ロボティクス

科目基礎情報

学校	旭川工業高等専門学校	開講年度	令和06年度 (2024年度)
授業科目	ロボティクス
科目番号	069	科目区分	専門 / 必修
授業形態	講義	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	システム制御情報工学科（2021年度以降入学者）	対象学年	4
開設期	後期	週時間数	2
教科書/教材	工業力学（青木弘，木谷晋著，森北出版），（参考書：ロボット工学　著者　下嶋浩，佐藤治　森北出版）／　プリント（参考資料および演習問題）
担当教員	阿部 晶

到達目標

1. 同次変換行列を用いてロボットの3次元座標変換を行うことができる。
2. ロボットアームのヤゴビ行列を求めることができる。
3. 2物体の向心・偏心衝突を計算できる。
4. 動力学の基礎の1つである1自由度系の振動現象を説明できる．

ルーブリック

	理想的な到達レベルの目安	標準的な到達レベルの目安	未到達レベルの目安
評価項目1	同次変換行列を用いて，多自由度の多関節ロボットにおける3次元の先端座標を導出できる。	同次変換行列を用いて，低自由度のロボットにおける3次元の先端座標を導出できる。	同次変換行列が導出することができない。
評価項目2	多自由度の多関節ロボットアームにおけるヤゴビ行列を導出できる。	低自由度のロボットアームにおけるヤゴビ行列を導出できる。	ヤコビ行列を導出することができない。
評価項目3	2物体の向心・偏心衝突を正確に計算できる。	2物体の向心・偏心衝突を計算できる。	2物体の向心・偏心衝突を計算できない。
評価項目4	1自由度系の自由および強制振動現象を正確に説明できる。	1自由度系の自由および強制振動現象を説明できる。	1自由度系の自由および強制振動現象を説明できない。

学科の到達目標項目との関係

  システム制御情報工学科の教育目標② （機械工学，電気・電子工学，情報工学における知識をバランス良く修得させ，多様な分野において様々なシステムをデザインできる力を育てる。）

本科の教育目標① （一般教養および科学技術の基礎知識と工学の専門知識を備えた教養豊かな人材を育成する。）

教育方法等

概要:

ロボットの機構と構成要素の位置を，同次変換行列を用いて記述し，各関節の変位と角度を与え，位置・姿勢を求める順運動学について学習する．次いで，ヤコビ行列の導出法を学習し，関節角速度とアームの速度及び姿勢変化の関係について学習する．さらには，2物体の向心と偏心衝突問題を学習する．最後に，動力学の基礎の1つである1自由度系の振動現象を学習する．

授業の進め方・方法:

多関節ロボットアームの順・逆運動学や1自由度系の振動現象に関する基礎事項を学び，ロボットの機械要素の力学に関する知識を習得する。学んだ内容の理解を確認するために宿題を課すので，翌週の授業までに提出すること．

注意点:

・ロボットの運動学に関する基礎を確実に身につけ，具体的な問題に応用できる能力と，さらに深い内容について，独力で学べる土台を造ることに留意する。
・総時間数45時間（自学自習30時間）
・自学自習時間（30時間）は，日常の授業（15時間）に対する予習復習，レポート課題の解答作成時間，試験のための学習時間を時間を総合したものとする。
・評価については，合計点数が60点以上で単位修得となる．その場合，各到達目標項目の到達レベルが標準以上であることが認められる。

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	ロボットの概要	ロボット三原則に代表されるロボットの定義を説明できる．ロボットの構成要素を説明できる．産業用ロボットを形状により分類できる．
		2週	ロボットの順運動学	運動学の概要を説明できる． 座標系の表現方法を説明できる．
		3週	ロボットの順運動学	幾何学的な方法により，ロボットアームの先端座標を計算できる．
		4週	ヤコビ行列	ヤコビ行列を計算できる．
		5週	衝突	2物体の向心衝突の問題を解くことができる．
		6週	衝突	2物体の偏心衝突の問題を解くことができる．
		7週	中間試験	これまで学んだ内容について，試験で確認する．
		8週	振動の基礎	機械振動の種類を分類できる。振動の基本的な数学表現を説明できる．
	4thQ
		9週	1自由度系の自由振動	1自由度系の運動方程式を求めることができる．
		10週	1自由度系の自由振動	非減衰1自由度系の自由振動を説明できる．
		11週	1自由度系の自由振動	減衰1自由度系の自由振動を説明できる．
		12週	1自由度系の強制振動	非減衰1自由度系の強制振動を説明できる．
		13週	1自由度系の強制振動	減衰1自由度系の強制振動を説明できる．
		14週	1自由度系の強制振動	減衰1自由度系の強制振動解を求めることができる．
		15週	1自由度系の強制振動	周波数応答曲線から振動の状態を説明できる．
		16週	学年末試験	これまで学んだ内容について，試験で確認する．

モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標

分類		分野	学習内容	学習内容の到達目標	到達レベル	授業週
専門的能力	分野別の専門工学	機械系分野	力学	運動量および運動量保存の法則を説明できる。	4	後5,後6
				振動の種類および調和振動を説明できる。	4	後8
				不減衰系の自由振動を運動方程式で表し、系の運動を説明できる。	4	後9,後10,後12
				減衰系の自由振動を運動方程式で表し、系の運動を説明できる。	4	後11
				調和外力による減衰系の強制振動を運動方程式で表し、系の運動を説明できる。	4	後13,後14
				調和変位による減衰系の強制振動を運動方程式で表し、系の運動を説明できる。	4	後14,後15

評価割合

	試験	レポート	相互評価	態度	ポートフォリオ	その他	合計
総合評価割合	75	25	0	0	0	0	100
基礎的能力	25	10	0	0	0	0	35
専門的能力	50	15	0	0	0	0	65
分野横断的能力	0	0	0	0	0	0	0