2021年 理工学部 シラバス - 電子工学科
設置情報
| 科目名 | ロボット工学 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 電子工学科 | 学年 | 3年 |
| 担当者 | 入江 寿弘 | 履修期 | 後期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 金曜2 |
| 校舎 | 船橋 | 時間割CD | J52F |
| クラス | |||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | 本講義では、ロボットに関する技術について極力広範囲に学習し、ロボットの意味、造り方、動かし方、応用方法、将来像について考え、ロボット（工学）全体像を理解できる。ロボット(工学）の学習には実物に触れる事が重要で、各種展示場等での実物体験をする。ロボットを構成する個々の技術課題とロボットのシステムについて学習する。また演習室でシミュレーションプログラム等を用いて演習を行う。 |
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| 授業形態及び 授業方法 |
「ハイブリッド型授業」 対面形式，およびGoogleドライブを用いたオンデマンド形式により授業を行う。 教科書とCSTポータルⅡに公開された資料を利用しパワーポイントと板書を用いて講義する。 |
| 履修条件 | 基礎数学（行列、微分方程式、ラプラス変換等）、物理学（運動方程式）、制御工学（サーボ制御）を事前に履修或いは勉強しておくことを推奨する。 |
授業計画
| 第1回 | ロボット工学の概要 近年ロボットを取り巻く環境が大きく変化している。これらの環境（ロボット事情）につ いて、国内外の最新技術動向について触れ、ロボットの定義・歴史・市場等について概説 する。最後に成績評価（レポートと試験等）について説明する。 授業前に予めロボットを取り巻く環境や国内外の最新技術動向について調査し（１２０ 分）、わからない箇所があれば質問できるようにしておくこと。 授業中に解説した内容はメモに取りレポートに纏めて自分の考えを書き（１２０分） CSTポータルで提出する。 |
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| 第2回 | ロボットとメカトロニクス ロボットとメカトロニクスの関係について解説し、ロボットの定義、システム構成、適用 分野、現状などについて概説する。 授業前に予めロボットの適用分野や現状について調査し（１２０分）、授業に備える。 授業中に解説した内容はメモに取りレポートに纏めて自分の考えを書き（１２０分） CSTポータルで提出する。 |
| 第3回 | ロボットの形とメカニズム ロボットはどんな形をしていて、どの様な構造になっているか、関節の構成、動力伝達の 方法、減速機の役割や性能、減速機を使わないロボットについて学習する。 授業前に予めロボットの構造やモータや減速機について調査し（１２０分）、わからない 箇所があれば質問できるようにしておくこと。 授業中に解説した内容はメモに取りレポートに纏めて自分の考えを書き（１２０分） CSTポータルで提出する。 |
| 第4回 | ロボットのセンサ ロボットを動かすためにはロボットの関節の角度や位置、速度、力などを計測する必要 が有る。また、ロボットが移動するにはその周辺の壁や家具、障害物などの情報が必要 となる。そのためのセンサ技術について学習する。 授業前に予めロボットのセンサーについて調査し（１２０分）、わからない箇所があれ ば質問できるようにしておくこと。 授業中に解説した内容はメモに取りレポートに纏めて自分の考えを書き（１２０分） CSTポータルで提出する。 |
| 第5回 | ロボットのアクチュエータ アクチュエータの種類、電磁力モータのモデル化、サーボモータの特徴、 モータ駆動部の設計、モータの制御等 授業前に予めロボットで用いられるアクチュエータについて調査し（１２０分）、わから ない事があれば質問できるようにしておくこと。 授業中に解説した内容はメモに取りレポートに纏めて自分の考えを書き（１２０分） CSTポータルで提出する。 |
| 第6回 | ロボット関節のフィードバック制御Ⅰ 関節のモデル化とダイナミックス、運動方程式のパラメータ同定、 位置・速度制御系の設計、機械共振を考慮したモデル化と制御ゲイン 授業前までに予め運動方程式について調査し（１２０分）、わからない事があれば質問で きるようにしておくこと。 授業中に解説した内容はメモに取りレポートに纏めて自分の考えを書き（１２０分） CSTポータルで提出する。 |
| 第7回 | ロボット関節のフィードバック制御Ⅱ 目標軌道生成とフィードフォワードの効果、外乱オブザーバ 授業前までに予め制御理論について調査し（１２０分）、わからない事があれば質問でき るようにしておくこと。 授業中に解説した内容はメモに取りレポートに纏めて自分の考えを書き（１２０分） CSTポータルで提出する。 |
| 第8回 | ロボットの運動学Ⅰ 位置と姿勢の表現方法、関節リンクパラメータ、ピューマ型ロボットの順運動学、 逆運動学で先端位置から関節角の求め方 授業前までに予め関節のリンクパラメータについて調査し（１２０分）、わからない事が あれば質問できるようにしておくこと。 授業中に解説した内容はメモに取りレポートに纏めて自分の考えを書き（１２０分） CSTポータルで提出する。 |
| 第9回 | ロボットの運動学Ⅱ ピューマ型ロボットの順運動学、逆運動学で先端位置から関節角を求める ヤコビ行列の基礎 授業前までに予め順運動学について調査し（１２０分）、わからない事があれば質問でき るようにしておくこと。 授業中に解説した内容はメモに取りレポートに纏めて自分の考えを書き（１２０分） CSTポータルで提出する。 |
| 第10回 | ロボットの運動制御Ⅰ ロボットの位置制御、ヤコビ行列を用いた逆運動学の解法 授業前までに予め逆運動学について調査し（１２０分）、わからない事があれば質問でき るようにしておくこと。 授業中に解説した内容はメモに取りレポートに纏めて自分の考えを書き（１２０分） CSTポータルで提出する。 |
| 第11回 | ロボットの運動制御Ⅱ ロボットの動的な位置制御、ロボットの力制御（インピーダンス制御・力制御・力センサ を用いないスティフネス制御 授業前までに予め位置決め制御系について調査し（１２０分）、わからない事があれば質 問できるようにしておくこと。 授業中に解説した内容はメモに取りレポートに纏めて自分の考えを書き（１２０分） CSTポータルで提出する。 |
| 第12回 | ロボットの知能化 自律制御ロボット、ロボットの知能化、遠隔操作マニピュレータ、 マスタスレーブマニピュレータの制御、バーチャルリアリティとテレロボティックス、 遠隔制御と自律制御などについて解説する。 授業前までに予めロボットの知能化や最近のAI技術について調査し（１２０分）、わから ない事があれば質問でくきるようにしておくこと。 授業中に解説した内容はメモに取りレポートに纏めて自分の考えを書き（１２０分） CSTポータルで提出する。 |
| 第13回 | ロボット工学演習 マルチメディアプログラミングを用いたロボットの設計と制御に関する演習 コンピュータグラフィックスと組み合わせたロボットシミュレーション MATLABを用いた音声信号の信号処理手法と分析方法など 授業前までに予めROS（ロボットオ・ペレーション・システム）やMATLABについて調査 し（１２０分）、わからない事があれば質問できるようにしておくこと。 授業中に解説した内容はメモに取りレポートに纏めて自分の考えを書き（１２０分） CSTポータルで提出する。 |
| 第14回 | 理解度確認課題 |
| 第15回 | 理解度確認課題の回答例と自己採点 |
その他
| 教科書 |
松日楽信人、大明準治 『わかりやすいロボットシステム入門』 オーム社 ２０２０年 第改訂３版
CSTポータルⅡからパワーポイント教材の閲覧可能だが要点が記載されているだけなので教科書は購入する事を推奨する。
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| 参考書 |
木野仁（著）、谷口忠大（監修） 『イラストで学ぶ ロボット工学』 講談社 2017年年 第3版
岩波講座 『ロボット工学』
『ロボット工学ハンドブック』 日本ロボット学会 コロナ社
上記参考書以外にも下記URLを参照すること
Robert F. Stengel "Robotics and Intelligent Systems" MAE 345, Fall 2017
講義録（NetからDounLoad 可、Prinston Univ.公開講座）
http://www.princeton.edu/~stengel/MAE345Lectures.html
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| 成績評価の方法 及び基準 |
レポート（20%)と演習(20%)、理解度確認試験の成績（60%)で総合的に評価する。 |
| 質問への対応 | 授業時間内に判らない事が有れば積極的に質問のこと。 その他 Mailでの質問も受け付ける。 |
| 研究室又は 連絡先 |
E-mail: tirie@eme.cst.nihon-u.ac.jp 研究室 TEL：047-469-8792 |
| オフィスアワー |
水曜 船橋 14:00 ～ 18:30
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| 学生への メッセージ |
各種メディア（雑誌、新聞、映画、テレビ等）でロボットに関する話題には事欠かない環境にあるので、 受講生が興味を持つものについて自分なりにその内容を咀嚼の上、問題点の整理を行い、 授業内容をより深めて頂ければ幸い。授業内容以外の質問もOKです。 |