第１版

Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ

Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ 入門

東海大学総合情報センター

目 次 第１章 メカニズム ・・・・・・・ 1 １．１ メカニズムとは １．２ メカニズムのアセンブリ

第２章 キネマティック解析 ・・・・・・・ ２ ２．１ おおまかな操作の流れ ２．２ 例１（並進移動の例） ２．３ 例２（並進＋回転移動の例） ２．４ 例３（並進＋スロットフォロワー結合移動の例） ２．５ 例４（複数の回転移動の例）

練習問題解答 ・・・・ 16 付録 [用語] ・・・・ 19 （注）このテキストで用いている Pro/ENGINEERはWILDFIRE2.0です。

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第１章 メカニズム このテキストは、Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ（以降Ｐｒｏ／Ｅと略します）講座の

サブテキストです。Ｐｒｏ／Ｅ操作経験 100 時間程度で「設計」のアセンブリを理解している皆さんを対象に、メカニズムのひとつであるキネマティック解析の基本操作

を記述しています。 １．１ メカニズムとは モデルとしてのメカニズムは、各ファイル（モデル）間の結合（自由度を持ったア

センブリ）を定義した機構（モデル）のことです。 機能としてのメカニズムは、モーター、重力などのモデリングエンティティをメカ

ニズム（モデル）に追加してその運動を解析するモジュールのことです。解析には、

次の５タイプがあります。 ＜メカニズムの解析タイプ＞

・キネマティック解析：メカニズムをサーボモーターで動かして、システムにかか るフォースを参照せずに運動を解析します。 ・ダイナミック解析：メカニズムのボディ質量に作用する慣性、重力、外部フォー ス間のリレーションを調べます。 ・スタティック解析：均衡状態のボディにかかるフォースを調べます。 ・フォースバランス解析：メカニズム特定の設定を維持するのに必要なフォースを 求めます。 ・繰り返しアセンブリ解析：適用したサーボモーターと結合の条件でアセンブリを 行うかどうかを決定するのに使用します。 １．２ メカニズムのアセンブリ Ｐｒｏ／E講座テキスト「３．５ アセンブリ」を参照して下さい。メカニズムのアセンブリは「結合」です。設計のアセンブリの「配置」とは違います。

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第２章 キネマティック解析 キネマティック解析は、次の情報を取得するために使用します。 ・ジオメトリエンティティおよび結合の位置、速度、加速度。 ・コンポーネント（構成部品）間の干渉。 ・メカニズムの運動カーブのトレース。 ・メカニズムの運動をＰｒｏ／Ｅ部品として取り込む運動エンベロープ。 ２．１ おおまかな操作の流れ １）メカニズム（モデル）作成 ① グラウンド（ファイル）、ボディ（ファイル）作成。 ② 結合（アセンブリ）作成。 ③ 結合の拡張。（カム、スロットフォロワー、歯車） ２）メカニズム（モデル）のチェック（この操作は省略可）

メカニズム（モデル）をドラッグ（手動）で動かしてチェックします。 ３）サーボモーターの設定 ４）メカニズム（モデル）の解析 ５）解析結果の取得 ① 結果のプレイバック。 ② 干渉チェック。 ③ トレースカーブ作成。 ④ 運動エンベロープ作成。

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２．２ 例１（並進移動の例） デフォルトの座標系とデータム平面のみのグラウンド（ファイル）とボディ（ファ

イル）を使って並進移動をさせます。これにより、ファイルの中のモデルのみが移動

するのではなく、ファイル全体が移動することを確認して下さい。

画 面 操作説明

１．空ファイル（ground.prt、body1.p rt）の作成と保存

２．ground.prtのアセンブリ ＊「配置」タブ。 ＊アセンブリ座標系のデフォルト 位置へ配置。 ３．body1.prtの ground.prtへの結合 ＊「結合」タブ。 ＊タイプを「平面」にして、TOP

データム同士を結合。 ４． X軸プラス方向の並進移動軸への

サーボモーターを設定 ① アプリケーション＞メカニズム。 ② メカニズム＞サーボモーター。 ダイアログの「新規」ボタン。 ③ 「サーボモーター定義」ダイアログ の名前入力＞「タイプ」タブの駆動 エンティティを「ジョイント軸」＞ X軸プラス方向の並進移動軸をピッ ク＞「プロファイル」タブの仕様 を「位置」＞マグニチュードを「 テーブル」＞ を２回クリッ ク＞２行目の時間を 10、マグニチ ュードを 200とする＞ダイアログ の「OK」ボタン。 ④ 「閉じる」ボタン。

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画 面 操作説明

５．解析の実行 ① メカニズム＞解析＞「新規」。 ② 「解析定義」ダイアログの名前入 力＞タイプを「キネマティック」。 ③ 「プリファレンス」タブでグラフ ィック表示の終了時間を 10 ＞「 モーター」タブで設定したサーボ モーターの名前があることを確認 して「実行」ボタン＞「OK」ボタ ン＞「閉じる」。 ６．プレイバック ① メカニズム＞プレイバック。 ② 結果セットに解析名が入っている ことを確認＞ダイアログの を クリック＞「アニメーション」ダ イアログの ボタンをク リック。 ７．ファイルの保存 ① 「プレイバック」ダイアログで解 析結果の保存。 ② アセンブリの保存。（ツールバー）

(1) よく使う結合タイプと自由度

自由度 結合タイプ

回転 並進

説 明

ピン １ ０ 軸の周りを回転する。 円柱 １ １ 特定の軸に対して並進移動および回転移動

する。 平面 １ ２ 結合された平面内で並進移動する。

平面に垂直な軸の周りを回転する。 スライダー ０ １ 軸に沿って並進移動する。

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(2) サーボモーターの設定 ① 今回のサーボモーターは、 仕様：位置 マグニチュード：テーブル 時間 0の時の位置＝0 時間 10の時の位置＝200 ② これは、 マグニチュード：ランプ関数 A=0 （定数） B=20 （傾き） と同じです。（右上のグラフ） ③ また、 マグニチュード：コサイン A=－100 （振幅） B=0 （位相） C=100 （オフセット） T=20 （時間） の 10秒間使用と同じです。 ④ １つのボディ（ファイル）に 複数のサーボモーターを設定できます。練習問題１で確認して下さい。 (3) 解析 ① サーボモーターの設定時間と解析の実行時間は同じにした方が理解しやすく なります。 (4) プレイバック ① アニメーションのフレーム 50、100の位置で、スタート地点からの距離が それぞれ 100、200になっていることを確認して下さい。 ＜練習問題１＞ 「例１」で使用した空ファイルの body1.prt の Z軸方向の並進ジョイント軸へも同 じサーボモーターを設定して２モーターで解析を実行し、その結果をアニメーション で確認して下さい。

m=A*cos(t*360/T+B)+C (t=0～20)

m=B*t+A (t=0～10)

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２．３ 例２（並進＋回転移動の例） 「例１」で使用した空ファイルへそれぞれ次の様なモデルを作成し、メカニズムの

設定を行います。 １）モデル作成 （ ground.prt ）：FRONTデータムから 10mm、RIGHTデータムから 50mmの位 置に 100×30×15の直方体。 （ body1.prt ）： １辺 30mm、高さ 15mmの正三角柱。 三角形の中心が座標系の原点。 ２）メカニズム設定条件 ① 結合タイプ＝平面。 ② ServoMotor3＝並進軸（Ｘ軸）、10秒間で 200mm移動させるモーター。 ServoMotor4＝回転軸（Ｙ軸）、10秒間で 360°正回転させるモーター。 ③ 解析時間＝10秒。 body1.prtのスタート地点は ground.prtの原点。 ④ 解析結果＝プレイバックで確認、干渉チェックを行う。 ３）操作

画 面 操作説明

１．body1.prtを ground.prtへ結合 ① ground.prtをアセンブリ座標系の デフォルト位置へ配置。 ② タイプ「平面」で、ground.prt と body1.prtの TOPデータム 同士を結合。

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画 面 操作説明

２．body1.prtを ground.prtの原点へ 移動 ① 方法１＝ドラッグ。 ② 方法２＝２つの並進軸にそれぞれ 左図の様なモーターを設定し、解 解析実行。（Motor1、2） ３．並進（Ｘ軸）のサーボモーター設定 ① 仕様＝位置。 ② マグニチュード＝左図。 （Motor3） ４．回転（Ｙ軸）のサーボモーター設定 ① 仕様＝位置。 ② マグニチュード＝左図。 （最初の 10秒間を使用する） （Motor4） ５．解析の実行 ① 解析時間＝10秒。 ② モーター＝Motor3、Motor4のみ。 （２．で使用したMotor1、2は アイコンで削除する） ６．プレイバック ① 結果セットで５の解析名を選択。 ② グローバル干渉にチェックを入れ る。 ③ 「プレイ」アイコン。 （ページ４ ６－②参照）

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(1) body1.prtを ground.prtの原点へ移動する理由 サーボモーターのマグニチュードの仕様が「位置」の場合、モーターを設定の ない軸方向において body1.prt の現在ある位置が解析スタート点となります。 したがって、マグニチュードで「位置」を選択し、解析前の body1.prt の位置が 自分の思っている位置と違う場合は、その位置へ事前に移動しておいた方が無難 です。 (2) モーターの正回転 モーターを設定する軸の正方向（ 矢印方向）と同方向に向かって右回 りがモーターの正回転です。 左図の様なモーターで、 仕様＝位置の場合、 Ａ，Ｄ → 正回転 Ｂ，Ｃ → 逆回転 仕様＝速度の場合、 Ａ，Ｂ → 正回転 Ｃ，Ｄ → 逆回転 となります。 ４）トレースカーブ作成 干渉した部位をカットするために、body1.prtの頂点のトレースカーブを作成します。

画 面 操作説明

（解析実行後の操作） ① メカニズム＞トレースカーブ。 ② 「トレースカーブ」ダイアログの紙 部品へ ground を指示＞ body1 の トレースする頂点をピック＞結果セ ットの中の該当する解析実施名を指 示＞「OK」ボタン。 （紙部品で ground を指示したのは、 取得したトレースカーブを ground で使用するため） ③ 他の頂点をトレースする場合は、も う一度、①～②の操作を行う。

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画 面 操作説明

（アプリケーションを標準に戻す） ④ モデルツリー上で、ground を右クリ ック＞オープン。 →①～⑤の操作で取込んだトレース カーブが表示される。 ⑤ 取込んだカーブを使って、5mmオフ セットしたカットの実行。 ⑥ 再度、メカニズムに入って干渉チェ ックを行う。 →このカットのみでは、干渉部位は 全て削除されていない。

(1) 「カム合成カーブ」によるトレースカーブ取得 操作例では、「トレースカーブ」ダイアログのトレースで「トレースカーブ」を 選択し、body1の頂点のトレースカーブを２本取得したが、トレースで「カム合成 カーブ」を選択し、body1のエッジのトレースカーブを取得する方法もあります。 (2) 操作例では、トレースカーブを 5mm オフセットしたカーブでカットしました が、通常は、5mmオフセットしたカーブを元に基準面（点）から定義が容易な 幾何学形状でカットします。 ＜練習問題２＞ 「例２」のMotor4を 10秒間で 2回転（逆回転）するモーターに変更して、解析を 再実行して下さい。

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５）モーションエンベロープ モーター駆動でモデルが移動した空間をソリッド化し、結合している全モデルと合 体します。（出力フォーマットが「部品」の場合）

画 面 操作説明

（解析実行後のプレイバックにおいて） ① 「プレイバック」ダイアログのモー ションエンベロープ作成アイコン。 ② 「運動エンベロープ作成」ダイアロ グが開くので、そのままで「作成」 ボタン。

２．４ 例３（並進＋スロットフォロワー結合移動の例） 今までの２ファイルのみで出来ますが、１ファイル追加して、３ファイル間におけ る動作関連を確認します。 １）ファイル （ ground.prt ）：「例２」の groundの TOPデータム上へ RIGHTデータムから 200mmの地点まで左図の様な スプラインカーブを作成。 （ body1.prt ）：三角柱の上面側頂点にデータム点 を作成。

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（ body2.prt ）：空ファイル。 「例２」の結合では、body1は、 groundのＹ軸方向移動の自由度を 持っていないので、その自由度を 得るために body2を使います。 ２）メカニズム設定条件 ① 結合タイプ：

② ServoMotor3＝Ｘ軸方向の並進軸、10秒間で 200mm移動させるモーター。 ③ 解析時間＝10秒。 ④ 解析結果＝プレイバックで確認。 ３）操作

画 面 操作説明

１．アセンブリ ① ground をアセンブリ座標系の デフォルト位置へ配置。 ② ground の RIGHTデータムと body2 の TOPデータムを平面 結合。 ③ body2 の RIGHTデータムと body1 の TOPデータムを平面 結合。

２－①Motor軸

４－①Motor軸

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画 面 操作説明

２．body1 の移動 ① ground のＹ軸方向で body2を －15mm並進移動するモーター 設定。（Motor1） ② ground のＸ軸方向原点位置へ body1を移動するモーターを 設定。（Motor2） ③ 解析実行で、body1、2を移動。 ３．スロットフォロワー結合 ① メカニズム＞スロット。 ② ダイアログの「新規」ボタン。 ③ スロットカーブとして groundの スプラインカーブを指示＞フォロ ワーポイントとして body1 の点 を指示＞「OK」ボタン。 （スロット終点の指示は不要。） ４．body1 へモーターの設定 ① ground の X軸方向の並進軸へ 10秒間で 200ｍｍ移動するモー ターの設定。（Motor3） ５．解析の実行 ① 解析時間＝10秒間。 ② モーター＝Motor3のみ。 ６．プレイバックの実行

スロットカーブ

フォロワーポイント

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＜練習問題３＞ グラウンド（ base.prt ）のスプラインカーブ（ 1回転で、Y軸：0→200mmの 変化 ）と body1.prt（ 例３：ページ 10 ）をスロットフォロワー結合し、10秒間で Y軸の 0→200mmの運動をさせて下さい。 （ヒント）回転軸のみを持つ body3.prt を準備し、base.prt と body3.prt を円柱 結合。body3.prt と body1.prt を平面結合。平面結合は、base.prt の Y、Z軸方向が並進軸となる様に結合します。 ２．５ 例４（複数の回転移動の例） チュートリアル１のモデルを使用して位置情報の取得を行います。 C:¥Program Files¥proeWildfire2.0¥demos¥demo¥mdx¥tutorial1 の下の４モデ ル（ block.prt、con_rod.prt、crank_shaft.ort、piston_head.prt ）をワーキングディ レクトリへコピー＆ペーストして下さい。 １）操作

画 面 操作説明

１．事前準備 ① 各モデルのデータム平面、軸、点 の非表示を解除。 ② piston_head 上面中央へデータム 点作成。（位置情報の取得で使用し ます） ③ 各モデルの保存。

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画 面 操作説明

２．アセンブリ ① block をアセンブリ座標系のデフ ォルト位置へ配置。 ② block の A_3軸と crank_shaft の A_1軸をピン結合。 （ピン結合の位置決めとして、 データム平面を使用します。） ③ crank_shaftの A_2軸と con_ rodの A_2軸をピン結合。 ④ con_rodの A_1軸と piston_ headの A_2軸をピン結合。 blockの A_1軸と piston_haed の A_1軸を円柱結合。 ３．メカニズム ① モーター駆動で piston_headを最 上点または最下点へ移動。 （左図は 90°の位置。） ② crank_shaft軸へサーボモーター へ設定。 （正回転、10秒間で１回転。） ③ 解析実行。 （①のMotor1を削除し、②の Motor2のみの解析） ４．位置情報の取得 （１．②で作成した点の位置情報。）

① メカニズム＞メジャー。 ② 「メジャー結果」ダイアログの 「新規ﾒｼﾞｬｰ作成」アイコン 。 ③ 「メジャー定義」ダイアログで piston_head上面のデータム点を 指示。

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画 面 操作説明

④ 「メジャー結果」ダイアログの結 果セットの中から該当の解析名を 選択。 ⑤ メジャーの中のメジャー名をピッ ク＞「メジャーのグラフ化」アイ コン 。 （注）１．今回の位置情報は、crank_ shaftの回転軸と piston_head 上面のデータム点の最短距離 の変位を取得したものです。 ２．位置情報グラフの値は、 「グラフツール」ウィンド ウのファイル＞Excelエク スポートでエクセルやテキ ストデータで出力できます。

(1) ピン結合は、結合軸方向のボディ間の位置決め が必要です。例えば、blockと crank_shaftの ピン結合の場合、ダイアログの拘束が「直線移 動」で blockの FRONTデータムと crank_ shaftの DTM1を指示して位置決めを行います。

(2) 結合設定を行う場合、カレントのモデル以外は 非表示にすると画面が見やすくなります。例え

ば、crank_shaftと con_rodの結合を始める前 に、ひとつ前の blockを非表示にして con_rod を読込みます。

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練習問題解答 解答はひとつの例です。絶対的なものではありません。 ＜問題１＞

画 面 操作説明

① 「例１」で保存のアセンブリを読込 みます。 ② ServoMotor2 を追加します。 ジョイント軸＝Ｚ方向の並進軸。 プロファイル＝左図。 ③ 解析１を編集、実行します。 → body1が groundに対してＸ，Ｚ 各軸のプラス方向へ移動。 （合成で 45°方向へ移動。）

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＜問題２＞ 画 面 操作説明

① 「例２」で保存のアセンブリを読込 みます。 ② ServoMotor4 を左図の様に編集しま す。 （ 10秒間で 0°→ －720°の移動 です。）

＜問題３＞ 次ページのメカニズムの設定条件も参考にして下さい。

画 面 操作説明

１．問題で提示されている条件のモデル を作成 ２．結合 ① baseをアセンブリ座標系のデフォ ルト位置へ配置。 ② baseと body3を円柱結合。 ③ body3の RIGHTデータムと body1の RIGHTデータムを平面 結合。 ３．スロットフォロワー結合 ① baseのスプラインカーブと body1 のデータム点をフォロワー結合。

２－③ baseの Y、Z軸方向 の並進軸を持つ平面結合

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画 面 操作説明

４．サーボモーター設定 ① ジョイント軸＝円柱結合軸。 ② プロファイル＝左図。 （ 前ページの円柱結合軸の向きで は、10秒間の正回転で body3 =body1を１回転させます。） 《注》baseの回転軸作成時の手順に よって円柱結合軸のプラス方向 が決まります。 ５．解析実行 ① 最初と最後のフレームでアセンブ リエラーの警告が出ますが、「継続 」ボタンで解析を継続します。

＊参考：メカニズムの設定条件

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付録 [用語] 回転移動 軸を中心として、ボディ（ファイル）を回転させる運動タイプ。 グラウンド 移動しないボディ。 結合 ボディ間のリレーションで、ボディどうしの相対的な運動を定義、拘束します。 サーボモーター ボディ間の相対的な動きを定義する方法。

ジョイントやジオメトリエンティティ上にモーターを配置することにより、ボディ間

の位置、速度、加速度を設定できます。 ジョイント 部品モードのサブモードで、３Ｄ環境内で使える２Ｄドラフトモード。 プレイバック 解析実行時の運動を記録して再現する機能。 並進移動 ボディ（ファイル）を回転させずに直線に沿って移動させる運動タイプ。 ボディ 移動する構成部品（ファイル）。 グラウンドまたは他のボディに相対して動きます。