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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

• https://researchmap.jp/read0072509

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