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ラック＆ピニオン機構でバックラッシを抑制する方法とは？
2023/10/19 12:26
- ラック＆ピニオン機構にてバックラッシを抑制する方法を教えてください。
- 軸間距離の調整や制御観点からの工夫など、バックラッシを抑える方法を紹介してください。
- ロボットの走行軸などにおいてバックラッシが懸念される場合、ラック＆ピニオン機構でどこまでの精度が出せるかを知りたいです。
ラック＆ピニオンのバックラッシについて
2015/05/21 21:14
ラック＆ピニオン機構にて極力バックラッシを抑制できる（位置決め精度±0.2mm以下）方法を教えていただけないでしょうか。
例えば、
・軸間距離の調整？
・制御観点からの工夫（一方向位置決め？補正？そんなことできる？）
・ノンバックラッシギアを使うしかないだろう！
どのような細かいことでもかまいません。
また経験に基づくアドバイスいただければより一層ありがたいです。
よろしくお願いします。
【背景】
ロボットの走行軸など3000mm以上のロングストロークが求められる箇所の構造検討をする際に、どうしてもバックラッシで心配になり、コンパクトさが犠牲になったとしてもタイミングベルトでの駆動を採用しがちでです。
今後のことを考えると、ラック＆ピニオン構造でどこまで精度が出せるかを知っておきたいです。
【参考情報】
駆動源：サーボモーター
ピニオンのモジュール２
3000mmというロングストロークですが、ボールねじを採用しづらい距離ということで、今回仮に設定させていただきました。誤解を招く表現になりすみません。
質問者が選んだベストアンサー
ラック＆ピニオンで “繰り返し”位置決め精度なら ±0.2mm以下 は十分実現可能です。
参考ＵＲＬの走行軸もラック＆ピニオンのはずです。（そのものずばりではないですが、このメーカーから購入した３ｍストロークのロボットは、ラック＆ピニオンでした）
ただ、工夫として精度等級を上げたりはすばにする必要はあるかもしれませんが、ＫＨＫなどのメーカーさんからアドバイスもらえると思います。
ラック＆ピニオンに限らず歯車にはどうしてもバックラッシが必要なことも説明されるでしょう。
あと、これはお気づきかと思いますが、“一方向”という状況を保持するために、加減速の滑らかさやノンバックラッシギアという一工夫があると安心です。
軸間距離の調整は、ラックの基準とＬＭなどの直動ガイドとの走りがでているかの問題です。この走り精度を出す加工ができれば、ラックでなくピニオンの位置の調整でかまいません。
そこはバックラッシというか許容スキマを確認してください。
なお、タイミングベルトだと、ベルトの伸びでかえって精度が悪いと思います。
ラック＆ピニオンのように、バックラッシというかガタ、あるいは剛性の低い構造に対しフルクローズ制御を安易に用いることは危険です。
それは、モータとフィードバックのための計測器の間に遅れ要素が入るため、応答遅れを過剰に補正し、発振につながる危険性があるからです。
特に歯車は小刻みに歯が衝突し、損耗につながりがちです。
ただ、僕はあまり詳しくないので、対策としてはゲインをゆるめるとかインポジ幅を緩めるといったことしかできませんでした・・・
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ネタ的投稿
バックラッシだけが問題なら「なんてん」望遠鏡で採用された
2モーター駆動という手もあります。
駆動モーターのほかに与圧付加用のトルクモータを搭載し、常にガタを
片側に寄せる方式です。
原理的にはノンバックラッシギアと似たようなものですが
負荷の対応範囲が広く取れることになります。
お礼
2015/05/25 18:47
参考URLありがとうございます。
こんな発想あるとは驚きです。
先ず、バックラッシの正しい認識をしましょう。
ロボット走行軸等3000mm以上のロングストロークが求められる箇所の構造検討をする、ですが、
? 走行モータからの正転逆転を繰り返しても、バックラッシ累積はしないで
その時点のガタがバックラッシとなります
? ?から、アクションを起こす箇所に、バックラッシのガタが有っても、問題ない構造にする
例えば、面取りのような迎え込み量を、バックラッシの２倍設けるとか
? 歯車の教本やネット事例を基に設計したり、パーツ購入したり、少し高価ですが一括
代替え購入する
では、少し高価ですが、調整フリーによる調整時間短縮の
“トロコイド･カム･ギヤはラック＆ピニオン・リング＆ピニオン構造でありながら、
ノンバックラッシを実現した機械要素部品”を使用するがベストでしょうね。
お礼
2015/05/25 19:00
回答ありがとうございます。
参考URL参考にさせていただきます。繰り返し位置決め精度を問題としたときにバックラッシを考慮する必要があるという認識でよろしいでしょうか。
このバックラッシを小さくするには、ノーマルのラック＆ピニオンではだめそうですね．．．調整が大変そうなのと、価格の面からノンバックラッシギヤやテーパギアは避けていたのですが、避けては通れない道のようですね。
ワイヤースケールを併設する方法も有ります。
直線ならレーザー距離計等でも可能です。
精度は、金額次第です。
お礼
2015/05/25 18:50
回答ありがとうございます。
フルクローズループ制御にするのが一番確実ですよね。
ただおっしゃる通り金額が．．．
ラックアンドピニオンのバックラッシュは長さに関係ありません
１ｍの箇所でも１０ｍの箇所でもラックとピニオンとのスキマだけ ＜累積されません
１ｍの箇所でバックラッシュ０．１ｍｍだったなら、１０ｍの箇所でもバックラッシュは０．１ｍｍ
累積されるのはラックの加工精度と温度変化であってバックラッシュではない
お礼
2015/05/22 18:18
回答ありがとうございます。
漠然とした不安を抱いておりましたが、ロングストロークに適用する際は、ご指摘の2点が重要だと捉え直します。
>>バックラッシ
いつも思うんだが
みんな誤解してると思うんだが
一定方向位置決めをすればまったく怖くないんだが
今回のように長い場合
温度変化や加工精度が問題になるんだが
ほらみんな誤解してる
車や実機をみんなかまってないから
ハンドるをまらしたときの遊びで
一定方向に動かした場合は発生しません
ギヤ数が増えれば大きくなるが
移動距離で累積するものじゃありません
お礼
2015/05/22 18:15
回答ありがとうございます。
一定方向位置決めであればバックラッシの影響はないというのは、例えるなら旋盤の送り部が精度的に成り立っているのと同じ理由によるものだという認識でよろしいでしょうか。
お礼
2015/05/25 19:11
回答ありがとうございます。
タイミングベルトだと精度悪いのですね。
そういわれると確かにそうだなと思います。
ものにもよりますが、外力を受けると簡単にずれますし。
ラックを使って繰り返し位置決め精度±0.2mmを求めることが、無茶なことではないと教えていただき、今後の指針が得られたように思えます。
ありがとうございます。