センサの配置
ヒューマノイドロボットは、自重を支える電動アクチュエータの連なりです。各関節は自分の位置、出力しているトルク、温度を知る必要があり、足と手首は接触部の力を、バッテリーはセルの温度を知る必要があります。位置はエンコーダが、姿勢は慣性計測装置が与えます。どちらも独自の処理を持つデジタル機器です。残りは古典的なアナログ測定で、ひずみゲージブリッジと測温抵抗体です。はかりやモータ保護回路と同じ物理を、はるかに小さな空間に詰め込んでいます。
トルクと力：ひずみゲージブリッジ
関節トルクセンサと 6 軸力覚センサは、ホイートストンブリッジに組んだひずみゲージを貼った起歪体です。出力はロードセルと同じように、定格荷重での励起電圧 1 V あたりの信号ミリボルトで表されます。定格 2 mV/V のブリッジを 5 V で励起するとフルスケールで 10 mV になり、定格トルクの 30 % で動く関節は 3 mV、フルスケールの 1000 分の 1 は 10 µV です。そのためアンプと変換器はセンサ内部かすぐ隣に置かれます。この大きさの信号は、モータの相線と並んで動くハーネスを通ると無事ではいられません。
ロードセル出力計算機は、任意の定格出力、励起電圧、荷重でこの計算を行います。ひずみゲージブリッジ計算機はその一段前、ゲージのひずみからブリッジ出力までを扱い、ADC 分解能計算機はブリッジの後ろの変換器が何を分解できるかを示します。ノイズフリー 18 ビット、ゲイン 128 なら、100 N に対する 10 mV のブリッジ信号は約 0.0015 N まで分解されます。扱うのは一度に 1 つのブリッジです。力覚センサの 6 成分を分離してクロストークを除く行列はメーカーの校正から得られるもので、汎用の計算ツールでは再現できません。
トルクセンサをどこに置くかは、定格と同じくらい重要です。減速機の出力側で測れば、信号にはリンクが実際に出している力が含まれます。モータ側で測れば、減速機の摩擦とバックラッシがセンサと負荷の間に入ります。
温度：巻線とセル
モータ巻線は、固定子に埋め込んだセンサで保護します。多くは NTC サーミスタか PT1000 で、どちらも抵抗として読み取ります。一般的な 10 kΩ、β = 3950 K のサーミスタは、ベータモデルで 80 °C で約 1270 Ω、100 °C で 698 Ω まで下がります。PT1000 は 120 °C で 1460.68 Ω です。NTC サーミスタ計算機と PT100 / PT1000 計算機で双方向に換算できます。
どちらを選ぶかは配線にも関係します。四肢の中ではセンサは細い 2 本の線で接続されることが多く、その抵抗が読みに加わります。0.205 mm²（AWG 24）の銅線 3 m では、2 線式の PT1000 は 80 °C で約 0.13 °C 高く、同じ線の PT100 は約 1.3 °C 高く読みます。PT100 は 1 度あたりの抵抗変化が 10 分の 1 なので、誤差は 10 倍になります。RTD リード線誤差計算機で任意の長さと断面積について確認できます。10 kΩ サーミスタはリード線抵抗の影響をさらに受けにくい代わりに、強い非線形性と個体間のばらつきがあります。
バッテリーパックも、セルとバスバーに同じ 10 kΩ サーミスタを使います。β 値は部品によって異なり（3435 K と 3950 K がどちらも一般的）、誤った値を使うと 25 °C から離れたところで読みが数度ずれます。実装した部品のデータシートから取ってください。
計算ツールではわからないこと
上の数値はセンサレベルの換算です。ロボットでこれらの測定を難しくしているダイナミクス、つまりトルクループの帯域、巻線とセンサの間の熱遅れ、ひずみゲージブリッジの温度ドリフト、エンコーダと慣性データの融合については何も語りません。エンコーダ、慣性計測装置、触覚スキン、ビジョンについては、このサイトにツールはありません。
防水・防塵は別に確認する価値があります。IP67 のアクチュエータやコネクタは一時的な水没試験に合格していますが、それだけでは IP65 や IP66 の噴流試験は含まれません。どの等級が何を保証するかは IP 等級デコーダで説明しています。
更新日：2026年10月11日