サーボモーターは、ロボット工学や自動車から産業オートメーション、民生用電子機器に至るまで、幅広い用途において高精度と信頼性を提供する、モーションコントロールシステムに不可欠なコンポーネントです。
サーボモーターには、位置回転サーボモーターと連続回転サーボモーターの2種類があります。どちらもモーションコントロールにおいて異なる役割を果たしますが、それぞれの違いを理解することが、特定のニーズに最適なモーターを選択する鍵となります。
この記事では、位置回転サーボモーターと連続回転サーボモーターの基本的な違いを解説し、設計、用途、性能特性、そして様々なタスクへの適合性を比較します。比較を容易にするために、詳細なチャートと分析も掲載しています。
サーボモーターの概要
サーボモーターは、トルク、速度、角度位置を正確に制御するために作られています。閉ループ制御システム内で動作し、モーター（通常はエンコーダまたはポテンショメータ）からのフィードバックを使用して、コマンド信号に基づいてモーターの性能を調整します。この閉ループシステムにより、モーターが期待どおりに動作することが保証され、微細なモーションコントロールが可能になります。
サーボモーターは、回転能力に応じて 2 つの主なカテゴリに分けられます。
- 位置回転サーボモータ（標準サーボモータとも呼ばれます）
- 連続回転サーボモータ
位置回転サーボモーター
位置回転サーボモーターの回転範囲は通常0°～180°ですが、360°まで回転可能なタイプもあります。これらのモーターの主な特徴は、シャフトを指定された角度まで回転させ、新しいコマンドを受信するまでその位置を維持する機能です。モーターの位置は、回転角度を指示するパルス幅変調（PWM）信号を使用して制御されます。
位置サーボモーターでは、シャフトは小型のDCモーターによって駆動され、フィードバック機構（通常はエンコーダまたはポテンショメータ）がシャフトの位置をモーターコントローラーに常時中継します。これにより、モーターは必要な角度まで正確に移動し、その位置を高精度に保持することができます。
アプリケーション
位置回転機能付きサーボモーターは、角度動作の正確な制御が求められる用途でよく使用されます。代表的な用途には以下が含まれます。
- ロボット工学：精密な角度制御が不可欠なロボットアーム、グリッパー、または脚の制御に使用します。
- モデリングおよびRC車両：RCカー、ボート、飛行機のステアリング、舵、その他の部品の制御に使用します。
- カメラシステム：パン・チルト機構、ジンバル、その他のモーショントラッキングシステムにおいて、カメラの位置を微調整します。
- CNCマシン：工具やワークピースを高精度に位置決めします。
パフォーマンス特性
| 特性 | 説明 |
| 精度 | 高精度、通常は1°以内 |
| スピード | 中程度、正確な位置決めに重点 |
| トルク | 中〜高（サイズと設計によって異なる） |
| 負荷容量 | 中程度（モーターサイズと用途によって異なる） |
| 制御方式 | PWM信号による角度位置制御 |
| 消費電力 | 中程度（位置保持や負荷に依存） |
| コスト | 精度と複雑さのため一般的に高い |
| 用途 | ロボット工学、RC車両、CNCマシン、カメラ |
連続回転サーボモーター
位置回転サーボモーターとは異なり、連続回転サーボモーターはどちらの方向（時計回りまたは反時計回り）にも連続回転するように設計されており、「ギアリングを変更した標準サーボ」と呼ばれることもあります。連続回転サーボはDCモーターと同様に動作しますが、PWM信号に基づいて速度と方向を制御する制御回路が内蔵されています。
PWM信号が入力されると、モーターは信号のデューティサイクルによって指定された方向に連続回転します。通常、デューティサイクルが50%のPWM信号ではモーターは停止し（ニュートラル位置）、デューティサイクルが高い場合は時計回り、低い場合は反時計回りに回転します。
アプリケーション
連続回転サーボモーターは、一定の動作が必要で、正確な角度位置決めを必要としないアプリケーションに最適です。一般的なアプリケーションには以下が含まれます。
- ロボット工学：移動ロボットや車両など、連続的な動作が必要なロボットの駆動輪やその他の可動部に使用されます。
- コンベアシステム：組立ラインや包装機など、連続的で途切れのない動作が必要なシステムに使用されます。
- ラジコン車両：リモコンカー、トラック、ボートの車輪やその他の部品に使用されます。
- カメラのパン・チルトシステム：精密な角度制御を必要とせずにカメラの連続的な動きを制御するために使用されます。
| 特徴 | 連続回転サーボモーター |
| 動作タイプ | 連続回転（時計回りまたは反時計回り） |
| 制御方式 | PWM信号による速度および方向制御 |
| 精度 | 低い（正確な位置制御はできない） |
| 速度制御 | PWMデューティ比に比例（可変速度） |
| トルク | 中程度（速度が上がると低下する） |
| 負荷容量 | 低〜中程度 |
| 用途 | ロボット（車輪、可動部品）、コンベヤーベルト、RC車両、カメラパンシステム |
| コスト | 一般的に安価でシンプル |
| 消費電力 | 連続動作中は高い |
| 複雑さ | シンプルな制御（PWM） |
比較：定位置回転型サーボモータと連続回転型サーボモータ
定位置回転型サーボモータと連続回転型サーボモータの主な違いをより深く理解するために、性能、用途、設計特性など、いくつかの側面を詳しく説明します。これらの重要な違いは、以下の図にまとめられています。
| 特徴 | 位置制御サーボモーター | 連続回転サーボモーター |
| 動作タイプ | 固定範囲内で回転（0°〜180°） | 連続回転（時計回りまたは反時計回り） |
| 制御方式 | PWM信号による角度位置制御 | PWM信号による速度および方向制御 |
| 用途 | ロボット、RC車両、CNCマシン、カメラ | ロボット（車輪）、コンベヤーベルト、RC車両、カメラパンシステム |
| 精度 | 高精度、通常は1°以内 | 低精度（固定された位置制御なし） |
| 速度制御 | 制限あり、主に位置制御に特化 | 完全な速度制御、PWMデューティ比に比例 |
| トルク | 中〜高（負荷と設計によって異なる） | 中程度、速度上昇に伴い低下 |
| 負荷容量 | 中程度（モーターサイズと設計による） | 低〜中程度 |
| 消費電力 | 中程度（位置保持や負荷に依存） | 一般的に連続動作中は高い |
| 使用事例 | 角度の正確な制御、位置決めタスク | 連続動作、速度制御タスク、単純な方向制御 |
詳細分析:
- 精度：位置回転サーボは、高精度が求められる用途に優れており、ロボット工学やCNCシステムに不可欠な繰り返し位置決めを実現します。一方、連続回転サーボは特定の位置を保持するように設計されていないため、精度が最優先される用途には適していません。
- 速度と動作：連続回転サーボは、連続的な動作と速度制御の柔軟性を提供するため、車輪や可動部品の駆動に最適です。ただし、位置回転サーボは特定の角度への移動とその位置の保持に重点を置いているため、通常は速度が低く、動作はより離散的です。
- トルク：ギアシステムはモーターの動きを正確に制御できるように構築されているため、位置回転サーボは通常、低速時に高いトルクを発揮します。連続回転サーボは連続動作を提供しますが、高速時にはトルクが低く、通常は重い負荷を支えるようには設計されていません。
- コストと複雑さ：一般的に、連続回転サーボは位置回転サーボよりもシンプルで手頃な価格です。後者は、精密な制御とフィードバック機構を必要とするため複雑であり、コストが増加します。精度がそれほど重要でない多くの基本的な用途では、連続回転サーボが手頃な価格で効果的なソリューションとなります。
アプリケーションに最適なサーボモーターの選び方
位置制御型サーボモーターと連続回転型サーボモーターのどちらを選ぶかは、アプリケーションの具体的な要件によって異なります。最適なモーターを選ぶためのヒントをいくつかご紹介します。
以下の場合は、位置制御型回転型サーボモーターをご使用ください。
- 回転角度を正確に制御する必要があります。
- ロボット工学やCNC加工など、アプリケーションでは再現性と精度が求められます。
- カメラジンバルやRC車両のステアリング機構など、正確な角度制御が不可欠なシステムを構築している場合。
次の場合は連続回転サーボモーターを使用します。
- 移動ロボットやコンベアシステムなど、連続的な動作が必要な場合。
- 正確な配置は必須ではなく、主な課題は方向性と速度制御です。
- ロボット用の車輪や、継続的な動作が必要なシンプルなパン機構などのシステムを構築している場合。
位置回転サーボモーターと連続回転サーボモーターはそれぞれ独自の長所と限界を持ち、それぞれ異なる用途に適しています。連続回転サーボは、一定の動作と速度制御が必要な用途に適していますが、位置サーボは、角度位置の正確な制御が求められる用途に最適です。サーボモーターメーカーとして、これら2種類のモーターの違いを理解することは、ロボットシステム、ラジコン車両、自動機械など、どのようなものを構築する場合でも、具体的なニーズに基づいた情報に基づいた意思決定を行うのに役立ちます。