ロボティクス基礎

科目基礎情報

学校	北九州工業高等専門学校	開講年度	令和06年度 (2024年度)
授業科目	ロボティクス基礎
科目番号	0039	科目区分	専門 / 必修
授業形態		単位の種別と単位数	履修単位: 1
開設学科	生産デザイン工学科（知能ロボットシステムコース）	対象学年	2
開設期	後期	週時間数	2
教科書/教材	配布資料
担当教員	富永 歩

到達目標

１．身のまわりにある機械について，どのような制御が適用されているか理解できる．A①
２．機械制御の成り立ちと理解できる．A①
３．フィードバック制御方法について，その概要・設計要素・操作量の決定方法が説明できる．B①
４．移動ロボットの運動（速度・変位）について数学を用いて説明ができる．B①
５．垂直多関節型ロボット理解し，関節角度と手先位置の関係について数学を用いて説明できる．B①
５．計測や制御で用いられる各種単位について理解する．A①B①
６．実験レポートの作成の方法を理解し実践できる．A①B②

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	身のまわりにある機械について、どのような制御が適用されているか正しく理解し、説明できる。	機械制御の適用例、歴史、各種制御方法について理解し、それぞれについて説明できる。	機械制御の適用例、歴史、各種制御方法について体系的に理解できない。
評価項目2	機械制御の歴史を正しく理解し，現在動いている機械とどのような関連があるのか，制御工学的な観点から説明ができる	機械制御の歴史について理解できる。	機械制御の歴史を理解できない。
評価項目3	フィードバック制御についてその仕組みと設計要素について正しく理解した上で，操作量の決定方法について説明ができる	フィードバック制御についてその仕組みと設計要素について理解できる	フィードバック制御が理解できない
評価項目4	移動ロボットの運動（速度・変位）について数学を用いて説明ができる	移動ロボットの運動（速度・変位）について理解できる	移動ロボットの運動（速度・変位）について理解できず，説明できない
評価項目5	垂直多関節型ロボットの構造を理解し，関節角度と手先位置の関係について数学を用いて説明できる	垂直多関節型ロボットの構造を理解し，関節角度と手先位置の関係について理解できる	垂直多関節型ロボットについて理解できない
評価項目6	各種単位について正しく理解し、適切に使用できる。	各種単位について理解し、使用できる。	各種単位について理解できない。
評価項目7	実験レポートの作成方法を理解し，WordおよびExcelを正しく活用した上で実践できる．	実験レポートの作成方法を理解し，実践できる。	実験レポートの作成方法を理解できず，実践できない．

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 B① 専門分野における工学の基礎を理解できる。

学習・教育到達度目標 B② 自主的・継続的な学習を通じて、専門工学の基礎科目に関する問題を解くことができる。

教育方法等

概要:

ロボットの設計開発において基礎的な知識となる制御工学について，その概要および設計方法について学習する．
また「移動ロボット」と「垂直多関節ロボット」の２種について取り上げ，ロボットの何をどのように制御するのかを数学的な背景も踏まえて理解する．
授業後半では工学系レポートの作成方法について解説し，実験レポートに記載すべき内容や構成について学ぶ．
レポートの作成方法では，より具体的なWordの使い方，Excelを用いたグラフの作成方法，作成したグラフをWordに掲載する方法について実践し，工学系レポートを作成する際の技術を修得する．

授業の進め方・方法:

プロジェクタにスライド資料を写して授業を行う．スライド資料は配布するが，重要な点については各自でノートを作成すること．

注意点:

毎授業で課題を配布するため必ず提出すること．課題の内容は説明を求める記述形式が多く数式とともに説明することも求める．
不明な点については積極的に質問すること．

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	機械制御の歴史1	紀元前〜産業革命までの機械制御の歴史について学習し，代表的な機械（装置）についてその制御の仕組みについて説明できる．
		2週	機械制御の歴史2	19世紀〜20世紀までの機械制御の歴史について学習し，代表的な機械（装置）についてその制御の仕組みについて説明できる．
		3週	フィードバック制御1	制御の基礎であるフィードバック制御について，その概要が説明できる．ここでは「棒立て遊び」を例にフィードバック制御について体験を通して学習する．
		4週	フィードバック制御2	制御の基礎であるフィードバック制御について，制御系の設計に必要な要素について説明できる．ここでは「倒立振子」を例にフィードバック制御の設計について学習する．
		5週	P制御	フィードバック制御における操作量の決定方法である比例制御（P制御）について説明できる．ここでは「倒立振子」を例にP制御による制御系の実装例を学習する
		6週	移動ロボットの数学1	移動ロボットの代表例である「差動二輪型ロボット」について学習する．差動二輪型の構造について理解し，その運動について数学的な観点から説明することができる．
		7週	移動ロボットの数学2	差動二輪型ロボットの運動およびその変位について数学的に理解し，説明ができる．
		8週	中間試験	１〜７週の内容に関する試験を行い，その理解度を測る
	4thQ
		9週	垂直多関節型ロボットの数学1	産業用に用いられる「垂直多関節型ロボット」について学習する．その構造について理解し，関節角度と手先位置の関係について数学的な説明ができる．
		10週	垂直多関節型ロボットの数学2	産業用に用いられる「垂直多関節型ロボット」について，手先位置と関節角度の関係について数学的に説明ができる．
		11週	単位と次元	工学系レポートの作成に向け，単位や次元について学習し，その重要性について理解できる．
		12週	レポート作成方法（Wordの使い方）	工学系レポート作成のためのWordの活用方法がわかる．レポート作成における適切な余白やフォントサイズについて設定ができる．
		13週	レポート作成方法（Excelの使い方）	工学系レポート作成のためのExcelの活用方法がわかる．２次元データの入力およびレポートのためのグラフデザインの設定ができる．
		14週	レポート作成方法（まとめ）	WordおよびExcelについて学んだことを踏まえて，文章・図・表を含むレポートが作成できる．また，レポートの提出ができる．
		15週	定期試験	本授業の総まとめとして定期試験を行う．
		16週	定期試験内容についての解説	定期試験の内容を解説する．

評価割合

	試験	課題	演習課題	合計
総合評価割合	50	40	10	100
基礎的能力	0	0	0	0
専門的能力	50	40	0	90
分野横断的能力	0	0	10	10