あの、ゆるやかな日々。

ブラシレスモーターの構造

ブラシレスモーターの構造は、ローターの位置検出用の磁気素子または、光学式のエンコーダがモーターに内蔵されています。この位置検出器により駆動回路へ信号を送ります。モーター巻線は、3相スター結線です。また、ローターは永久磁石を使用しています。

検出用の磁気素子には、ホールICが使用されています。ステーターの内側に3個配置されており、ローターが回転するごとにホールICからデジタル信号が出力されます。

ブラシレスモーターの駆動方法
モーター巻線にはスイッチング用のトランジスタが接続されており、トランジスタは6個でインバータを構成しています。上下のトランジスタが交互にON-OFFを一定の順序で繰り返して、巻線電流の向きを変えています。その回転するしくみを説明します。
下図のトランジスタのスイッチングシーケンスでステップ①の場合、トランジスタはTr1とTr6がON状態になっています。このとき巻線電流はU相からW相へ流れ、U相はN極に、W相はS極に励磁されます。これにより、ローターは30°回転します。この動作を12回繰り返すことにより、ローターは回転します。

ブラシレスモーターの制御方法
ブラシレスモーターの駆動回路は、構成でモーターと接続され、大きく分けて6つのブロックから構成されています。

電源回路（コンバータ部）
電源回路は、商用交流電源の交流電圧をダイオードブリッジで整流し、コンデンサで平滑して直流電圧に変換します。直流電圧は出力回路に供給され、モーターの駆動に使われます。
DC電源入力のブラシレスモーターには、電源回路がありません。直流電源から直接、直流電圧が出力回路に供給されます。

速度制御器
速度制御器は、速度指令と速度変換器から出力したモーター速度（フィードバック速度）を比較して、モーターの回転速度は速度指令に追従するように電圧指令を出力します。
速度指令とフィードバック速度の情報を使った制御系を、速度ループといいます。

速度変換器
速度変換器はホールIC出力の周波数をフィードバック速度に変換し、速度制御機に出力します。
3相のブラシレスモーターには、ホールICが3個あり、ローター磁極のN極、S極一対に対して3個のパルス信号を出力します。 パルス信号のアップエッジとダウンエッジを検出することで、6個の信号が得られます。

励磁信号発生器
励磁信号発生器は、出力回路の6個のスイッチング素子の中から電流を流す素子を電源制御器に指示します。
モーター内部に配置されたホールIC（Ha、Hb、Hc）の出力信号の組み合わせから、ローター磁極角を検出します。 回転方向の指示に対してトルクを発生する巻線に接続されたスイッチング素子を電源制御機に指示します。

電圧制御器
電圧制御器は、励磁信号発生器で指示された出力回路のスイッチング素子に対して、速度制御器から指令された電圧を印加するように信号を出力します。

出力回路（インバータ部）
出力回路は、電圧制御器からの指令に従ってモーター巻線にPWM制御をおこないます。

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ロボットは、産業用ロボットとサービスロボットに大別することができます。

産業用ロボットは、自動車や建設機械の溶接・塗装、電気製品の組立て、部品の搬送などが主な仕事で、全世界で現在約80万台が稼働しています。日本は世界で最も産業用ロボットを生産し、稼働させている国の1つです。一般的にティーチングプレイバック（教えた動作を繰り返し行う）という方法で動作します。

一方、専ら人の傍らで文字通りサービスを提供するロボットをサービスロボットといいます。仕事は掃除や留守番、警備、受付などさまざまですが、私たちの生活をサポートしてくれる強い味方となることが期待されています。そのためには自然なコミュニケーション、安全、状況変化への対応など、多くの技術課題をクリアする必要があります。

すでに、医療・福祉・介護ロボット、消防・防災ロボット、原子力用ロボット、宇宙用ロボット、教育・アミューズメントロボットなどが開発され、実用化が始まっています。

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“多関節ロボット”というだけあって比較的自由度が高いです。
特に向ている作業として“組立”や“ピッキング”があげられます。
そんな水平多関節ロボットのメリットは以下の通りです。

●メリット
１．高速搬送

構造がシンプルなため、高速な動作が可能です。

垂直多関節ロボット等と比較すると関節の動作がシンプルです。
前述した通り、アーム先端以外が前後左右を制御し、先端が垂直に動作します。

２．押し込み動作に強い

アーム先端が必ず垂直方向に動くため、組立等の押し込み動作を得意とします。

他のロボットタイプは、各軸が複雑に動作動作するため、垂直に動作させるためには、各関節を制御する必要があります。
各関節の制御には、動作バラツキがあるため、その分精度が下がってしまう可能性も高いです。

水平多関節ロボットは、垂直動作に対して動作するのは1点だけなのでバラツキも非常に小さいといえます。

３．必要な導入面積が小さい

軸の動作が限られているため、その分、必要となる面積が小さいです。

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では実際に手を使うロボットの種類には、どんなものがあるのでしょうか。それぞれご紹介いたします。

（１）実際に5本指を使うタイプ

人間の手を真似て作られたタイプのロボットハンド。人間の手と同じように何かを摘んだり、掴んだり、握ったりと、従来のロボットハンドでは不可能だった、複雑な動きにも対応できます。

（２）3本指を使うタイプ

こちらは3本指のロボットハンドです。5本指のロボットハンドに比べて、強度が強く、
より大きなものを掴めたり、重いものを持ち上げたりできることが特徴。主に物流や製造業などの現場で活用が期待されています。

（３）2本指を使うタイプ

たとえばUFOキャッチャーを連想していただければわかりやすいでしょう。2本の指で物を掴んだり、持ち上げたりするタイプです。現在、工場などで導入されているロボットハンドはこのタイプが普及しています。

物を掴む手の部分と、腕の部分も曲げたり伸ばしたりできることが特徴で、ベルトコンベアに流れてくる部品を掴んで別の場所に置くなどの作業に用いられています。

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軽作業用ロボットを導入すると以下のようなメリットがあります。

人手不足の解消
生産性の向上
新型コロナウィルス対策
以下より詳しく解説します。

（1）人手不足の解消
軽作業用ロボットを導入すると人手不足が解消します。働ける人材の確保が難しく、人材の代替えとして軽作業ロボットを導入し上手く活用すると、人手確保に苦労することはないでしょう。

（2）生産性の向上
人による生産は、体調の変化に左右されて生産性が安定しません。軽作業用ロボットを導入すると、一定時間に一定の数量を生産することが可能です。生産が安定するため管理と計画しやすくなります。

（3）新型コロナウィルス対策
人が介入する生産は、省スペース化のために密になりやすくなります。軽作業用ロボットを人と人のあいだに配置すると、ソーシャルディスタンスを保つことも可能です。

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そもそもパウダーベッド方式とは
パウダーベッド（パウダーベッドフュージョン＝粉末床溶融結合）方式の金属3Dプリンターは、専用の金属プレート上に敷き詰めた金属粉末を、ワークのスライス断面に沿って溶融・凝固させます（ワークの形状によっては応力除去、変形防止のためサポート材を付ける必要があるため、その際はサポート部分も溶融・凝固させる必要があります）。

この溶融・凝固が一通り完了すると、プレートが一段下がり、その上に新たに金属粉末を敷き詰め、ワークの断面に沿ってまた溶融・凝固→プレートが一段下がる→新たに金属粉末を敷き詰める。

この過程をワークの造形が完了するまで繰り返します。

電子ビーム方式（EB-PBF）とは
電子ビーム方式の金属3Dプリンターでは、専用の金属プレート上に敷き詰めた金属粉末を溶融するエネルギー源として電子ビームを使用します。

金属粉末に電子ビーム（マイナス電荷）をそのまま当ててしまうと、金属粉末が帯電し、粉末同士が反発しあって拡散→スモーク現象が発生することで正常な造形ができなくなります。

そのため、溶融・凝固のプロセスの前に粉末全体を仮焼結させるまでヒーティングを行います。

全体を仮焼結させてからワークの断面に沿って電子ビームを当て、溶融・凝固させます。

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