つれづれデジカメ日記

ステッピングモーター内部は、シャフトとつながったローター部およびその外周に設置された複数のステータから構成されています。ローター部はさらに2つの部分に分かれておりそれぞれがN極S極と逆位相になるように磁化されています。


また、ステータには小さい歯が存在し、その歯の間隔が緻密に制御されているのが特徴です。2相型のステッピングモーターを例に取ると、向かい合うステータ同士は同じ極性に磁化され、隣り合うステータは逆向きに磁化されます。そのため、ローターの凹凸と引き合うステータおよび反発するステータが互い違いに存在することになり、ステータの磁化状態に対してエネルギー的に安定な位置にローターは保持されます。


次に、ステータの極性を反転させるように電流を流すと、ステータ1つ分ローターが回転します。これを繰り返し制御することにより、ステータの小歯の機械精度に従って正確に回転角度が制御できます。5相型のステッピングモーターでは、これを5段階で順次制御するため、より細かな角度制御ができることになります。
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DCモーターの特徴としては、電圧に対して回転が直線的に変化する(回転数を印加電圧により自由にコントロールできる)こと、電流に対して出力トルクが直線的であること、停止状態から動作する時に最大の回転をすることなどが挙げられます。

ブラシを使ったDCモーターの基本的な構造は、N極とS極の磁石を取り付けたステーター（固定子）と、巻線を施したローター（回転子）を組み合わせたものです。ローターの巻線（コイル）の両端には整流子、電流を供給する側にはブラシが接続されます。整流子とブラシが接触して電流が流れることで、モーターとして動く仕組みとなっています。


磁石はN極とS極が向かい合うように配置され、N極とS極の間にローターが設置されます。直流電圧を印加した整流子がブラシに接触している間は、整流子と巻線を経由して電流が流れる状態となり、フレミングの左手の法則に基づいてローターが回転します。

ローターが90度近く回転すると、整流子とブラシが接触しない構造になっているため、電磁力は発生しなくなりますが、惰性でそのまま回転を続けます。回転を続けていると、再び整流子とブラシが接触するようになり、電流が流れ、電磁力が発生する状態となります。ただし、半回転して整流子とブラシが接触すると、前回とは電流の向きが反対となる構造なので、それまでの回転方向を維持することができます。この動作を繰り返すことで、DCモーターは同一方向に連続して回転を続けることが可能となります。


一方、ブラシレスDCモーターは、永久磁石を回転子としており、整流子とブラシが必要ありません。回転子の磁極位置を検出して電流を流すコイルを切り替えることで回転子が回転します。そのため、ブラシレスモーターは駆動回路（ドライバー）が必要です。また、軸の回転位置の検出にはホールセンサーなどの磁気センサーが使われます（センサーを使わないセンサーレスという方式もあります）。整流子とブラシの接触がないため、長寿命、高速回転が可能、追従性／応答性が良いなどが特徴となっています。

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産業用ロボット
日本では産業用ロボットは自動車から電機や科学、食品まで広い業種で利用されています。自動車産業から始まった産業用ロボットは、そこから様々な工程に進出し、機械や電子・電機機器の生産などあらゆる分野で当たり前のように見られるようになりました。垂直多関節ロボット、水平多関節ロボット、直行ロボット、双腕ロボットなど、目的別に特徴を持ったロボットがあります。

近年、産業用ロボットで特に専門的な作業をしているのは食品業界のロボットです。食肉の骨を取り除いたり、食品を盛り付けたりといった、細かい作業を得意としています。

人と同じ現場で作業して協働できるロボットも開発され、人件費削減や重労働軽減に向け需要が高まっています。


医療・福祉分野のロボット
医療分野で注目されているのは手術支援ロボットです。医師は手術ロボットの鉗子の先端に取り付けられたカメラの映像を見ながら、遠隔操作によって手術を行います。人が直接行う全開手術と異なり、8-12mmの穴を開けるだけで手術ができますそのため出血が極めて少なく済み、手術中に輸血を行うケースはほとんどないそうです。

病院内搬送ロボットは看護師の代わりに医薬品や検体を搬送します。ロボットが治療や看護に付帯した様々な業務を担うことによって、看護師は患者に向き合う業務を効率的に行えます。

介護の負担を軽減するロボットもたくさん存在し、介護支援・食事支援・排泄介護総合支援・ホームアシスタントロボットなど、目的別に細分化されて導入され始めています。

インフラ を守るロボット
インフラの老朽化が問題視される中、橋梁やトンネルの保守点検など、巨大なインフラを隅々まで調査するロボットがたくさん登場しています。点検車両が通行できない場所や人が行けないような場所も、ロボットを用いることによって点検できるようになりました。警備・災害対応・宇宙・海洋など、様々な場面で私たちの生活はロボットとヒトの力で支えられています。

人手不足に悩まされている農業でもロボットは取り入れられはじめ、将来的には田植えの自動化もできるかもしれません。

農業と同様に人手不足が深刻化している建設業界でも溶接作業や物資運搬など建機の分野でロボット化は進行しています。


サービスロボット
近ごろでは会社の受付や飲食店など様々なシーンでロボットが接客している様子を見かけます。代表的なものといえば、ソフトバンクのペッパーです。「感情認識機能」の搭載によって、相手の表情や声から感情を察することができます。

人と一緒に行動し、会話や感情の交流を図るロボットはコミュニケーションロボットもしくはパートナーロボットと呼ばれています。人間との会話を完全に理解しようとするのではなく、人間のようなある意味「いい加減さ」を取り入れることによって、総合的な表現力でコミュニケーションを成り立たせることが可能になりました。

ロボットが身近になった今、そのニーズは多様化しています。新たなロボットの登場は社会そのものを大きく変えていくのかもしれません。今後ロボットは、ますます人間の生活に欠かせないものになっていくでしょう。

ロボット展では、今回紹介したロボット以外にも様々なロボットが展示されています。あまりロボットを身近に感じたことがない方も、是非一度ロボット展に訪れてみてください。最先端のロボットたちを目にすることができます。

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産業用ロボットは、一般的に「3軸以上の自由度があり、プログラムによって自動制御可能なマニピュレーションロボット」のことを指すし、分類すると下記のようになる。

垂直多関節ロボット：軸数： 4～7軸
垂直多関節ロボットは、産業用ロボットの中でも現在主流となっている、人間の腕に似た形状が特徴のロボットです。事前に作業動作を記憶させ導入することによって、これまで人の手に頼らざるを得なかった高難度の緻密な作業を代替して実行することができます。現在、主に溶接や搬送作業に導入されています。


水平多関節ロボット：軸数： 4軸
水平多関節ロボットは、水平方向の動作に特化した産業用ロボットで、スカラロボットとも呼ばれています。産業用ロボットの中でもシンプルな構造であることと、水平方向の高速な動きを得意とすることが主な特徴です。現在、主に基板の組み立て作業などに導入されています。


パラレルリンクロボット：軸数： 4～6軸
パラレルリンクロボットは、従来の産業用ロボットが課題とするコストの高さを解決するために生み出されたロボットです。パラレルリンク機構という並列に構成された複数のリンクでロボットを制御する方式と、天井から吊り下げる形での設置が主な特徴です。現在、主にピッキングや組み立て作業に導入されています。

直交ロボット：軸数： 2～4軸
直交ロボットとは、2つから3つの交差する直線的なスライド軸を中心としたパーツで構成された産業用ロボットです。非常にシンプルな構造で精密な動作が可能であることと、導入後のコストパフォーマンスの高さが主な特徴です。現在、主に組立作業や搬送工程に導入されています。
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