ロボティクス実験Ⅰ

科目基礎情報

学校	仙台高等専門学校	開講年度	令和04年度 (2022年度)
授業科目	ロボティクス実験Ⅰ
科目番号	0012	科目区分	専門 / 必修
授業形態	実験・実習	単位の種別と単位数	履修単位: 2
開設学科	ロボティクスコース	対象学年	3
開設期	通年	週時間数	2
教科書/教材	なし/（参考書）イラストで学ぶロボット工学　著者：木野仁　出版社：講談社
担当教員	櫻庭 弘,野角 光治,若生 一広

到達目標

・ロボットの位置制御、速度制御、力制御を行うことができる。
・実験装置・器具・情報機器等を利用して目的を達成する手法を実践できる。

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
倒立振子	カルマンフィルタを用いた倒立振子の制御を実行できる。	倒立振子の制御を実行できる。	倒立振子の制御を実行できない。
ロボットアーム	ロボットアームの位置制御と力制御を組み合わせることができる。	ロボットアームの位置制御、速度制御、力制御を行うことができる。	ロボットアームの位置制御、速度制御、力制御を行うことができない。

学科の到達目標項目との関係

 学習・教育到達度目標  １ ロボティクスの体系的な知識と技術を身に付ける。

学習・教育到達度目標 ２  機械・電気・電子・情報等の基盤技術を身に付ける。

学習・教育到達度目標 ３ ロボティクスの視点に立った論理的かつ実践的思考力を身に付ける。

学習・教育到達度目標 ４ ロボティクスの社会的な役割を理解し、技術的課題を解決できる能力を身に付ける。

教育方法等

概要:

倒立振子を題材として、カルマンフィルタによるロボット制御の基礎的概念について習得します。
また、ロボットアームを題材として、ロボット制御の基礎的概念について習得します。

授業の進め方・方法:

前期では倒立振子をテーマとした実験に個人で取り組みます。
後期ではロボットアームをテーマとした実験にグループで取り組みます。
事前学習（予習）：次回の授業内容について調べ、分からないところを明らかにする。
事後学習（復習）：毎回の授業後に授業内容を振り返り、プロジェクト活動への活用を考える。

注意点:

成績は、各実験の成果物により評価を行います。

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	ガイダンス 【倒立振子】傾斜計のハードウェア作製①	傾斜計回路を作製できる。
		2週	【倒立振子】傾斜計のハードウェア作製②	傾斜計回路を作製できる。
		3週	【倒立振子】傾斜計のハードウェア作製③	傾斜計回路を作製できる。
		4週	【倒立振子】傾斜計のソフトウェア作製①	傾斜測定プログラムを作製できる。
		5週	【倒立振子】傾斜計のソフトウェア作製②	傾斜測定プログラムを作製できる。
		6週	【倒立振子】傾斜計の動作実験①	傾斜計による傾斜角測定を実行できる。
		7週	【倒立振子】傾斜計の動作実験②	傾斜計による傾斜角測定を実行できる。
		8週	【倒立振子】カルマン２輪車のハードウェア作製①	倒立振子本体を作製できる。
	2ndQ
		9週	【倒立振子】カルマン２輪車のハードウェア作製②	倒立振子の駆動回路を作製できる。
		10週	【倒立振子】カルマン２輪車のハードウェア作製③	倒立振子の駆動回路を作製できる。
		11週	【倒立振子】カルマン２輪車のソフトウェア作製④	倒立振子制御用プログラムを作製できる。
		12週	【倒立振子】カルマン２輪車のソフトウェア作製⑤	倒立振子制御用プログラムを作製できる。
		13週	【倒立振子】カルマン２輪車の動作実験①	カルマンフィルタを用いて倒立振子を制御できる。
		14週	【倒立振子】カルマン２輪車の動作実験②	カルマンフィルタを用いて倒立振子を制御できる。
		15週	【倒立振子】カルマン２輪車の動作実験③	カルマンフィルタを用いて倒立振子を制御できる。
		16週	【倒立振子】カルマン２輪車の動作実験④	カルマンフィルタを用いて倒立振子を制御できる。
後期
	3rdQ
		1週	【ロボットアーム】位置制御①	手先位置をPTP制御できる。
		2週	【ロボットアーム】位置制御②	手先位置をPTP制御できる。
		3週	【ロボットアーム】PTP制御による軌道制御①	PTP制御を用いて手先位置の軌道を制御できる。
		4週	【ロボットアーム】PTP制御による軌道制御②	PTP制御を用いて手先位置の軌道を制御できる。
		5週	【ロボットアーム】速度制御①	手先速度を制御できる。
		6週	【ロボットアーム】速度制御②	手先速度を制御できる。
		7週	【ロボットアーム】分解速度法による軌道制御①	分解速度法を用いて手先位置の軌道を制御できる。
		8週	【ロボットアーム】分解速度法による軌道制御②	分解速度法を用いて手先位置の軌道を制御できる。
	4thQ
		9週	【ロボットアーム】フィードフォワードによる力制御	フィードフォワード制御により手先の力を制御できる。
		10週	【ロボットアーム】フィードフォワードによる力制御	フィードフォワード制御により手先の力を制御できる。
		11週	【ロボットアーム】フィードバックによる力制御	フィードバック制御により手先の力を制御できる。
		12週	【ロボットアーム】フィードバックによる力制御	フィードバック制御により手先の力を制御できる。
		13週	【ロボットアーム】作業座標系PD制御	位置と力のハイブリッド制御ができる。
		14週	【ロボットアーム】作業座標系PD制御	位置と力のハイブリッド制御ができる。
		15週	【ロボットアーム】作業座標系PD制御	位置と力のハイブリッド制御ができる。
		16週	【ロボットアーム】作業座標系PD制御	位置と力のハイブリッド制御ができる。

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
基礎的能力	自然科学	物理実験	物理実験	電磁気に関する分野に関する実験に基づき、代表的な物理現象を説明できる。	3
				電子・原子に関する分野に関する実験に基づき、代表的な物理現象を説明できる。	3
		化学実験	化学実験	実験の基礎知識(安全防具の使用法、薬品、火気の取り扱い、整理整頓)を持っている。	3
				測定と測定値の取り扱いができる。	3
専門的能力	分野別の工学実験・実習能力	電気・電子系分野【実験・実習能力】	電気・電子系【実験実習】	キルヒホッフの法則を適用し、実験結果を考察できる。	3	前3,前4,前5,前6
				分流・分圧の関係を適用し、実験結果を考察できる。	3	前3,前4,前5,前6
				ブリッジ回路の平衡条件を適用し、実験結果を考察できる。	3	前3,前4,前5,前6
				重ねの理を適用し、実験結果を考察できる。	3	前3,前4,前5,前6
				インピーダンスの周波数特性を考慮し、実験結果を考察できる。	3	前3,前4,前5,前6
				共振について、実験結果を考察できる。	3	前3,前4,前5,前6
				増幅回路等(トランジスタ、オペアンプ)の動作に関する実験結果を考察できる。	3	前3,前9,前10,前11,前12,前13,前14
				論理回路の動作について実験結果を考察できる。	3	前3,前9,前10,前11,前12,前13,前14
				ダイオードの電気的特性の測定法を習得し、その実験結果を考察できる。	3	前3,前9,前10,前11,前12,前13,前14
				トランジスタの電気的特性の測定法を習得し、その実験結果を考察できる。	3	前3,前9,前10,前11,前12,前13,前14
				ディジタルICの使用方法を習得する。	3	前3,前9,前10,前11,前12,前13,前14

評価割合

	試験	発表	相互評価	態度	成果物	その他	合計
総合評価割合	0	0	0	0	100	0	100
基礎的能力	0	0	0	0	0	0	0
専門的能力	0	0	0	0	100	0	100
分野横断的能力	0	0	0	0	0	0	0