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メカトロニクス機器とは?

メカトロニクス機器とは

 メカトロニクス機器は、一部では電子制御機器と呼ばれることもあります。広い意味でのロボットもメカトロニクス機器に含まれます。

 メカトロニクス機器では、一般的にセンサからの信号をマイコンやプログラムコントローラで処理してモータや電磁石(ソレノイド)や空圧機器などのアクチュエータを制御して自動化または遠隔操作します。

非常に多いメカトロニクス機器

 町中に多数ある自動販売機もメカトロニクス機器の一種です。また、エレベータや生産ライン設備も基本的にはメカトロニクス機器です。

センサの種類

リミットスイッチ

リミットスイッチ

光電センサ

光電センサー

磁気センサ

磁気近接センサー

アクチュエータの種類

モータ

小型DCモータ

小型DCモーターの例(マブチモーター)

AC誘導モータ

AC誘導モーター

ステッピングモータ(パルスモータ)

ステッピング・モーター(パルスモーター)

ソレノイド(電磁石)

ソレノイド(電磁石)

コントローラの種類

リレー回路

リレー回路

マイコン

 近年ではマイコンは小型化が進み性能も格段に向上しています。

マイクロコンピューター(マイコン)

左から1980年代、1990年代、2000年代のマイコン

新しいマイコン

2010年代のArduinoMEGAマイコン基板

プログラムコントローラ(PLC)

 マイコンを利用して簡単にリレー回路の置き換えが出来るように作られた装置です。

プログラム・コントローラー(PLC)の例

一般的にラダー図と呼ばれるリレー回路を模した回路をパソコンソフトで編集してケーブル等を利用してプログラミングを書き込みます。書き込んだ後は基本的にパソコンは必要ありません。

ラダー図の例

ラダー図の例

プログラムコントローラと書き込みのための変換器

プログラム・ロジック・コントローラー(シーケンサー)の外観

センサーの種類と特徴

 ロボットや自動機械を実現する「メカトロニクス」で、人間の五感に相当するものが「センサー」です。センサには目的に応じて各種のものがあって、自動車や家電製品などにも多く使われています。

リミットスイッチ(マイクロスイッチ)

 単純なセンサーで、作動するとオンまたはオフになるものです。比較的寿命が短く、作動音も聞こえますが、動作確認がしやすいのと機械的に作動するので故障はあっても誤作動の可能性は低いです。このような特長から非常用の安全センサーとしても使われています。

リミットスイッチ(マイクロスイッチ):単純なセンサーで対象物によって色々な種類がある

光電センサー

 半導体などの光の強さを電流に変換する素子を使ったセンサーで寿命が長く作動音がせず非接触で対象物を傷つけたり妨害したりせず動作速度が速いです。

光電センサーの画像です
光電センサー:光の透過や反射などで対象物を検知します

磁気近接センサー

 磁気の変化で金属などの対象物を検知します。光電センサーと違って汚れに強く、プラスチック板などで隠しても作動します。簡単に言えば小型の金属探知機でポケットに入れた小銭などにも反応します。また、道路の下に埋めて駐車場の精算機を作動させたり、速度取り締まりに使ったりします。

磁気近接センサーの写真です
磁気近接センサー:磁力の変化で対象物を非接触で検知します

圧力センサー

 電子はかり、エレベーターの定員オーバー、自動ドアの検知マット、体重計などに使われている、重さによる「ひずみ」を検知して作動します。下の写真のものは変化が大きいため、タッチスイッチとしても利用可能です。

圧力センサーの写真です
圧力センサー:圧力(ひずみ)を電気抵抗の変化で検知します

超音波センサー

 人間の耳に聞こえない周波数の高い空気の振動(超音波)を発射して、対象物に反射して戻って来るまでの時間を計測することによって対象物までの距離がわかります。

 車の前後のバンパーや対人ロボットに使われていて、障害物に衝突しないように制御したり注意喚起したりするのに使われます。また、手の届かない天井などまでの距離を測る電子メジャーとしても使われています。

 ただし、超音波が伝搬する速さは気圧や温度によって変わり、補正しないとミリメートル単位の正確な距離はわかりません。

 言わば「電子コウモリ」のようなものです。もっと複雑なものに超音波の反射によりお腹の中を画像で見られる「超音波エコー検査装置」などの応用や魚群探知機などの大掛かりなものもあります。

超音波センサーの写真です
超音波センサー:超音波を発射して対象物に反射して戻って来るまでの時間で距離がわかります

人感センサー(焦電センサー)

 人体や熱を持つ物体が発する赤外線を感知して、人が居るかどうかや、たくさん集めて温度分布を映像で見られる「サーモグラフィー」と基本的な原理は同じです。ヘビなどの変温動物はエサになる哺乳動物が発する赤外線を検知できるので暗闇でも狩りができると言われています。

人感センサーの画像があります
人感センサー(焦電センサー):中央の白い丸型のもの

センサーの動作原理