旅好きおやじの日記 TOP  >  機械工学

絵でわかるロボットのしくみ

わかりやすくロボットのしくみを図解で説明した本。

センサやアクチュエータについては他の本でも勉強しているので特に得
られるものはなかったが、ロボットの腕となる部分と脚になる部分につい
て詳しく書かれており参考になった。

脚となる部分については、脚移動と車輪移動があり、脚の移動はバラン
スをとることが難しく、地面を支えている脚を結んだ多角形(支持多角形)
に重心が入っていないと倒れてしまうという当たり前の話ではあるが考
慮しなけれならないことや、車輪移動の駆動輪と受動輪の話など基礎的
なところから解説されていた。

腕になる部分はマニュピュレータと言われるが、腕の関節が増えれば
増えるほど制御が難しくなる様子など、猫の絵でわかりやすく説明されて
いた。

絵だけ見てもなんとなく読めてしまうし、詳しく読もうとすると結構難しい
事も書かれており、なかなか面白い本であった。




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[ 2015年11月24日 04:01 ] 機械工学 | TB(-) | CM(0)

アクチュエータ工学入門

エンベデッドシステムの勉強をしていると、アクチュエータという言葉が出
てくる。

もしエンベデッドシステムの勉強をしていなかったら、知ることもなかった
言葉だったかもしれないが、最近、IoTという言葉がブームになり、この
アクチュエータという言葉が、一般にも認知されだすかもしれない。

センサにより外界の変化を感知し、その結果をコンピュータ処理し、アク
チュエータで外界に作用するものをエンベデッドシステムという。

エンベデッドシステムの試験勉強で出てくるアクチュエータは、大概、
電気信号を力学的な動作に変えるものとして出題される。

これは、問題として出題しやすいからだと思うのだが、実際には、電気
信号を機械の動作に変えるだけではなく、磁気、流体、熱、化学エネル
ギーといった別のエネルギーを機械の動作に変えるものもアクチュエー
タというらしい。

最近では、生体を研究してアクチュエータにならないかということで、
動物の筋肉を研究し、バイオアクチュエータを実用化している事例が
出てきているという。

古代から荷物を運ぶ動物も、人間にとってはアクチュエータのようなもの
と言えるかもしれないが、この筋肉のような素材を使ってアクチュエータ
を使って、当面は介護とかに応用できると思われるが、そのうち、体に
埋め込める人工臓器とか、アンドロイドみたいなものが作れてしまうの
かも知れない。

多分、100年ぐらい先の話になると思うが。




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[ 2015年11月12日 04:35 ] 機械工学 | TB(-) | CM(0)

マシニングセンター

エンベデッドシステムスペシャリストの勉強をしていると、2007年の午後1で
ボール盤の問題が、2012年の午後1でレーザ加工機の問題が出題されており
それを見ていたら、大学のときに習ったマシニングセンターのことを思い出した。

マシニングセンターと言えば、私の大学時代の機械工学の授業で習ったという
うっすらとした単語レベルの記憶しか無いのだが、ボール盤という単語から急に
思い出したのである。

当時、何で機械工学の授業でマシニングセンターを中心に勉強したのか意義と
か全くわからずに、ただ単に単位を取りたいがために受講したものなので、
前期・後期の試験ではわけも分からず、どっかのクラブの先輩から譲り受けた
前年の試験問題をコピー機でコピリまくり山を張って勉強し、試験が終わったら
綺麗さっぱり忘れたものである。

そのどっかのクラブの輩は、コピーを出し惜しみしていたが、いま考えたらケチ
くさい謎の行動であった。

このブログを始めてからネタ探しのために理系の本を乱読するようになり、この
マシニングセンターなるものが機械工学の中でも極めて狭いカテゴリの話であり、
マシニングセンターを理解したからといって機械工学が理解できたことにはなら
ないことが、20年ごしに気づいたものである。

それだけ、専門外の授業の勉強などどうでもいいと考えていた学生だったのだ
ろうと今を持って反省している次第である。

マシニングセンターとは、NCプログラム(数値制御)で、工具が自動で交換でき
る金属加工機械で、切削加工をするフライス盤と穴を開けるボール盤の機能
を兼ね備えたものであるということである。

今となっては、こんなことぐらいググって図書館に行ってその筋の本を読めば
知識として取り込めるのだが、当時は与えられたものをこなすことが勉強だと
思っていたという私の意識の問題と、教授たちが上から目線であり、わかって
いない人間に対して教えることについて下手だったことや、私のような学生を
見ても、テストで及第点さえとれていれば、問題視せず単位を与えてきたこと
が問題なのだろう。

大学になったら自分で調べるのが勉強でそれができない学生の方が問題
なのであり、教授の教え方に責任転嫁するなと言われそうであるが。

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[ 2015年01月25日 04:26 ] 機械工学 | TB(-) | CM(7)

クルマのメカニズム

組み込みシステムが、どう使われているのかということを調べるために、1年前
にハイブリッドカーの本を読んだり、エンベデッドシステムスペシャリストの
試験で出てきた不明用語「トルク」って何かということを調べたことがあった。

今回は、そもそも車って何で動くのかということを調べておこうと思い、車の
メカニズムについて書かれた本を図書館で探したところ、この本が図解が多く
わかりやすそうだったので借りることにした。

著者は文系出身のライターであるが、かなり車に詳しいようである。

本の内容は

・坂道では垂直抗力が小さくなるので摩擦力が小さくなり駆動力が小さくなる話
・ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの4サイクルの話
・エンジンの冷却液が100℃以上ある話
・ギア比(歯車の歯数比)によりトルクが比例して大きくなる話
・4WDと2WDで各車輪にかかる駆動力の話
・ブレーキは車輪の回転を止めるのではなく、タイヤの回転を適度に減らし、
 摩擦力の限界近くまで下げて空転しないようにすること(ABS)
・パワーステアリング(ハンドルの操舵力の制御)
・サスペンション(車のタイヤの上下位置の制御に2通りの方法がある)
・ホイールの役割
・タイヤの溝の種類

など、色々なメカニズムがわかりやすく書かれていた。

私が一番目からうろこだったのが、歯車の話である。

歯車は、通常外歯車を指し回転の方向が反対になるため、外歯車を2つ合わせ
て回転の方向を同じにするのかなと思っていたが、内側にある内歯歯車を使え
ば、同じ方向に回転ができることや、傘歯歯車で回転の向き(面の傾き)を変
えたり、ラックという直線の歯車を使い回転運動を直線運動にすることができ
るということがわかった。

ハイテクばかりではなく、ローテクについても色々知らないことが多かった。



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[ 2014年11月20日 04:36 ] 機械工学 | TB(-) | CM(0)

はじめての油圧装置

パスカルの原理について調べた後、油圧について調べたくなったので本を借りてみ
たので、簡単にまとめてみた。

パスカルの原理を応用した機器で使われる液体は、普通の水では機器を錆びやすく
なるし、油は潤滑効果もあるから、油が使われる。

油圧機器は、小さな力で押して大きなものを持ち上げる、パスカルの原理の説明で
使われるU字管のピストンのような単純な機械かと思っていたが、油圧機器を構成
するポンプにも色々あり、
歯車の間に油を充填する歯車ポンプ、回転する力で油をかくベーンポンプ、ネジで
軸方向に油を押し出すねじポンプなどがあり、
圧力だけでなく、流量(速度)や方向も制御して複雑な動きができるものがあると
いう。

また、油圧機器で考慮しなければならない物理現象としては、パスカルの原理だけ
ではなく、層流と乱流という液体の流れ方や、摩擦や管路の形状による損失、流体
におけるエネルギー保存の式であるベルヌーイの定理なども考慮に入れなければな
らない。

ココらへんまでは何とかついていけたが、油圧回路、閉回路、開回路などの回路図
に関しては、この本ではいまいち出来なかった。

本が悪いというよりも私の理解力が悪いのだろう。



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[ 2014年08月15日 04:20 ] 機械工学 | TB(-) | CM(0)

ロボットのしくみ

子供の頃は、ドラえもんやアラレちゃんの影響でロボットに興味を持っていたが、
大人になり、ロボットへの興味はかなり薄れていた。

最近になり、組み込みシステムの勉強を始めてから、色々な制御システムに関して
調べていくうちに、究極の制御システムであるロボットについて、また興味を持ち
始めた。

ロボットといえば、車の組み立てなどで産業ロボットなどが実用化されているが、
あまりロボットと接点がない人間にとって、真っ先にイメージするロボットといえ
ば、やはり2足歩行のロボットだろう。
この本では、ASIMOやAIBOはもちろんのこと、似たようなロボットの一つに買い物
ロボットのテムザック4号機が紹介されていた。
このロボットは人間の代わりにスーパーで買物をしてくれるものなのだが、通販
全盛の世の中であまり使い道はなさそうに感じた。

他にも、ロボット手術で外科医が3Dビュワーを確認しながら、外科コンソールで
遠隔地にあるロボットアームを操作するロボットや、人間が入ることができない
原子炉の中で修理などを行うロボットなどもあるようで、かなり実用的なロボット
が実現されていることも分かった。

ロボット工学の話では、モータ・アクチュエータやセンサの話など組込みシステム
の学習範囲と重なる部分も多かった。

1章から3章は参考になったが、4章以降はSF色が濃くなり、読みにくかった。




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[ 2014年01月16日 04:33 ] 機械工学 | TB(-) | CM(0)

トコトンやさしい 航空工学の本

この本は、飛行機にの機体に関する力学や、機体の構造、エンジンや、材料の話
など、飛行機に関して工学的なアプローチで説明してくれており、しかも、その
説明がわかりやすかった。

飛行機として真っ先に関係する力学といえば、「なぜ飛行機が空をとぶか」に関
することだと思う。

空気に対して速いスピードで走る場合、空気抵抗を受ける。
これを「抗力」というが、羽を水平ではなく少し傾けると、翼の面積や速度に応
じて「揚力」というものがかかる。

それを数式で表すと次のようになる。
youryoku.png (L:揚力、ρ:空気の密度、V:速度、S:翼の面積、C:揚力係数)

このように物理の法則などを使いながら、飛行機がなぜ浮くのかと説明してくれ
ている。

飛行機に対して主にかかる力といえば、この「揚力」と「抗力」以外に、
当然「重力」がかかるし、前に飛ぶためにはエンジンによって作られる「推力」と
いう力も必要になる。

これ以外にも、機体の外と中の気圧の差による力も働く。

上空10,000m以上の空は0.2気圧ぐらいしかなく人間は生きられない。

機内を人間が過ごせる状態に保つためには0.8気圧は必要であるのだが、外と中の
気圧差0.6気圧ある。0.6気圧というのは1cm2(小指の爪ほど)に0.6kgの力がかかる
ということである。
飛行機の窓ガラスが30cm×30cmとすると、1枚の窓ガラスに540kgの力がかかって
いるということになる。
飛行機全体に掛かる力というと想像を絶する力になるだろう。

このため、機体は伸びたり縮んだりするので金属疲労を起こすので、そういったこと
にも配慮しなければならない。

他にも、油圧の話やアルミの時効硬化の話(ジュラルミンの話)など知らない工学の
話が、高校レベルの物理が理解できている人向けに書かれており、わかりやすかった。




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[ 2013年11月26日 05:00 ] 機械工学 | TB(-) | CM(0)

船の最新知識

船に関する科学を調べるために借りた本であるが、船に関して広く浅く、
知識が詰め込まれた本である。

浮力や揚力、波の抵抗や船にかかる応力といった力学的な話と、それらを
効率的に利用する省エネ技術、船に関するほかの制御技術についても知り
たかったがそれは別の本に譲るとして、この本では船に関する雑学が色々
得らた。

日本の貨物輸送の99.7%は船であることや、船酔いする位置、しない
位置、豪華客船の中まで紹介してくれている。

また、客船や貨物船にもいろな種類があり、それぞれの目的や積み荷の
性質に応じて船の形も大きく変わるものだというのがよくわかった。

あとは船と水との摩擦抵抗を減らすために、マイクロバブルといって、
船底に小さな気泡をたくさんつける手法など、ハイテクながらローテクっ
ぽい技術もあり、面白かった。



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[ 2013年11月21日 05:49 ] 機械工学 | TB(-) | CM(0)

ハイブリッドカーのしくみがよくわかる本

私は車にはあまり興味がなく、走りさえすればいいと思っているので、
実はハイブリッドカーって何なのかさえよく知らなかった。

エンベデッドシステムスペシャリスト試験では、たびたび車について出題され
ており、車の問題を見ただけで苦手意識が先に立っていた。

そんな私なので、この本ではハイブリッドカーがエンジン自動車と電気自動
車の間の子であることを知ることができたし、同じハイブリッドカーでも、トヨタ
のプリウスは電気自動車の動力であるモーターを主に設計され、ホンダの
インサイドはエンジンを主に設計されていることなど少し突っ込んだ知識も
得ることができた。

そういう知識もさることながら、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違い
や、車の性能を表す値として馬力と出力があること、電池の消費の仕方すら
制御されていることなど、ハイブリッドカー以前の車の知識について、もっと
突っ込んで調べたいことが盛りだくさんにあった。




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[ 2013年11月13日 05:01 ] 機械工学 | TB(-) | CM(0)

キカイはどこまで人の代わりができるか?

古代ギリシャの自動ドアや江戸時代のからくり人形といったように、
人は昔から機械を使って生活や娯楽に役立ててきた。

そんな話が導入部にあり、機械の構成要素であるアクチュエータやセンサー
の話が書かれていた。

図解で記されており、情報処理技術者試験の勉強だけでは文字の羅列であっ
た、DCモータやステッピングモータ、ジャイロスコープやひずみゲージが
どのような原理で動いているのか参考になった。

制御技術の基本である、外界やアクチュエータの動きをセンサで感知して、
アクチュエータの動きを制御していくということも書かれているので、
制御に関して素人でも読める内容になっている。

また、後半部分ではこれらを応用したロボットの紹介があった。

2007年の本なので6年前の内容ではあるのだが、こんなことまでロボットが
でできるのかと意外なものも多かった。

今はそれよりも6年進んでいるということであり、こんなロボットも現実の
ものになっている。


こんなものが、武装して攻めてきたら、一たまりもないだろう。

来年のエンベデッドシステムスペシャリスト試験でこのロボットの制御に
ついて出題されると面白いかも知れない。





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[ 2013年10月18日 05:17 ] 機械工学 | TB(-) | CM(0)
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プロフィール

旅好きおやじの日記

Author:旅好きおやじの日記
職業はIT関係です。
趣味は海外旅行(22カ国制覇)、読書、資格取得です。
取得した資格は以下のとおりで、半分趣味のようになってます。

・情報処理
 ・ITストラテジスト
 ・システム監査
 ・プロジェクトマネージャ
 ・アプリケーションエンジニア
 ・テクニカルエンジニア(システム管理)
 ・テクニカルエンジニア(データベース)
 ・ネットワークスペシャリスト
 ・エンベデッドシステムスペシャリスト
 ・情報セキュリティアドミニストレータ
 ・情報処理一種
 ・情報処理2種
 ・情報セキュリティマネジメント
 ・ITパスポート
・元PMP
・ITIL V3 Foundation
・Oracle Master Gold
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・建設業経理士1級
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