段を実現できます。セーフ トルク オフ (STO) 機能を実現するために、RV8162L の分割電源アーキテクチャを使用するマルチチャネル シャットダウン パスを提案します。DRV8162L には内部 VDS (...)

リファレンス・デザイン
統合型モーター ドライブ向け、48V/16A、小型フォーム ファクタ、3 相 GaN インバータのリファレンス デザイン

このリファレンス デザインは、特にモーター内蔵サーボ ドライブやロボット アプリケーションに適した、電力密度の高い 12V ~ 60V の 3 相電力段を提示します。GaN FET とドライバとブートストラップ ダイオード を内蔵した、100V、35A GaN ハーフ ブリッジである LMG2100R044 を 3 個使用しています。  
IN241A 電流センス アンプを使用して高精度の相電流センシングを実現するほか、DC リンクと相電圧も測定しているため、InstaSPIN-FOC™ のような高度なセンサレス設計の検証を実施できます。このデザインは、TI のブースタパックと互換性のある (...)

モータ・ドライブ 関連の各種リファレンス・デザイン

セレクションツールを使用すると、お客様のアプリケーションやパラメータに最適なリファレンス・デザインをご覧いただけます。

技術リソース

e-Book(PDF)
e-Book(PDF)
E-book:産業用ロボット設計に関するエンジニア・ガイド
TI のアナログと組込みの各テクノロジー、およびリファレンス デザインを活用し、インテリジェントで自律性の高い協力ロボット (コボット) を開発してください。この e-book (PDF) では、ロボット設計に関するさまざまな技術解説をまとめてご提供しています。
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アプリケーション・ノート
アプリケーション・ノート
How and Why to Use Single Twisted-Pair Ethernet (SPE) for Industrial Robotics Environments (Rev. A)
産業用ロボット環境でのシングルツイストペア イーサネットの使用方法とその理由
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関連資料
関連資料
ロボット ソフトウェア開発キット
ロボット ソフトウェア開発キットには、TI の Jacinto™ プロセッサ向けのソフトウェア開発環境が用意されているほか、ロボット ソフトウェアの開発に活用できるソフトウェアのビルディング ブロック (構成要素) とサンプル デモも付属しています。