スマート電動アクチュエータで人間工学の基準を引き上げる

電動リニアアクチュエータは、反復的、汚れた、または危険なタスクを自動化することにより、人間工学的な利点を長い間提供してきました。最近、オンボードインテリジェンスの電動アクチュエータへの統合により、人間工学的貢献が新たなレベルに引き上げられました。デジタルモーター制御、位置フィードバック、同期、リアルタイムモニタリングなどのスマート機能により、自動化をさらに簡単に適用して、職場の快適さ、安全性、効率を向上させることができます。

デジタルモーターコントロール

従来のアクチュエータは、アクチュエータを延長、収縮、または停止するために、多くの場合、電力効率の悪い大型のリレーまたは独立したコントローラに依存しています。オンボード電子機器を使用して電力を管理すると、スイッチまたは接点の電流を20Aから22mA未満に減らすことができ、よりシンプルで安価なシステム設計が可能になります。オペレーターは、簡単な制御でアクチュエーターの方向を実行および変更できます。

作業員が100ポンドを超える重量の部品を扱っており、頻繁に手を伸ばしたり曲げたりする必要がある作業スペースを想像してみてください。作業台が低レベルのスイッチングを備えたアクチュエータによって制御されている場合、各ユーザーは、最小限の曲げやストレッチを必要とするレベルに高さを調整でき、生産性を向上させながら疲労を軽減します（図1）。

従来のアクチュエータアセンブリではこのような調整が可能ですが、外部モーターの切り替えが必要になるため、より多くの電力を消費するため、手動で行う必要があります。ただし、回路の流れを電子的に制御することにより、このようなスイッチングはすべてアクチュエータハウジングに組み込まれ、外部配線のない、より滑らかでクリーンな設定を提供します。

モーターの切り替えを自動化することには、安全上の利点もあります。アクチュエータは、負荷に応じて20〜40アンペアを消費します。設置および操作中のこの電流への曝露を最小限に抑えることで、人間工学に基づいた制御が可能になり、高アンペア数のリレーによる潜在的な感電の危険性が軽減されます。

デジタル位置フィードバック

スマート電動アクチュエータ（図2）は、微調整を可能にするだけでなく、それらの調整の範囲に関するリアルタイムのフィードバックも提供します。彼らは、ストローク全体の負荷の場所について報告することができます。図1の作業台の例では、負荷の場所に関するデータをキャプチャし、それを事前設定されたパラメータと比較して、一貫した動作を保証できます。

デジタル位置フィードバックに加えて、速度を測定および制御する機能があります。特定の機械を保護したり、仕切りを形成したりする重いドアの昇降を自動化しているとします。マイクロコントローラは、エンコーダからパルスカウントを受信し、設定された時間間隔内に受信したパルスの数に基づいて移動距離と速度を計算できます。重いドアの例（図3）をそのままにしておくと、ストロークの終わりに達するときに速度を遅く設定できるようになり、オペレーターが開口部をクリアする時間がある前にドアがバタンと閉まるのを防ぐことができます。

アナログ位置フィードバック

デジタル位置フィードバックは、アクチュエータ速度を測定する最も簡単な方法の1つですが、停電またはシャットダウン後に報告される位置を記憶していないため、プログラムするのは簡単ではありません。ただし、アナログポテンショメータを備えたスマートアクチュエータは、アクチュエータギアボックス内のポテンショメータから正確な位置情報を受信できます。これにより、ストロークの開始から終了まで、駆動速度と方向をユーザーに警告する電圧信号が送信されます。彼らはその位置を覚えているので、電源が失われた場合でも、ホームポジションに戻ってデバイスをリセットする必要はありません。

信頼性の高い位置メモリにより、各ユーザーの人間工学的設定を保存するアプリケーションの開発が可能になり、身長、ストアドプロシージャ、ユーザー設定などの要素に基づいて、ワークスペースを複数の個人に合わせて調整できます。

同期

スマート電動アクチュエータの人間工学的利点は、複数のアクチュエータで使用するとさらに顕著になります。シフトする負荷に自動的に調整するようにアクチュエータを設定できます。たとえば、5人または10人の作業員が胴体を完成させる航空機の組み立てアプリケーションでは、地上から高く上げる必要のあるプラットフォームで胴体をサポートする場合があります。

作業者がプラットフォーム内を移動すると、重量がプラットフォームのさまざまな部分に移動し、潜在的な不均衡が発生します。プラットフォームの下のさまざまなポイント（たとえば、各コーナーに1つ）に配置されたスマートアクチュエータは、同期アクチュエータの移動中に負荷がシフトするときに補正するように自動調整するように設定できます（図4）。

これらのシフト負荷を打ち消す調整は、速度制御と測位フィードバックの両方で行われます。アクチュエータは内部ネットワークを介して相互に通信し、ポジショニングフィードバックに基づいて相互の速度を読み取り、それに応じて調整します。

ただし、デジタルフィードバックを使用してこれを行うと、ステップが途切れます。設計者は、フィードバックループに位置と速度の両方を配置し、作動速度と位置に基づいて調整することで回避できます。これにより、人間工学に基づいたメリットが得られ、移動する荷物を複数の場所からスムーズに持ち上げて、プラットフォーム、座席、重いドアなどの扱いにくいサイズの荷物を補うことができます。

複数の従来のアクチュエータを制御することは可能ですが、アクチュエータに追加の負担をかけ、最終的には結合またはその他の誤動作につながる、不正確で時間と労力のかかる操作です。スマートアクチュエータの同期により、当て推量が排除され、バランスの取れたスムーズで適切な位置に配置された動きが得られます。

リアルタイム監視

スマート電動アクチュエータは、温度、電流、速度、電圧、およびその他の変数の継続的な監視結果を返すことができるため、高度な状態監視、診断、およびエラー処理が可能になります。アクチュエータが継続的にテストを行うため、フィードバックは1秒間に10回も発生する可能性があります。問題を検出した場合（たとえば、温度しきい値を超えた場合）、アクチュエータはストロークの途中で停止するか、プログラムされた移動（完全に収縮または伸長）を停止して、エラーフラグをコンピュータに送信できます。 2番目。

このようなフィードバックにより、ユーザーは操作から離れて、使用状況、速度、位置のパターンを分析し、操作をより使いやすく、安全で、効率的にすることができます。これは、複数のデバイスを統合するファクトリオートメーション設定で特に役立ちます（図5）。収集されたデータは、ワークステーションが上げ下げされた回数、またはドアが開閉された回数を示す場合があります。これは、セル設計を改善するための運用履歴または業界のベストプラクティスと比較できます。

運用データは、傷害レポートとクロス集計される場合もあります。これは、より人間工学的な分析の必要性を示している可能性があります。たとえば、圧着ダイを配置するアクチュエータが常に過負荷を報告している場合、それは自分自身を傷つける人々の発生率を示し、これがどのセルで起こっているか、どの時間帯に、どのシフトが影響を受ける可能性があるかを特定できます。

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生き残るために多様化する

スマート電動アクチュエータに組み込まれている多くの機能により、ユーザーは設計の簡素化を念頭に置いてアプリケーションにアプローチできます。デジタル手段を介してアクチュエータを制御する機能、デジタルまたはアナログフィードバックを提供する機能、マルチアクチュエータの同期を可能にする機能、またはメトリックのリアルタイムモニタリングを追加する機能により、1つのパッケージで作業を実行するために必要なツールが提供されます。これで、ユーザーがアプリケーションを見るときに、前後の動きの基本的な機能を超える自動化ソリューションを提供できます。

スマート電動アクチュエータは、油圧シリンダーや空気圧シリンダーなどの他の自動化テクノロジーを複雑にすることなく、自動化されたプロセスの複数の軸にわたってプラグアンドプレイの動きを提供します。アプリケーションのニーズを事前に確認することで、ユーザーは、動きを制御したり、位置を記憶したり、アプリケーションメトリックを提供したりするスマートアクチュエータの機能が、他のさまざまなテクノロジーとの差別化を図ることができることに気付くでしょう。

機械製造業者とエンドユーザーが同様に将来を見据えているため、自動化ソリューションは基本機能のソリューションを超えて、より簡単なソリューション、より長い機器寿命、および長期的な安全性を提供し続けます。

この制御機能が機器に内在しているほど、ユーザーとユーザーが期待する最終的なメリットとの間にあるものは少なくなります。見返りは、労働者の満足度、安全性、健康、生産性にあります。これらはすべて、バリューストリームのすべての人に利益をもたらします。

この記事は、モーションインダストリーズ（アラバマ州バーミンガム）の自動化製品セールスマネージャーであるクリスディアックと、トムソンインダストリーズ（バージニア州ラドフォード）の製品ラインスペシャリストであるトラビスギルマーによって書かれました。