(57)【要約】  このサーボモータは、互いに相対的に回動自在に構成された第１の本体および第２の本体とを具備し、第２の本体は、通信情報がパルスの周期によって変調され、互いに逆位相の２つの電圧がＰＷＭ電源として印加される２つの第１の電極を有し、第１の本体は、モータと、前記第２の本体の前記２つの第１の電極を通じて各々供給された前記２つの電圧から直流電圧を生成するとともに前記通信情報を抽出する第１の制御回路と、前記第２の本体の前記２つの第１の電極に各々個別に導通する２つの第２の電極とを具備する。
2017061088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに相対的に回動自在に構成された第１の本体および第２の本体とを具備し、
前記第２の本体は、
通信情報がパルスの周期によって変調され、互いに逆位相の２つの電圧がＰＷＭ電源として印加される２つの第１の電極を有し、
前記第１の本体は、
モータと、
前記第２の本体の前記２つの第１の電極を通じて各々供給された前記２つの電圧から直流電圧を生成するとともに前記通信情報を抽出する第１の制御回路と、
前記第２の本体の前記２つの第１の電極に各々個別に導通する２つの第２の電極とを具備する
サーボモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のサーボモータであって、
前記２つの第１の電極と前記２つの第２の電極は互いに磁力により接合可能なように前記第１の電極および前記第２の電極のうち少なくとも一方の電極が永久磁石を備える
サーボモータ。
【請求項３】
請求項２に記載のサーボモータであって、
前記第１の制御回路は、前記生成された前記直流電圧の値と予め決められた基準値との差分をもとに、前記モータに供給するエネルギーを可変するように構成された
サーボモータ。
【請求項４】
請求項２に記載のサーボモータであって、
前記第１の制御回路は、前記モータの制御量の目標値と実制御量を用いてＰＩＤ制御によって前記モータの操作量を生成し、この操作量を前記直流電圧の値と予め決められた基準値との差分をもとに補正するように構成された
サーボモータ。
【請求項５】
電力供給モジュールとサーボモータとを有し、
前記電力供給モジュールは、
２つの第３の電極と、
通信情報をパルスの周期によって変調し、互いに逆位相の２つの電圧をＰＷＭ電源として生成し、前記２つの電圧を前記２つの第３の電極に各々個別に印加する第２の制御回路とを有し、
前記サーボモータは、
互いに相対的に回動自在に構成された第１の本体および第２の本体を具備し、
前記第２の本体は、
前記電力供給モジュールの前記２つの第３の電極と接続可能な２つの第１の電極を有し、
前記第１の本体は、
モータと、
前記第２の本体の前記２つの第１の電極を通じて供給された前記２つの電圧から直流電圧を生成するとともに前記通信情報を抽出する第１の制御回路と、
前記第２の本体の前記２つの第１の電極に各々個別に導通する２つの第２の電極とを有する
サーボモータシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のサーボモータシステムであって、
複数の前記サーボモータが、前記２つの第１の電極と前記２つの第２の電極との接続によってチェーン状に接続された
サーボモータシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のサーボモータシステムであって、
前記第２の制御回路は、
前記通信情報としてデータ応答期間が設定されたコマンドを生成し、
前記データ応答期間に一方の前記第３の電極を所定の定電流源と接続し、
前記第１の制御回路は、
前記２つの第１の電極のうち前記一方の前記第３の電極と接続された第１の電極を判断し、この第１の電極の短絡のオン／オフを切り替え可能な切替回路をさらに具備し、
受信した前記コマンド中の前記データ応答期間に前記切替回路を制御して応答データを送信するように構成され、
前記第２の制御回路は、前記データ応答期間に前記一方の第３の電極の電位の変化をもとに前記応答データを検出する検出回路をさらに具備する
サーボモータシステム
【請求項８】
請求項７に記載のサーボモータシステムであって、
前記第２の制御回路は、
前記データ応答期間として、第１のデータ応答期間とこの第１のデータ応答期間よりも後の第２のデータ応答期間が設定されたブロードキャスト方式のコマンドを生成し、
前記第１の制御回路は、
受信した前記コマンド中の前記第１のデータ応答期間に前記切替回路を制御して第１の応答データを送信し、前記第１の電極を通じて前記第１の応答データの送信結果を読み取り、前記送信結果のエラーの有無を判定し、エラーが判定された場合、前記受信したコマンド中の前記第２のデータ応答期間に前記切替回路を制御して前記第１の応答データの無効を示す第２の応答データを送信するように構成された
サーボモータシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のサーボモータシステムであって、
前記第２の制御回路は、
前記データ応答期間として、第１のデータ応答期間と第２のデータ応答期間が設定されたブロードキャスト方式のコマンドを生成し、
前記第１の制御回路は、
受信した前記コマンド中の前記第１のデータ応答期間に前記切替回路を制御してマスターＩＤを送信し、前記コマンド中の前記第２のデータ応答期間に前記切替回路を制御して前記直流電圧の値を送信し、
前記第２の制御回路は、
前記チェーン状に接続された複数の前記サーボモータの前記第１の制御回路から各々応答された前記マスターＩＤと前記直流電圧の値とのペアを記憶し、前記直流電圧の値が高い順に、複数の前記マスターＩＤに対して、前記電力供給モジュールに近い接続順を順次割り当てるように構成された
サーボモータシステム
【請求項１０】
請求項９に記載のサーボモータシステムであって、
前記第２の制御回路は、
前記複数のマスターＩＤに対して、制御対象の部位に対応付けられたテンポラリＩＤをさらに割り当てるように構成された
サーボモータシステム
【請求項１１】
電力供給モジュールからサーボモータへの電力供給方法であって、
前記電力供給モジュールは、
２つの第３の電極と、第２の制御回路とを有し、
前記第２の制御回路は、通信情報をパルスの周期によって変調し、互いに逆位相の２つの電圧をＰＷＭ電源として生成し、前記２つの電圧を前記２つの第３の電極に各々個別に印加し、
前記サーボモータは、
前記電力供給モジュールの前記２つの第３の電極と接続可能な２つの第１の電極と、
モータと、
第１の制御回路と有し、
前記第１の制御回路は、前記２つの第１の電極を通じて供給された前記２つの電圧から直流電圧を生成するとともに前記通信情報を抽出する
電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、例えば二足歩行ホビーロボットなどに用いられるサーボモータ、サーボモータシステムおよび電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、駆動源として内蔵されている分散配置型のステッピングモータの構成部品である励磁コイルを用いて、外部磁界との間に形成される電磁結合によって、外部からエネルギーの供給を行うと共に、外部との間で信号の送受を行うように構成されたロボットに関する発明が開示されている。【０００３】
特許文献２には、電子機器間での電力の伝送と通信を電力受電用のコイルと無線通信用のコイルとを兼用して行う技術に関して記載されている。より具体的には、電力を供給する電力波もしくは搬送波に、電力の送受電に関する情報からなる信号を重畳または変調して送受信する方法、電力を送受電する電力波と無線通信する搬送波を併用し、電力の送受電中に同時に無線通信を行う方法などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３２３６５７号公報（段落［０００９］等）
【特許文献２】特開２０１０−１３０８３５号公報（段落［０００９］−［００１０］等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロボットを構成する要素としてサーボモータが用いられる。サーボモータは、例えばヒューマノイド型の二足歩行ロボットなどのロボットにおいて、人間の筋肉と関節の仕事に相当する仕事を実現するものである。
しかし、サーボモータおよびこのサーボモータを用いたシステムにおいては様々な点で改善すべき課題が残されており、その解決が求められる。【０００６】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、サーボモータおよびこのサーボモータを用いたシステムがかかえる様々な課題を解決したサーボモータ、サーボモータシステムおよび電力供給方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本技術に係る第１の形態のサーボモータは、
互いに相対的に回動自在に構成された第１の本体および第２の本体とを具備し、
前記第２の本体は、
通信情報がパルスの周期によって変調され、互いに逆位相の２つの電圧がＰＷＭ電源として印加される２つの第１の電極を有し、
前記第１の本体は、
モータと、
前記第２の本体の前記２つの第１の電極を通じて各々供給された前記２つの電圧から直流電圧を生成するとともに前記通信情報を抽出する第１の制御回路と、
前記第２の本体の前記２つの第１の電極に各々個別に導通する２つの第２の電極とを具備する。【０００８】
上記のサーボモータにおいて、
前記２つの第１の電極と前記２つの第２の電極は互いに磁力により接合可能なように前記第１の電極および前記第２の電極のうち少なくとも一方の電極が永久磁石を備えるものであってよい。【０００９】
上記のサーボモータにおいて、
前記第１の制御回路は、前記生成された前記直流電圧の値と予め決められた基準値との差分をもとに、前記モータに供給するエネルギーを可変するように構成されてもよい。【００１０】
上記のサーボモータにおいて、
前記第１の制御回路は、前記モータの制御量の目標値と実制御量を用いてＰＩＤ制御によって前記モータの操作量を生成し、この操作量を前記直流電圧の値と予め決められた基準値との差分をもとに補正するように構成されてもよい。【００１１】
本技術に係る別の形態であるサーボモータシステムは、
電力供給モジュールとサーボモータとを有し、
前記電力供給モジュールは、
２つの第３の電極と、
通信情報をパルスの周期によって変調し、互いに逆位相の２つの電圧をＰＷＭ電源として生成し、前記２つの電圧を前記２つの第３の電極に各々個別に印加する第２の制御回路とを有し、
前記サーボモータは、
互いに相対的に回動自在に構成された第１の本体および第２の本体を具備し、
前記第２の本体は、
前記電力供給モジュールの前記２つの第３の電極と接続可能な２つの第１の電極を有し、
前記第１の本体は、
モータと、
前記第２の本体の前記２つの第１の電極を通じて供給された前記２つの電圧から直流電圧を生成するとともに前記通信情報を抽出する第１の制御回路と、
前記第２の本体の前記２つの第１の電極に各々個別に導通する２つの第２の電極とを有する。【００１２】
上記のサーボモータシステムにおいて、
複数の前記サーボモータが、前記２つの第１の電極と前記２つの第２の電極との接続によってチェーン状に接続されてよい。【００１３】
上記のサーボモータシステムにおいて、
前記第２の制御回路は、
前記通信情報としてデータ応答期間が設定されたコマンドを生成し、
前記データ応答期間に一方の前記第３の電極を所定の定電流源と接続し、
前記第１の制御回路は、
前記２つの第１の電極のうち前記一方の前記第３の電極と接続された第１の電極を判断し、この第１の電極の短絡のオン／オフを切り替え可能な切替回路をさらに具備し、
受信した前記コマンド中の前記データ応答期間に前記切替回路を制御して応答データを送信するように構成され、
前記第２の制御回路は、前記データ応答期間に前記一方の第３の電極の電位の変化をもとに前記応答データを検出する検出回路をさらに具備するものであってよい。【００１４】
上記のサーボモータシステムにおいて、
前記第２の制御回路は、
前記データ応答期間として、第１のデータ応答期間とこの第１のデータ応答期間よりも後の第２のデータ応答期間が設定されたブロードキャスト方式のコマンドを生成し、
前記第１の制御回路は、
受信した前記コマンド中の前記第１のデータ応答期間に前記切替回路を制御して第１の応答データを送信し、前記第１の電極を通じて前記第１の応答データの送信結果を読み取り、前記送信結果のエラーの有無を判定し、エラーが判定された場合、前記受信したコマンド中の前記第２のデータ応答期間に前記切替回路を制御して前記第１の応答データの無効を示す第２の応答データを送信するように構成されてもよい。【００１５】
上記のサーボモータシステムにおいて、
前記第２の制御回路は、
前記データ応答期間として、第１のデータ応答期間と第２のデータ応答期間が設定されたブロードキャスト方式のコマンドを生成し、
前記第１の制御回路は、
受信した前記コマンド中の前記第１のデータ応答期間に前記切替回路を制御してマスターＩＤを送信し、前記コマンド中の前記第２のデータ応答期間に前記切替回路を制御して前記直流電圧の値を送信し、
前記第２の制御回路は、
前記チェーン状に接続された複数の前記サーボモータの前記第１の制御回路から各々応答された前記マスターＩＤと前記直流電圧の値とのペアを記憶し、前記直流電圧の値が高い順に、複数の前記マスターＩＤに対して、前記電力供給モジュールに近い接続順を順次割り当てるように構成されてよい。【００１６】
上記のサーボモータシステムにおいて、
前記第２の制御回路は、
前記複数のマスターＩＤに対して、制御対象の部位に対応付けられたテンポラリＩＤをさらに割り当てるように構成されてもよい。【００１７】
本技術に係るさらに別の形態である電力供給方法は、
電力供給モジュールからサーボモータへの電力供給方法であって、
前記電力供給モジュールは、
２つの第３の電極と、第２の制御回路とを有し、
前記第２の制御回路は、通信情報をパルスの周期によって変調し、互いに逆位相の２つの電圧をＰＷＭ電源として生成し、前記２つの電圧を前記２つの第３の電極に各々個別に印加し、
前記サーボモータは、
前記電力供給モジュールの前記２つの第３の電極と接続可能な２つの第１の電極と、
モータと、
第１の制御回路と有し、
前記第１の制御回路は、前記２つの第１の電極を通じて供給された前記２つの電圧から直流電圧を生成するとともに前記通信情報を抽出する。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本技術によれば、サーボモータおよびこのサーボモータを用いたシステムがかかえる様々な課題を解決することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】典型的なサーボモータ１Ａの構造を示す図である。
【図２】本技術に係る第１の実施形態のサーボモータ１の構成を示す斜視図である。
【図３Ａ】図２のサーボモータ１におけるモータケース１０とアーム３０との回動を示す側面図である。
【図３Ｂ】同じく図２のサーボモータ１におけるモータケース１０とアーム３０との回動を示す側面図である。
【図３Ｃ】同じく図２のサーボモータ１におけるモータケース１０とアーム３０との回動を示す側面図である。
【図４】図２のサーボモータ１のチェーン接続を示す側面図である。
【図５Ａ】図２のサーボモータ１における磁気電極３４の断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの磁気電極３４を紙面で右側から見た平面図である。
【図６Ａ】図２のサーボモータ１における対向電極３６の断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの対向電極３６を紙面で右側から見た平面図である。
【図７】磁気電極３４と対向電極３６を示す断面図である。
【図８】対向電極３６のモータケース１０への固定方法を示す側面図である。
【図９】本実施形態のサーボモータ１の内部構成を示す図である。
【図１０】本実施形態のサーボモータ１を用いたロボットの構成例を示す図である。
【図１１】本実施形態のサーボモータ１における電力供給モジュール２５０の電気的な構成を示す図である。
【図１２】本実施形態のサーボモータ１におけるサーボ制御モジュール１８の電気的な構成を示す図である。
【図１３】データライト・コマンド３のＰＷＭ信号波形の例を示す図である。
【図１４】データリード・コマンド４のＰＷＭ信号波形の例を示す図である。
【図１５】ブロードキャスト方式のデータリード・コマンド５のＰＷＭ信号波形の例を示す図である。
【図１６】図１０のロボットの全体構成をブロック化して示す図である。
【図１７】電力供給モジュール２５０、２６０、２７０、２８０において作成されるマスターＩＤ、接続順、テンポラリＩＤの対応表の例を示す図である。
【図１８】変形例のモータ制御システム３００の構成を示すブロック図である。
【図１９】図２のサーボモータ１に、アームの一方のアーム部３３Ｌに２つの磁気電極３４Ｒ、３４Ｌが配設されたサーボモータ１Ａが接続された様子を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、典型的なサーボモータの説明に続いて、本技術に係る実施の形態を説明する。
＜典型的なサーボモータ＞
図１は典型的なサーボモータ１Ａの構成を示す図である。
本実施形態のサーボモータと同様、この典型的なサーボモータ１Ａは、例えばヒューマノイド型の二足歩行ホビーロボットなどのロボットにおいて、人間の筋肉と関節の仕事に相当する仕事を実現するためのものである。
【００２１】
図１に示すように、この典型的なサーボモータ１Ａは特定の形状のモータケース１０Ａを有する。モータケース１０Ａ内には、モータ１１Ａと、モータ１１Ａの駆動軸１２Ａの駆動を減速して出力軸１３Ａに伝達するギアボックス１４Ａと、出力軸１３Ａの回転角度を検出するためのエンコーダ１５Ａと、エンコーダ１５Ａの出力をもとに出力軸１３Ａを目標とする回転角度まで回転させるようにモータ１１Ａの駆動を制御するサーボアンプ回路１７Ａが収容される。
【００２２】
ファイナルギア１６Ａは、ギアボックス１４Ａからモータケース１０Ａの外に突出した出力軸１３Ａに同軸的に固定されたギアである。ファイナルギア１６Ａには、フレームやブラケットなどの骨格を形成するためのパーツ（図示せず）との接続のためのホーン２１Ａが固定される。ロボットは、フレームやブラケットなどのパーツに、各種の筋肉と関節に相当する複数のサーボモータ１Ａをホーン２１Ａを介して固定することによって構成される。
【００２３】
サーボモータ１Ａは各々、コントロールボードと制御信号用の一本以上の通信線１８Ａを通じて電気的に接続されるとともに、２本の電源供給線１９Ａ、２０Ａを通じて電源ボードからの電源の供給を受けるようになっている。例えば、一本以上の通信線１８Ａおよび２本の電源供給線１９Ａ、２０Ａは１つのコネクタ２２Ａに収容される。コネクタ２２Ａは供給側のコネクタ（図示せず）に連結されることによって、制御信号と電源の供給を受ける。
【００２４】
サーボモータ１Ａのサーボアンプ回路１７Ａは、コントロールボードから制御信号によって与えられた出力軸１３Ａの目標回転角度と、エンコーダ１５Ａの出力から求められる出力軸１３Ａの現在の回転角度から、出力軸１３Ａが目標回転角度に達するまでに必要な制御量を算出する。サーボアンプ回路１７Ａは、算出した制御量分のモータ駆動信号を、電源供給線１９Ａ、２０Ａによって電源ボードより供給された電源を用いて生成し、モータ１１Ａに供給する。これによりモータ１１Ａが駆動され、モータ１１Ａの駆動軸１２Ａの駆動がギアボックス１４Ａによって出力軸１３Ａに減速して伝達される。出力軸１３Ａが回転することによって、出力軸１３Ａにホーン２１Ａを介して連結されたフレームやブラケットなどのパーツ（図示せず）が動作される。これによってロボットが動作する。
【００２５】
サーボモータ１Ａに制御信号および電源を供給する方式には、大別して、制御用に１本、電源供給に２本の計３本の配線を用いるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式と、制御用に２本、電源供給に２本の計４本の配線を用いるシリアル方式がある。
【００２６】
ＰＷＭ方式は、コントロールボードからサーボモータ１Ａのサーボアンプ回路１７Ａに出力されるパルスの周期によってビットの値が表現されたＰＷＭ信号によってサーボモータ１Ａの出力軸１３Ａの目標回転角度を指示する方式である。ＰＷＭ方式は、コントロールボードからサーボモータ１Ａのサーボアンプ回路１７Ａへの送信のみが可能とされた片方向通信である。このため、コントロールボードはサーボモータ１Ａの負荷状態や出力軸１３Ａの現在の回転角度などのステータスを知ることができない。すなわち、ＰＷＭ方式は制御の精度に限界がある方式と言える。また、ＰＷＭ方式では、コントロールボードとロボットを構成する各々のサーボモータ１Ａとを個々に制御用配線で接続する必要があるとともに、電源ボードと各々のサーボモータ１Ａとを個々に電源供給線で接続する必要があるため全体の配線数が多くなる。配線数が多くなると、多数の配線によってロボットの組み立てや動きの自由度が損われる可能性がある。
【００２７】
一方、シリアル方式は、コントロールボードとサーボモータ１Ａ間の双方向通信が可能である。しかしながら、シリアル方式は、２本の制御用配線を必要とするため、一般ユーザが複数のサーボモータを用いてホビー用途のロボットを組み立てる場面では、接続が煩雑になるため接続誤りなどが発生しやすい方式である。また、シリアル方式は、通信のプロトコルがＰＷＭ方式に比べて複雑であり、より専門的な知識を必要とする。この点でも、一般ユーザにとっては比較的ハードルの高い方式である。
【００２８】
さらに、シリアル方式では、サーボモータ１Ａ毎にＩＤを指定して制御が行われる。そのため、一般ユーザが複数のサーボモータ１Ａを用いてホビー用途のロボットを組み立てる場面では、各サーボモータ１Ａに対するＩＤの設定をユーザが手作業で行う必要があるなど、大変面倒である。
【００２９】
ここまでＰＷＭ方式およびシリアル方式の課題について説明したが、複数のサーボモータを用いて構成されるロボットそのものの課題としては次のような点がある。
フレームやブラケットにサーボモータ１Ａを固定的に連結することによって構成されたロボットは、衝突や転倒時に大きな応力が連結部分に集中し、変形や破損が発生するおそれがある。あるいは、連結部分でユーザの指が挟まれて怪我等を負わせてしまう可能性もある。さらに、固定的な連結を解除するための面倒な作業が発生するため、ロボットの構成を容易に変更できない。
【００３０】
＜第１の実施形態＞
本技術に係る第１の実施形態のサーボモータは、例えば、上記典型的なサーボモータ１Ａの課題等を解決することができるものである。
以下、本実施形態を以下の順番に説明する。
１．本技術に係る第１の実施形態のサーボモータの構成
２．磁気電極３４および対向電極３６の構造
３．サーボモータ１の内部構成
４．サーボモータ１を用いたロボットの構成例
５．電力供給モジュール２５０の構成
６．サーボ制御モジュール１８の構成
７．２種類のコマンド送信プロトコル
８．サーボモータ１の応答データの伝送方式
９．ブロードキャスト方式のデータリード・コマンド
１０．各サーボモータ１と接続順との対応付け方法
【００３１】
［１．本実施形態のサーボモータの構成］
図２は本実施形態のサーボモータ１の構成を示す斜視図である。
このサーボモータ１は、直方体形状のモータケース１０（第１の本体）と、このモータケース１０に回動自在に連結されたアーム３０（第２の本体）とで構成される。
【００３２】
直方体形状のモータケース１０において、アーム３０の各々の端部が回動自在に支持され、かつ図中Ｘ軸とＺ軸がなす２つの面を左右の「アーム支持面Ｒ、Ｌ」と呼ぶ。図中Ｙ軸とＺ軸がなす２つの面の一方を「前面Ｆ」、他方を「背面Ｂ」と呼ぶ。そして図中Ｘ軸とＹ軸がなす２つの面の一方を「上面Ｕ」、他方を「下面Ｄ」と呼ぶ。
【００３３】
アーム３０は左右のアーム部３１Ｒ、３１Ｌと、左右のアーム部３１Ｒ、３１Ｌの一端部同士を繋ぐアーム連絡部３３とで構成される。左右のアーム部３１Ｒ、３１Ｌの各々の他端部は、モータケース１０の左右のアーム支持面Ｒ、Ｌに一端部が突出されたメタルギア１１Ｒ、１１Ｌの一端部を保持するギア保持部３２Ｒ、３２Ｌ（第１の連結部）が設けられる。これにより、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示すように、サーボモータ１は、モータケース１０をアーム３０に対して全回転角度にわたって回動させることができるように構成される。但し、複数のサーボモータ１を用いて構成されるロボットにおいては、制御上、回動の範囲が制限される。
【００３４】
アーム３０のアーム連絡部３３においてモータケース１０に対向する側と逆側の面には２つの磁気電極３４Ｒ、３４Ｌ（第１の電極）が配設される。２つの磁気電極３４Ｒ、３４ＬはＸ軸方向において互いに離間した位置に配設される。２つの磁気電極３４Ｒ、３４Ｌは、磁性および導電性を有する素材で構成された電極であり、接続相手の２つの対向電極３６Ｒ、３６Ｌと各々磁着しつつ電気的に接続される。磁気電極３４Ｒ、３４Ｌは、例えば、ネオジウム磁石など、導電性を有する金属磁石を用いて構成される。磁気電極３４Ｒ、３４Ｌと対向電極３６Ｒ、３６Ｌは、磁気電極３４Ｒ、３４Ｌの永久磁石のもつ磁力によって、ロボットの動作時に発生する応力に十分耐え得る吸着力で互いに吸着する。この永久磁石を用いた磁気電極３４Ｒ、３４Ｌの構成の詳細については後で説明する。
【００３５】
アーム連絡部３３の２つの磁気電極３４Ｒ、３４Ｌが配設された面には、接続相手との接続の際の位置決めに用いられる凸状の２つの係合部３５Ｒ、３５Ｌが設けられる。
【００３６】
一方、モータケース１０の前面Ｆには、２つの対向電極３６Ｒ、３６Ｌ（第２の電極）が配設される。２つの対向電極３６Ｒ、３６Ｌは、接続相手のサーボモータの２つの磁気電極３４Ｒ、３４Ｌと各々磁着しつつ電気的に接続するための電極である。また、モータケース１０の前面Ｆには、接続相手との接続の際の位置決めに用いられる凹状の２つの係合部３７Ｒ、３７Ｌが設けられる。すなわち、モータケース１０の凹状の２つの係合部３７Ｒ、３７Ｌと接続相手のサーボモータの２つの係合部３５Ｒ、３５Ｌとが各々嵌り合った状態にあるとき、モータケース１０の２つの対向電極３６Ｒ、３６Ｌの各々の中心位置と接続相手のサーボモータの２つの磁気電極３４Ｒ、３４Ｌの各々の中心位置とが一致した状態で互いに磁着するようになっている。
【００３７】
本実施形態のサーボモータ１はチェーン接続に対応するものである。すなわち、図４に示すように、一方のサーボモータ１（１−１）のモータケース１０（の前面Ｆ）に設けられた２つの対向電極３６Ｒ、３６Ｌには、同じ構造を有する他方のサーボモータ１（１−２）のアーム３０（アーム連絡部３３）に設けられた２つの磁気電極３４Ｒ、３４Ｌを接続することが可能である。さらに、他方のサーボモータ１−２には、同じ構造を有する別のサーボモータ（図示せず）を同様に接続することができる。このような接続形態を「チェーン接続」と呼ぶこととする。
【００３８】
さらに、図２、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、図４に示すように、サーボモータ１のアーム３０に設けられた２つの磁気電極３４Ｒ、３４Ｌには、電力供給モジュールの接続インタフェース２に設けられた２つの対向電極４０Ｒ、４０Ｌ（第３の電極）を磁着させることが可能である。本例では、チェーン接続された複数のサーボモータ１（１−１、１−２）のうちの最上流のサーボモータ１（１−１）の磁気電極３４Ｒ、３４Ｌが、上記の電力供給モジュールの接続インタフェース２の対向電極４０Ｒ、４０Ｌと磁着される。接続インタフェース２には、サーボモータ１との接続の際の位置決めに用いられる凹状の２つの係合部３７ａ、３７ａが設けられる。電力供給モジュールについては後で説明する。
【００３９】
なお、ここでは、図２に示したように、サーボモータ１においてアーム連絡部３３の前面に磁気電極３４Ｒ、３４Ｌを配設した構成としたが、図１９に示すように、左右のアーム部３１Ｒ、３１Ｌのいずれかに磁気電極３４Ｒ、３４Ｌが配設されたサーボモータ１Ｂとしてもよい。このように、磁気電極３４Ｒ、３４Ｌの配設位置が異なる２タイプのサーボモータ１、１Ｂを用いることによって、ロボットの設計自由度を高めることができる。
【００４０】
［２．磁気電極３４および対向電極３６の構造］
図５Ａは磁気電極３４の断面図、図５Ｂは図５Ａの磁気電極３４を紙面で右側から見た平面図である。
【００４１】
磁気電極３４は、円筒型のネオジウム磁石３４１と、磁性および導電性を有する素材で形成され、ネオジウム磁石３４１を内包する磁気キャップ３４３とを有する。磁気キャップ３４３は、一端が開口した円筒状の部材であり、円板型の底板部３４３ａと円筒型の側壁部３４３ｂとで構成される。底板部３４３ａと側壁部３４３ｂとでネオジウム磁石３４１を収容する。一端が開口した円筒形の空間を形成する。ネオジウム磁石３４１の磁気キャップ３４３の開口側の一端面３４１ａは磁気キャップ３４３の開口において露出される。そして、ネオジウム磁石３４１の磁気キャップ３４３の開口側の一端面３４１ａと磁気キャップ３４３の開口側の一端面３４３ｃは、どちらも対向電極３６と磁着される面とするために同じ高さに揃えられている。
【００４２】
ネオジウム磁石３４１の一端面は磁気キャップ３４３の底板部３４３ａの内側の面に粘着性を有する金属ペーストなどの導通材３４５によって密着される。また、ネオジウム磁石３４１の外周面と磁気キャップ３４３の側壁部３４３ｂの内周面との間には接着剤３４７が充填される。この接着剤３４７も導電性を有するものであってよい。このようにネオジウム磁石３４１の外周面全体が磁気キャップ３４３の側壁部３４３ｂの内周面に接着剤３４７によって接着されることによって、ネオジウム磁石３４１は磁気キャップ３４３の側壁部３４３ｂの内周面に十分な接着力で接着される。これにより、磁気電極３４Ｒ、３４Ｌと対向電極３６Ｒ、３６Ｌとを磁着力に逆らって互いに分離させるとき、ネオジウム磁石３４１が磁気キャップ３４３内から離脱しにくい構造となっている。
【００４３】
磁気キャップ３４３の底板部３４３ａの外側面には、アーム３０内の配線の一端と電気的に接続された電極部３４９が固定される。そして、このような構造を有する磁気電極３４は、磁気キャップ３４３の底面および外周面がアーム３０に設けられた電極保持部３３ａに接着剤などにより接着されて保持される。
【００４４】
次に、対向電極３６の構造について説明する。
図６Ａは対向電極３６の断面図、図６Ｂは図６Ａの対向電極３６を紙面で左側から見た平面図である。
対向電極３６は、例えば鉄など、磁性および導電性を有する素材により形成される電極板３６１を有する。電極板３６１は例えば軸心部分にネジ（図８の１３）のヘッド部が収まる孔部３６２を有する円板形の部品である。電極板３６１の磁気電極３４と磁着される側の面３６３は平坦面となっている。対向電極３６は、図７に示すように、電極板３６１の平坦な面３６３で、磁気電極３４の磁気キャップ３４３の一端面３４３ｃおよびネオジウム磁石３４１の一端面３４３ｃと磁着しつつ電気的に接続されるように構成される。電極板３６１の磁気電極３４と磁着される側の逆側の面３６５には、モータケース１０内の配線の一端が接続された電極部３６７が固着される。
【００４５】
図８に示すように、対向電極３６は、モータケース１０の前面Ｆに設けられた電極保持部１２にネジ１３で固定される。
【００４６】
このように、磁気電極３４と対向電極３６は磁力により互いに吸着し、かつ電気的に接続されるように構成される。これにより、サーボモータ１同士を容易に接続したり分離したりすることができ、ロボットの組み立てを容易に行うことができる。さらには容易に分離できるので、ロボットの組み立ての変更を容易に行うことができる。
【００４７】
また、磁気電極３４と対向電極３６とは磁力による吸着力によって互いに連結されるため、衝突や転倒時などに比較的大きな外力が加わったときに双方の連結部分に大きなストレスを受けるよりも先に分離する。これにより、連結部分が変形したり、破損したりするのを防止できる。ユーザが指を挟むような部位も発生しないので、安全性においても優れる。
【００４８】
なお、本例では、図８に示したように、対向電極３６をネジ１３でモータケース１０の電極保持部１２に固定することとしたが、対向電極３６の側壁にフランジ部を設け、このフランジ部を非導電性材料からなる止め具で押さえることによって、対向電極３６を電極保持部１２に固定してもよい。
【００４９】
［３．サーボモータ１の内部構成］
図９は本実施形態のサーボモータ１の内部構成を示す図である。
アーム３０内には、一端が一方の磁気電極３４Ｒに接続され、他端が右側のアーム部３１Ｒの一端部に固定された一方のギアホルダー３８Ｒ（第１の連結部）に電気的に接続された配線３９Ｒが設けられる。同様にアーム３０内には、一端が他方の磁気電極３４Ｌに接続され、他端が左側のアーム部３１Ｌの一端部に固定された他方のギアホルダー３８Ｌ（第１の連結部）に電気的に接続された配線３９Ｌが設けられる。
【００５０】
モータケース１０には、サーボモータ１の制御を行うサーボ制御モジュール１８（第１の制御回路）が収容される。サーボ制御モジュール１８の詳細な構成については後で説明する。
【００５１】
モータケース１０には、２つのメタルギア１１Ｒ、１１Ｌ（第２の連結部）がモータケース１０の左右のアーム支持面Ｒ、Ｌから一部を突出させた状態で回動自在に配設される。メタルギア１１Ｒ、１１Ｌは導電性を有する金属材料からなる。２つのメタルギア１１Ｒ、１１Ｌはモータケース１０内に配設されたシャフト１４の両端部に各々固定される。シャフト１４は、軸方向における中間部に設けられた絶縁部１４ａによって両側のシャフト部分１４Ｒ、１４Ｌ（２つの動力伝達部）が電気的に絶縁される。シャフト部１４Ｒの一端部にはメタルギア１１Ｒが固定される。シャフト部１４Ｌの一端部にはメタルギア１１Ｌが固定される。
【００５２】
シャフト部１４Ｒはモータケース１０内の配線１５Ｒの一端とブラシなどの可動接点１６Ｒを通じて電気的に接続される。配線１５Ｒはモータケース１０内で分岐され、その一方はサーボ制御モジュール１８一方のＰＷＭ電源入力端子１８１と接続され、他方はモータケース１０の前面Ｆに配設された一方の対向電極３６Ｒと接続される。
【００５３】
シャフト部１４Ｌはモータケース１０内の配線１５Ｌの一端とブラシなどの可動接点１６Ｌを通じて電気的に接続される。配線１５Ｌはモータケース１０内で分岐され、その一方はサーボ制御モジュール１８の他方のＰＷＭ電源入力端子１８２と接続され、他方はモータケース１０の前面Ｆに配設された他方の対向電極３６Ｌと接続される。
【００５４】
シャフト部１４Ｒに固定されたメタルギア１１Ｒには、モータケース１０内に配置されたモータ（図示せず）の動力を伝達するギア１７（ファイナルギア）が噛合される。
【００５５】
一方、アーム３０における一方のアーム部３１Ｒの一端部には、メタルギア１１Ｒを保持する導電性のギアホルダー３８Ｒ（第１の連結部）が固定されている。アーム３０における他方のアーム部３１Ｌの一端部には、メタルギア１１Ｌを保持する導電性のギアホルダー３８Ｌ（第１の連結部）が固定されている。ギア１７からモータの動力が伝達されてシャフト１４が回動すると、その回動はメタルギア１１Ｒ、１１Ｌ（第２の連結部）を介してギアホルダー３８Ｒ、３８Ｌに伝達される。これにより、アーム３０が回動するようになっている。
【００５６】
以上のように構成されたサーボモータ１において、一方の磁気電極３４Ｒは、配線３９Ｒ、ギアホルダー３８Ｒ、メタルギア１１Ｒ、シャフト部１４Ｒ、可動接点１６Ｒ、配線１５Ｒを通じて、サーボ制御モジュール１８一方のＰＷＭ電源入力端子１８１および一方の対向電極３６Ｒと電気的に接続される。同様にして、他方の磁気電極３４Ｌは、配線３９Ｌ、ギアホルダー３８Ｌ、メタルギア１１Ｌ、シャフト部１４Ｌ、可動接点１６Ｌ、配線１５Ｌを通じて、サーボ制御モジュール１８の他方のＰＷＭ電源入力端子１８２および他方の対向電極３６Ｌと電気的に接続される。
【００５７】
［４．サーボモータ１を用いたロボットの構成例］
図１０はサーボモータ１を用いたロボットの構成例を示す図である。
図１６は図１０のロボットの全体構成をブロック化して示す図である。
【００５８】
このロボット１００は、頭部を供えた胴体部１０１と、この胴体部１０１の四肢（紙面上の右腕、左腕、右脚、左脚）各々にあたるサーボモータチェーン１１０、１２０、１３０、１４０とで構成される。サーボモータチェーン１１０、１２０、１３０、１４０は、チェーン接続された１以上のサーボモータ１で構成される。本実施形態では、各々のサーボモータチェーン１１０、１２０、１３０、１４０は２つのサーボモータ１で構成される。本例では、紙面上右腕に相当するサーボモータチェーン１１０を「第１のサーボモータチェーン１１０」、紙面上左腕に相当するサーボモータチェーン１２０を「第２のサーボモータチェーン１２０」、紙面上右脚に相当するサーボモータチェーン１３０を「第３のサーボモータチェーン１３０」、そして紙面上左脚に相当するサーボモータチェーン１４０を「第４のサーボモータチェーン１４０」と呼ぶこととする。第１のサーボモータチェーン１１０を構成する２つのサーボモータ１を「サーボモータ１−１」、「サーボモータ１−２」、第２のサーボモータチェーン１２０を構成する２つのサーボモータ１を「サーボモータ１−３」、「サーボモータ１−４」、第３のサーボモータチェーン１３０を構成する２つのサーボモータ１を「サーボモータ１−５」、「サーボモータ１−６」、そして第４のサーボモータチェーン１４０を構成する２つのサーボモータ１を「サーボモータ１−７」、「サーボモータ１−８」と呼ぶこととする。
【００５９】
なお、各々のサーボモータチェーン１１０、１２０、１３０、１４０は３つ以上のサーボモータ１で構成されてもよい。各々のサーボモータチェーン１１０、１２０、１３０、１４０を構成するサーボモータ１の数は同じである必要はない。
【００６０】
胴体部１０１には、中央処理モジュール１０２と、バッテリを有する二次電源装置１０３と、各々のサーボモータチェーン１１０、１２０、１３０、１４０に対応する電力供給モジュール２５０、２６０、２７０、２８０が配置される。
【００６１】
図１６に示すように、中央処理モジュール１０２はネットワーク１０４を通じてユーザのもつリモートコントローラと無線で通信することができる。中央処理モジュール１０２は、リモートコントローラより無線で送られてきた各種の命令を実行してロボット１００に所定の動作を実行させる。
【００６２】
中央処理モジュール１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メインメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、通信インタフェースなどにより構成される。ＣＰＵは、メインメモリおよびＲＯＭに記憶されたプログラムを実行して各々のサーボモータチェーン１１０、１２０、１３０、１４０を制御してロボット１００に所定の動作を実行させるための演算処理を行う。メインメモリはＣＰＵの作業領域などとして用いられる。ＲＯＭには、ＣＰＵにより実行されるプログラムやプログラムの実行に必要な各種のパラメータなどが固定的に格納される。通信インタフェースは、中央処理モジュール１０２のＣＰＵとサーボモータチェーン１１０、１２０、１３０、１４０毎の電力供給モジュール２５０、２６０、２７０、２８０との通信を行うためのものである。通信インタフェースは、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）などが用いられる。
【００６３】
各々の電力供給モジュール２５０、２６０、２７０、２８０は、サーボモータチェーン１１０、１２０、１３０、１４０とのメカ的な接続および電気的な接続のための接続インタフェース２−１、２−２、２−３、２−４を有する。胴体部１０１において各々の接続インタフェース２−１、２−２、２−３、２−４は、個々のサーボモータチェーン１１０、１２０、１３０、１４０が接続される部位に設けられる。
【００６４】
図２に示したように、接続インタフェース２（２−１、２−２、２−３、２−４）は、サーボモータ１のアーム３０（アーム連絡部３３）に設けられた２つの磁気電極３４Ｒ、３４Ｌと磁着しつつ電気的に接続可能な２つの対向電極４０Ｒ、４０Ｌと、サーボモータ１のアーム３０（アーム連絡部３３）に設けられた２つの凸状の係合部３５Ｒ、３５Ｌと各々係合可能な凹状の２つの係合部３７Ｒ、３７Ｌを有する。接続インタフェース２の２つの対向電極４０Ｒ、４０Ｌの構造は、サーボモータ１の対向電極３６Ｒ、３６Ｌの構造と同じである。
【００６５】
接続インタフェース２（２−１、２−２、２−３、２−４）の２つの対向電極４０Ｒ、４０Ｌには、対応するサーボモータチェーン１１０、１２０、１３０、１４０各々の最上流側のサーボモータ１−１、１−３、１−５、１−７のアーム３０に設けられた２つの磁気電極３４Ｒ、３４Ｌが磁着される。そして、最上流側のサーボモータ１−１、１−３、１−５、１−７各々の２つの対向電極３６Ｒ、３６Ｌには、上流側より２番目のサーボモータ１−２、１−４、１−６、１−８のアーム３０に設けられた２つの磁気電極３４Ｒ、３４Ｌが磁着される。このようにして接続インタフェース２（２−１、２−２、２−３、２−４）に最上流側のサーボモータ１−１、１−３、１−５、１−７と上流側より２番目のサーボモータ１−２、１−４、１−６、１−８がチェーン接続されることによって各々のサーボモータチェーン１１０、１２０、１３０、１４０が構成される。
【００６６】
なお、電力供給モジュール２５０、２６０、２７０、２８０とこれに接続されるサーボモータ１とを「サーボモータシステム」と呼ぶ。
【００６７】
［５．電力供給モジュール２５０の構成］
図１１は電力供給モジュール２５０の構成を示すブロック図である。
なお、各々の電力供給モジュール２５０、２６０、２７０、２８０の構成は同じであるため、ここでは電力供給モジュール２５０の構成についてのみ説明する。
【００６８】
同図に示すように、電力供給モジュール２５０は、通信インタフェース１５１、ＣＰＵ１５２、インバータ１５３、電源入力端子１５４、定電圧回路１５５、保護回路１５６、定電流源１５７、電力増幅回路１５８、ディテクタ１５９および２つのＰＷＭ電源出力端子１６０、１６１を備える。ここで、一方のＰＷＭ電源出力端子１６０は接続インタフェース２の一方の対向電極４０Ｒ（一方の第３の電極）と配線を通じて電気的に接続される。他方のＰＷＭ電源出力端子１６１は接続インタフェース２の他方の対向電極４０Ｌ（他方の第３の電極）と配線を通じて電気的に接続される。電力供給モジュール２５０において、例えば、ＣＰＵ１５２、インバータ１５３および電力増幅回路１５８などは特許請求の範囲の「第２の制御回路」に相当する。
【００６９】
通信インタフェース１５１は、中央処理モジュール１０２より送信された制御コマンドを受信し、ＣＰＵ１５２に供給する。
【００７０】
ＣＰＵ１５２は、通信インタフェース１５１を通じて中央処理モジュール１０２より送られてきた制御コマンドを受け取り、この制御コマンドに対応するＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号を電力増幅回路１５８に正相のＰＷＭ信号として入力するとともにインバータ１５３に入力する。インバータ１５３は、ＣＰＵ１５２から入力されたＰＷＭ信号を反転し、電力増幅回路１５８に逆相のＰＷＭ信号として入力する。
【００７１】
電源入力端子１５４は、胴体部１０１内の二次電源装置１０３（図１０）と電気的に接続された端子であり、二次電源装置１０３からの直流電源を定電圧回路１５５に印加する。
【００７２】
定電圧回路１５５は、電源入力端子１５４を通じて供給された直流電源からＣＰＵ１５２を動作させるために必要な所定の電圧を生成する回路である。
【００７３】
保護回路１５６は、電源入力端子１５４から電力増幅回路１５８の電源入力端への過電流の流れ込みを防止して電力増幅回路１５８を保護するための回路である。
【００７４】
電力増幅回路１５８は、ＣＰＵ１５２からの正相のＰＷＭ信号およびそのＰＷＭ信号をインバータ１５３にて反転させた逆相のＰＷＭ信号を各々、サーボモータ１を駆動するために必要なレベルに増幅する回路である。例えば、電力増幅回路１５８は２つのＨブリッジなどで構成され、一方のＨブリッジには正相のＰＷＭ信号が入力され、他方のＨブリッジには逆相の反転ＰＷＭ信号が入力される。電力増幅回路１５８は、２つの出力端を有し、一方の出力端から一方のＨブリッジによって増幅された正相のＰＷＭ信号を正相のＰＷＭ電源１６３として出力し、他方の出力端から他方のＨブリッジによって増幅された逆相の反転ＰＷＭ信号を逆相のＰＷＭ電源１６４として出力する。さらに、電力増幅回路１５８は、デューティ比の設定用の端子１６２を備える。ＣＰＵ１５２は必要に応じてデューティ比の設定用の端子１６２にデューティ比を設定するための制御信号を印加する。電力増幅回路１５８は、デューティ比の設定用の端子に印加された制御信号をもとにデューティ比の設定値を更新する。
【００７５】
電力増幅回路１５８の一方の出力端は電力供給モジュール２５０の一方のＰＷＭ電源出力端子１６０と接続され、電力増幅回路１５８の他方の出力端は電力供給モジュール２５０の他方のＰＷＭ電源出力端子１６１と接続される。
【００７６】
定電流源１５７は、電源入力端子１５４と一方のＰＷＭ電源出力端子１６０との間に介挿されたプルアップ抵抗などで構成される。
【００７７】
ディテクタ１５９（検出回路）は、後述するデータリード・コマンドにより設定されるデータ応答期間(Data(R))に、２つのＰＷＭ電源出力端子１６０、１６１間の電位差の変化をもとに、サーボ制御モジュール１８から応答される各種のステータスなどを含むリードデータを構成するビット列を検出する回路である。サーボ制御モジュール１８から応答されるステータスには、サーボモータ１の回転角度、ＰＷＭ電源から生成された直流電圧の値などがある。また、サーボモータ１のステータスの他には、サーボモータ１のマスターＩＤなどがある。
【００７８】
［６．サーボ制御モジュール１８の構成］
図１２はサーボモータ１内のサーボ制御モジュール１８の電気的な構成を示す図である。
サーボ制御モジュール１８は、２つのＰＷＭ電源入力端子１８１、１８２、ＰＷＭ電源整流回路１８３、ダイオード１８４、キャパシタ１８５、定電圧回路１８６、ＣＰＵ１８７、Ｈブリッジ回路１８８、モータ１８９、モータ回転角度検出部１９０、基準電圧生成回路１９１および２つのオープンドレイン回路１９２、１９３を有する。ここで、２つのＰＷＭ電源入力端子１８１、１８２のうち一方のＰＷＭ電源入力端子１８１は、一方の磁気電極３４Ｒ（２つの第１の電極のうち一方の第１の電極）と電気的に接続される。他方のＰＷＭ電源入力端子１８２は、他方の磁気電極３４Ｌ（他方の第１の電極）と電気的に接続される。サーボ制御モジュール１８において、例えば、ＰＷＭ電源整流回路１８３、ＣＰＵ１８７などは、特許請求の範囲の「第１の制御回路」に相当する。
【００７９】
２つのＰＷＭ電源入力端子１８１、１８２は各々、電力供給モジュール２５０または、電力供給モジュール２５０からサーボモータチェーン１１０における上流側のサーボモータ１を径由して供給される正相のＰＷＭ電源１６３および逆相のＰＷＭ電源１６４を各々入力する端子である。
【００８０】
ＰＷＭ電源整流回路１８３は、２つのＰＷＭ電源入力端子１８１、１８２より入力された正相のＰＷＭ電源１６３と逆相のＰＷＭ電源１６４を全波整流してモータ１８９を動作させるための直流電圧を生成する。また、ＰＷＭ電源整流回路１８３は、正相のＰＷＭ電源１６３および逆相のＰＷＭ電源１６４のいずれか一方を半波整流してＰＷＭ信号成分を抽出し、ＣＰＵ１８７に出力する。ＰＷＭ電源整流回路１８３にて生成された直流電源はダイオード１８４およびキャパシタ１８５を通じて定電圧回路１８６に与えられる。
【００８１】
定電圧回路１８６はＣＰＵ１８７を動作させるための所定の電圧を生成し、ＣＰＵ１８７に動作電圧として印加する。
【００８２】
ＰＷＭ電源整流回路１８３にて生成された直流電圧はＨブリッジ回路１８８に与えられる。Ｈブリッジ回路１８８はＣＰＵ１８７からの制御用のＰＷＭ信号をもとにモータ１８９に印加する駆動電圧を生成する。モータ回転角検出部１９０は、モータ１８９の出力軸の角度位置を検出し、ＣＰＵ１８７に検出結果を通知する。
【００８３】
ＣＰＵ１８７は、ＰＷＭ電源整流回路１８３より与えられたＰＷＭ信号をＡ／Ｄ変換してコマンドを復調し、このコマンドを実行する。また、ＣＰＵ１８７は、ＰＷＭ電源整流回路１８３より生成された直流電圧をＡ／Ｄ変換して得た値と、例えばシャントレギュレータなどの基準電圧生成回路１９１にて生成された基準電圧をＡ／Ｄ変換して得た値とを比較し、その差分をもとにＨブリッジ回路１８８に与える制御用ＰＷＭ信号のデューティ比を可変制御する。
【００８４】
コマンドとしては、電力供給モジュール２５０からサーボ制御モジュール１８にコマンドなどのデータを一方向に与えるために用いられるデータライト・コマンドと、電力供給モジュール２５０がサーボ制御モジュール１８に対して各種のデータを要求するために用いられるデータリード・コマンドがある。データライト・コマンドとデータリード・コマンドは互いに異なるコマンド送信プロトコルを用いて伝送される。これらのコマンド送信プロトコルについては後で説明する。
【００８５】
また、ＣＰＵ１８７は、データリード・コマンドにより設定されるデータ応答期間に、２つのオープンドレイン回路１９２、１９３（切替回路）のうち、正極側のオープンドレイン回路１９２を制御することによって、電力供給モジュール２５０への応答データを生成することが可能である。その詳細については後で説明する。
【００８６】
［７．２種類のコマンド送信プロトコル］
次に、上記のコマンド送信プロトコルの詳細を説明する。
図１３はデータライト・コマンド３のＰＷＭ信号波形の例を示す図である。
図１４はデータリード・コマンド４のＰＷＭ信号波形の例を示す図である。
【００８７】
データライト・コマンド３およびデータリード・コマンド４のＰＷＭ信号波形は、基本的に周期の異なる複数の種類のパルスで構成される。この例では、50us周期、100us周期、200us周期の３種類の周期のパルスが用いられる。
【００８８】
図１３に示したように、データライト・コマンド３は、プリアンブル(Preamble)、ＩＤアドレス(M-ID Address/T-ID Address)、コマンド(Command)、ライトデータ(Data 1・・・Data N)、ＣＲＣなどで構成される。
【００８９】
プリアンブル(Preamble)は、データライト・コマンド３の先頭を示すものであり、50us周期のパルス波形で構成される。50us周期のパルス波形はプリアンブル(Preamble)のみで用いられるため、プリアンブル(Preamble)の長さは任意であってよい。プリアンブル(Preamble)とＩＤアドレス(M-ID Address/T-ID Address)との間にはこれらの区切りを示す200us周期の１つのパルス波形が配置される。
【００９０】
ＩＤアドレス(M-ID Address/T-ID Address)は、送信先のサーボモータ１を特定する情報である。ＩＤアドレス(M-ID Address/T-ID Address)は100us周期のパルス波形を"１"、200us周期のパルス波形を"０"として８ビットで構成される。ＩＤアドレス(M-ID Address/T-ID Address)は、先頭ビットが"１"であるとき機器固有のマスターＩＤ（M-ID Address）であることを意味し、先頭ビットが"０"であるとき機器に一時的に割り当てられたテンポラリＩＤ（T-ID Address）であることを示す。図１３の例では、先頭ビットが"１"であるから、ＩＤアドレス(M-ID Address/T-ID Address)は機器固有のマスターＩＤ（M-ID Address）である場合を示す。ＩＤアドレス(M-ID Address/T-ID Address)とコマンド(Command)との間にはこれらの区切りを示す200us周期の１つのパルス波形と、データライト・コマンドであることを識別する200us周期の１つのパルス波形(W)が配置される。
【００９１】
コマンド(Command)は、100us周期のパルス波形を"１"、200us周期のパルス波形を"０"として７ビットで構成される。コマンド(Command)とライトデータ(Data 1・・・Data N)との間にはこれらの区切りを示す200us周期の１つのパルス波形が配置される。
【００９２】
個々のライトデータは、100us周期のパルス波形を"１"、200us周期のパルス波形を"０"として８ビットで構成される。ライトデータの数はコマンドの種類に応じて可変される。最後のライトデータ(Data N)とＣＲＣとの間にはこれらの区切りを示す200us周期の１つのパルス波形が配置される。ＣＲＣは、データライト・コマンド３のみに付加され、100us周期のパルス波形を"１"、200us周期のパルス波形を"０"として８ビットで構成される。最後にデータライト・コマンド３の終わりを示す200us周期の１つのパルス波形が配置される。
【００９３】
次に、データリード・コマンド４の構成を説明する。
図１４に示したように、データリード・コマンド４は、プリアンブル(Preamble)、ＩＤアドレス(M-ID Address/T-ID Address)、コマンド(Command)、データプリペア(Data-Prepare)、リードデータ(Data(R))などで構成される。
【００９４】
プリアンブル(Preamble)およびＩＤアドレス(M-ID Address/T-ID Address)はデータライト・コマンド３と同様である。コマンド(Command)は、例えば、サーボモータ１のステータスなどのデータのリードをサーボ制御モジュール１８に実行させるための命令文である。ＩＤアドレス(M-ID Address/T-ID Address)とコマンド(Command)との間には、200us周期の１つのパルス波形と、データリード・コマンドであることを識別する100us周期の１つのパルス波形(R)とが配置される。
【００９５】
コマンド(Command)の後には、200us周期の１つのパルス波形を挟んでデータプリペア(Data-Prepare)が配置される。データプリペア(Data-Prepare)は、リードデータ(Data(R))の応答期間にサーボ制御モジュール１８から電力供給モジュール２５０にリードデータを応答データとして伝送するための準備期間を示す。このデータプリペア(Data-Prepare)は、100us周期のパルス波形と200us周期のパルス波形を用いた７ビットの所定の波形パターンで構成される。このデータプリペア(Data-Prepare)の後に200us周期の１つのパルス波形を挟んでリードデータ(Data(R))の応答期間（データ応答期間）が設けられる。
【００９６】
このリードデータ(Data(R))の応答期間において、電力供給モジュール２５０からサーボ制御モジュール１８へのＰＷＭ電源の伝送は休止され、サーボ制御モジュール１８から電力供給モジュール２５０にサーボモータ１のステータスなどのリードデータ(Data(R))が伝送される。リードデータ(Data(R))は、例えば、８ビットのデータとパリティビットの計９ビットで構成される。
【００９７】
［８．サーボモータ１の応答データの伝送方式］
サーボ制御モジュール１８から電力供給モジュール２５０への応答データの伝送は以下のように行われる。
【００９８】
サーボ制御モジュール１８は、２つのＰＷＭ電源入力端子１８２、１８３のそれぞれにドレインが接続された２つのオープンドレイン回路１９２、１９３（切替回路）を有する。サーボ制御モジュール１８のＣＰＵ１８７は２つのオープンドレイン回路１９２、１９３のうち正極側、つまり電力供給モジュール２５０において定電流源１５７に接続されたＰＷＭ電源入力端子１８１と電気的に接続されたＰＷＭ電源入力端子１８１にドレインが接続されたオープンドレイン回路（本例ではオープンドレイン回路１９２）を判断し、応答データのビット毎の値をもとに、そのオープンドレイン回路のオン／オフ状態を切り替える。
【００９９】
正極側のオープンドレイン回路１９２がオンのとき、電力供給モジュール２５０において定電流源１５７が接続されたＰＷＭ電源出力端子１６０と、対向電極４０Ｒと磁気電極３４Ｒを介して電気的に接続されたＰＷＭ電源入力端子１８１が短絡されることによって、ＰＷＭ電源出力端子１６０の電位が他方のＰＷＭ電源出力端子１６１の電位よりも高くなる。正極側のオープンドレイン回路１９２がオフのときは２つのＰＷＭ電源出力端子１６０、１６１の間で電位差はゼロまたは略ゼロとなる。ディテクタ１５９は、２つのＰＷＭ電源出力端子１６０、１６１間の電位差を測定し、この電位差を所定の閾値を用いて評価し、論理レベルを決定する。すなわち、ディテクタ１５９は、正極側のオープンドレイン回路１９２がオンのときに発生する２つのＰＷＭ電源出力端子１６０、１６１間の電位差に対して"High"の論理レベルを判定する。また、ディテクタ１５９は、正極側のオープンドレイン回路１９２がオフのときの２つのＰＷＭ電源出力端子１６０、１６１間の電位差に対して"Low"の論理レベルを判定する。
【０１００】
サーボ制御モジュール１８のＣＰＵ１８７は、データリード・コマンド４に含まれるコマンドに応じて、例えば、サーボモータ１のステータスなどのリードデータを生成する。ここでリードデータは８ビットのデータ本体に１ビットのパリティビットを加えた計９ビットで構成される。サーボ制御モジュール１８のＣＰＵ１８７は、このリードデータを構成する各ビットの値に対応して順次、正極側のオープンドレイン回路１９２のオン／オフを切り替える。これにより、電力供給モジュール２５０のディテクタ１５９において９ビットが検出され、ＣＰＵ１５２に伝送される。ＣＰＵ１５２は受信した９ビットをパリティビットで誤り検出し、誤りがなければ先頭より８ビットをリードデータのデータ本体として判定する。
【０１０１】
ところで、サーボ制御モジュール１８では、２つのＰＷＭ電源入力端子１８１、１８２より取り込んだＰＷＭ電源をＰＷＭ電源整流回路１８３にて全波整流して直流電源として利用するとともに、取り込んだＰＷＭ電源を半波整流して元のＰＷＭ信号を復元する。このため電力供給モジュール２５０の２つのＰＷＭ電源出力端子１６０、１６０とサーボ制御モジュール１８の２つのＰＷＭ電源入力端子１８１、１８２とは互いに入れ替わって接続されても動作上問題はない。もし、電力供給モジュール２５０の正極側のＰＷＭ電源出力端子１６０に、サーボ制御モジュール１８のＰＷＭ電源入力端子１８２が接続されている場合にはオープンドレイン回路１９３がオン／オフの切り替え制御の対象として判断される。
【０１０２】
本実施形態では、リードデータ(Data(R))の応答期間の長さとして例えば450usが与えられる。この応答期間は、電力供給モジュール２５０からサーボ制御モジュール１８へのＰＷＭ電源伝送が行われないので、サーボ制御モジュール１８内のＣＰＵ１８７を動作させるための電力はキャパシタ１８５に蓄えられた電荷から生成される。そのため、キャパシタ１８５はリードデータ(Data(R))の応答期間以上、ＣＰＵ１８７に電力を供給できるだけの容量をもつ必要がある。また当然ながらリードデータ(Data(R))の応答期間は電力供給モジュール２５０からサーボ制御モジュール１８へのＰＷＭ電源伝送が行われないので、モータ１８９への電力供給は休止される。
【０１０３】
［９．ブロードキャスト方式のデータリード・コマンド］
次に、電力供給モジュール２５０からサーボモータチェーン１１０を構成するすべてのサーボ制御モジュール１８にブロードキャスト方式でリードデータを要求するデータリード・コマンドについて説明する。
【０１０４】
図１５は、このブロードキャスト方式のデータリード・コマンド５のＰＷＭ信号波形の例を示す図である。
ブロードキャスト方式のデータリード・コマンド５は、プリアンブル(Preamble)、ＩＤアドレス(B-ID Address)、コマンド(Command)、第１のデータプリペア(Data-Prepare1)、第１のリードデータ(M-ID(R))、第２のデータプリペア(Data-Prepare2)、第２のリードデータ(Data(R))などで構成される。
【０１０５】
プリアンブル(Preamble)は上記のデータライト・コマンド３およびデータリード・コマンド４と同様である。
ＩＤアドレス(B-ID Address)はサーボモータチェーン１１０を構成するすべてのサーボモータ１を指定するブロードキャスト・アドレスである。
コマンド(Command)は、サーボ制御モジュール１８に対してリードデータを要求するコマンドである。ＩＤアドレス(B-ID Address)とコマンド(Command)との間には、200us周期の１つのパルス波形と、データリード・コマンドであることを識別する100us周期の１つのパルス波形(R)とが配置される。
【０１０６】
コマンド(Command)の次に配置される第１のデータプリペア(Data-Prepare1)は、第１のリードデータ(M-ID(R))の応答期間（第１のデータ応答期間）にサーボ制御モジュール１８から電力供給モジュール２５０にリードデータを応答するための準備期間を示す。この第１のデータプリペア(Data-Prepare1)は、100us周期のパルス波形と200us周期のパルス波形を用いた７ビットの所定の波形パターンで構成される。この第１のデータプリペア(Data-Prepare1)の後に200us周期の１つのパルス波形を挟んで第１のリードデータ(M-ID(R))の応答期間（第１のデータ応答期間）が設けられる。
【０１０７】
この第１のリードデータ(M-ID(R))の応答期間は電力供給モジュール２５０からサーボ制御モジュール１８へのＰＷＭ電源の伝送は停止され、これに伴いサーボ制御モジュール１８から電力供給モジュール２５０にサーボモータ１のマスターＩＤが第１のリードデータ(M-ID(R))として伝送される。第１のリードデータ(M-ID(R))は、例えば、８ビットのデータとパリティビットの計９ビットで構成される。
【０１０８】
第１のリードデータ(M-ID(R))の応答期間の後に200us周期の１つのパルス波形を挟んで第２のデータプリペア(Data-Prepare2)が配置される。この第２のデータプリペア(Data-Prepare2)は100us周期のパルス波形と200us周期のパルス波形を用いた７ビットの所定の波形パターンで構成される。この第２のデータプリペア(Data-Prepare2)の後に200us周期の１つのパルス波形を挟んで第２のリードデータ(Data(R))の応答期間（第２のデータ応答期間）が設けられる。
【０１０９】
この第２のリードデータ(Data(R))の応答期間（第２のデータ応答期間）は電力供給モジュール２５０からサーボ制御モジュール１８へのＰＷＭ電源の伝送は休止され、サーボ制御モジュール１８から電力供給モジュール２５０に、例えばサーボモータ１のステータスなどのデータが第２のリードデータ(Data(R))として伝送される。第２のリードデータ(Data(R))は、例えば、８ビットのデータとパリティビットの計９ビットで構成される。
【０１１０】
サーボ制御モジュール１８は、このブロードキャスト方式のデータリード・コマンド５を受信すると、第１のリードデータ(M-ID(R))の応答期間に正極側のオープンドレイン回路１９２のオン／オフを切り替えて、サーボモータ１のマスターＩＤを第１のリードデータ(M-ID(R))として応答し、続いて第２のリードデータ(Data(R))の応答期間にサーボモータ１のステータスなどのデータを第２のリードデータ(Data(R))として応答する。
【０１１１】
ところで、電力供給モジュール２５０の一方のＰＷＭ電源出力端子１６０にはサーボモータチェーン１１０を構成する複数のサーボモータ１−１、１−２各々のサーボ制御モジュール１８の一方のＰＷＭ電源入力端子１８１が電気的に互いに並列に接続される。同様に、電力供給モジュール２５０の他方のＰＷＭ電源出力端子１６１には、サーボモータチェーン１１０を構成する複数のサーボモータ１−１、１−２各々のサーボ制御モジュール１８の他方のＰＷＭ電源入力端子１８２が電気的に互いに並列に接続される。このため、電力供給モジュール２５０から送信されたブロードキャスト方式のデータリード・コマンド５に複数のサーボモータ１−１、１−２のサーボ制御モジュール１８が同時にデータを応答してしまうことによる衝突が発生し、リードデータが正しく電力供給モジュール２５０に伝送されない事態が発生する可能性がある。
【０１１２】
そこで、サーボ制御モジュール１８のＣＰＵ１８７は、オープンドレイン回路１９２の制御による第１のリードデータ(M-ID(R))の設定と同時にＰＷＭ電源入力端子１８１、ＰＷＭ電源整流回路１８３を径由して取り込んだデータリード・コマンド５中の第１のリードデータ(M-ID(R))を読み取る。ＣＰＵ１８７は、読み取った第１のリードデータ(M-ID(R))の内容であるマスターＩＤが、自身が設定した正しいマスターＩＤと一致するかどうかを判定する。一致する場合には上記の衝突が発生していないので、ＣＰＵ１８７はデータリード・コマンド５に対する次の処理、すなわちオープンドレイン回路１９２を制御して第２のリードデータ(Data(R))を設定する処理に進む。
【０１１３】
一致しない場合には上記の衝突によりリードデータ(M-ID(R))が不正データ（エラー）となっているので、サーボ制御モジュール１８のＣＰＵ１８７は、このリードデータ(M-ID(R))を無効化するために、データリード・コマンド５中の第２のリードデータ(Data(R))としてエラーデータを設定する。例えば、サーボ制御モジュール１８のＣＰＵ１８７は、第２のリードデータ(Data(R))の８ビットのデータの値をすべて"０"とし、パリティビットの値として"１"を設定するなどしてエラーデータを設定する。これにより、電力供給モジュール２５０のＣＰＵ１５２は、パリティビットを用いたエラー検出によって第２のリードデータ(Data(R))がエラーであることを判定し、今回のデータリード・コマンド５に対して応答されたリードデータ(M-ID(R))、(Data(R))を破棄する。
【０１１４】
衝突によりリードデータの応答に失敗したサーボ制御モジュール１８のＣＰＵ１８７は、一定時間あるいはランダムに決められた時間が経過した後、新たなデータリード・コマンド５を待機し、新たなデータリード・コマンド５に対して上記同様に第１のリードデータ(M-ID(R))の応答、マスターＩＤの照合、第２のリードデータ(Data(R))の応答を行う。そして、サーボ制御モジュール１８のＣＰＵ１８７は、マスターＩＤの照合に成功するまで同じ動作を繰り返す。一方、電力供給モジュール２５０のＣＰＵ１５２は、サーボモータチェーン１１０を構成するすべてのサーボモータ１−１、１−２のサーボ制御モジュール１８から有効な第１のリードデータ(M-ID(R))の応答を受けるまで、同じデータリード・コマンド５を周期的に送信し続ける。
【０１１５】
これにより、複数のサーボモータ１−１、１−２間での応答の衝突が発生する可能性がある中で、電力供給モジュール２５０は、サーボモータチェーン１１０を構成するすべてのサーボモータ１−１、１−２のサーボ制御モジュール１８から有効な応答データを受け取ることができる。他の電力供給モジュール２６０、２７０、２８０についても同様である。
【０１１６】
［１０．各サーボモータ１と接続順との対応付け方法］
電力供給モジュール２５０においては、自身に接続されたサーボモータチェーン１１０におけるすべてのサーボモータ１−１、１−２のＩＤと、電力供給モジュール２５０からの接続順を示す情報とが対応付けられてメモリに保存される。例えば、サーボモータ１−１、１−２は接続順にロボット１００の各部位の制御対象として割り当てられる。他の電力供給モジュール２６０、２７０、２８０についても同様である。
【０１１７】
ロボット１００を制御するとき、各電力供給モジュール２５０、２６０、２７０、２８０は、中央処理モジュール１０２より指定された制御対象の部位に対応するサーボモータ１のＩＤをメモリから参照し、そのサーボモータ１のＩＤを指定して制御対象のサーボモータ１にデータライト・コマンド３やデータリード・コマンド４を与える。ここで、サーボモータ１のＩＤとしては、サーボモータ１に製造時に割り当てられるマスターＩＤを使用することができる。しかし、各サーボモータ１のマスターＩＤをロボット１００の各部位と対応付けるための人手による設定作業が必要となり、手間がかかる。
【０１１８】
本実施形態では、サーボモータチェーン１１０、１２０、１３０、１４０毎にサーボモータ１のＩＤと接続順との対応付けが自動的に行われる。以下に、この機能について説明する。
【０１１９】
サーボモータチェーン１１０を構成する各サーボモータ１−１、１−２に供給されるＰＷＭ電源の電圧は、伝送距離が長くなるほど配線抵抗成分が増大するので降下する。例えば、サーボモータ１−１に供給されるＰＷＭ電源の電圧に比べ、サーボモータ１−２に供給されるＰＷＭ電源の電圧は若干低くなる。したがって、各サーボモータ１−１、１−２に供給されるＰＷＭ電源の電圧降下分の大小関係から、サーボモータチェーン１１０を構成する各サーボモータ１−１、１−２の、電力供給モジュール２５０からの接続順を知ることができる。
【０１２０】
まず、電力供給モジュール２５０のＣＰＵ１５２は、サーボモータチェーン１１０を構成する各サーボモータ１−１、１−２のサーボ制御モジュール１８に、ＰＷＭ電源の電圧の値を上記のブロードキャスト方式のデータリード・コマンド５を使って要求する。
【０１２１】
サーボ制御モジュール１８のＣＰＵ１８７は、このデータリード・コマンド５を受け取ると、ＰＷＭ電源整流回路１８３によってＰＷＭ電源から生成された直流電圧をＡ／Ｄ変換する。サーボ制御モジュール１８のＣＰＵ１８７は、自身のマスターＩＤを第１のリードデータ(M-ID(R))として電力供給モジュール２５０に応答し、続いて直流電圧の値を第２のリードデータ(Data(R))として電力供給モジュール２５０に応答する。
【０１２２】
電力供給モジュール２５０のＣＰＵ１５２は、サーボ制御モジュール１８から応答されたマスターＩＤと電圧の値のペアをメモリに保存する。電力供給モジュール２５０のＣＰＵ１５２は、サーボモータチェーン１１０を構成するすべてのサーボモータ１−１、１−２のマスターＩＤと電圧の値のペアをメモリに保存すると、電圧の値が高い順に、それらのマスターＩＤに対して、電力供給モジュール２５０に近い接続順を順次割り当てる。
【０１２３】
この割り当ては、例えば、電圧の値が最も高いマスターＩＤに、トップの接続順を割り当て、電圧の値が次に高いマスターＩＤにトップの次の接続順を割り当てる、といったように行われる。
以上の処理は、電力供給モジュール２６０、２７０、２８０においても同様に行われる。
【０１２４】
次に、電力供給モジュール２５０のＣＰＵ１５２は、各マスターＩＤに対してテンポラリＩＤを割り当てる。ここで、テンポラリＩＤには、ロボット１００の制御対象として決められた各部位に対して予め固有に対応付けられた番号を用いることができる。
【０１２５】
図１７は、ここまでの処理によって得られる情報の対応表の構成を示す図である。
例えば、制御対象の部位である右肩関節、右肘関節、左肩関節、左肘関節、右股関節、右膝関節、左股関節、左膝関節に対し、テンポラリＩＤは、"A01"、"A02"、"B01"、"B02"、"C01"、"C02"、"D01"、"D02"が予め対応付けられていることとする。
【０１２６】
例えば、電力供給モジュール２５０には、マスターＩＤが"*****145"であるサーボモータに対して接続順"1"が割り当てられ、テンポラリＩＤとして右肩関節に対応する"A01"が割り当てられる。また、マスターＩＤが"*****254"であるサーボモータに対して接続順"2"が割り当てられ、テンポラリＩＤとして右肘関節に対応する"A02"が割り当てられる。他の電力供給モジュール２６０、２７０、２８０においても同様に接続順、マスターＩＤ、テンポラリＩＤの対応表が作成される。
【０１２７】
次に、電力供給モジュール２５０のＣＰＵ１５２は、サーボモータチェーン１１０を構成するすべてのサーボモータ１−１、１−２のサーボ制御モジュール１８に、データライト・コマンド３を使ってテンポラリＩＤを送信する。このデータライト・コマンド３は、ＩＤアドレスにマスターＩＤが指定され、ライトデータにテンポラリＩＤが格納されたものである。
【０１２８】
サーボ制御モジュール１８のＣＰＵ１８７は、データライト・コマンド３を受け取ると、このデータライト・コマンド３にライトデータとして含まれるテンポラリＩＤをメモリに保存する。以後、このテンポラリＩＤは、ＩＤアドレスにテンポラリＩＤ(T-ID Address)を用いたデータライト・コマンド３およびデータリード・コマンド４をサーボ制御モジュール１８のＣＰＵ１８７が受け取るための自身のＩＤアドレスとして使用される。
【０１２９】
なお、本技術において、テンポラリＩＤの設定は必須ではない。マスターＩＤを使ってコマンドの送り先を指定することができるからである。この場合には、上記の動作において、マスターＩＤに対するテンポラリＩＤの割り当て、テンポラリＩＤのサーボモータ１−１、１−２への設定のための処理は省くことができる。
【０１３０】
＜変形例＞
前述のように、サーボモータチェーン１１０を構成する各サーボモータ１−１、１−２に供給されるＰＷＭ電源の電圧は、電力供給モジュール２５０から遠くに接続されたものほど低くなる。もし、このままロボット１００を制御すると、各サーボモータ１−１、１−２間でトルクや速度にバラツキが生じ、ロボット１００の動作に悪影響が生じる可能性がある。また、各サーボモータ１−１、１−２に供給されるＰＷＭ電源の電圧は、ロボット１００に搭載された二次電源装置１０３内のバッテリの残量によっても変動する。
【０１３１】
本変形例において、サーボ制御モジュール１８のＣＰＵ１８７は、ＰＷＭ電源の電圧変動による各サーボモータ１−１、１−２のトルクや速度の変動を抑制するために、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）制御などのフィードバック制御によって生成される操作量に、ＰＷＭ電源の電圧の基準値からの変動分の補正を加えることとした。
【０１３２】
図１８は、本変形例のモータ制御システム３００の構成を示すブロック図である。
このモータ制御システムは、サーボ制御モジュール１８内のＣＰＵ１８７（第１の制御回路）によって実現される。あるいは、専用のハードウェアにより実現されてもよい。
【０１３３】
このモータ制御システム３００は、変化量算出部３０１、減算部３０２、ＰＩＤ制御部３０３、電圧誤差算定部３０４、操作量補正部３０５およびＰＷＭ制御部３０６を有する。
【０１３４】
変化量算出部３０１は、モータ回転角度検出部１９０によって測定されたモータ１８９の回転角度から単位時間当たりの変化量を算出し、この変化量を減算部３０２に出力する。
【０１３５】
減算部３０２は、受信したデータライト・コマンド３にデータとして含まれる目標回転角度から変化量算出部３０１より供給された変化量を減算して比例動作のための偏差を求める。また、減算部３０２は、変化量算出部３０１より供給された変化量を累積して積分動作のための偏差を求める。さらに、減算部３０２は、変化量算出部３０１より連続して供給された２つの変化量の差分と増減方向を積分動作のための偏差として求める。
【０１３６】
ＰＩＤ制御部３０３は、減算部３０２からの入力された各々の偏差を用いてＰＩＤ演算によって操作量を生成する。
【０１３７】
電圧誤差算定部３０４は、入力電圧つまりＰＷＭ電源整流回路１８３より入力された入力電圧と基準電圧生成回路１９１によって生成された基準電圧との差分を生成して操作量補正部３０５に供給する。
【０１３８】
操作量補正部３０５は、ＰＩＤ制御部３０３によって生成された操作量を電圧誤差算定部３０４によって生成された差分つまり入力電圧の変動分を用いて補正する。すなわち、操作量補正部３０５は、入力電圧が基準電圧よりも低い場合には操作量を増やすように補正し、入力電圧が基準電圧よりも高い場合には操作量を減らすように補正を行う。
【０１３９】
ＰＷＭ制御部３０６は、操作量補正部３０５により補正された操作量をもとに、Ｈブリッジ回路１８８に与える制御用ＰＷＭ信号のデューティ比を決定してモータ１８９に供給するエネルギーを制御する。
【０１４０】
このように、本変形例では、ＰＩＤ制御によって生成される操作量に、供給されたＰＷＭ電源の電圧の基準値からの変動分の補正を加えることによって、各サーボモータ１−１、１−２に供給されるＰＷＭ電源の電圧変動によるトルクや速度のバラツキを抑制することができる。
【０１４１】
なお、本変形例では、ＰＩＤ制御を採用する場合について説明したが、その他のフィードバック制御において、入力電圧の基準値からの変動分の補正を採用してもよい。
【０１４２】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）互いに相対的に回動自在に構成された第１の本体および第２の本体とを具備し、
前記第２の本体は、
通信情報がパルスの周期によって変調され、互いに逆位相の２つの電圧がＰＷＭ電源として印加される２つの第１の電極を有し、
前記第１の本体は、
モータと、
前記第２の本体の前記２つの第１の電極を通じて各々供給された前記２つの電圧から直流電圧を生成するとともに前記通信情報を抽出する第１の制御回路と、
前記第２の本体の前記２つの第１の電極に各々個別に導通する２つの第２の電極とを具備する
サーボモータ。
【０１４３】
（２）前記（１）に記載のサーボモータであって、
前記２つの第１の電極と前記２つの第２の電極は互いに磁力により接合可能なように前記第１の電極および前記第２の電極のうち少なくとも一方の電極が永久磁石を備える
サーボモータ。
【０１４４】
（３）前記（１）または（２）に記載のサーボモータであって、
前記第１の制御回路は、前記生成された前記直流電圧の値と予め決められた基準値との差分をもとに、前記モータに供給するエネルギーを可変するように構成された
サーボモータ。
【０１４５】
（４）前記（１）または（２）に記載のサーボモータであって、
前記第１の制御回路は、前記モータの制御量の目標値と実制御量を用いてＰＩＤ制御によって前記モータの操作量を生成し、この操作量を前記直流電圧の値と予め決められた基準値との差分をもとに補正するように構成された
サーボモータ。
【０１４６】
（５）電力供給モジュールとサーボモータとを有し、
前記電力供給モジュールは、
２つの第３の電極と、
通信情報をパルスの周期によって変調し、互いに逆位相の２つの電圧をＰＷＭ電源として生成し、前記２つの電圧を前記２つの第３の電極に各々個別に印加する第２の制御回路とを有し、
前記サーボモータは、
互いに相対的に回動自在に構成された第１の本体および第２の本体を具備し、
前記第２の本体は、
前記電力供給モジュールの前記２つの第３の電極と接続可能な２つの第１の電極を有し、
前記第１の本体は、
モータと、
前記第２の本体の前記２つの第１の電極を通じて供給された前記２つの電圧から直流電圧を生成するとともに前記通信情報を抽出する第１の制御回路と、
前記第２の本体の前記２つの第１の電極に各々個別に導通する２つの第２の電極とを有する
サーボモータシステム。
【０１４７】
（６）前記（５）に記載のサーボモータシステムであって、
複数の前記サーボモータが、前記２つの第１の電極と前記２つの第２の電極との接続によってチェーン状に接続された
サーボモータシステム。
【０１４８】
（７）前記（６）に記載のサーボモータシステムであって、
前記第２の制御回路は、
前記通信情報としてデータ応答期間が設定されたコマンドを生成し、
前記データ応答期間に一方の前記第３の電極を所定の定電流源と接続し、
前記第１の制御回路は、
前記２つの第１の電極のうち前記一方の前記第３の電極と接続された第１の電極を判断し、この第１の電極の短絡のオン／オフを切り替え可能な切替回路をさらに具備し、
受信した前記コマンド中の前記データ応答期間に前記切替回路を制御して応答データを送信するように構成され、
前記第２の制御回路は、前記データ応答期間に前記一方の第３の電極の電位の変化をもとに前記応答データを検出する検出回路をさらに具備する
サーボモータシステム
【０１４９】
（８）前記（７）に記載のサーボモータシステムであって、
前記第２の制御回路は、
前記データ応答期間として、第１のデータ応答期間とこの第１のデータ応答期間よりも後の第２のデータ応答期間が設定されたブロードキャスト方式のコマンドを生成し、
前記第１の制御回路は、
受信した前記コマンド中の前記第１のデータ応答期間に前記切替回路を制御して第１の応答データを送信し、前記第１の電極を通じて前記第１の応答データの送信結果を読み取り、前記送信結果のエラーの有無を判定し、エラーが判定された場合、前記受信したコマンド中の前記第２のデータ応答期間に前記切替回路を制御して前記第１の応答データの無効を示す第２の応答データを送信するように構成された
サーボモータシステム。
【０１５０】
（９）前記（７）または（８）に記載のサーボモータシステムであって、
前記第２の制御回路は、
前記データ応答期間として、第１のデータ応答期間と第２のデータ応答期間が設定されたブロードキャスト方式のコマンドを生成し、
前記第１の制御回路は、
受信した前記コマンド中の前記第１のデータ応答期間に前記切替回路を制御してマスターＩＤを送信し、前記コマンド中の前記第２のデータ応答期間に前記切替回路を制御して前記直流電圧の値を送信し、
前記第２の制御回路は、
前記チェーン状に接続された複数の前記サーボモータの前記第１の制御回路から各々応答された前記マスターＩＤと前記直流電圧の値とのペアを記憶し、前記直流電圧の値が高い順に、複数の前記マスターＩＤに対して、前記電力供給モジュールに近い接続順を順次割り当てるように構成された
サーボモータシステム
【符号の説明】
【０１５１】
１…サーボモータ
１０…モータケース
１１Ｒ、１１Ｌ…メタルギア
１４ａ…絶縁部
１４Ｒ．１４Ｌ…シャフト部分
１８…サーボ制御モジュール
３０…アーム
３２Ｒ、３２Ｌ…ギア保持部
３４Ｒ、３４Ｌ…磁気電極
３６Ｒ、３６Ｌ…対向電極
３８Ｒ、３８Ｌ…ギアホルダー
４０Ｒ、４０Ｌ…対向電極
１００…ロボット
１０２…中央処理モジュール
１５２…ＣＰＵ
１５３…インバータ
１５７…定電流源
１５８…電力増幅回路
１５９…ディテクタ
１６０、１６１…ＰＷＭ電源出力端子
１８１、１８２…ＰＷＭ電源入力端子
１８３…ＰＷＭ電源整流回路
１８７…ＣＰＵ
１８８…Ｈブリッジ回路
１８９…モータ
１９０…モータ回転角検出部
１９２、１９３…オープンドレイン回路
２５０、２６０、２７０、２８０…電力供給モジュール
３０１…変化量算出部
３０２…減算部
３０３…ＰＩＤ制御部
３０４…電圧誤差算定部
３０５…操作量補正部
３４１…ネオジウム磁石
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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