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私たちが家電などで日常的に使っているモータの原型は、190年以上も前に考案されました。DCモータが発明され、その後、単相交流で回るACモータや3相交流で回る誘導モータなどが登場しました。では、これらの一般的なモータと、サーボモータでは、どのような違いがあるのでしょうか。
そもそもサーボモータのサーボ（Servo）とはラテン語の「Servus」＝召使いに由来します。主人が何か指示を出すと、その指示に忠実に動いてくれる、それがサーボモータです。一般的なモータと比べ、俊敏かつ高速で正確に動きます。サーボモータはモータ単体だけではなく、モータを動かすドライバ（駆動装置）、位置（角度）／速度／回転力（トルク）を指示するコントローラで構成されます。
ギヤードクローズドループステッピングモーター
ギヤードクローズドループステッピングモーター
サーボモータは「DCサーボモータ」と「ACサーボモータ」の2種類に大別できます。
DCサーボモータは直流で駆動します。構造から、ロータ（回転子）のコイルへ電流を機械的に一定方向に流すブラシ（電極）が付いたタイプと、ロータに永久磁石を使ったブラシのないブラシレスタイプがあります。ブラシレスモータは、交流を使用している点からACサーボに分類される場合もあります。DCサーボモータは小型・低価格がメリットですが、ブラシのメンテナンスが必要です。
ACサーボモータは交流で駆動します。こちらも構造によりロータに永久磁石を使う「同期型」（SM）と永久磁石を使わない「誘導型」（IM）に大別されます。同期型は磁石を使うので高出力になると高価になりますが、高性能な永久磁石の登場により、現在主流のサーボモータです。一方、誘導型は磁石を使わないため、10kW以上の高出力な用途などに適しますが、制御系は複雑になります。
同期型ACサーボモータの基本構造は、モータ軸にあたるロータと、その周りに配置されたステータから成ります。ロータには強力な永久磁石が埋め込まれています。またステータにはコアとなる鉄心に電線が巻かれており、電流を流すと電磁石になります。交流は電流の向きが交互に変わるので、電磁石のN極とS極が切り替わり、ステータの永久磁石を引き付けたり反発したりしながら回転させる仕組みです。
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一般的にＤＣモータは供給電圧が一定の時、Ｔ－Ｎ（トルク－回転数）、Ｔ－Ｉ（トルク－電流） 特性は図のように2本の直線で表すことができます。
基本的な特性は、トルク（負荷）が大きくなると回転数が低下して電流が上昇し、トルク（負荷）が小さくなると回転数が上昇して電流が下がります。また、供給電圧を変化させると特性は平行移動します。つまり、電圧が半分になると回転数も半分になります。
ＤＣモータには図のように定格回転数と定格トルクが設定されており、これよりも過負荷で使用した場合にはコミュテータやブラシ磨耗による寿命低下、または発熱による故障の原因になりますのでご注意下さい。
また、ＤＣモータは使用環境温度によって特性が変化します。環境温度が上昇すると巻線の抵抗値が上昇しマグネットの磁力は低下します。これよってＤＣモータは起動トルク低下、無負荷回転数上昇してしまいます。
定格電圧【V】
定格負荷・定格回転数で運転させるのに必要な電圧です。（モータ端子間に印加した際の電圧） 定格電圧は 表示されている電圧の±10%以内でご使用下さい。
無負荷回転数【min-1】
無負荷状態で、定格電圧にて運転した時の回転数。
無負荷電流【mA】
無負荷状態で、定格電圧にて運転した時の電流値。
起動トルク【mNm】
定格電圧を印加した時に発生する最大トルク。
起動電流【mA】
定格電圧において、起動時やロック時に流れる最大の電流。
出力【W】
モータの出力は、次の式で得られます。
最大効率【%】
入力と出力の入力と出力の比率における最大値。
端子間抵抗【Ω】
巻線、ブラシとコミュテータ間、端子又はリード線に於ける抵抗で、モータの端子間で測定した時に得られる値。グラファイトブラシの場合、電流により変化します。
ロータ慣性モーメント【gcm2】
ロータ（回転子）に於ける慣性モーメント
ロータインダクタンス【mH】
測定周波数1kHzに於いて、モータ端子間で測定される概略値。
機械的時定数【ms】
モータが静止状態から立上がり、無負荷回転数の63.2%に達するまでの時間を表す定数。(tm)
トルク定数【mNm/A】
電流1Aの時に発生するトルク。
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ステッピングモーターには、3つの基本的なタイプがあります。リアクティブローター：可変リラクタンスステッピングモーター（VR）、アクティブローター：永久磁石ステッピングモーター（PM）、VRとPMの組み合わせ：ハイブリッドステッピングモーター（HY）
可変リラクタンスステッピングモーター
可変リラクタンスステッピングモーターは、最も単純なタイプのステッピングであり、軟鉄製の多歯ローターと巻線型ステーターで構成されています。 固定子巻線に直流電流を流すと、両極が磁化されます。
回転子の歯が通電された固定子の極に引き付けられると、回転が発生します。 可変リラクタンスステッピングモーターの磁石は、永久磁石ステッピングモーターの磁石よりも小型で軽量であるため、高速です。 可変抵抗ステッピングモーターのローターギアとステーターギアの間の面積が小さいほど、磁力の損失は小さくなります。
このタイプのステッピングモーターは、構造がシンプルで制御しやすいものの、分解能が低く、トルクが小さいです。
永久磁石ステッピングモーター
永久磁石は永久磁石ステッピングのモーター構造に組み込まれています。 回転子の位置の変化は、コイルの電流方向の変化、磁極の変化によって引き起こされます。 電流の方向が適切に変更されると、ローターは90°回転します。モーターのこの単一ステップは、一部のアプリケーションでは有用ですが、非常に大きく、不正確になります。 したがって、実際に存在する永久磁石モーターには、より多くの回転子極といくつかの磁石が回転子に取り付けられており、ステップ数と位置決め精度が向上しています。
磁化されたローターポールは、より大きな磁束強度を提供し、その結果、永久磁気モーターは、可変リラクタンスステッピングモーターよりも優れたトルク特性を示します。 シンプルな構造により、かなり低解像度の手頃な価格のモーターが得られます。
ハイブリッドステッピングモーター
ハイブリッドステッピングモーターは、業界で最も広く使用されているタイプのステッピングモーターの1つです。 ハイブリッドステッピングモーターは、可変リラクタンスと永久磁石ステッピングモーターの最高の機能を組み合わせているため、より高価です。 ハイブリッドステッピングモーターは、ステップ分解能、トルク、速度の点で優れたパフォーマンスを提供します。
ハイブリッドステッピングモーターのローターは永久磁石で構成されていますが、上記のモデルとは異なり、磁石は放射状に取り付けられておらず、軸方向に磁化されています。 通常、ローターはモーターシャフトに配置された2つの対向する磁化リングで構成されています。 各リングにスロット溝があり、ローターの歯を形成します。
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組み立て
工場などの製造現場に導入されている産業用ロボットは、関節を持つアーム型が多く、ルーティーン化された細かな作業を素早く処理します。
組み立て部分によって稼働が異なり、垂直多関節型や水平関節型など、多様な形が存在するのです。
運搬
物流倉庫などで活躍するのが運搬作業を専門とするロボットです。
無人でのライン走行や、目の前のロボットを追従する機能などを備え、強大な物流倉庫内でも衝突することもなく効率的に稼働します。
仕分け
仕分けロボットも、倉庫や物流センターなどで活躍し、物流における仕分け作業の自動システムとして稼働しています。
大手ECサイトAmazonの物流倉庫内部がテレビや動画で紹介されていますね。
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人間のように何でも器用に柔軟な仕事を行えるようなロボットハンドはまだ存在しません。そのため、実現したい仕事（例えばロボットアームで空き缶を拾い、任意の場所に置く。など）に合わせて適切にロボットハンドを設計、または購入する必要があります。
ロボットハンドの設計や購入を考える際、まずどのような機構で対象物に対して仕事（物の保持）を行うか考えます。代表的な保持手段は以下の通りです。
人間の手のように対象物を掴んで保持する
吸着によって対象物を保持する
磁力によって対象物を保持する
この時、仕事をする対象物がどのような特性を持つかで選択する手段が変わります。保持手段を考える上で考慮すべき対象物の特性の例を以下に示します。
対象物の硬度はどれくらいか？
吸着したり磁力を発生させても問題ない環境か？
ロボットによる搬送速度はどのくらいか？
対象物の形状はどのようなものか？
これらの項目より把持手段が決定したら、採用するハンドを具体的に考えます。
大きさや重心位置
表面素材
保持部位
仕事を行う対象物に対して上記の観点からハンドの具体的な仕様を決定し、それを満たすハンド形状を考えていくのです。
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