2016年度 メカトロニクス演習   Exercise in Mechatronics

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開講元
機械系
担当教員名
高山 俊男  金 俊完 
授業形態
演習 /実験     
曜日・時限(講義室)
月5-10(石川台3号館201C号室)  
クラス
-
科目コード
MEC.I332
単位数
2
開講年度
2016年度
開講クォーター
4Q
シラバス更新日
2016年4月27日
講義資料更新日
-
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

 本講義では,簡単な3自由度ロボットアームを用いて,メカトロニクス機器の構成要素を理解し,座学で学んだ制御理論をコンピュータ制御で実践する演習・実験ベースの講義である.ロボットアームを構成するメカトロニクス要素(減速器,アクチュエータ,センサなど)の基礎知識を提供する.制御のために必要なデータの取得方法と,モータの駆動方法を提供する.逆運動学,コンプライアンス制御といった産業用マニピュレータに求められている制御方法を提供し,これらを用いて3自由度ロボットアームの動作と制御を実践させる.
 メカトロニクスは機械工学と電気工学を融合させた学問であり,これにより機械要素だけでは実現できない機能を電子回路,センサ,アクチュエータ,コンピュータなどと組み合わせることで可能とする.構成要素を一見して確認できるシンプルな3自由度ロボットアームを用いることで,メカトロニクス機器の構成が理解できる.学生自ら作成した位置制御プログラムを用いてロボットアームを動作させることで,メカトロニクス機器の機能と動作が理解できる.座学では直観的に理解しにくいPID制御の各役割はプログラム中のパラメータを変化させることで体感できる.

到達目標

本講義を履修することによって以下の能力を修得する.
1)コンピュータ制御に必要となるメカトロニクス要素を理解することができる
2)電気モータで駆動される関節を制御によって任意の角度に屈曲させる方法を学ぶことができる.
3)数値的解法を用いて,産業界で必要となる様々な制御方法を実践することができる.

キーワード

PID制御,運動学,逆運動学,ヤコビアン,コンプライアンス制御

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

専門力 教養力 コミュニケーション力 展開力(探究力又は設定力) 展開力(実践力又は解決力)

授業の進め方

毎回の講義の前半で,理論と原理を講義します.講義の後半で,その日の講義内容に関する演習・実験に取り組んでもらいます.各回の学習目標をよく読み,課題を行って下さい.

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 実験装置の接続方法と制御方法 ロボットの制御に必要な装置の概要について学ぶ.
第2回 PID制御の基礎 PID制御について学び,PIDそれぞれの役割を体感する.
第3回 より厳密なPD制御方法 動きを先読みした厳密なPD制御の方法を学ぶ.
第4回 ロボットの逆運動学問題とPTP制御 ヤコビアンの有用性を学ぶ.
第5回 逆運動学問題の数値的解法と障害物回避制御 動作範囲内に障害物があった場合の回避方法を学ぶ.
第6回 ロボットのコンプライアンス制御 外力が加わった場合に柔らかく関節を逃がす制御方法を学ぶ
第7回 拘束条件下でのロボットの軌道生成 動作範囲に拘束条件が加わった中で作業をするためのアルゴリズムを考える.

教科書

配布資料を用いて講義します.

参考書、講義資料等

講義資料はダウンロードもしくは配布します.
参考書:基礎メカトロニクス,培風館/システム制御の基礎と応用,数理工学社

成績評価の基準及び方法

各週の実験結果の確認とレポートにより評価する.

関連する科目

  • MEC.I331 : メカトロニクス工学(機械)
  • MEC.I312 : モデリングと制御

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

MEC.I331 : メカトロニクス工学(機械)を履修していること.プログラムが組めること.数式処理が主となるので特定の言語に精通している必要はありません.

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