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DCサーボモータは、「モータ」「エンコーダ」「制御装置」で構成され、永久磁石と2つ以上に分かれた鉄心 (ロータ) と、それぞれの鉄心に巻かれているコイル、コイルに電流を受け渡す電極およびブラシで構成されています。

DCサーボモータの動作原理を、モータとその他の機能に分けて説明します。


1. モータ
モータは、コイルに流れる電流と、永久磁石からの磁界の2つから発生するローレンツ力によって、鉄心を回転させることにより、モータを回転させます。ここで、コイルに電流を流すときに、外部からの直流電流を、ブラシを通じて、鉄心に流し、コイルに伝達します。直接電流をコイルに流すため、ローレンツ力の制御が素早く行え、反応速度が速いことが特徴です。


2. その他の機能
DCサーボモータは外部のコントローラから送信される指令信号によって、指令される目標値になるようにモータを回転させます。モータに付属しているエンコーダからは、速度や位置情報が制御装置に送られ、制御装置はコントローラから送られる指令に対し、エンコーダからの位置・速度情報を元にフィードバック制御を行い、モータの回転速度や回転位置が目標値に近づくように制御します。

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スピンドルモーターとは、動力源のモーター部と回転部が一体化したモーターです。

回転軸が1つしか存在しないため、装置構成が簡単になります。スピンドルとは、回転機械の回転軸のことです。


スピンドルユニットなどとも呼ばれ、旋盤などの工作機械に使用される用語です。したがって、スピンドルモーターはスピンドルと一体となったモータを指します。


一般的なモーターとギアおよびベルトからなる回転制御装置は、その部品の多さから制御が煩雑になる傾向があります。さらに、装置が大型化する傾向がありますが、スピンドルモーターを使用すれば省スペースかつ並列に複数回転軸を追加することが容易です。

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DC（直流）モーター
直流の電源で動くモーターをDCモーターと呼びます。直流の電源のためプラスとマイナスの極は常に一定で構造がシンプルなため、高速回転が可能なだけでなく回転特性が安定しています。

またDCモーターは電動歯ブラシや小型扇風機などに使われており、生活にも多く活用されています。DCモーターには、後述する3つの種類に細分化できます。

ブラシレスDCモーター
ブラシレスDCモーターは、ブラシ付きDCモーターからブラシをなくしたものです。ブラシはモーターが回転を続けるために必要な部品ですが、ブラシレスDCモーターでは、ブラシのかわりに電子回路を使用します。


構造の違いによる自由度や、消耗品がないことによる寿命の伸び、電気的ノイズや機械的ノイズがないなどのメリットがあります。ブラシレスDCモーターはパソコンやハードディスク、冷蔵庫やエアコンなど幅広い生活家電に用いられています。

ブラシ付きDCモーター
DCモーターと呼ぶ場合、ブラシ付きDCモーターを指す場合が多いです。ブラシ付きDCモーターの特徴は、回転子のコイルが整流子に接続され、その整流子と電極であるブラシとが接触することで電流が流れる仕組みです。

シンプルで機動力が大きく高回転というメリットがある一方、デメリットもあります。それはコイルと整流子は消耗品のため、寿命が短く定期的なメンテナンスが必要なことです。また電気ノイズなど騒音が起きやすいのもデメリットです。


ステッピングモーター
ステッピングモーターは、別名パルスモーターと呼ばれます。その名の通り、パルス信号で回転角度や回転速度を制御し、動作を発生させます。パルス信号とは、電源のON・OFFを繰り返す電気信号で、1回のON・OFFで1パルスと数えます。モーターの出力軸は、1パルスの入力で1ステップ角度ごとに回転する仕組みです。パルス信号の数に比例して回転速度が変化します。

制御が安易かつ小型で低コスト、低い電圧で駆動させることができるメリットがある一方で、負担が大きすぎると制御が壊れるというデメリットがあります。普段は医療機器や製造機器、ATMやレーザープリンターで使用されています。

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二足歩行ロボットの歴史
日本での二足歩行ロボットの進化は体重移動の歴史でもあります。

二足歩行は体重移動のバランスが重要であり、コンピュータによる制御が進んでいなかった時代には難しい技術とされていました。
しかし、ホンダのアシモが登場し、二足歩行が現実となっています。
その後小型化され、高機能化されてくると人間と共に歩けるまでになっています。

ただし、障害物を乗り越える、階段を上がるなどの高度な動きはまだまだ発展途上であり、技術革新が求められています。


海外での状況
海外での二足歩行は東日本大震災以降に活発な研究が進められていると言われています。
それまでは歩行する意味がないと考えられ、キャタピラや多足歩行が一般的でした。
しかし、障害物の中を人間のように動くことが重要であると考えられてきており、急速に二足歩行への期待が高まっています。

また、軍事への利用も進められてきています。
軍事については歩くよりもドローンなどの飛行タイプが優先されることが多いようです。

介護分野での活躍
二足歩行ロボットの使いみちとして人間の生活をサポートすることがありますが、特に介護の現場での活躍が期待されています。

現在のところ人間が行う作業を手伝う方向で進められており、パワードスーツタイプが多くなっていますが、自律型であるロボットの進出が期待されています。

介護の現場ではイレギュラーなことが多く起こることからメインで作業するのではなく、あくまでも介護員の補佐という立場が予想されています。
また、介護以外に車の運転、歩行補助など人間の生活を直接助けてくれるロボットの登場も予見されています。


まとめ
近い将来、アニメや映画であったようなロボットが実現される日も近いようです。
ただし、技術の発達に法的な問題が対応しきれていないケースがあると予想されており、技術の進歩を見ながら生活を守るための法律の整備が進められていますが、コンピュータ、AIも含めて法律の整備は遅れる可能性が高いと心配されています。

各種技術レベルは必要とされてからの進化がとても早いのが特徴です。
今後も人間生活で困ったことを解決する手法として検討されるうちにさまざまな技術革新が起こると期待されています。
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医療ロボット
ロボット技術を活用して医療業務を支援するロボットを「医療ロボット」といいます。医療ロボットは「手術支援ロボット」と「調剤支援ロボット」の大きく2つに分けられます。

「手術支援ロボット」は、医師がモニターに映し出される3D画像を見ながら、コントローラを使ってロボットの手を動かし、手術を補助するロボットです。
「調剤支援ロボット」とは、薬品の選択・秤量・調合・配分・分包などの作業を自動で行うことができるロボットです。


人工知能内蔵家電
人工知能内蔵家電で真っ先に思いつくのが、「ロボット掃除機」ではないでしょうか。部屋を行ったり来たりしながら、小まめに動き、部屋をきれいに掃除してくれます。

そのほかにも、保温時に発生しがちなニオイ・黄ばみ・パサつきなどを抑え、保温したごはんのおいしさを保つAI搭載の炊飯器や、洗濯物の量や種類によって洗剤や柔軟剤を自動投入して、乾燥まで仕上げてくれる洗濯機、洗濯物を畳んでくれる全自動洗濯物折畳みロボットなどがあります。


コミュニケーションロボット
コミュニケーションロボットは、言葉や身振り手振りなどの動作で人とコミュニケーションを取れるロボットのことです。いかにもロボットな風貌をしたものから、かわいいぬいぐるみの商品まで、様々な製品が存在しています。

コミュニケーションロボットは、介護の現場で多く導入され、要介護者のコミュニケーション不足の解消や、癒やし、認知症対策、介護職員に代わってレクリエーションの司会進行などを行っています。
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