センサー

 センサーとは、圧力、温度、湿度、距離、光度、移動量などの物理的な量を電気信号に変換するためのもので、メカトロニクスでは自動制御のために人間の五感のように使います。

 人間との違いは、人間には感知できない赤外線や二酸化炭素や放射線などを感知できるセンサーが存在することです。

 また、物理的な量を数値化できることも大きな利点です。人間の感覚は人によって感度の違いがあったり、体調や気候で左右されることも多いのですが、センサーには寿命と精度を別にすれば、そういったことは起きません。

センサーの例

センサーの種類

 センサーには、測定したい物理量や測定範囲、精度、分解能などにより種類があり、一般的に精度や分解能が良いものは値段も高価です。

リミットスイッチ(マイクロスイッチ)

 物理的な圧力を金属接点を利用して電流を流したり止めたりするスイッチで、検知する対象物により、作動力や構造が違うものが存在します。

リミットスイッチ(マイクロスイッチ)の例

光電センサー

 光電センサーとは、光を電気信号に変換する「フォトトランジスタ」などと、暗い場所で使えるように、あるいは外光による誤作動を防ぐために自分で光を当てるための発光器「LED」や「ランプ」などを組み合わせて、光を使って物体を感知するためのセンサーです。

 物体の位置検出に光の反射または透過を利用しているため、検出したい物体に傷を付けるとか変形させるとか動きを妨害するなどの影響を与えることがなく、信頼性の高い動作が可能です。

 特に発光部にLED(発光ダイオード)を使い、受光部にフォトトランジスタを使ったものでは、寿命が半永久的で、故障が少なく、現在の主流になっています。

反射型光電センサーの例

磁気センサー

 磁気センサーとは、検出したい物体の位置などを磁気を使って検出するもので、磁石を併用する簡単なものや、ループコイルなどの渦電流が金属の接近で変化する金属探知機と同じ原料を利用したものがあります。

 先ほどの光電センサーも物体に非接触で検知できるのですが、光電センサーは汚れに弱かったり、光を通すために透明なものでカバーしないとならないため防水に問題があったり、センサーの存在に気付かれたり、そもそも太陽光などの外光で誤作動しやすく、屋外に設置したり、水や油などを使う機械(食品関係など)には適していません。

 磁気センサーでは、磁力を利用するため、汚れに強く、覆ったり隠したりしても作動するため、コインパーキングなどで自動車を検出するためのセンサーや、食品機械やロボットなどで多く使われています。

磁石に反応するリードスイッチの例
リードスイッチを利用したドアの開閉を検知するドア防犯センサーの例
渦電流を利用した磁気センサー(金属探知センサー)の例

その他のセンサー

圧力センサーの例
湿度センサーの例

メカトロニクスとは?

 メカトロニクスとは、メカニカルとエレクトロニクスをつなげた和製英語で、直訳すれば「電子機械」というか、「電子制御された機械といったところでしょうか。

メカトロニクスの基本構成

メカトロニクスの基本構成

 メカトロニクスの目的は、ほとんどの場合は自動制御です。人間のかわりに自動運転したり、無人運転したり、自己診断したりできます。

 単純に機械を電気で動かすだけの場合もありますが、基本的に人間の代わりをさせることから、その基本構成は人間にたとえられます。

メカトロニクスを人間に例えると?

 人間は、視覚、聴覚、触覚、嗅覚、味覚の五感センサーを備え、それを神経(電線)で頭脳(コントローラー)に伝え、脳で過去の経験や直感や条件反射で処理して行動を決定し、神経を通して筋肉を動かして出来事を自動的に処理し、場合によっては処理がうまくできたかどうかを記憶し、次回の判断に活かします。

センサー(人間の五感に相当)

コントローラー(人間の脳に相当)

アクチュエーター(人間の筋肉に相当)