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メカトロニクス The ビギニング
「機械」と「電子電気」と「情報」の基礎レシピ

定価(税込)  1,728円

著者
サイズ A5判
ページ数 180頁
ISBNコード 978-4-526-06383-1
コード C3053
発行月 2010年01月
ジャンル 機械

内容

「メカトロニクス」を理解するのに必要となる基礎知識を「完全にマスターできる」レベルにして解説・紹介する本。著者はHPでも人気の女性工学博士。「機械」「電子電気」「情報」と幅広い分野の知識を1冊に閉じこめた、宝箱のような本。

2013年、公益社団法人 日本設計工学会武藤栄次賞
Valuable Publishing賞を受賞

西田麻美  著者プロフィール

西田 麻美(にしだ まみ)
芝浦工業大学大学院機械工学研究科前期博士課程修了。電気通信大学大学院電気通信学研究科知能機械工学専攻博士後期課程修了。柔らかい材料から成る歩行ロボットの研究にて工学博士を取得。国内外の中小企業から大手企業に従事しながら、機械設計・開発・研究業務を一貫し、手のひらサイズから宇宙規模まで数々の機械・機器を手がける。また各種専門学校の機械設計講師として職務にあたる。企業での研究開発業務と平行して社会人として上記大学の博士課程に在籍し、2009年に学位を取得。現在、若手技術者を支援しながら技術コンサルトとして活躍するインディペントコントラクター。
(http://mami-platinalink.com/)

目次

はじめに
第1章 メカトロニクスを支える技術者と役割
メカトロニクスって何?
「メカトロニクスとは」をまとめる
メカトロニクスの主要メンバー
メカトロ製品を作るためには?
メカ屋さんのお仕事の流れ
エレキ屋さんのお仕事の流れ
ソフト屋さんのお仕事の流れ
3メンバーの技術の融合
メカトロ製品開発のフロー(まとめ)
製品開発は評価が大切!
評価の道具にはどんなものがあるの?
CAD/CAM/CAEって何?
コンカレントエンジニアリングって何?
テスターってどう使うの?
オシロスコープってどう使うの?
オシロスコープってどう読むの?
オシロスコープ・れんしゅうもんだい
デザインレビューや検証って何?
主要3メンバーのカラーを理解する
この章のまとめ
第2章 メカトロニクスに必要な制御の知識
メカトロニクスは、制御方法を知ることからはじまる
人間が行う制御の例(手動制御)
機械が行う制御の例(自動制御のひとつ)
サーボ機構の例(フィードバック制御のひとつ)
フィードバック制御の位置づけ
シーケンス制御って何?
シーケンス制御を構成する要素って何?
シーケンサって何?
フィードバック制御の種類は?
ブロック線図って何?
開ループと閉ループって何?
不感帯とヒステリシスって何?
ON−OFF制御って何?
PID制御って何?
ライントレースの例でわかるゲイン
サーボ機構って何?
サーボ機構の原理って何?
サーボ機構のモードって何?
同期制御って何?
ファジィ制御って何?
その他の制御は何があるの?
古典制御理論・現代制御理論って何?
この章のまとめ
おまけ1:ハンチングって何?
第3章 メカトロニクスを構成する技術
メカトロニクスのコア技術って何?
メカトロニクスに必要な工学知識
メカトロニクスの基本構成って何?
 3-1 これだけは知っておきたい メカニズム技術
メカニズム技術って何?
メカニズムの検討って何?
メカ屋さんが決める基本事項って何?
メカ屋さんの設計手順とは?
リンク機構って何?
4節リンク機構って何?
カム機構って何?
自由度って何?
公差なくしてモノづくりはできない
歯車の減速って何?
歯車減速・れんしゅうもんだい
負荷トルクって何?
慣性モーメントって何?
慣性モーメントはややこしい
 3-2 これだけは知っておきたい アクチュエータ技術
アクチュエータって何?
アクチュエータの種類って何があるの?
アクチュエータを比較してみよう
ACモータとDCモータの違いって?
モータを選定するために知っておくこと
モータの分類と特徴
モータの用語・記号・単位って?
モータの選定手順って?
DCモータを選定してみよう
サーボモータを選定するには?
モータドライバって何?
電源の種類って何があるの?
 3-3 これだけは知っておきたい センサ技術
センサって何?
センサ・測定装置の種類と目的は?
ひずみゲージ
リニアスケール
PSD(位置検出素子)
ロータリーエンコーダ
ジャイロ
ロードセル
トルクセンサ
フォトセンサ
加速度センサ
センサ選定のポイントは?
 3-4 これだけは知っておきたい コンピュータ技術
インターフェース技術って何?
CPUの構成って何?
メモリについて理解する
情報の単位と進数:8ビットって何?
論理回路って何?
シリアル通信(パラレル通信)って何?
オームの法則は重要です。
抵抗値[Ω]って何?
オームの法則 れんしゅうもんだい
A/D変換とD/A変換って何?
A/D変換の原理って何?
A/DコンバータとD/Aコンバータ
マイコンって何?
システムバスって何?
ICの種類って何があるの?
クロックって何?
タイマ・カウンタって何?
周波数・パルスって何?
微分回路と時定数って何?
積分回路と時定数って何?
パルス変調(PWM)って何?
CMOSとTTLって何?
スレッショルドレベル(しきい値)って何?

 3-5 これだけは知っておきたい 制御技術(情報処理技術)
制御(情報処理)技術って何?
組み込みシステムの開発工程は?
組み込みシステムで知っておくことって?
プログラムって何?
フローチャートって何?
フローチャートのルールって何?
プログラムの手順って?
コントロールワードレジスタって何?
ポートとビットの関係を理解する
実行ファイルの作り方について理解する
プログラム言語の種類は?
C言語を理解する
関数について理解する
変数について理解する
コンパイラを用意する
割り込みって何?
割り込み処理の利点って何?
この章のまとめ
おまけ2:チャタリングって何?
第4章 メカトロニクスを実践してみよう
実践の前に
 ステップ1 LEDを点灯させましょう
LEDを点灯させるためには
電子工作に必要な道具をそろえる
入出力インターフェースを理解する
回路図の記号について理解する(1)
回路図の記号について理解する(2)
発光ダイオード(LED)回路図
LEDの点灯回路基板を作る
スイッチの回路図
スイッチ回路を作る
デバイスプログラマについて
LEDの点灯プログラム
 ステップ2 ステッピングモータを回転させましょう
ステッピングモータの特徴って?
ユニポーラ駆動とバイポーラ駆動
励磁って何?
ステッピングモータの仕様って?
ステッピングモータを回転させるために
ステッピングモータの駆動回路
ステッピングモータのフローチャート
ステッピングモータの駆動プログラム
メカニズムを考えて動かしてみよう!

あとがき
Happy Toolbox
参考・引用文献
索引

はじめに

 みなさん、こんにちは。本書は、メカトロニクスの入門書です。

 現在、私たちの生活の中ではロボットをはじめ、ミシン、洗濯機、エアコン、自動カメラなど電子・電気によって制御される機械・機器、つまり、メカトロニクス技術を利用した製品がたくさんあふれています。このようにメカトロニクスは今、主導的な産業へと大きく成長してきています。しかし、メカトロニクスを学ぼうとなると機械と電子・電気と情報分野と広範囲に渡って深い知識が求められるため、チャレンジしたものの難しいとあきらめてしまったり、どこから手をつけてよいのか戸惑っている方もいらっしゃるかもしれません。

 実際に、メカトロニクス製品の開発の現場では、正確、迅速、コストダウン、高精度、高性能、などなど…、あらゆる制約条件の中でそれぞれに異なったカラー(文化)を持つメカ(機械)屋さん、エレキ(電子・電気)屋さん、ソフト(情報)屋さんが自分の専門に特化して作業を進めています。

 メカトロニクスを独学によって獲得するとなると、各分野の知識やカラーを理解するために多くの時間がかかり、それに伴う費用も必要になります。また、実際にメカトロニクスに携わると、異分野と協議やすり合わせを行い、失敗を繰り返しながら、試行錯誤して克服する分野だと感じる人は少なくないと思います。

 1つの専門用語にしても、わかる人にとっては当たり前のことですが、知らない人にとっては、それがどの部分でどのような分野と関連しているのか、イメージがつくまでにも時間を要します。

 そこで、本書は著者自身の経験を通して実際にメカトロニクスに携わる場合に、
「これだけは知っておいてほしい!」と思う最低限に必要な知識や考え方などをやさしく凝縮しました。

 その上で、各専門書や学術書などを手に取り、さらなる工学の一歩を踏み出してもらえると大変嬉しく思います。

2010年1月  西田麻美  工学博士

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