ロボットの関節は停止時に3つの異なる機能を必要とします:制御減速、トルクエネルギーの除去、重力や外部荷重に対する機械的保持です。それらを一つの機能として扱うと、タイミングや診断の誤認が危険になります。
セーフトルクオフは駆動がモータートルクを発生させるのを防ぎますが、軸を機械的にロックするわけではありません。セーフストップ1は、STOに移行する前に制御された停止を開始します。スプリング式ホールディングブレーキは位置を保持できますが、定格され検証された条件内でのみ可能です。
このガイドを物理 AIの安全層 と ジョイントアクチュエーターテストと組み合わせてご利用ください。機能安全設計には、適用される規格、認証された部品、検証済みのリスク軽減、そして資格を持つ専門家が必要です。
停止、ホールド、トルク除去は異なる機能です
制御停止は、モータートルクを用いて定められた軌道に沿って運動エネルギーを減少させます。機械的ホールディングは動きが止まった後の荷重に耐えます。STOはモーターがトルクを発生させる能力を奪います。必要な順序は重力、慣性、危険度、ブレーキ設計によって異なります。
通常停止、保護停止、緊急停止、電力喪失、通信損失、ブレーキ故障検出の状態図を書きます。それぞれのセーフステート、最大移動、タイミング、診断、再スタートを定義してください。
スプリング式パワーオフブレーキは作動に失敗します
一般的なモーターホールディングブレーキは、コイルが通電していないときにスプリング力で摩擦面を挟みます。コイル電源を差すと解放されます。このアーキテクチャは、機械的、熱的、摩耗の限界が有効であれば、電力損失時にも維持可能です。
自動的に動的非常ブレーキになるわけではありません。繰り返しの高エネルギー停止は、摩擦面を過熱させたり摩耗させたりすることがあります。静的保持、許可された緊急停止、交戦時間、空気隙間、寿命に関する製品評価を活用してください。
| 機能 | その役割 | 証明できないもの | 必要な証拠 |
|---|---|---|---|
| 制御停止 | 駆動トルクで速度を落とす | 安全なトルク除去 | 監視された停止行動 |
| STO | トルク発生を防ぐ | 機械的ホールディング | 運転安全検証 |
| SS1 | ストップ、そしてSTOに移行します | 重力保持のみ | タイミングまたはランプ監視 |
| ホールディングブレーキ | 軸荷重に抵抗します | 完全な安全性能 | トルクと摩耗試験 |
| ブレーキフィードバック | レポートの切り替えやコマンド状態 | 実際の保持力 | 定期機能試験 |
STOは重力軸を保持しません
シーメンスの 2025年版Safety Integratedマニュアル にはSTOおよびSS1機能が含まれており、適用ガイダンスではハンギング軸や重力軸にはサービスブレーキやホールディングブレーキが必要になる場合があると警告されています。
STOの後、無拘束軸は荷重で滑走したり落下したりすることがあります。重力、カウンターバランス、摩擦、外力、単一故障を評価します。ギアボックスの摩擦を安全保持機能として期待しないでください。
SS1はトルク除去前の減速制御
セーフストップ1はブレーキングを開始し、実装方法に応じて定められた遅延または監視された停止条件後にSTOを発動します。減速部分でもモータートルクは有効です。
間隔は軸が意図した状態に達し、ホールディングブレーキが作動してからトルクを解除するために必要なものです。最悪の場合の速度、負荷、温度、バスの挙動、ブレーキ閉鎖時間の検証。名目上のランプでは不十分です。
ブレーキタイミングは荷重伝達を考慮しなければなりません
軸が動いている状態でブレーキを作動すると、摩擦エネルギーや衝撃が発生します。ブレーキが保持力を発揮する前にモータートルクを外すと、落下を招くことがあります。管制官は減速、停止、ブレーキ指令、交戦、STO(停止時)を調整しなければなりません。
シーケンス内で実際の動きとトルクを測定してください。コマンドレイテンシ、コイルリリースまたは交戦時間、機械的なエアギャップの変化、電圧許容範囲を含めてください。リスク低減のために必要な場合は独立したモニタリングを活用しましょう。
トルクを保持するには温度や摩耗に余裕が必要です
ブレーキ保持能力は摩擦材料、温度、汚染、摩耗、空気層、向きによって変化します。静的なカタログトルクは、寿命を通じて確認されたジョイント保持力と同一視されるべきではありません。
出力側の重力と外部トルク、伝達比や不利な方向への効率を計算します。必要な安全係数を適用し、境界温度と摩耗状態で試験してください。油やグリースの移動がないか確認してください。
| テストシナリオ | 初期状態 | 証拠を通す | 隠れたリスク |
|---|---|---|---|
| 電力損失 | 最悪の重力姿勢 | 限定移動と保持 | コイルと駆動タイミング |
| SS1停留所 | 最大許容速度 | STO境界手前で停止 | ランプまたは監視故障 |
| ブレーキ摩耗 | 定義された生命状態 | 余裕を持たせたトルク保持 | エアギャップ成長 |
| センサー故障 | フィードバックが詰まっていたり一貫性がなかったりします | 安全な反応を検出 | 指令状態の混乱 |
| 再開 | 未知または回復された荷重状態 | 検証済みのリリースと制御 | 予想外のジャンプ |
ブレーキフィードバックは保持力を測定しません
マイクロスイッチや内部状態は指令や機械的な位置を示すことがあります。摩擦トルク、表面状態、荷重下での完全接合を証明するものではありません。センサーが正確に何を測定しているかを解釈してください。
必要に応じて状態監視と定期的なブレーキテストを組み合わせてください。安全なブレーキテストは制御トルクをかけ、動きが一定の範囲内に収まっているかを検証できます。検出閾値と故障後の対応を定義します。
電源と通信の障害は別々のテストが必要です
電源の損失、制御電源の損失、フィールドバスの中断、安全ネットワーク障害は異なるシーケンスを生じさせることがあります。蓄えられたバスエネルギーは停止を支えることもあれば、トルクが即座に消えることもあります。ブレーキ供給回路とリリース回路にはそれぞれ独自の挙動があります。
各故障を代表的な速度、荷重、姿勢でテストします。動きを記録し、時間を止め、ブレーキ状態を確認し、再始動します。診断機能の喪失が静かに動きや早期リセットを許さないか確認してください。
ホールディングブレーキは衝突リスクを完全に排除しません
ブレーキは停止後の重力運動を防いだり制限したりできますが、前の軌道を安全にするわけではありません。保護距離、速度制限、力の制御、警備、独立した停止機能は他の危険にも対応しています。
ブレーキの作動自体が荷重を動かしたりショックを与えたりすることがあります。吊り下げられた工具、つまみポイント、軸の下にいる人を考えてみてください。ホールディングブレーキがあっても、メンテナンスには機械的拘束が必要になることがあります。
再起動には検証済みの状態と制御リリースが必要です
停止や電源喪失後は、軸位置、ブレーキ状態、負荷支持、制御装置の状態、停止原因を確認します。トルクコントロールが確立される前にブレーキを離すと、落下やジャンプの原因となることがあります。
モータートルクの設定、ブレーキの解除、解除の確認、そして許可後にのみ動作復帰する文書化されたシーケンスを設計してください。センサーの不一致とリリース失敗をテストします。すべてのリスタート経路は、既知の安全な状態から始まるべきです。
- 減速、STOおよび機械的保持は別々です。
- ブレーキのサイズを測定し、摩耗や温度を測ってください。
- 最悪の負荷と速度で交戦タイミングを検証してください。
- 電源、通信、フィードバックの故障を注入します。
- ブレーキリリースと再起動前の既知の状態を要求してください。
よくある質問
STOはロボットの関節を即座にロックしますか？
いいえ。STOはモータートルクの発生を防ぎます。軸は他の機構が保持しない限り、重力の下で惰性または動くことがあります。
ホールディングブレーキはすべての緊急停止を実行できますか？
通常はそうではありません。多くのモーターブレーキは主に保持用に設計されており、動的停止エネルギーと寿命に限られています。
重力トルク以上のブレーキトルクは十分でしょうか？
単独ではそうではありません。安全余裕、温度、摩耗、汚染、伝達挙動、検証済み停止タイミングを含めてください。
ブレーキフィードバックスイッチは保持力を証明できますか？
いいえ。これは実際の摩擦トルクではなく、定義された状態や位置を報告します。定期的な機能テストが必要な場合もあります。
電力が戻った直後にロボットは再起動できますか？
再始動は、位置、負荷、ブレーキ、制御、故障状態が確認され、ブレーキリリースが安全に調整されるまで待つべきです。
機能安全境界注記
本記事は概念を説明するものであり、安全機能の設計や認証を行いません。管轄区域および製品における現行の機械、駆動、ロボットの安全基準を適用し、必要に応じて認証部品を使用し、達成されたリスク削減の検証を行います。