中空カップモーターはヒューマノイドロボットの器用な掴みを強化します。高性能マイクロモーターが急速な成長を目撃

テスラの第 2 世代人型ロボット、オプティマスは、よりスムーズな歩行姿勢制御に加えて、卵を楽に正確に拾い上げ、配置する能力に優れています。シームレスで安定した把握により、ロボットの洗練されたハンドコントロール能力が実証されます。

人型ロボットの器用なハンドは、人間の運動学に基づいて設計された、一般的な産業用ロボットのエンドエフェクターとは全く異なる特殊なエンドエフェクターです。通常の産業用ロボットのエンドエフェクターは、グリップや溶接などの特定のタスクしか実行できませんが、器用なハンドは複数のセンサーと自由度によってサポートされ、人間の手の機能を模倣できます。人型ロボット市場の成長傾向に伴い、この器用な手に搭載された中空カップモーターも大きな注目を集めています。

不可欠 中空カップモーター ヒューマノイドロボット用

ロボットのエンドエフェクターとは、ロボットがタスクを完了するために必要な、特定の機能を備えたロボットの端 (関節) に取り付けられたツールを指します。エンドエフェクタはロボットの負荷と動作精度を決定します。従来の産業用ロボットのエンドエフェクターは、アプリケーション要件に基づいて、通常、グリップ、持ち上げ、溶接などの単一タイプのタスクのみを実行できます。その汎用性は限られており、人間の手の柔軟性とは程遠く、特定のシナリオまたはごく少数の同様のシナリオにのみ適しています。

人型ロボットのエンドエフェクターとして、器用なハンドは人間の手の機能をマップし、日常生活にあるさまざまなツールや器具を簡単に使用できるようにします。器用な手がなければ、人型ロボットは真に知的であるとはほとんど考えられません。 Optimus 2.0 の紹介ビデオの中で、テスラは 11 の自由度を特徴とする、より反応性の高い器用なハンドをオプティマス 2.0 に装備しました。

ロボットの自由度は、その動作の柔軟性、さまざまなタスクを処理する能力、および最大の動作パフォーマンスを反映します。一般に、自由度が増えるほどロボットは人間の手の機能に近づき、汎用性が高まりますが、制御も複雑になります。産業用ロボットは通常、6 自由度を超えることはなく、ほとんどは 3 ～ 4 自由度しかありません。

Optimus 2.0 のエンド エフェクターは 11 の自由度を誇ります。自由度が高くなると、構造がより複雑になり、モーターの要件が高くなります。ハンドスペースが限られているため、使用するモーターはコンパクトなものでなければなりません。器用な手を制御するモーターには、素早い応答性、正確な起動停止、高トルク、小型化が不可欠です。

中空カップモーターは小型・高精度モーターの代表格として、器用な手元に欠かせない役割を果たしています。中空カップモーターは、コアレス構造を備えた特殊なタイプの DC 永久磁石サーボモーターで、ブラシレスバージョンとブラシ付きバージョンの両方が用意されています。コアレス構造によりコアによるエネルギーロスがなくなり、重量と機械エネルギーロスが軽減され、極めて高い効率を実現します。

さらに、質量慣性が低減された中空カップモーターは、高トルクと組み合わせることで、非常に短い機械時定数でダイナミックな駆動を実現できます。これらの特性は、人型ロボットのニーズと完全に一致します。

### 人型ロボットが駆動する中空カップモーターの開発を加速

NTCysdの推定によると、中空カップモーターの世界市場規模は2022年に7億ドルで、2028年までに12億ドルに達すると予想されています。この予測には、人型ロボットからの需要の潜在的な急増は考慮されていません。 Optimus 2.0 では、テスラは 6 つの中空カップ モーターを使用して 11 の自由度を実現し、モーターあたりの単価は 150 ～ 300 ドルです。この量に基づいて、人型ロボットの将来の開発により、人型ロボット分野だけでも中空カップモーターの市場規模が大幅に拡大すると予想されます。

現在、Maxon、Faulhaber、Portescap などの企業が中空カップモーター市場に早くから参入し、この分野をリードしています。中国でも、いくつかのモーターメーカーが、このブルーオーシャン市場における将来の膨大な需要に応えるために、高性能中空カップモーターを提供できるか、生産を計画しています。

オプティマスのような人型ロボットが最終市場に徐々に応用されることで、中空カップモーターの需要は間違いなく大幅に増加するでしょう。

### 中空カップモーターに反映された高性能マイクロモーターの急速な開発

中空カップモーターはDCモーター、永久磁石モーター、サーボモーターの一種であり、マイクロモーターにも分類されます。マイクロモーターとは一般に、フレームの直径が 160 mm を超えない、または中心の高さが 90 mm を超えない、数百ミリワットから数百ワットの範囲の電力を持つ電気機械製品を指します。

以前、先進モータ制御技術セミナーではマイクロモータに関する報告があり、マイクロモータ分野全体が市場の需要に牽引されて急速に成長しており、特に小型・高トルクの高性能マイクロモータが急速に成長していることが浮き彫りになりました。中空カップモーターはこの傾向の一例にすぎません。

Grand View Researchの分析レポートによると、2022年の世界のマイクロモーター市場規模は400億7,000万ドルとなっています。小型高性能機器を実現するための小型化の需要により、マイクロモーター分野は急速な発展を遂げており、今後5年間の年平均成長率は6.2%と予想されています。

人型ロボットに加えて、自動車分野でも高性能マイクロモーターの需要が高まっています。自動車分野は、2022 年に最大のマイクロモーター市場でした。ドアロック、バックミラー、窓、電動シート、冷却ファン、ウォーターポンプ、ワイパー、サンルーフ、クラッチ、コンデンサー、ステアリングホイールなどのさまざまな車載システムはすべて、より小型で軽量のモーターを必要としています。

高性能車載用マイクロモーターは、小型でありながら正確で信頼性の高い駆動を実現し、より効率的なモーション制御を実現し、高いエネルギー効率を維持しながら車両の性能、安全性、快適性を確保します。さらに、アンチロック ブレーキ システムなどの安全システムへの高性能マイクロ モーターの使用も増加しています。

高性能 中空カップモーターに代表されるマイクロモーターにより、より小さな筐体で優れたモーター性能を実現します。将来的には、中空カップモーターだけでなく、小型、高速応答、正確な起動停止、高トルクを備えた高性能マイクロモーターがさまざまな産業で応用されることが予想され、モーター開発の重要な方向性を示しています。