国立大学法人 東京工業大学

講義の概要とねらい

本演習では，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．
「メカトロニクス工学」や「モデリングと制御」の講義で学んだことに関して，次の点を中心に演習と実験を実施し，レポートにまとめる．
１．ロボットの構成要素
２．制御の基礎
３．制御系の設計
４．逆運動学
５．障害物回避制御
６．コンプライアンス制御
７．摩擦補償，重力補償

到達目標

本演習を履修することによって以下の能力を修得する．
１．ロボットの構成要素であるエンコーダ，モータ，モータドライバ，アナログ-デジタル変換回路，制御用プログラム言語などを理解できる
２．PID制御の比例制御，積分制御，微分制御を学び，各制御法の役割と違いを理解できる．
３．ロボットのステップ応答実験から伝達関数を求め，PID制御系のパラメータを設計できる．
４．ロボットの逆運動学問題を理解し，ロボットの位置決め制御ができる．
５．ロボットの逆運動学の数値解を求め，ロボットの障害物回避制御ができる．
６．ロボットアームの力を制御するコンプライアンス制御ができる．
７．ロボットの摩擦補償と重力補償を行い，補償の効果を理解できる．
この科目は，学修目標の
1. 【専門力】基盤的な専門力
3. 【コミュニケーション力】論理的に表現でき，尊重しあうことができる力
5. 【展開力】（実践力又は解決力）基本的な問題を解決できる力
の修得に対応する．

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)

授業の進め方

各回の前半で理論と原理を講義し，後半で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

授業時間外学修（予習・復習等）

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ本学の学修規程で定められた時間を目安に行う。

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OCWにアップロードする．
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・演習への出席とそのレポートにより評価する．
・実験と演習の取組状況40%，レポート60%．

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）とMEC.I312 ： モデリングと制御を履修していること，あるいは，それに相当する知識を有することを条件とする．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ない．