ロボット制御ネットワークの選択肢を比較 EE Times Asiaが解説

何が起きたか

EE Times Asiaは2026年3月6日、ロボット制御に最適なネットワークを選定するための解説記事を公開した。記事は、AI技術の進歩によりロボットがより機敏になり、複雑なタスクをこなすようになった一方で、精密なモーションコントロールが不可欠であると指摘する。その上で、PCIe、CANopen、Ethernet、Profinetなどのプロトコルを比較し、それぞれの長所と短所を詳述している。

詳細

記事はまず、現代のロボットは複数の肢をリアルタイムで同期させる統合システムであり、中央コントローラが各肢やアクチュエータを直接制御するのではなく、機械全体に分散配置された複数のマイクロコントローラ（MCU）が各モータを制御し、内部ネットワークを介して通信すると説明する。このネットワークには、大量のセンサーデータと同期信号を処理するため、高速性と厳格なリアルタイム性能が求められ、パケット配信の変動（ジッタ）は1ミリ秒未満、理想的には1マイクロ秒以下である必要があると述べる。また、コスト効率が良く、物理的に柔軟で、人間サイズ以上のロボットを支えるために1メートル以上の距離で動作できることも要件として挙げている。 PCIeは、コンピュータ内でグラフィックスカードやサウンドカードなどの拡張カードを接続するための高速通信バスであり、高いデータレートを提供する。ただし、専用の銅線や光ファイバーケーブルでPCIe信号を中継するソリューションは存在するものの、独自仕様でコストが高いため、主にドーターボード拡張やAI性能向上などの用途に限られると記事は指摘する。 CANopenは、自動車のステアリングやブレーキ制御用に開発されたCAN（コントローラエリアネットワーク）をベースにしたプロトコルで、産業用工作機械のモーションコントロールで実績がある。車両向けに設計された物理層は、ヒューマノイドや大型ロボットに必要なケーブル長を低コストでサポートし、リアルタイム制御に適したネットワークアーキテクチャを実現する。CANopenは、パブリッシュ・サブスクライブ方式で100以上のノードにデータを配信し、高優先度メッセージにハードリアルタイム保証を提供する。当初のCAN仕様は最大ペイロード8バイト、最大データレート1Mbit/sだったが、CAN FD（フレキシブルデータレート）では最大64バイトのフレームと最大8Mbit/sのピークデータレートを実現し、CAN XLでは最大20Mbit/sとより大きなフレームをサポートする。CAN XLは、第1世代CANやCAN FDと混在運用が可能で、Ethernetなどのより高速なトランキングプロトコルを使用する大規模ネットワーク内のリアルタイムノードへの低コスト接続にも利用できる。 Ethernetは、高いデータレートと低コストを両立し、最大100メートルのケーブル長をサポートする。元々はCANと同じバストポロジー用に設計されたが、現在はハブやスイッチを中心としたツリー構造が一般的で、アクティブスイッチングによりデータレートは数百ギガビット毎秒にまで向上している。また、従来の4線式に比べて軽量な単対または2線式ケーブルも利用可能で、従来の産業用フィールドバスケーブルとの互換性も持つ。しかし、Ethernetはメディアアクセスプロトコルが高優先度データの決定的な配信を保証しないという欠点がある。ノードが任意のタイミングでパケットを送信できるため、衝突が発生する可能性があり、衝突検出後はランダムな待機時間を経て再送するため、ロボット設計に必要な数百ナノ秒以下のジッタを保証できない。さらに、ネットワーク層でIP（インターネットプロトコル）を使用するが、IP自体は最小遅延を保証する仕組みを持たない。記事は最後に、ProfinetなどのEthernetベースのプロトコルにも言及しているが、詳細な説明は記事の続きに譲られている。

Key Facts

なぜ重要か

ロボットの高度化に伴い、制御ネットワークの選択は性能とコストに直結する重要な要素となっている。本記事は、各プロトコルの特性を整理し、ロボット設計者が適切なネットワークを選定するための指針を提供する。特に、リアルタイム性とコストのトレードオフを理解することは、産業用ロボットやヒューマノイドの開発において不可欠である。