547 Views
April 16, 22
スライド概要
これまでに主に,ロボティクス・メカトロニクス研究,特にロボットハンドと触覚センシングの研究を行ってきました。現在は、機械系の学部生向けのメカトロニクス講義資料、そしてロボティクス研究者向けの触覚技術のサーベイ資料の作成などをしております。最近自作センサの解説を動画で始めました。https://researchmap.jp/read0072509 電気通信大学 名誉教授
UEC 第1回イントロダクション メカトロニクス 機械系のためのメカトロニクス入門 下条誠* *電気通信大学名誉教授 https://researchmap.jp/read0072509 機械系のためのメカトロニクス 1
UEC 達成目標 1. メカトロニクスのシステム構成を把握する。 2. メカトロニクスの実例を通じてメカトロニクス的な考え 方を理解し、利用できるようになる。 3. センサの役割、働きを理解し、センサにはどのようなも のがあるかを知り、選定ができるようになる。 4. アクチュエータの役割、働きを理解し、アクチュエータ にはどのようなものがあるかを知り、選定ができるよう になる。 5. コンピュータによる制御について理解し,状況に応じた 複雑な動作を行う電子機械の構成法が分かる。 2
UEC メカトロニクスとは何か? ⚫ メカトロニクス(Mechatronics) “機械工学(Mechanics)“ + “電子工学(Electronics)" ⚫ 日本生まれの用語(世界で広く使われている) ⚫ 機械技術と電気・電子技術を組合わせて, より良い製品とする技術 3
UEC メカトロニクスとは メカトロニクス: 機械工学と電子工学の融合技術 1. 情報: ソフトウェア,ネットワーク,人工知能 2. 電子: 半導体,CPU,センサ, デジタル・アナログ回路 3. 電気: 発電・変電・送電,モータ,電波 4. 機械: 機構,材料,力学,加工,設計 機構学,材料力学,機械加工,設計工学,熱力学,流体力学,機械力学,計測工学,制御工学など + 電子工学,電力工学,通信工学,信号処理,半導体工学,制御工学,計測工学,計算機工学など 4
UEC メカトロニクスの歴史 ⚫安川電機製作所:「メカトロニクス」を商標として出願(1969年) ⚫技術調査会(出版会社):情報誌「メカトロニクス」を発刊(1976年2月) ⚫日本機械学会:「メカトロニクス技術者のための機械要素技術」講習会 を開催(1982年)。後「メカトロニクス」シリーズ全7巻からなるテキスト を出版 ⚫英国Pergamon Press から“Mechatronics”と題する専門誌(年4 冊)を発行(1991) ⚫世界最大級の学会IEEEとASMEが協力してIEEE/ASME Transactions on Mechatronics を発行(1996年3月) 5
UEC メカトロ前の印字機(タイプライタ) Smith Premier typewriter 6
UEC メカトロ後の印字機(プリンタ) 7
UEC メカトロニクス誕生の背景 複雑な動作を機械だけで作るのは困難 コンピュータ,電子回路を使うと容易 ➢回路なので機械に比べて配置など設計が自由 ➢小型軽量化しやすい ➢壊れにくい ➢調節・変更が簡単 機械技術と電気・電子技術を組合わせると, より良い製品を作り易い 8
UEC メカトロニクス製品 9
UEC 我が国を支えるメカトロニクス 10
UEC メカトロニクスの基本要素技術1/2 1. コントローラ(controller) 頭脳 視覚 センサなどからの情報に基づ き,システム全体を制御する。 2. センサ(sensor) 外界および機器の内部状態 などを計測する。 3. アクチュエータ(actuator) 筋肉 骨格 コントローラからの指令を受 け,力・動きを発生する。 4. 機構(mechanism) アクチュエータの動きを動作 に変換するメカニズム 11
UEC メカトロニクスの基本要素技術2/2 1. コントローラ: センサなどからの情報に基づき,システム全体を制御する 2. アクチュエータ: コントローラからの指令を受け,力・動きを発生する 3. 機構: アクチュエータの動きを動作に変換するメカニズム 4. センサ: 外界および機器の内部状態などを計測する フィードバック系(閉ループ系) 12
UEC メカトロニクス (フィードバック系の例) コントローラ 視覚センサ 13
UEC メカトロニクス(ロボットの中の構成部品) 視覚センサ 6軸力センサ ジャイロ・加速 度センサ コンピュータ ハーモニック 減速器 ベアリング サーボモータ バッテリー 駆動ユニット 14
UEC メカトロニクスの特徴 1.知的システム: より賢い機械システム 2.高信頼性: より信頼性の高い機械システム 3.小型・軽量: より小型で軽い機械システム 4.安価: より安い価格で提供できる機械システム 15
UEC 特徴:知的システム より賢い機械システム ➢ 人間の活動状態によって室内環境を調整するエアコン, ➢ 洗濯物の種類量によって洗い方を制御する洗濯機, ➢ 状況に応じたエンジン制御で省エネ等を行う自動車, 機械とコンピュータ等の情報技術と組み合わ せることにより機械が状況に応じて,自律的 に適切な動作を行うシステムが実現している。 16
UEC 特徴:高信頼性 より信頼性の高い機械システム ➢例えば,昔のプリンタはメカ機構のみで印字動作を行っていた。この 場合,たくさんのリンク機構,カム機構などを組み合わせていた。 ➢このため,装置は重く,大型で,また機構のトラブルも多く,保守も 大変であった。 ➢しかしながら近年のプリンタは,信頼性も高く,小型軽量である。 ➢これは,印字ヘッドを移動機構に取り付けたシンプルな機構を,小型 モータと制御システムを用いて高速高精度に制御することで,シンプ ルなシステムとして実現できたためである。 このように,シンプルな機構と,電気・電子技術と制御技術 を統合することで,高信頼性のシステムを小型・安価に構成 することができる。 17
UEC 特徴:小型・軽量 より小型で軽い機械システム メカ機構と電気・電子技術および情報技術を用い ることで,それぞれの特徴を生かしたシンプルな構 成とすることが可能となり,小型・軽量なシステム を実現できる。 18
UEC 特徴:安価 より安い価格で提供できる機械システム ➢メカ機構と電気・電子技術および情報技術を用い ることで,それぞれの特徴を生かしたシンプルな構 成とすることで,部品点数を劇的に低減すること が可能となり, ➢また機構もシンプルになるため製造も簡単になる。 これらの理由から,より安価な製品の提供が 可能となる。 19
UEC まとめ 1. 機械に複雑な仕事をさせるための仕 組みは,機械技術に,電気・電子技術, コンピュータを組合わせた方が作りや すい 2. メカトロニクスは,電気・電子技術,コ ンピュータを使うことで状況に応じて 複雑な動作をする機械を実現する 20
UEC おわり 21