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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023169981
(43)【公開日】2023-12-01
(54)【発明の名称】ロボットおよびロボットシステム
(51)【国際特許分類】
B25J 17/00 20060101AFI20231124BHJP
【ＦＩ】
B25J17/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022081374
(22)【出願日】2022-05-18
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179475
【弁理士】
【氏名又は名称】仲井 智至
(74)【代理人】
【識別番号】100216253
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 宏紀
(74)【代理人】
【識別番号】100225901
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 真之
(72)【発明者】
【氏名】沖田 太志
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707AS06
3C707BS12
3C707CX01
3C707HS28
3C707KS33
3C707KX06
(57)【要約】
【課題】多関節ロボットの関節の位置に応じて適切な特性を持つモーターが選択されており、運動性能および出力効率に優れるロボット、および、かかるロボットを備えるロボットシステムを提供すること。
【解決手段】複数のジョイントを有するマニピュレーターと、マニピュレーターを支持するベースと、を備える多関節のロボットであって、ジョイントは、回転軸を中心軸とする円環状をなす界磁と電機子とを有するモーターを備え、回転軸の軸方向に沿う界磁の長さをｈとし、界磁の外半径をＲとし、ｈ／Ｒを界磁のアスペクト比とし、複数のジョイントのうち最もベース側のジョイントが有するモーターを基端モーターとし、複数のジョイントのうち最も先端側のジョイントが有するモーターを先端モーターとするとき、基端モーターが有する界磁は、先端モーターが有する界磁に比べて、アスペクト比が小さいことを特徴とするロボット。
【選択図】図１
【解決手段】複数のジョイントを有するマニピュレーターと、マニピュレーターを支持するベースと、を備える多関節のロボットであって、ジョイントは、回転軸を中心軸とする円環状をなす界磁と電機子とを有するモーターを備え、回転軸の軸方向に沿う界磁の長さをｈとし、界磁の外半径をＲとし、ｈ／Ｒを界磁のアスペクト比とし、複数のジョイントのうち最もベース側のジョイントが有するモーターを基端モーターとし、複数のジョイントのうち最も先端側のジョイントが有するモーターを先端モーターとするとき、基端モーターが有する界磁は、先端モーターが有する界磁に比べて、アスペクト比が小さいことを特徴とするロボット。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のジョイントを有するマニピュレーターと、前記マニピュレーターを支持するベースと、を備える多関節のロボットであって、
前記ジョイントは、回転軸を中心軸とする円環状をなす界磁と電機子とを有するモーターを備え、
前記回転軸の軸方向に沿う前記界磁の長さをｈとし、前記界磁の外半径をＲとし、ｈ／Ｒを前記界磁のアスペクト比とし、
複数の前記ジョイントのうち最も前記ベース側のジョイントが有する前記モーターを基端モーターとし、複数の前記ジョイントのうち最も先端側のジョイントが有する前記モーターを先端モーターとするとき、
前記基端モーターが有する前記界磁は、前記先端モーターが有する前記界磁に比べて、前記アスペクト比が小さいことを特徴とするロボット。
前記ジョイントは、回転軸を中心軸とする円環状をなす界磁と電機子とを有するモーターを備え、
前記回転軸の軸方向に沿う前記界磁の長さをｈとし、前記界磁の外半径をＲとし、ｈ／Ｒを前記界磁のアスペクト比とし、
複数の前記ジョイントのうち最も前記ベース側のジョイントが有する前記モーターを基端モーターとし、複数の前記ジョイントのうち最も先端側のジョイントが有する前記モーターを先端モーターとするとき、
前記基端モーターが有する前記界磁は、前記先端モーターが有する前記界磁に比べて、前記アスペクト比が小さいことを特徴とするロボット。
【請求項2】
前記界磁の内半径をｒとし、ｒ／Ｒを前記界磁の内外半径比とするとき、
前記基端モーターが有する前記界磁は、前記先端モーターが有する前記界磁に比べて、前記内外半径比が小さい請求項１に記載のロボット。
前記基端モーターが有する前記界磁は、前記先端モーターが有する前記界磁に比べて、前記内外半径比が小さい請求項１に記載のロボット。
【請求項3】
前記基端モーターは、アキシャルギャップモーターであり、
前記先端モーターは、ラジアルギャップモーターである請求項１または２に記載のロボット。
前記先端モーターは、ラジアルギャップモーターである請求項１または２に記載のロボット。
【請求項4】
前記界磁における磁極の周期の数を極対数とするとき、
前記基端モーターが有する前記界磁は、前記先端モーターが有する前記界磁に比べて、前記極対数が大きい請求項１または２に記載のロボット。
前記基端モーターが有する前記界磁は、前記先端モーターが有する前記界磁に比べて、前記極対数が大きい請求項１または２に記載のロボット。
【請求項5】
前記界磁における磁極の周期に対応する部分を極対とし、前記磁極の半周期に対応する部分を極とし、前記極を構成する前記磁極の個片をセグメントとするとき、
前記基端モーターが有する前記界磁は、前記先端モーターが有する前記界磁に比べて、前記極あたりの前記セグメントの数が大きい請求項１または２に記載のロボット。
前記基端モーターが有する前記界磁は、前記先端モーターが有する前記界磁に比べて、前記極あたりの前記セグメントの数が大きい請求項１または２に記載のロボット。
【請求項6】
請求項１または２に記載のロボットと、
前記ロボットを移動させる移動架台と、
を備えることを特徴とするロボットシステム。
前記ロボットを移動させる移動架台と、
を備えることを特徴とするロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロボットおよびロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、回転関節機構により、複数のリンクを直列に連結したアーム構造を備える産業用ロボットが開示されている。また、各回転関節機構は、減速機と、減速機を駆動するサーボモーターと、を有することが開示されている。特に、３つ以上のリンクを直列に連結した多関節ロボットの場合、２つ以上のサーボモーターが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００５－２６２３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
多関節ロボットに用いられる複数のサーボモーターは、互いに異なる関節機構に用いられる。各関節機構は、直列に接続されており、負荷の大きさが互いに異なる。ところが、負荷の大きさに見合った適切なサーボモーターが使用されていない場合、多関節ロボットの動作速度や位置精度等の運動性能が低下するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の適用例に係るロボットは、
複数のジョイントを有するマニピュレーターと、前記マニピュレーターを支持するベースと、を備える多関節のロボットであって、
前記ジョイントは、回転軸を中心軸とする円環状をなす界磁と電機子とを有するモーターを備え、
前記回転軸の軸方向に沿う前記界磁の長さをｈとし、前記界磁の外半径をＲとし、ｈ／Ｒを前記界磁のアスペクト比とし、
複数の前記ジョイントのうち最も前記ベース側のジョイントが有する前記モーターを基端モーターとし、複数の前記ジョイントのうち最も先端側のジョイントが有する前記モーターを先端モーターとするとき、
前記基端モーターが有する前記界磁は、前記先端モーターが有する前記界磁に比べて、前記アスペクト比が小さいことを特徴とする。
複数のジョイントを有するマニピュレーターと、前記マニピュレーターを支持するベースと、を備える多関節のロボットであって、
前記ジョイントは、回転軸を中心軸とする円環状をなす界磁と電機子とを有するモーターを備え、
前記回転軸の軸方向に沿う前記界磁の長さをｈとし、前記界磁の外半径をＲとし、ｈ／Ｒを前記界磁のアスペクト比とし、
複数の前記ジョイントのうち最も前記ベース側のジョイントが有する前記モーターを基端モーターとし、複数の前記ジョイントのうち最も先端側のジョイントが有する前記モーターを先端モーターとするとき、
前記基端モーターが有する前記界磁は、前記先端モーターが有する前記界磁に比べて、前記アスペクト比が小さいことを特徴とする。
【0006】
本発明の適用例に係るロボットシステムは、
本発明の適用例に係るロボットと、
前記ロボットを移動させる移動架台と、
を備えることを特徴とする。
本発明の適用例に係るロボットと、
前記ロボットを移動させる移動架台と、
を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１実施形態に係るロボットシステムを示す斜視図である。
【図3】アキシャルギャップモーターの一例を示す断面図である。
【図7】ラジアルギャップモーターの一例を示す断面図である。
【図17】第２実施形態に係るロボットシステムを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明のロボットおよびロボットシステムを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【0009】
１．第１実施形態
まず、第１実施形態に係るロボットおよびロボットシステムについて説明する。
図１は、第１実施形態に係るロボットシステム１００を示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットシステム１００の基本的な構成を説明するためのブロック図である。
図１に示すロボットシステム１００は、ロボット１と、制御装置４０と、を備える。
まず、第１実施形態に係るロボットおよびロボットシステムについて説明する。
図１は、第１実施形態に係るロボットシステム１００を示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットシステム１００の基本的な構成を説明するためのブロック図である。
図１に示すロボットシステム１００は、ロボット１と、制御装置４０と、を備える。
【0010】
１．１．ロボット
ロボット１は、例えば、複数のジョイントＪ１～Ｊ６を有するマニピュレーター１０と、マニピュレーター１０を支持するベース１１と、エンドエフェクター２０と、力センサー３０と、を備える。
ロボット１は、例えば、複数のジョイントＪ１～Ｊ６を有するマニピュレーター１０と、マニピュレーター１０を支持するベース１１と、エンドエフェクター２０と、力センサー３０と、を備える。
【0011】
マニピュレーター１０は、例えば、６つのジョイントＪ１～Ｊ６により相互連結された７つのリンクを有し、６自由度で運動するロボティックアームである。図１に示す例において、マニピュレーター１０は、それぞれ回転ジョイントである６つのジョイントＪ１～Ｊ６を備える。なお、マニピュレーター１０が備えるジョイントの数は、特に限定されず、６つ未満であっても、７つ以上であってもよい。ベース１１は、マニピュレーター１０のうち最もベース１１側のリンクを、ジョイントＪ１を介して支持する。
【0012】
エンドエフェクター２０は、例えば、ねじ締め、把持、研磨等の種々の作業を行うツールである。エンドエフェクター２０としては、例えば、スクリュードライバー、グリッパー、グラインダー等が挙げられる。エンドエフェクター２０は、力センサー３０を介して、マニピュレーター１０の先端のメカニカルインターフェイスに取り付けられる。マニピュレーター１０は、制御装置４０に駆動を制御されることにより、エンドエフェクター２０の位置および姿勢を決定する。
【0013】
なお、本明細書では、マニピュレーター１０を基準にしてベース１１側を「基端側」といい、エンドエフェクター２０側を「先端側」という。
【0014】
力センサー３０は、例えばエンドエフェクター２０を介して、エンドエフェクター２０の位置の基準であるツールセンターポイント（ＴＣＰ）に作用する外力を検出する。力センサー３０が外力を受けると、外力に対応した信号を制御装置４０に出力する。これにより、制御装置４０は、ＴＣＰに作用する３つの検出軸の力および３つの検出軸まわりのトルクを外力として検出する。３つの検出軸は、例えば、互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸により定義されるワールド座標系である。
【0015】
図２に示すように、複数のジョイントＪ１～Ｊ６は、複数のモーターＭ１～Ｍ６と、複数のエンコーダーＥ１～Ｅ６と、を備える。モーターＭ１～Ｍ６は、制御装置４０の制御によりそれぞれ駆動され、ジョイントＪ１～Ｊ６をそれぞれ駆動する。エンコーダーＥ１～Ｅ６は、モーターＭ１～Ｍ６の回転角を検出し、制御装置４０に出力する。
【0016】
ジョイントＪ１は、ジョイントＪ１～Ｊ６のうち最も基端側に配置され、モーターＭ１およびエンコーダーＥ１を備える。ジョイントＪ１の回転軸は、ワールド座標系におけるｚ軸に沿う。
ジョイントＪ２は、ジョイントＪ１の先端側に配置され、モーターＭ２およびエンコーダーＥ２を備える。ジョイントＪ２の回転軸は、ワールド座標系におけるｘ－ｙ平面に沿う。
ジョイントＪ３は、ジョイントＪ２の先端側に配置され、モーターＭ３およびエンコーダーＥ３を備える。ジョイントＪ３の回転軸は、ワールド座標系におけるｘ－ｙ平面に沿う。
ジョイントＪ４は、ジョイントＪ３の先端側に配置され、モーターＭ４およびエンコーダーＥ４を備える。ジョイントＪ４の回転軸は、ジョイントＪ３の回転軸と直交する。
ジョイントＪ５は、ジョイントＪ４の先端側に配置され、モーターＭ５およびエンコーダーＥ５を備える。ジョイントＪ５の回転軸は、ジョイントＪ４の回転軸と直交する。
ジョイントＪ６は、ジョイントＪ１～Ｊ６のうち最も先端側に配置され、モーターＭ６およびエンコーダーＥ６を備える。ジョイントＪ６の回転軸は、ジョイントＪ５の回転軸と直交する。
ジョイントＪ２は、ジョイントＪ１の先端側に配置され、モーターＭ２およびエンコーダーＥ２を備える。ジョイントＪ２の回転軸は、ワールド座標系におけるｘ－ｙ平面に沿う。
ジョイントＪ３は、ジョイントＪ２の先端側に配置され、モーターＭ３およびエンコーダーＥ３を備える。ジョイントＪ３の回転軸は、ワールド座標系におけるｘ－ｙ平面に沿う。
ジョイントＪ４は、ジョイントＪ３の先端側に配置され、モーターＭ４およびエンコーダーＥ４を備える。ジョイントＪ４の回転軸は、ジョイントＪ３の回転軸と直交する。
ジョイントＪ５は、ジョイントＪ４の先端側に配置され、モーターＭ５およびエンコーダーＥ５を備える。ジョイントＪ５の回転軸は、ジョイントＪ４の回転軸と直交する。
ジョイントＪ６は、ジョイントＪ１～Ｊ６のうち最も先端側に配置され、モーターＭ６およびエンコーダーＥ６を備える。ジョイントＪ６の回転軸は、ジョイントＪ５の回転軸と直交する。
【0017】
１．２．制御装置
制御装置４０は、コンピューターシステムを構成する処理回路４１および記憶回路４２を備える。処理回路４１は、例えば記憶回路４２に記憶される制御プログラムを実行することにより、各機能を実現する。処理回路４１の少なくとも一部を構成する回路として、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の種々の論理演算回路を採用可能である。
制御装置４０は、コンピューターシステムを構成する処理回路４１および記憶回路４２を備える。処理回路４１は、例えば記憶回路４２に記憶される制御プログラムを実行することにより、各機能を実現する。処理回路４１の少なくとも一部を構成する回路として、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の種々の論理演算回路を採用可能である。
【0018】
記憶回路４２は、コンピューターにより読み取り可能な記憶媒体であって、ロボットシステム１００の動作に必要な制御プログラムや各種データを記憶する。記憶回路４２として、例えば半導体メモリーを採用可能である。処理回路４１および記憶回路４２は、一体のハードウェアで構成されていてもよいし、別個の複数のハードウェアで構成されていてもよい。制御装置４０の構成要素の一部または全部は、ロボット１の筐体の内側に配置されてもよい。
【0019】
制御装置４０は、制御プログラムにしたがって、目標値である位置および姿勢にＴＣＰを運動させるようにモーターＭ１～Ｍ６を駆動する。制御装置４０は、各エンコーダーＥ１～Ｅ６から取得される回転角に基づいて、ワールド座標系におけるＴＣＰの位置および姿勢を検出する。また、制御装置４０は、力センサー３０から入力される外力を示す情報に基づいて、ＴＣＰに作用する外力が目標力に一致するようにＴＣＰの目標値を補正する力制御を実行する。さらに、制御装置４０は、制御プログラムにしたがって、エンドエフェクター２０が有するモーターの駆動を制御する。
【0020】
１．３．モーター
モーターＭ１～Ｍ６には、例えば、アキシャルギャップモーター、ラジアルギャップモーター等が用いられる。以下、アキシャルギャップモーターおよびラジアルギャップモーターについて順次説明する。
モーターＭ１～Ｍ６には、例えば、アキシャルギャップモーター、ラジアルギャップモーター等が用いられる。以下、アキシャルギャップモーターおよびラジアルギャップモーターについて順次説明する。
【0021】
１．３．１．アキシャルギャップモーター
図３は、アキシャルギャップモーターＭａの一例を示す断面図である。図４は、図３のアキシャルギャップモーターＭａが有する電機子５１を示す平面図である。図５は、図３のアキシャルギャップモーターＭａが有する界磁５２を示す平面図である。
図３は、アキシャルギャップモーターＭａの一例を示す断面図である。図４は、図３のアキシャルギャップモーターＭａが有する電機子５１を示す平面図である。図５は、図３のアキシャルギャップモーターＭａが有する界磁５２を示す平面図である。
【0022】
図３に示すアキシャルギャップモーターＭａは、回転軸ＡＸに沿って延在するシャフト５０と、電機子５１と、電機子５１に対向する界磁５２と、界磁５２の電機子５１と反対側に配置されるバックヨーク５３と、を有する。アキシャルギャップモーターＭａでは、回転軸ＡＸに沿う軸方向において、電機子５１と界磁５２との間にエアギャップが設けられている。
【0023】
図３に示すアキシャルギャップモーターＭａは、電機子５１を介して２つの界磁５２を有するダブルステーター構造を採用している。なお、界磁５２の数は、１つであっても３つ以上であってもよい。また、図３に示すアキシャルギャップモーターＭａでは、電機子５１が回転子、界磁５２が固定子であるが、これらの関係は逆であってもよい。
【0024】
図４に示す電機子５１は、円板状をなしている。電機子５１は、複数のコア５４および複数のコイル５５を有する。複数のコア５４および複数のコイル５５は、回転軸ＡＸを対称の中心として１８回の回転対称性を有するように、回転軸ＡＸを中心とする円の円周に沿って等間隔に配列される。コア５４は、軸方向に高さを有する四角状をなす部分を含む。コア５４は、例えばアモルファス磁性体を含み、シャフト５０の半径方向に積層される複数の板の積層体で構成される。複数のコア５４は、例えばボビンに支持されることにより、互いの位置関係を固定される。コイル５５は、コア５４の側面に巻かれる巻線で構成される。コア５４およびコイル５５の対の数は、例えば１８である。
【0025】
図５に示す界磁５２は、円板状をなしている。界磁５２は、複数の磁極５８を有する。複数の磁極５８は、回転軸ＡＸを中心とする円の円周に沿って配列される。複数の磁極５８の磁化方向は、配列方向において周期的に変化するように設定されている。ここでは、シャフト５０に沿う第１方向に磁化している磁極５８、および、第１方向とは反対の第２方向に磁化している磁極５８を、それぞれ主磁極とする。界磁５２は、磁化方向の変化の周期あたりに、２つの主磁極を有する。なお、本明細書では、配列方向における磁極５８の磁化方向の変化周期を「磁極５８の周期」ともいう。
【0026】
図６は、図５のＡ－Ａ線断面において磁極５８の磁化方向の配列パターンを５つのパターンに分けて説明するための概念図である。なお、図６では、磁極５８の磁化方向を矢印で示している。また、図６では、磁極５８の周期Ｃの半分（半周期）における磁極５８の数をｌとし、ｌ＝１、ｌ＝２、ｌ＝３、ｌ＝４およびｌ＝５の５つのパターンで、界磁５２の構成例を図示している。
【0027】
ｌ＝１である場合の界磁５２を「界磁５２ａ」とし、界磁５２ａが有する磁極５８を「磁極５８ａ」とする。界磁５２ａは、磁極５８ａの周期Ｃあたりに２つ主磁極を有する。
【0028】
ｌ＝２である場合の界磁５２を「界磁５２ｂ」とし、界磁５２ｂが有する磁極５８を「磁極５８ｂ」とする。界磁５２ｂは、磁極５８ｂの周期Ｃあたりに、２つの主磁極と、２つの副磁極と、を有する。界磁５２ｂでは、主磁極同士の間に１つの副磁極が配置されている。そして、界磁５２ｂでは、シャフト５０の半径方向から見て、隣り合う磁極５８ｂの磁化方向が互いに９０°異なるように、磁極５８ｂの磁化方向が設定されている。また、界磁５２ｂ全体では、シャフト５０の半径方向に沿う軸を回転軸として、磁化方向が９０°ずつ回転するように、磁極５８ｂの磁化方向が設定されている。
【0029】
ｌ＝３である場合の界磁５２を「界磁５２ｃ」とし、界磁５２ｃが有する磁極５８を「磁極５８ｃ」とする。界磁５２ｃは、磁極５８ｃの周期Ｃあたりに、２つの主磁極と、４つの副磁極と、を有する。界磁５２ｃでは、主磁極同士の間に２つの副磁極が配置されている。そして、界磁５２ｃでは、シャフト５０の半径方向から見て、隣り合う磁極５８ｃの磁化方向が互いに６０°異なるように、磁極５８ｃの磁化方向が設定されている。また、界磁５２ｃ全体では、シャフト５０の半径方向に沿う軸を回転軸として、磁化方向が６０°ずつ回転するように、磁極５８ｃの磁化方向が設定されている。
【0030】
ｌ＝４である場合の界磁５２を「界磁５２ｄ」とし、界磁５２ｄが有する磁極５８を「磁極５８ｄ」とする。界磁５２ｄは、磁極５８ｄの周期Ｃあたりに、２つの主磁極と、６つの副磁極と、を有する。界磁５２ｄでは、主磁極同士の間に３つの副磁極が配置されている。そして、界磁５２ｄでは、シャフト５０の半径方向から見て、隣り合う磁極５８ｄの磁化方向が互いに４５°異なるように、磁極５８ｄの磁化方向が設定されている。また、界磁５２ｄ全体では、シャフト５０の半径方向に沿う軸を回転軸として、磁化方向が４５°ずつ回転するように、磁極５８ｄの磁化方向が設定されている。
【0031】
ｌ＝５である場合の界磁５２を「界磁５２ｅ」とし、界磁５２ｅが有する磁極５８を「磁極５８ｅ」とする。界磁５２ｅは、磁極５８ｅの周期Ｃあたりに、２つの主磁極と、８つの副磁極と、を有する。界磁５２ｅでは、主磁極同士の間に４つの副磁極が配置されている。そして、界磁５２ｅでは、シャフト５０の半径方向から見て、隣り合う磁極５８ｅの磁化方向が互いに３６°異なるように、磁極５８ｅの磁化方向が設定されている。また、界磁５２ｅ全体では、シャフト５０の半径方向に沿う軸を回転軸として、磁化方向が３６°ずつ回転するように、磁極５８ｅの磁化方向が設定されている。
【0032】
界磁５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅのように、ｌ≧２である場合、磁化方向の配列は、ハルバッハ配列となる。磁化方向の配列がハルバッハ配列である場合、電機子５１は、ハルバッハ配列の強磁界側に配置される。一方、バックヨーク５３は、ハルバッハ配列の弱磁界側に配置される。磁化方向の配列をハルバッハ配列とすることで、電機子５１側の表面における磁束密度を増大できるため、トルク定数を高められる。特に、ｌ≧３である場合、配列方向における磁束密度の変化を特に滑らかにすることができ、トルク定数を特に高めることができる。
【0033】
１．３．２．ラジアルギャップモーター
図７は、ラジアルギャップモーターＭｒの一例を示す断面図である。図８は、図７のラジアルギャップモーターＭｒを示す平面図である。図９ないし図１２は、図７のラジアルギャップモーターＭｒが有する界磁６２を示す平面図である。
図７は、ラジアルギャップモーターＭｒの一例を示す断面図である。図８は、図７のラジアルギャップモーターＭｒを示す平面図である。図９ないし図１２は、図７のラジアルギャップモーターＭｒが有する界磁６２を示す平面図である。
【0034】
図７に示すラジアルギャップモーターＭｒは、回転軸ＡＸに沿って延在するシャフト６０と、電機子６１と、電機子６１に対向する界磁６２と、界磁６２の電機子６１と反対側に配置されるバックヨーク６３と、を有する。ラジアルギャップモーターＭｒでは、シャフト６０の半径方向において、電機子６１と界磁６２との間にエアギャップが設けられている。
【0035】
図７に示すラジアルギャップモーターＭｒでは、電機子６１が回転子、界磁６２が固定子であるが、これらの関係は逆であってもよい。
【0036】
図８に示す電機子６１は、コア６４および複数のコイル６７を有する。コア６４は、円筒状のヨーク部６５と、ヨーク部６５の側面から外側に突出する複数のリブ部６６と、を有する。リブ部６６は、回転軸ＡＸを対称の中心として１８回の回転対称性を有するように、回転軸ＡＸを中心とする円の円周に沿って等間隔に配列される。コア６４は、例えばアモルファス磁性体を含み、軸方向に積層される複数の板の積層体で構成される。コイル６７は、リブ部６６に巻かれる巻線で構成される。リブ部６６およびコイル６７の対の数は、例えば１８である。
【0037】
図８に示す界磁６２は、複数の磁極６８を有する。複数の磁極６８は、回転軸ＡＸを中心とする円の円周に沿って配列される。複数の磁極６８の磁化方向は、配列方向において周期的に変化するように設定されている。
【0038】
図９ないし図１２では、磁極６８の磁化方向の配列パターンを４つのパターンに分けて図示している。なお、図９ないし図１２では、磁極６８の磁化方向を矢印で示している。また、図９ないし図１２では、磁極６８の周期Ｃの半分（半周期）における磁極６８の数をｌとし、ｌ＝１、ｌ＝２、ｌ＝３およびｌ＝４の４つのパターンで界磁６２の構成例を図示している。ここでは、シャフト６０の半径方向に磁化している磁極６８、および、半径方向とは反対の方向に磁化している磁極６８を、それぞれ主磁極とする。磁極６８は、磁化方向の変化の周期Ｃあたりに、２つの主磁極を有する。なお、本明細書では、配列方向における磁極６８の磁化方向の変化周期を「磁極６８の周期」ともいう。
【0039】
ｌ＝１である場合の界磁６２を「界磁６２ａ」とし、界磁６２ａが有する磁極６８を「磁極６８ａ」とする。界磁６２ａは、磁極６８ａの周期Ｃあたりに２つの主磁極を有する。
【0040】
ｌ＝２である場合の界磁６２を「界磁６２ｂ」とし、界磁６２ｂが有する磁極６８を「磁極６８ｂ」とする。界磁６２ｂは、磁極６８ｂの周期Ｃあたりに、２つの主磁極と、２つの副磁極と、を有する。界磁６２ｂでは、主磁極同士の間に１つの副磁極が配置されている。そして、界磁６２ｂでは、シャフト６０の半径方向から見て、隣り合う磁極６８ｂの磁化方向が互いに９０°異なるように、磁極６８ｂの磁化方向が設定されている。また、界磁６２ｂ全体では、シャフト６０の半径方向に沿う軸を回転軸として、磁化方向が９０°ずつ回転するように、磁極６８ｂの磁化方向が設定されている。
【0041】
ｌ＝３である場合の界磁６２を「界磁６２ｃ」とし、界磁６２ｃが有する磁極６８を「磁極６８ｃ」とする。界磁６２ｃは、磁極６８ｃの周期Ｃあたりに、２つの主磁極と、４つの副磁極と、を有する。界磁６２ｃでは、主磁極同士の間に２つの副磁極が配置されている。そして、界磁６２ｃでは、シャフト６０の半径方向から見て、隣り合う磁極６８ｃの磁化方向が互いに６０°異なるように、磁極６８ｃの磁化方向が設定されている。また、界磁６２ｃ全体では、シャフト６０の半径方向に沿う軸を回転軸として、磁化方向が６０°ずつ回転するように、磁極６８ｃの磁化方向が設定されている。
【0042】
ｌ＝４である場合の界磁６２を「界磁６２ｄ」とし、界磁６２ｄが有する磁極６８を「磁極６８ｄ」とする。界磁６２ｄは、磁極６８ｄの周期Ｃあたりに、２つの主磁極と、６つの副磁極と、を有する。界磁６２ｄでは、主磁極同士の間に３つの副磁極が配置されている。そして、界磁６２ｄでは、シャフト６０の半径方向から見て、隣り合う磁極６８ｄの磁化方向が互いに４５°異なるように、磁極６８ｄの磁化方向が設定されている。また、界磁６２ｄ全体では、シャフト６０の半径方向に沿う軸を回転軸として、磁化方向が４５°ずつ回転するように、磁極６８ｄの磁化方向が設定されている。
【0043】
界磁６２ｂ、６２ｃ、６２ｄのように、ｌ≧２である場合、磁化方向の配列は、ハルバッハ配列となる。磁化方向の配列がハルバッハ配列である場合、電機子６１は、ハルバッハ配列の強磁界側に配置される。一方、バックヨーク６３は、ハルバッハ配列の弱磁界側に配置される。磁化方向の配列をハルバッハ配列とすることで、電機子６１側の表面における磁束密度を増大できるため、トルク定数を高められる。特に、ｌ≧３である場合、配列方向における磁束密度の変化を特に滑らかにすることができ、トルク定数を特に高くすることができる。
【0044】
１．３．３．界磁のアスペクト比
図１３は、図２に示すモーターＭ１、Ｍ６が有する界磁のアスペクト比と内外半径比との関係を示すグラフである。図１３の横軸は、界磁の内外半径比であり、縦軸は、界磁のアスペクト比である。図１３では、モーターＭ１、Ｍ６が有する界磁のアスペクト比および内外半径比がプロットされた領域を示している。
図１３は、図２に示すモーターＭ１、Ｍ６が有する界磁のアスペクト比と内外半径比との関係を示すグラフである。図１３の横軸は、界磁の内外半径比であり、縦軸は、界磁のアスペクト比である。図１３では、モーターＭ１、Ｍ６が有する界磁のアスペクト比および内外半径比がプロットされた領域を示している。
【0045】
図３に示すアキシャルギャップモーターＭａでは、回転軸ＡＸの軸方向に沿う界磁５２の長さをｈとし、界磁５２の外半径をＲとする。このとき、ｈ／Ｒを界磁５２のアスペクト比とする。また、図３に示すアキシャルギャップモーターＭａでは、界磁５２の内半径をｒとする。このとき、ｒ／Ｒを界磁５２の内外半径比とする。
【0046】
図７に示すラジアルギャップモーターＭｒでは、回転軸ＡＸの軸方向に沿う界磁６２の長さをｈとし、界磁６２の外半径をＲとする。このとき、ｈ／Ｒを界磁６２のアスペクト比とする。また、図７に示すラジアルギャップモーターＭｒでは、界磁６２の内半径をｒとする。このとき、ｒ／Ｒを界磁６２の内外半径比とする。
【0047】
マニピュレーター１０が有する複数のジョイントＪ１～Ｊ６のうち、最もベース１１側のジョイントＪ１が有するモーターＭ１を「基端モーター」とする。また、複数のジョイントＪ１～Ｊ６のうち、最も先端側のジョイントＪ６が有するモーターＭ６を「先端モーター」とする。本実施形態では、図１３に示すように、基端モーターが有する界磁が、先端モーターが有する界磁に比べて、アスペクト比ｈ／Ｒが小さくなるように設定されている。
【0048】
界磁のアスペクト比ｈ／Ｒは、界磁の扁平の程度を表す指標に相当する。つまり、アスペクト比ｈ／Ｒが小さくなれば、界磁は、より薄く広がった円盤状をなし、モーターの低背化を図ることができ、アスペクト比ｈ／Ｒが大きくなれば、界磁は、より細長い円筒状をなし、モーターの小径化が容易になる。
【0049】
したがって、図１３に示すようなアスペクト比ｈ／Ｒの界磁を有することにより、基端モーターであるモーターＭ１では、界磁の低背化および大径化が図られ、マニピュレーター１０の低重心化を図るとともに、モーターＭ１のトルク定数を高めることができる。マニピュレーター１０を低重心化することで、マニピュレーター１０の振動等が抑制されるとともに高速化が容易になり、運動性能を高めることができる。また、モーターＭ１のトルク定数の増加は、例えば可搬重量の増加やさらなる小型化、軽量化を可能にし、マニピュレーター１０の運動性能を高めることに寄与する。
【0050】
また、図１３に示すようなアスペクト比ｈ／Ｒの界磁を有することにより、先端モーターであるモーターＭ６では、界磁の軽薄化および小径化が図られ、マニピュレーター１０の先端部の軽量化を図るとともに、モーターＭ６のトルク定数を低くすることができる。マニピュレーター１０の先端部を軽量化することで、マニピュレーター１０の振動等が抑制されるとともに高速化が容易になり、運動性能を高めることができる。また、モーターＭ６のトルク定数の減少は、マニピュレーター１０の先端部に繊細な動きを与え、マニピュレーター１０の運動性能を高めることに寄与する。
【0051】
以上のようにして、界磁のアスペクト比ｈ／Ｒを最適化することにより、マニピュレーターの力点付近に設けられるモーターＭ１、および、マニピュレーター１０の作用点付近に設けられるモーターＭ６が、それぞれ設けられる位置に応じた適切な形状の界磁を有することができ、それに伴ってモーターＭ１、Ｍ６に適切な特性が与えられる。これにより、マニピュレーター１０の運動性能を高めることができる。
【0052】
【0053】
また、モーターＭ６が有する界磁のアスペクト比ｈ／Ｒは、特に限定されないが、０．７以上１．３以下であることが好ましく、０．８以上１．２以下であることがより好ましい。これにより、マニピュレーター１０の先端部により繊細な動きを与えることができる。
【0054】
また、モーターＭ１が有する界磁のアスペクト比ｈ／Ｒは、モーターＭ６が有する界磁のアスペクト比ｈ／Ｒを１としたとき、０．０５以上０．８以下であることが好ましく、０．１以上０．５以下であることがより好ましく、０．１以上０．４以下であることがさらに好ましい。これにより、マニピュレーター１０の低重心化とマニピュレーター１０の先端部の軽量化とを両立させることができ、マニピュレーター１０の運動性能をさらに高めることができる。
【0055】
図１４は、図１３に示すグラフに対し、図２に示すモーターＭ２～Ｍ５が有する界磁のアスペクト比と内外半径比との関係を追加したグラフである。図１４では、モーターＭ１～Ｍ６が有する界磁のアスペクト比および内外半径比がプロットされた領域を示している。
【0056】
モーターＭ１～Ｍ６の界磁のアスペクト比ｈ／Ｒは、モーターＭ１、Ｍ６以外ではどのように変化していてもよいが、図１４に示すように、モーターＭ１からモーターＭ６に向かって連続的に大きくなっていることが好ましい。図１４に示す関係を満たしたマニピュレーター１０は、基端から先端に向かって連続的に、モーターが有する界磁の非扁平化が図られ、例えば界磁の小径化が容易になる。換言すれば、図１４に示す関係を満たしたマニピュレーター１０は、先端から基端に向かって連続的に、モーターが有する界磁の低背化および大径化が容易になる。その結果、モーターＭ１～Ｍ６が設けられる位置に応じて各界磁に適切な形状が与えられ、それに伴ってモーターＭ１～Ｍ６に適切な特性が与えられるため、マニピュレーター１０の運動性能を特に高めることができる。
【0057】
なお、連続的とは、図１４に示す各モーターに対応した領域の中心が、縦軸に沿って少しずつずれている様子を指す。具体的には、モーターＭ１～Ｍ６に対応する領域は、この順で、縦軸の下から上に向かって少しずつずれていればよい。この場合、図１４において隣り合うモーター同士を比べたとき、先端側のモーターは、基端側のモーターに比べて、界磁のアスペクト比ｈ／Ｒが０以上０．５以下の範囲で大きいことが好ましく、０．０５以上０．３以下の範囲で大きいことがより好ましい。これにより、各モーターにより適切な特性を与えることができる。
【0058】
また、界磁のアスペクト比ｈ／Ｒを踏まえると、モーターＭ１～Ｍ３は、アキシャルギャップモーターＭａであることが好ましく、モーターＭ４～Ｍ６は、ラジアルギャップモーターＭｒであることが好ましい。アキシャルギャップモーターＭａは、界磁のアスペクト比ｈ／Ｒが比較的小さく、ラジアルギャップモーターＭｒは、界磁のアスペクト比ｈ／Ｒが比較的大きい。これにより、マニピュレーター１０の運動性能を特に高めることができる。なお、各モーターＭ１～Ｍ６におけるモーターの種類の選択は、上記に限定されない。
【0059】
また、本実施形態では、ロボット１が垂直多関節ロボットであるが、本発明に係るロボットは、水平多関節ロボット（スカラロボット）であってもよいし、多関節ロボットアームを複数（２本以上）備える双腕ロボットであってもよい。
【0060】
１．３．４．界磁の内外半径比
本実施形態では、図１３に示すように、基端モーター（モーターＭ１）が有する界磁が、先端モーター（モーターＭ６）が有する界磁に比べて、内外半径比ｒ／Ｒが小さいことが好ましい。
本実施形態では、図１３に示すように、基端モーター（モーターＭ１）が有する界磁が、先端モーター（モーターＭ６）が有する界磁に比べて、内外半径比ｒ／Ｒが小さいことが好ましい。
【0061】
界磁の内外半径比ｒ／Ｒは、シャフトの半径方向における界磁の厚さ（肉厚）を表す指標に相当する。つまり、仮にＲが一定であると仮定した場合、内外半径比ｒ／Ｒが小さくなれば、界磁は半径方向により厚くなり、内外半径比ｒ／Ｒが大きくなれば、界磁は半径方向により薄くなる。
【0062】
したがって、図１３に示すような内外半径比ｒ／Ｒの界磁を有することにより、基端モーターであるモーターＭ１では、界磁を半径方向に厚くすることができ、モーターＭ１のトルク定数を高めることができる。モーターＭ１には、マニピュレーター１０の総重量に近い負荷が加わることから、モーターＭ１のトルク定数の増加は、マニピュレーター１０の運動性能を高めることに寄与する。
【0063】
また、図１３に示すような内外半径比ｒ／Ｒの界磁を有することにより、先端モーターであるモーターＭ６では、界磁を半径方向に薄くすることができ、マニピュレーター１０の先端部の軽量化を図るとともに、モーターＭ６のトルク定数を低くすることができる。モーターＭ６には、エンドエフェクター２０が取り付けられることから、マニピュレーター１０の先端部の軽量化およびモーターＭ６のトルク定数の減少は、エンドエフェクター２０が取り付けられるマニピュレーター１０の先端部に繊細な動きを与えるという観点で有用である。これにより、マニピュレーター１０の運動性能を高めることができる。なお、繊細な動きとは、例えば、エンドエフェクター２０で剛性の低い物体に触れたりする作業を行うとき、物体を壊したり意図せず動かしてしまったりすることなく作業を行うために必要な動き等が挙げられる。
【0064】
以上のようにして、界磁の内外半径比ｒ／Ｒを最適化することにより、マニピュレーターの力点付近に設けられるモーターＭ１、および、マニピュレーター１０の作用点付近に設けられるモーターＭ６が、それぞれ設けられる位置に応じた適切な形状の界磁を有することができ、それに伴ってモーターＭ１、Ｍ６に適切な特性が与えられる。これにより、マニピュレーター１０の運動性能をより高めることができる。
【0065】
なお、モーターＭ１が有する界磁の内外半径比ｒ／Ｒと、モーターＭ６が有する界磁の内外半径比ｒ／Ｒと、の関係は、必ずしも上記のような関係でなくてもよい。また、上記のような関係を満たすとしても、両者の関係は、図１３に示す関係に限定されない。
【0066】
また、モーターＭ６が有する界磁の内外半径比ｒ／Ｒは、特に限定されないが、０．６以上１．０以下であることが好ましく、０．７以上０．９以下であることがより好ましい。これにより、マニピュレーター１０の先端部により繊細な動きを与えることができる。
【0067】
また、モーターＭ１が有する界磁の内外半径比ｒ／Ｒは、モーターＭ６が有する界磁の内外半径比ｒ／Ｒを１としたとき、０．２以上０．９以下であることが好ましく、０．４以上０．８以下であることがより好ましく、０．５以上０．７以下であることがさらに好ましい。これにより、マニピュレーター１０の低重心化とマニピュレーター１０の先端部の軽量化とを両立させることができ、マニピュレーター１０の運動性能をさらに高めることができる。
【0068】
モーターＭ１～Ｍ６の界磁の内外半径比ｒ／Ｒは、図１４に示すように、モーターＭ１からモーターＭ６に向かって連続的に大きくなっていることが好ましい。図１４に示す関係を満たしたマニピュレーター１０は、基端から先端に向かって連続的に、モーターが有する界磁を半径方向に薄くすることができる。換言すれば、図１４に示す関係を満たしたマニピュレーター１０は、先端から基端に向かって連続的に、モーターが有する界磁を半径方向に厚くすることができる。その結果、モーターＭ１～Ｍ６が設けられる位置に応じて各界磁に適切な形状が与えられ、それに伴ってモーターＭ１～Ｍ６に適切な特性が与えられるため、マニピュレーター１０の運動性能を特に高めることができる。
【0069】
なお、連続的とは、図１４に示す各モーターに対応した領域の中心が、横軸に沿って少しずつずれている様子を指す。具体的には、モーターＭ１～Ｍ６に対応する領域は、この順で、横軸の左から右に向かって少しずつずれていればよい。この場合、図１４において隣り合うモーター同士を比べたとき、先端側のモーターは、基端側のモーターに比べて、界磁の内外半径比ｒ／Ｒが０以上０．３以下の範囲で大きいことが好ましく、０．０１以上０．２以下の範囲で大きいことがより好ましい。これにより、各モーターにより適切な特性を与えることができる。
【0070】
１．３．５．界磁の極対数
図１５は、図２に示すモーターＭ１～Ｍ６と各モーターが有する界磁の極対数ｐとの関係を示すグラフである。図１５の縦軸は、界磁の極対数ｐである。極対数ｐとは、界磁における磁極の周期Ｃの数である。また、図１５では、従来技術に相当する比較例のグラフと、実施形態に相当する実施例１、２のグラフと、を併せて示している。
図１５は、図２に示すモーターＭ１～Ｍ６と各モーターが有する界磁の極対数ｐとの関係を示すグラフである。図１５の縦軸は、界磁の極対数ｐである。極対数ｐとは、界磁における磁極の周期Ｃの数である。また、図１５では、従来技術に相当する比較例のグラフと、実施形態に相当する実施例１、２のグラフと、を併せて示している。
【0071】
本実施形態では、図１５に示すように、基端モーター（モーターＭ１）が有する界磁が、先端モーター（モーターＭ６）が有する界磁に比べて、極対数ｐが大きくなるように設定されている。
界磁の極対数ｐは、モーターのトルク定数を左右する。具体的には、界磁の極対数ｐが大きくなると、モーターのトルク定数が高くなり、界磁の極対数ｐが小さくなると、モーターのトルク定数が低くなる傾向がある。
界磁の極対数ｐは、モーターのトルク定数を左右する。具体的には、界磁の極対数ｐが大きくなると、モーターのトルク定数が高くなり、界磁の極対数ｐが小さくなると、モーターのトルク定数が低くなる傾向がある。
【0072】
したがって、図１５に示すような極対数ｐの界磁を有することにより、基端モーターであるモーターＭ１のトルク定数を高めることができ、かつ、先端モーターであるモーターＭ６のトルク定数を低くすることができる。これにより、マニピュレーター１０の運動性能をより高めることができる。
【0073】
なお、モーターＭ１が有する界磁の極対数ｐと、モーターＭ６が有する界磁の極対数ｐと、の関係は、必ずしも上記のような関係でなくてもよい。また、上記のような関係を満たすとしても、両者の関係は、図１５に示す関係に限定されない。
また、基端モーター（モーターＭ１）が有する界磁の極対数ｐと、先端モーター（モーターＭ６）が有する界磁の極対数ｐと、の差は、極対数ｐによっても異なるが、一例として、２以上１５以下であることが好ましく、５以上１０以下であることがより好ましい。
また、基端モーター（モーターＭ１）が有する界磁の極対数ｐと、先端モーター（モーターＭ６）が有する界磁の極対数ｐと、の差は、極対数ｐによっても異なるが、一例として、２以上１５以下であることが好ましく、５以上１０以下であることがより好ましい。
【0074】
また、本実施形態では、モーターＭ１～Ｍ６が有する界磁の極対数ｐが、図１５に示すように、モーターＭ１からモーターＭ６に向かって連続的に小さくなっていることが好ましい。図１５に示す関係を満たしたマニピュレーター１０は、基端から先端に向かって連続的に、モーターのトルク定数を低くすることができる。その結果、モーターＭ１～Ｍ６が設けられる位置に応じて適切なトルク定数が与えられるため、マニピュレーター１０の運動性能を特に高めることができる。
【0075】
なお、連続的とは、図１５において左右に隣り合うモーター同士を比べたとき、右のモーターが有する界磁の極対数ｐが、左のモーターが有する界磁の極対数ｐ以下であることをいう。つまり、モーターＭ１からモーターＭ６に向かって、界磁の極対数ｐが、横ばいが許容された右肩下がりになっていればよい。
【0076】
１．３．６．界磁の極あたりのセグメント数
図１６は、図２に示すモーターＭ１～Ｍ６と各モーターが有する界磁の極あたりのセグメント数ｌとの関係を示すグラフである。図１６の縦軸は、界磁の極あたりのセグメント数ｌである。極とは、界磁における磁極の半周期に対応する部分である。また、隣り合う２つの極は、界磁における磁極の周期Ｃに対応する部分であり、これを極対という。さらに、極を構成する磁極の個片をセグメントという。また、図１６では、従来技術に相当する比較例のグラフと、実施形態に相当する実施例１～３のグラフと、を併せて示している。
図１６は、図２に示すモーターＭ１～Ｍ６と各モーターが有する界磁の極あたりのセグメント数ｌとの関係を示すグラフである。図１６の縦軸は、界磁の極あたりのセグメント数ｌである。極とは、界磁における磁極の半周期に対応する部分である。また、隣り合う２つの極は、界磁における磁極の周期Ｃに対応する部分であり、これを極対という。さらに、極を構成する磁極の個片をセグメントという。また、図１６では、従来技術に相当する比較例のグラフと、実施形態に相当する実施例１～３のグラフと、を併せて示している。
【0077】
本実施形態では、図１６に示すように、基端モーター（モーターＭ１）が有する界磁が、先端モーター（モーターＭ６）が有する界磁に比べて、極あたりのセグメントの数（セグメント数ｌ）が大きくなるように設定されている。
極あたりのセグメント数ｌは、界磁によって形成される磁束密度の変化の滑らかさを左右し、結果的にモーターのトルク定数を左右する。具体的には、極あたりのセグメント数ｌが大きくなると、界磁によって形成される磁束密度の変化がより滑らかになり、モーターのトルク定数が高くなり、極あたりのセグメント数ｌが小さくなると、界磁によって形成される磁束密度の変化が不連続的になり、モーターのトルク定数が低くなる傾向がある。
極あたりのセグメント数ｌは、界磁によって形成される磁束密度の変化の滑らかさを左右し、結果的にモーターのトルク定数を左右する。具体的には、極あたりのセグメント数ｌが大きくなると、界磁によって形成される磁束密度の変化がより滑らかになり、モーターのトルク定数が高くなり、極あたりのセグメント数ｌが小さくなると、界磁によって形成される磁束密度の変化が不連続的になり、モーターのトルク定数が低くなる傾向がある。
【0078】
したがって、図１６に示すような極あたりのセグメント数ｌの界磁を有することにより、基端モーターであるモーターＭ１のトルク定数を高めることができ、かつ、先端モーターであるモーターＭ６のトルク定数を低くすることができる。これにより、マニピュレーター１０の運動性能をより高めることができる。
【0079】
なお、モーターＭ１が有する界磁の極あたりのセグメント数ｌと、モーターＭ６が有する界磁の極あたりのセグメント数ｌと、の関係は、必ずしも上記のような関係でなくてもよい。また、上記のような関係を満たすとしても、両者の関係は、図１６に示す関係に限定されない。
【0080】
また、本実施形態では、モーターＭ１～Ｍ６が有する界磁の極あたりのセグメント数ｌが、図１６に示すように、モーターＭ１からモーターＭ６に向かって連続的に小さくなっていることが好ましい。図１６に示す関係を満たしたマニピュレーター１０は、基端から先端に向かって連続的に、モーターのトルク定数を低くすることができる。その結果、モーターＭ１～Ｍ６が設けられる位置に応じて適切なトルク定数が与えられるため、マニピュレーター１０の運動性能を特に高めることができる。
【0081】
なお、連続的とは、図１６において左右に隣り合うモーター同士を比べたとき、右のモーターが有する界磁の極あたりのセグメント数ｌが、左のモーターが有する界磁の極あたりのセグメント数ｌ以下であることをいう。つまり、モーターＭ１からモーターＭ６に向かって、界磁の極あたりのセグメント数ｌが、横ばいが許容された右肩下がりになっていればよい。
【0082】
１．４．第１実施形態が奏する効果
以上のように、本実施形態に係るロボット１は、複数のジョイントＪ１～Ｊ６を有するマニピュレーター１０と、マニピュレーター１０を支持するベース１１と、を備える多関節のロボットである。そして、ジョイントＪ１～Ｊ６は、回転軸ＡＸを中心軸とする円環状をなす界磁と電機子とを有するモーターＭ１～Ｍ６を備える。また、回転軸の軸方向に沿う界磁の長さをｈとし、界磁の外半径をＲとし、ｈ／Ｒを界磁のアスペクト比とする。さらに、複数のジョイントＪ１～Ｊ６のうち最もベース１１側のジョイントＪ１が備えるモーターＭ１を基端モーターとし、複数のジョイントＪ１～Ｊ６のうち最も先端側のジョイントＪ６が備えるモーターＭ６を先端モーターとする。このとき、基端モーター（モーターＭ１）が有する界磁は、先端モーター（モーターＭ６）が有する界磁に比べて、アスペクト比ｈ／Ｒが小さい。
以上のように、本実施形態に係るロボット１は、複数のジョイントＪ１～Ｊ６を有するマニピュレーター１０と、マニピュレーター１０を支持するベース１１と、を備える多関節のロボットである。そして、ジョイントＪ１～Ｊ６は、回転軸ＡＸを中心軸とする円環状をなす界磁と電機子とを有するモーターＭ１～Ｍ６を備える。また、回転軸の軸方向に沿う界磁の長さをｈとし、界磁の外半径をＲとし、ｈ／Ｒを界磁のアスペクト比とする。さらに、複数のジョイントＪ１～Ｊ６のうち最もベース１１側のジョイントＪ１が備えるモーターＭ１を基端モーターとし、複数のジョイントＪ１～Ｊ６のうち最も先端側のジョイントＪ６が備えるモーターＭ６を先端モーターとする。このとき、基端モーター（モーターＭ１）が有する界磁は、先端モーター（モーターＭ６）が有する界磁に比べて、アスペクト比ｈ／Ｒが小さい。
【0083】
このような構成によれば、マニピュレーターの力点付近に設けられるモーターＭ１、および、マニピュレーター１０の作用点付近に設けられるモーターＭ６が、それぞれ設けられる位置に応じた適切な形状の界磁を有することができ、それに伴ってモーターＭ１、Ｍ６に適切な特性が与えられる。これにより、マニピュレーター１０の運動性能を高めることができる。
【0084】
また、モーターＭ１、Ｍ６が有する界磁の形状が適切になることで、モーターＭ１、Ｍ６のさらなる小型化、軽量化、静音化、長寿命化等を図ることができる。
さらに、適切な特性が与えられることにより、モーターＭ１、Ｍ６の出力効率を高められるため、マニピュレーター１０の消費電力を削減できる。これにより、ロボット１の省エネルギー化を図ることができ、地球環境保護に寄与することができる。
さらに、適切な特性が与えられることにより、モーターＭ１、Ｍ６の出力効率を高められるため、マニピュレーター１０の消費電力を削減できる。これにより、ロボット１の省エネルギー化を図ることができ、地球環境保護に寄与することができる。
【0085】
また、本実施形態に係るロボット１では、界磁の内半径をｒとし、ｒ／Ｒを界磁の内外半径比とするとき、基端モーターであるモーターＭ１が有する界磁は、先端モーターであるモーターＭ６が有する界磁に比べて、内外半径比ｒ／Ｒが小さいことが好ましい。
【0086】
このような構成によれば、マニピュレーターの力点付近に設けられるモーターＭ１、および、マニピュレーター１０の作用点付近に設けられるモーターＭ６が、それぞれ設けられる位置に応じた適切な形状の界磁を有することができ、それに伴ってモーターＭ１、Ｍ６に適切な特性が与えられる。これにより、マニピュレーター１０の運動性能をより高めることができる。
【0087】
また、本実施形態に係るロボット１では、基端モーター（モーターＭ１）は、アキシャルギャップモーターＭａであることが好ましく、先端モーター（モーターＭ６）は、ラジアルギャップモーターＭｒであることが好ましい。これにより、マニピュレーター１０の運動性能を特に高めることができる。
【0088】
また、本実施形態に係るロボット１では、界磁における磁極の周期Ｃの数を極対数ｐとするとき、基端モーター（モーターＭ１）が有する界磁は、先端モーター（モーターＭ６）が有する界磁に比べて、極対数ｐが大きいことが好ましい。これにより、モーターＭ１のトルク定数を高めることができ、かつ、モーターＭ６のトルク定数を低くすることができる。その結果、マニピュレーター１０の運動性能をより高めることができる。
【0089】
また、本実施形態に係るロボット１では、界磁における磁極の周期Ｃに対応する部分を極対とし、磁極の半周期に対応する部分を極とし、極を構成する磁極の個片をセグメントとするとき、基端モーター（モーターＭ１）が有する界磁は、先端モーター（モーターＭ６）が有する界磁に比べて、極あたりのセグメントの数が大きいことが好ましい。これにより、モーターＭ１のトルク定数を高めることができ、かつ、モーターＭ６のトルク定数を低くすることができる。その結果、マニピュレーター１０の運動性能をより高めることができる。
【0090】
【0091】
以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１７において、前記第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。
【0092】
ロボットシステム１００Ａは、ロボット１Ａと、ロボット１Ａを移動させる移動架台１２と、図示しない制御装置と、を備える。
ロボット１Ａは、第１実施形態に係るロボット１と同様である。したがって、ロボットシステム１００Ａは、移動架台１２を備える以外、第１実施形態に係るロボットシステム１００と同様である。
ロボット１Ａは、第１実施形態に係るロボット１と同様である。したがって、ロボットシステム１００Ａは、移動架台１２を備える以外、第１実施形態に係るロボットシステム１００と同様である。
【0093】
ロボット１Ａは、複数のジョイントＪ１～Ｊ６を有するマニピュレーター１０と、マニピュレーター１０を支持するベース１１Ａと、エンドエフェクター２０と、力センサー３０と、を備える。
移動架台１２は、モーターＭ０を有し、ｘ軸に沿ってベース１１Ａを移動させる。これにより、移動架台１２は、ｘ軸に沿ってロボット１Ａを移動させることができる。なお、移動架台１２は、曲線に沿ってロボット１Ａを移動させる機能を有していてもよいし、ＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）を構成する機能（自動搬送機能）を有していてもよいし、ＡＭＲ（Autonomous Mobile Robot）を構成する機能（自律走行機能）を有していてもよい。
移動架台１２は、モーターＭ０を有し、ｘ軸に沿ってベース１１Ａを移動させる。これにより、移動架台１２は、ｘ軸に沿ってロボット１Ａを移動させることができる。なお、移動架台１２は、曲線に沿ってロボット１Ａを移動させる機能を有していてもよいし、ＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）を構成する機能（自動搬送機能）を有していてもよいし、ＡＭＲ（Autonomous Mobile Robot）を構成する機能（自律走行機能）を有していてもよい。
【0094】
以上のように、本実施形態に係るロボットシステム１００Ａは、ロボット１Ａと、ロボット１Ａを移動させる移動架台１２と、を備える。
このようなロボットシステム１００Ａによれば、ロボット１Ａの稼働範囲を広げることができ、ロボット１Ａによる作業能力を高めることができる。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
このようなロボットシステム１００Ａによれば、ロボット１Ａの稼働範囲を広げることができ、ロボット１Ａによる作業能力を高めることができる。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0095】
以上、本発明に係るロボットおよびロボットシステムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明に係るロボットおよびロボットシステムは、それぞれ前記実施形態の各部が同様の機能を有する任意の構成物に置換されたものであってもよく、前記実施形態に任意の構成物が付加されたものであってもよい。
例えば、本発明に係るロボットおよびロボットシステムは、それぞれ前記実施形態の各部が同様の機能を有する任意の構成物に置換されたものであってもよく、前記実施形態に任意の構成物が付加されたものであってもよい。
【符号の説明】
【0096】
１…ロボット、１Ａ…ロボット、１０…マニピュレーター、１１…ベース、１１Ａ…ベース、１２…移動架台、２０…エンドエフェクター、３０…力センサー、４０…制御装置、４１…処理回路、４２…記憶回路、５０…シャフト、５１…電機子、５２…界磁、５２ａ…界磁、５２ｂ…界磁、５２ｃ…界磁、５２ｄ…界磁、５２ｅ…界磁、５３…バックヨーク、５４…コア、５５…コイル、５８…磁極、５８ａ…磁極、５８ｂ…磁極、５８ｃ…磁極、５８ｄ…磁極、５８ｅ…磁極、６０…シャフト、６１…電機子、６２…界磁、６２ａ…界磁、６２ｂ…界磁、６２ｃ…界磁、６２ｄ…界磁、６３…バックヨーク、６４…コア、６５…ヨーク部、６６…リブ部、６７…コイル、６８…磁極、６８ａ…磁極、６８ｂ…磁極、６８ｃ…磁極、６８ｄ…磁極、１００…ロボットシステム、１００Ａ…ロボットシステム、ＡＸ…回転軸、Ｃ…周期、Ｅ１…エンコーダー、Ｅ２…エンコーダー、Ｅ３…エンコーダー、Ｅ４…エンコーダー、Ｅ５…エンコーダー、Ｅ６…エンコーダー、Ｊ１…ジョイント、Ｊ２…ジョイント、Ｊ３…ジョイント、Ｊ４…ジョイント、Ｊ５…ジョイント、Ｊ６…ジョイント、Ｍ０…モーター、Ｍ１…モーター、Ｍ２…モーター、Ｍ３…モーター、Ｍ４…モーター、Ｍ５…モーター、Ｍ６…モーター、Ｍａ…アキシャルギャップモーター、Ｍｒ…ラジアルギャップモーター、ｌ…セグメント数、ｐ…極対数、ｈ…長さ、ｒ…内半径、Ｒ…外半径
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】