第11章 機構と機械要素の概要
●マイコン回路とプログラミング
●センサと計測
●アクチュエータ(モータ)
●機械制御法
モータのマイコン制御が可能!
機構(メカ)を作れば,メカトロニクス機械が完成する!
●モータから有効な仕事を取り出す
●機構と機械要素の紹介
●機構設計・要素設計の考え方
●「機構」と「機械要素」
機構
ある部品の運動を利用して,別の部品に望みの運動
を生じさせるしくみ。
頭の中で動きをイメージできる能力(メカのセン
ス)が重要!
機械
要素
ボルト,ナット,歯車,軸受など,機械を構成する分解
可能な最小単位の部分。
市販品を有効活用する必要があり,規格や部
品の種類・特徴など,多くの知識を持つことが
重要!
11.1 運動の形式
回転運動
往復運動
一定速度=扱いやすい
速度変動=慣性力の増大=設計困難
(1) 回転運動を直線運動に変換するメカニズム
実験用魚ロボット
(1) 回転運動を直線運動に変換するメカニズム
実験用魚ロボットの駆動機構
(1) 回転運動を直線運動に変換するメカニズム
実験用魚ロボットの駆動機構
(2) 運動の伝達と運動形式の変換
運動の大きさや力,向きを変える!
様々なリンク機構
(3) メカトロニクス技術の利用
機械
●機械は強く,大きな力で重いものを動かすこ
とができる。
●細かい動きや複雑な動きは苦手。
電子
●電子そのものでは重いものを動かすことはで
きない。
●センサやマイコンを使って複雑な動きを制御
できる。
両者の特徴を融合することで,高性能なメカトロニ
クス機械を作り上げることができる。
11.2 回転運動に用いる機械要素
(1) 軸受
●転がり摩擦を利用し
ているため低摩擦。
●消耗品(交換部品)と
して使用できる。
●軸受を使用する際の要点
①軸受の固定方法
軸方向に動かな
いように固定す
る。
②回転体との接触
内輪・外輪が滑らかに回るようにする。
(2) 軸継手(カップリング)
●回転軸を連結する重要な部品
●ゴム・樹脂カップリング
衝撃的な荷重を吸収できる。
●金属カップリング
回転方向のバックラッシ(遊び)が少ない。
回転運動を正確に伝達できる。
●ユニバーサルジョイント
2本の軸の角度が大きい場合に使われる。
●カップリング選定の要点
①許容トルク
許容トルクが,実際に使用するトルクを上回るこ
と!
②軸との固定方法
機械の構造や用途に適した固定方法を選ぶ!
③回転角度の精度
(3) 歯車
平歯車
かさ歯車
●運動を正確に,しか
も高効率で伝達できる。
ウォームギヤ
●歯車使用時の要点
歯の大きさが同じでなければ,歯車は適切に
機能しない。
モジュール
歯の大きさを表す重要な数値
d
m
z
モジュール
ピッチ円直径
歯数
●歯車使用時の要点
バックラッシ
歯面間の「遊び」
★小さすぎると,潤
滑が不十分になり
やすく,歯面同士
の摩擦が大きくな
る。
★大きすぎると,歯
のかみ合いが悪く
なり,歯車が破損し
やすくなる。
(4) チェーン
チェーン
使用例
★滑りがなく大きい動力を確実に伝えることができる。
★しかし,重い!
(5) ベルト
平ベルト
Vベルト
★軽量で静粛。
★衝撃的な荷重をベルトで吸収できる。
★潤滑の必要がない。
タイミングベルト
11.3 直線運動に利用する機械要素
(1) 直動軸受
★回転運動用の転がり軸受と同様,球
の転がり運動を利用している。
(2) リニアガイド
直動軸受とレールを組み合わせたガイド
(3) カムフォロア
カムフォロア
★カム機構などの支持などに使う。
(4) ロッドエンド
ロッドエンド
模型用ロッドエンド
★往復運動のロッド端部の取り付けなどに使う。
11.4 機構設計・要素設計の要点
●機械をどのように運動させたいのか?
●要求される機械の仕様は(大きさ,スピード,力,精度・・・)?
●利用できる最適な要素部品は何か?
●マイコン制御などのメカトロニクス技術が有効か?
★レポート課題について
1.提出期限
一次締切:平成19年1月11日(木)
最終締切:平成19年1月18日(木)
2.レポート課題の概要
サーボモータまたは直流モータを動かすマイコン回路を利用し
たメカトロニクス機械を考え,製作する。製作したメカトロニクス機
械の開発コンセプト,マイコン回路,モータ制御方法,プログラム
並びにメカニズムについて説明し,メカトロニクス機械のシステム
設計について考察する。
★レポート課題について
3.グループ
原則として,マイコン回路を製作したグループ(A~F)をさらに2
つに分けて,それぞれサーボモータまたは直流モータを使ったメ
カトロニクス機械を製作する。レポート提出は1人ずつとする。
★レポート課題について
4.レポートの内容
提出するレポートには以下の内容が含まれていること。ただし,
必要事項が記述されていれば,構成は問わない。
①開発コンセプト
②製作したメカトロニクス機械の説明
マイコン回路の概略説明
使用したモータの基本構造
制御方法(サーボ制御またはPWM制御)
プログラムの概略説明
メカニズムを含めた全体構造の説明
③メカトロニクス機械または技術に関する考察
例:メカトロニクス機械を作り上げる際に重要な点は何か。
④感想
平成17年度:メカトロ製作課題の発表
平成17年度:メカトロ製作課題
(a) 耐震実験装置
(b) メトロノーム
(d)ステアリング機能付きミニ四駆
(e)ペットボトルのフタを開ける機械
(c) マイコン制御野球盤
【演習問題】
★各グループに分かれて,直流モータまたは
R/Cサーボモータを使ったメカトロニクス機械
の案を考えなさい。
*レポート提出用
*実際に作ることができるもの
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H18講義スライド(MS-PowerPoint)