JP6567767B2 - 駆動システム及びそれを備える電気装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ロボットや、無人飛行機、無線操縦装置などの電気装置で利用される駆動システムに関し、特にアクチュエータの作動に起因するノイズを低減する技術に関する。
人や動物を模したロボットの開発が進められている。例えば特開2002−11679号公報に開示されるように、多くのロボットでは、電動モータを動力源とするアクチュエータが利用される。
アクチュエータ(特に、電動モータ)から出る動作音がユーザにとってノイズとなる場合がある。
ノイズを低減する技術としてアクティブノイズコントロールが知られている。アクティブノイズコントロールでは、ノイズを含む音がマイクロホンで取得される。そして、ノイズとは逆位相の音がスピーカから出力され、ノイズに重ね合わせられる。アクティブノイズコントロールではマイクロホンとノイズ源との位置関係が重要である。しかしながら、ロボットでは複数のアクチュエータが利用されているので、全てのアクチュエータについて、マイクロホンとアクチュエータのなかのノイズ源との位置関係を適切にするのは難しい。例えば、マイクロホンとアクチュエータのなかのノイズ源との距離が大きすぎる場合がある。
本発明の目的の一つは、アクチュエータのノイズを適切に低減できる駆動システムと、それを備える電気装置を提供することにある。
上記課題を解決するための駆動システムは、少なくとも電動モータを備えているアクチュエータと、マイクロホンと、前記マイクロホンを通して取得した音に基づいて生成された信号に応じた音を出す音源と、を有している。前記マイクロホンは前記アクチュエータに取り付けられている。この駆動システムによれば、マイクロホンとアクチュエータのなかのノイズ源との位置関係を適切にすることが容易となり、アクチュエータのノイズを適切に低減できる。
上記課題を解決するための電気装置は複数の前記駆動システムを有している。この電気装置によれば、マイクロホンとアクチュエータのなかのノイズ源との位置関係を適切にすることが容易となり、アクチュエータのノイズを適切に低減できる。
以下、本発明の一実施形態について説明する。図1は本発明の実施形態の一例である駆動システム1が有しているアクチュエータ10を示す正面図である。図2はアクチュエータ10の駆動システム1の断面図であり、その切断面は図1のII−II線で示されている。図3は駆動システム1の構成を示すブロック図である。
駆動システム1はアクチュエータ10を有している。図2に示すように、アクチュエータ10は電動モータ11と、電動モータ11から動力を受ける出力軸21とを有している。出力軸21の一部は後述するホルダ31から突出し、その突出している部分には外部の機構(例えば、ロボットのアーム)が連結される。電動モータ11はコイルや磁石を含んでいるモータ本体11bと、モータ本体11bの端面11dから突出している回転軸11aとを有している。アクチュエータ10の例では、電動モータ11の回転軸11aと出力軸21は互いに平行に配置されている。電動モータ11と出力軸21との配置は、アクチュエータ10の例に限られない。例えば、出力軸21は回転軸11aに対して交差する方向、例えば回転軸11aに対して直交する方向に配置されてもよい。また、出力軸21は必ずしもホルダ31から突出する部分を有していなくてもよい。この場合、ホルダ本体32に開口が形成され、この開口部を通じて出力軸21と外部の機構とが連結してもよい。
アクチュエータ10は、電動モータ11の動力(回転)を出力軸21に伝える機構Aを有している。アクチュエータ10の例では、機構Aは電動モータ11の回転を減速して出力軸21に伝える減速機構である。減速機構Aは複数のギア22、23、24によって構成されている。第1ギア22は電動モータ11の回転軸11aに取り付けられているギア11cに係合し、ギア11cの回転は減速して第1ギア22に伝えられる。また、第1ギア22には第2ギア23が係合しており、第1ギア22の回転は減速して第2ギア23に伝えられる。さらに、第2ギア23には第3ギア24に係合し、第2ギア23の回転は減速して第3ギア24に伝えられる。第3ギア24は出力軸21上に設けられ、出力軸21と一体的に回転する。ギア22、23はそれぞれ中間軸26、27によって支持されている。
減速機構Aは、アクチュエータ10の例に限られない。一例では、出力軸21上に設けられているギア24は電動モータ11の回転軸11aに設けられているギア11cに直接的に係合してもよい。他の例では、減速機構Aはチェーンやベルトを含んでもよい。さらに他の例では、機構Aは必ずしも、電動モータ11の回転を減速する機能を有していなくてもよい。
アクチュエータ10は、電動モータ11と出力軸21とを保持するホルダ31を有している。アクチュエータ10の例では、ホルダ31は、電動モータ11と出力軸21とを保持するホルダ本体32と、ホルダ本体32に取り付けられるカバー33、34とを有している。ホルダ本体32には収容室S1が形成されている。電動モータ11のモータ本体11bはこの収容室S1の内側に配置され、保持されている。また、ホルダ本体32には収容室S2が形成されている。出力軸21の基部はこの収容室S2に配置され、収容室S2に配置されている軸受け39A、39Bによって回転可能に保持されている。
ホルダ31は、減速機構Aと電動モータ11の回転軸11aとが配置される収容室S3を有している。アクチュエータ10の例では、電動モータ11の回転軸11aと出力軸21はホルダ本体32の端面32cから突出している。減速機構Aはホルダ本体32の端面32cに沿って配置されている。上述したカバー33は回転軸11a、出力軸21及び減速機構Aを覆い、ホルダ本体32に取り付けられている。カバー33はホルダ本体32とともに収容室S3を規定している。このように、アクチュエータ10の例では、図1に示すように、ホルダ31は電動モータ11及び減速機構Aの全体を収容するケースとして機能している。
アクチュエータ10の例では、ホルダ本体32に形成されている収容室S1、S2はホルダ本体32の端面32cとは反対側に開口している。上述したカバー34はホルダ本体32の端面32cとは反対側の端面32dを覆い、ホルダ本体32に取り付けられている。
ホルダ31の構造は、アクチュエータ10の例に限られない。一例では、ホルダ31は、合体することで、電動モータ11や減速機構A、出力軸21などを収容する収容室を構成する2つの部材で構成されてもよい(2つの部材をホルダ半体と称する)。すなわち、ホルダ31は、電動モータ11の回転軸11aの中心線と出力軸21の中心線とを含む平面で分離可能な2つホルダ半体や、回転軸11aの中心線に垂直な平面で分離可能な2つのホルダ半体で構成されてもよい。この場合、ホルダ31はカバー33、34を有していなくてもよい。また、この場合、出力軸21はギア24を挟んで互いに反対側に位置する2つの軸受けで支持されてもよい。この場合、上述した収容室S2や軸受け39Bは不要となる。
さらに他の例では、ホルダ31は必ずしも電動モータ11等を収容するようには構成されていなくてもよい。言い換えれば、ホルダ31は電動モータ11や減速機構Aの一部を露出させるように構成されてもよい。
駆動システム1は、マイクロホン41と、音源42A、42Bと、音信号生成装置43とを有している(図3参照)。マイクロホン41は後述するようにアクチュエータ10に取り付けられている。そして、マイクロホン41を通してその周囲の音が取得される。マイクロホン41を通して取得される音には、アクチュエータ10の動作音(ノイズ)が含まれる。より具体的には、マイクロホン41を通して取得される音には、電動モータ11の回転軸11a、減速機構A、及び出力軸21を含む可動部の動作音が含まれる。マイクロホン41は、取得された音に応じた信号を音信号生成装置43に出力する。
音信号生成装置43はアクティブノイズコントロールに係る処理を実行する。すなわち、音信号生成装置43は、マイクロホン41を通して取得した音に基づいて、外部に届くノイズを低減するための音(アクチュエータ10のノイズに重ね合わせるための音)の信号を生成する。例えば、音信号生成装置43はマイクロホン41が出力する信号から、アクチュエータ10の可動部に起因するノイズを含む音信号を取得する。そして、音信号生成装置43は、例えば、取得した音信号の位相を反転させ、得られた信号を音源42A、42Bに出力する。他の例として、音信号生成装置43はマイクロホン41を通して予め規定された周波数の音(好ましくは、可動部に起因するノイズを含む音)を検知し、その音を検知したときに予め設定された音の信号を出力してもよい。
図2に示すように、マイクロホン41はアクチュエータ10に取り付けられている。アクチュエータ10の例では、マイクロホン41はホルダ31に取り付けられている。こうすることによって、マイクロホン41とアクチュエータ10の中のノイズ源(すなわち、アクチュエータ10の可動部)との距離が大きくなることを抑えることができる。マイクロホン41の取り付けには接着剤やビスなどの固定具が利用されてよい。
アクチュエータ10の例では、図2に示すように、マイクロホン41はホルダ31内に配置されている。より具体的には、マイクロホン41は、アクチュエータ10の可動部が配置される収容室S3に配置されている。こうすることによって、可動部から出るノイズをマイクロホン41を通して取得し易くなる。収容室S3はホルダ本体32とカバー33とで規定される閉空間となっている。このため、マイクロホン41を通して取得する音に、外部の音が混じることを抑えることができる。マイクロホン41のレイアウトは、アクチュエータ10の例に限られない。例えば、ホルダ31内には、マイクロホン41が配置される専用の収容室が設けられてもよい。
アクチュエータ10は減速機構Aを有しており、アクチュエータ10の可動部のなかでは、電動モータ11の回転軸11a及びギア11cの回転速度が最も大きい。そのため、電動モータ11の回転軸11a及びギア11cが主なノイズ源となる可能性がある。そこで、アクチュエータ10の例では、マイクロホン41は回転軸11aの近傍に取り付けられている。マイクロホン41と回転軸11aとの距離L1(図2参照)は具体的には2cm以下であることが好ましい。マイクロホン41と回転軸11aとの距離は1cm以下であることが特に好ましい。マイクロホン41と回転軸11aとの距離は0.5cm以下であることがさらに好ましい。
図2に示すように、アクチュエータ10の例では、マイクロホン41は電動モータ11の回転軸11aに対して、その半径方向に位置している。また、マイクロホン41は回転軸11aを挟んで減速機構Aとは反対側に位置している。マイクロホン41と回転軸11aとの間には、回転軸11aのギア11cだけが存在し、その他の部材は配置されていない。こうすることによって、回転軸11a及びギア11cの回転に起因して出たノイズを含む音をマイクロホン41を通して、より適切に取得できる。
アクチュエータ10の例では、マイクロホン41はホルダ本体32に取り付けられている。より詳細には、ホルダ本体32は回転軸11aに対して、その半径方向に位置している壁部32eを有している。マイクロホン41は壁部32eの内面に取り付けられている。
上述したように駆動システム1は音信号生成装置43を有している。音信号生成装置43は例えば集積回路によって実現される。この集積回路とそれが実装された基板は、例えばホルダ31の外に設置される。すなわち、集積回路と基板は、ホルダ31の外であり且つ駆動システム1を有している電気装置の外装部材の内側の空間に設置される。集積回路はホルダ31内の空間に設置されてもよい。
上述したように、駆動システム1は音源42A、42Bを有している。音源42A、42Bには音信号生成装置43で生成された信号が入力され、音源42A、42Bはその信号に応じた音を出す。音源42A、42Bは振動板やボイスコイルなどを含むスピーカである。これに替えて、音源42A、42Bはボイスコイルを有し、振動板を有していなくてもよい。この場合、ボイスコイルはアクチュエータ10が備えている薄板部材(例えば、カバー)を振動させて、音を出してもよい。
駆動システム1の例では、音源42A、42Bはアクチュエータ10に取り付けられている。より具体的には、音源42A、42Bはホルダ31に取り付けられている。これによれば、例えば複数のアクチュエータ10が1つの装置に搭載されている場合に、1つのアクチュエータ10の音源42A、42Bから出る音と、他のアクチュエータ10から出る音とが干渉することを抑えることができる。
図2に示すように、アクチュエータ10には複数の音源42A、42Bが取り付けられている。駆動システム1の例では、アクチュエータ10には2つの音源42A、42Bが取り付けられている。音源42A、42Bは互いに異なる方向に音を出すように配置されている。具体的には、2つの音源42A、42Bは互いに反対方向に向いており、反対方向に音を出す。2つの音源42A、42Bが音を出す方向は、アクチュエータ10の例に限られない。例えば、2つの音源42A、42Bは互いに交差する2方向に音を出すように配置されてもよい。
また、アクチュエータ10に取り付けられる音源の数は2つに限られない。例えば、アクチュエータ10には1つの音源が取り付けられてもよいし、3つ以上の音源が取り付けられてもよい。さらに他の例として、駆動システム1が有している複数の音源のうち一部の音源がアクチュエータ10に取り付けられ、他の音源はアクチュエータ10に取り付けられていなくてもよい。
音源42Aは、マイクロホン41と同様に、アクチュエータ10の可動部(回転軸11a、減速機構A)が配置される収容室S3に配置されている。アクチュエータ10の例では、音源42Aは、マイクロホン41と同様に、電動モータ11の回転軸11aの近傍に配置されている。具体的には、音源42Aは電動モータ11の回転軸11aに対してその軸方向に位置し、音源42Aと回転軸11aとの間には他の部材が存在していない。
音源42Aは収容室S3に配置され、ホルダ31の外側に向いている。アクチュエータ10の例では、音源42Aは収容室S3の内面(具体的には、カバー33の内面)に取り付けられている。カバー33には貫通穴33aが形成されている。音源42Aはこの貫通穴33aに向けて取り付けられている。この構造によれば、音源42Aの音をホルダ31の外部に効果的に出すことができる。なお、貫通穴33aはカバー33に形成されていなくてもよい。音源42Aの取り付けには、接着剤やビスなどの固定具が利用されてよい。
音源42Bもアクチュエータ10に取り付けられている。駆動システム1の例では、図2に示すように、ホルダ本体32は収容室S3とは反対側に収容室S4を有している。収容室S4は音源42Aが音を出す方向とは反対方向に開口している。音源42Bは収容室S4に配置され、収容室S4の内面に取り付けられている。アクチュエータ10の例では、カバー34は収容室S4の開口を覆うようにホルダ本体32に取り付けられている。音源42Bはカバー34の内面に取り付けられ、ホルダ31の外側に向いている。
カバー34には貫通穴34aが形成されている。音源42Bはこの貫通穴34aに向けて取り付けられている。この構造によれば、音源42Bの音をホルダ31の外部に効果的に出すことができる。貫通穴34aはカバー34には形成されていなくてもよい。音源42Aの取り付けには、接着剤やビスなどの固定具が利用されてよい。
上述したように、ホルダ31はカバー33、34を有することなく、合体することで収容室S1、S2、S3を構成する2つのホルダ半体で構成されてもよい。この場合、音源42A、42Bは、例えば、ホルダ半体の内面(収容室の内面)に取り付けられる。そのホルダ半体に貫通穴が形成され、音源42A、42Bは貫通穴に向けて取り付けられてもよい。
マイクロホン41と音源42A、42Bのレイアウトは、アクチュエータ10の例に限られず、種々の変更が可能である。図4はアクチュエータ10の変形例を示す図である。この図において、これまで説明した箇所と同一の箇所には同一符合を付している。
アクチュエータ10の構造は図1及び図2に示す例に限られない。図4では、アクチュエータ10の変形例が示されている。図4に示すアクチュエータ110では、ホルダ31にマイクロホン41が配置される収容室S5が形成されている。詳細には、収容室S5はホルダ本体32に形成されている。収容室S5はアクチュエータ110の可動部(回転軸11a、減速機構A)が配置される収容室S3に向かって開口している。すなわち、収容室S5は収容室S3に繋がっている。このような収容室S5によれば、可動部から出るノイズを含む音をマイクロホン41を通して適切に取得できる。なお、図4では、図1及び図2で説明した部位と同一の部位には同一の符号を付している。
さらに他の例として、マイクロホン41はホルダ本体32ではなく、カバー33に取り付けられてもよい。この場合、マイクロホン41はアクチュエータ10の可動部に対向するように配置されてもよい。
さらに他の例として、マイクロホン41は電動モータ11に取り付けられてもよい。例えば、マイクロホン41は、回転軸11aが突出しているモータ本体11bの端面11dに取り付けられてもよい。
さらに他の例として、マイクロホン41は音源42Aに重なる位置、言い換えれば音源42Aを覆う位置に取り付けられてもよい。具体的には、マイクロホン41は音源42A自体に取り付けられたり、他の部材を解して音源42Aに取り付けられてもよい。
音源42A、42Bはホルダ31の外面に取り付けられてもよい。例えば、音源42A、42Bはカバー33、34の外面に取り付けられてもよい。
複数の駆動システム1が1つの電気装置で利用されてもよい。そして、複数のアクチュエータ10のそれぞれに、上述したマイクロホン41と音源42A、42Bとが取り付けられてもよい。図5はこのような電気装置の一例であるロボットRの概略を示す図である。図5では、ロボットの一例として、犬型ロボットが示されている。
ロボットRは、複数のアーム91A、91Bを有している。ロボットRはアーム91A、91Bをそれぞれ動かす複数のアクチュエータ10を有している。すなわち、ロボットRは複数の駆動システム1を有している。各駆動システム1はアクチュエータ10を有している。そして、各アクチュエータ10には上述したマイクロホン41、音源42A、42Bが取り付けられている。アクチュエータ10の出力軸21は、例えばアーム91A、91Bの基部に取り付けられる。そして、アクチュエータ10はアーム91A、91Bを動かすことができる。複数の駆動システム1は共通の音信号生成装置(集積回路)43を有してもよい。
図6は駆動システム1の変形例が有しているアクチュエータを示す図である。この図では、変形例に係るアクチュエータとして電動モータ211が示されている。
電動モータ211は、ロータ212aとステータ212bとを有するモータ本体212と、ロータ212aと一体的に回転する回転軸(出力軸)213とを有している。ここで説明する駆動システムは、駆動システム1とは異なり、減速機構Aとホルダ31とを有していない。したがって、回転軸213に外部の機構が直接的に取り付けられる。ステータ212bにはコイル212eが取り付けられ、ロータ212aには磁石212fが取り付けられている。図6の例では、ロータ212aとステータ212bは回転軸213の軸方向で互いに向き合うように配置されている。
駆動システムはマイクロホン241を有している。電動モータ211の動作音(ノイズ)を含む音がマイクロホン241を通して取得される。マイクロホン241はモータ本体212の内部に位置している。具体的には、マイクロホン241は、ステータ212bのロータ212aとの間に位置している。これによって、マイクロホン241と回転軸213との距離が近くなり、回転軸213の回転に起因する動作音(ノイズ)を含む音を効果的に取得できる。マイクロホン241は回転軸213に対してその半径方向に位置している。
ステータ212bはロータ212aと向き合う面を有し、この面に複数のコイル212eが取り付けられている。複数のコイル212eは回転軸213を取り囲むように配置されている。マイクロホン241は複数のコイル212eの内側に配置されている。言い換えれば、マイクロホン241は複数のコイル212eに対して回転軸213側に配置されている。マイクロホン241のレイアウトは、図6の例に限られない。例えば、マイクロホン241は、1つのコイル212eの内側に配置されてもよい。
電動モータ211をアクチュエータとして有している駆動システムも、上述した音信号生成装置43(図3参照)を有している。電動モータ211には音源242が取り付けられている。音源242は音信号生成装置43からの信号、すなわち、マイクロホン241を通して取得された音に基づいて生成された音信号に応じた音を出す。音源242は電動モータ211の底部211gに取り付けられ、電動モータ211の外側に露出している。
マイクロホン241と音源242の取付位置は図6の例に限られない。例えば、マイクロホン241と音源242の双方は電動モータ211の外側に取り付けられてもよい。例えば、マイクロホン241と音源242の双方が電動モータ211の底部211gに取り付けられてもよい。
図7は図6を参照して説明した駆動システムが搭載された電気装置の例を示す図である。この図では、電気装置の一例として、無人飛行機Uが示されている。図7(a)は無人飛行機Uの側面図であり、図7(b)は無人飛行機Uの平面図である。無人飛行機Uは複数(具体的には4つ)の駆動システムを有している。各駆動システムのそれぞれは電動モータ211を有している。複数の駆動システムは共通の音信号生成装置(集積回路)を有してもよい。
無人飛行機Uは中央部291から伸びている4本のアーム292を有している。各アーム292の端部に電動モータ211が内蔵されている。無人飛行機Uが備えている複数の電動モータ211のそれぞれは、上述したマイクロホン241及び音源242を有している。無人飛行機Uは各アーム292の端部にプロペラ293を有している。プロペラ293は電動モータ211の回転軸213に取り付けられている。
Claims (11)
- 少なくとも電動モータを備えているアクチュエータと、
マイクロホンと、
前記マイクロホンを通して取得された音に基づいて生成された信号に応じた音を出す音源と、を有し、
前記マイクロホンは前記アクチュエータに取り付けられている
ことを特徴とする駆動システム。 - 前記アクチュエータは、前記電動モータと、前記電動モータの動力を受ける出力軸と、前記電動モータと前記出力軸とを保持しているホルダとを有し、
前記マイクロホンは前記ホルダに取り付けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動システム。 - 前記アクチュエータは、前記電動モータと、前記電動モータの動力を受ける出力軸と、前記電動モータと前記出力軸とを保持しているホルダとを有し、
前記マイクロホンは前記ホルダ内に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動システム。 - 前記アクチュエータは、前記電動モータの回転軸と前記電動モータの動力を受ける出力軸とを含む可動部を有し、
前記マイクロホンは、前記可動部が配置される空間に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動システム。 - 前記マイクロホンは前記電動モータの回転軸の近傍に取り付けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動システム。 - 前記マイクロホンは前記電動モータの回転軸から2cm以下の範囲に位置している
ことを特徴とする請求項5に記載の駆動システム。 - 前記音源は前記アクチュエータに取り付けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動システム。 - 前記アクチュエータは、前記電動モータと、前記電動モータの動力を受ける出力軸と、前記電動モータと前記出力軸とを保持しているホルダとを有し、
前記音源は前記ホルダに取り付けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動システム。 - 前記電動モータはモータ本体と回転軸とを有し、
前記マイクロホンは前記モータ本体に取り付けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動システム。 - 前記マイクロホンは前記モータ本体の内部に取り付けられている
ことを特徴とする請求項9に記載の駆動システム。 - それぞれが請求項1に記載される駆動システムである複数の駆動システムを有する電気装置。
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