メカトロニクス工学

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05年度 (2023年度)
授業科目	メカトロニクス工学
科目番号	0154	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: 2
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	5
開設期	前期	週時間数	4
教科書/教材
担当教員	浜松 弘,古野 誠治

到達目標

1. 【アクチュエータ】ロボットの操作するためのシミュレーション、ティーチング操作ができる。
2. 【アクチュエータ】パレタイジングのためのプログラミングができる。
3. 【制御工学】MATLAB / Simulinkを用いて制御系の解析ができる。
4. 【制御工学】MATLAB / Simulinkを用いて制御系の設計ができる。

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	ロボットの操作するためのシミュレーション、ティーチング操作ができ、応用できる技術が修得できている。	ロボットの操作するための基本的なシミュレーション、ティーチング操作ができる。	ロボットの操作するためのシミュレーション、ティーチング操作ができない。
評価項目2	パレタイジングのためのプログラミングができ、さまざまな場面に応用できる。	パレタイジングのための基本的なプログラミングができる。	パレタイジングのためのプログラミングができない。
評価項目3	制御工学の基本を理解し、MATLAB / Simulinkを用いて制御系の解析ができる。	MATLAB / Simulinkを用いて制御系の解析ができる。	MATLAB / Simulinkを用いて制御系の解析ができない。
評価項目4	制御系の特性改善について理解し、MATLAB / Simulinkを用いて制御系の設計ができる。	MATLAB / Simulinkを用いて制御系の設計ができる。	MATLAB / Simulinkを用いて制御系の設計ができない。

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 A② 自主的・継続的な学習を通じて、基礎科目に関する問題を解くことができる。

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。

学習・教育到達度目標 C① 実験や実習を通じて、問題解決の実践的な経験を積む。

教育方法等

概要:

本授業では、本コースの基本方針である「インターフェースの創造」において重要な要素である「アクチュエータ」と「制御工学」について、知識だけでなく実習も重視し実践的に理解することを目的とする。アクチュエータでは、コンピュータやPLC を使って、実際に各種アクチュエータを動作させ、原理や応用について学ぶ。実習結果をレポートにまとめ、整理と考察を行う。制御工学では、MATLAB / Simulinkを用いて制御工学の解析法から制御系の特性改善のための設計法を実践的に学ぶ。この授業は企業でロボット研究を担当していた教員が、その経験を活かし、産業用ロボットの操作実習やFAについて全15週のうち、8週について授業を行うものである。

授業の進め方・方法:

クラスを「1stQのアクチュエータ班」と「2ndQの制御工学班」に分け、それぞれを30 時間ずつ受講する。
・アクチュエータ班は専攻科棟5 階に設置してある「知能化CIM 実習実験設備」を利用する。受講者は、8つの班に分けて実習する。
・制御工学班は8 号館3 階のCAD 室を利用する。

注意点:

アクチュエータでは、実習に対して、実習目的、内容、考察を実習レポートとしてまとめさせている。シーケンス制御、ロボットのプログラムの意味を再度理解するための考察する時間を与え、まとめる力をつけさせている。
制御工学では、MATLAB / Simulinkを用いて制御工学の基礎から制御系の設計までを実践的に学習できるような具体的な演習問題やプログラムの作成課題を与える。

授業の属性・履修上の区分

ICT 利用

実務経験のある教員による授業

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	シラバスの説明 ロボットの構造理解、ロボットのジョグ運転実習	ロボットの構造を説明できる。 ジョグ運転操作ができる。
		2週	ロボットシミュレータによるプログラミング	ロボットシミュレータ操作ができる。 プログラミングできる。
		3週	ロボットのティーチング実習 パレタイジングのためのティーチング実習	ティーチング操作ができる。 パレタイジングを説明できる。
		4週	パレタイジングのためのプログラミング実習	パレタイジングのプログラミングができる。 パレタイジングにより、ワークの搬送ができる。
		5週	外部入出力装置を使った信号処理 カラーセンサ	ロボットとPLC間の信号の入出力が説明できる。 カラーセンサの動作を説明できる。
		6週	空気圧アクチュエータ実習 PLCによるシーケンス制御実習	空気圧アクチュエータの操作ができる。 PLCのプログラミングができる。
		7週	ロボットとPLCの同期制御実習	ロボットとPLCの信号操作によるプログラミングができる。
		8週	レポート整理	1〜7週までの内容を網羅したレポートを作成し、授業内容の理解の定着を確認する。
	2ndQ
		9週	シラバスの説明 MATLAB / Simulinkによる動的システム解析のための準備	MATLAB / Simulinkを用いて制御系の伝達関数を表現できる。 MATLAB / Simulinkを用いてブロック線図でシステムを表現できる。
		10週	過渡応答解析１	MATLAB / Simulinkを用いてステップ応答、インパルス応答、ランプ応答の解析ができる。
		11週	過渡応答解析２	MATLAB / Simulinkを用いて任意の入力に対する応答、任意の初期条件からの応答を解析できる。
		12週	根軌跡解析	MATLAB / Simulinkを用いて制御系の性能を補償するために根軌跡を用いることができる。
		13週	周波数応答解析１	MATLAB / Simulinkを用いてボード線図、ナイキスト線図を描くことがでできる。
		14週	周波数応答解析２	MATLAB / Simulinkを用いて制御系の補償器を設計するために周波数応答解析を用いることができる。
		15週	状態空間表現に基づく制御系設計	MATLAB / Simulinkを用いて制御系の状態方程式を表現できる。 MATLAB / Simulinkを用いて可制御と可観測を調べることができる。
		16週	レポート整理	9〜15週までの内容を網羅したレポートを作成し、授業内容の理解の定着を確認する。

評価割合

	演習・レポート	合計
総合評価割合	100	100
基礎的能力	0	0
専門的能力	100	100
分野横断的能力	0	0