ロボット工学特論

科目基礎情報

学校	熊本高等専門学校	開講年度	平成29年度 (2017年度)
授業科目	ロボット工学特論
科目番号	AN126	科目区分	専門 / 選択
授業形態	授業	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	電子情報システム工学専攻	対象学年	専1
開設期	後期	週時間数	2
教科書/教材	吉川恒夫著：「ロボット制御基礎論」コロナ社 / WIlliam A. Wolovich, ROROTICS:Basic Analysis and Design
担当教員	永田 正伸

到達目標

・マニピュレータのリンクに固定されたリング座標系を表現するための物体座標系の表現方法，特に座標の回転変換，オイラー角による姿勢表現について理解し、説明できる．
・座標系間の位置と姿勢の関係を表す同時変換について理解し、説明できる．
・マニピュレータの手先位置を各リンクの関節変数を用いて表す一般的方法を理解し、説明できる．
・自由度マニピュレータのリンク座標間の関係と同次変換行列の関係を理解し、説明できる。さらに，代数的方法および手先位置と関節変数の微分関係を理解し、逆運動学問題を説明できる。
・ニュートン・オイラー法によるマニピュレータの運動方程式の導出過程を理解し、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
位置と姿勢	・マニピュレータのリンクに固定されたリング座標系を表現するための物体座標系の表現方法，特に座標の回転変換，オイラー角による姿勢表現について理解し、座標間の位置ベクトルおよび姿勢行列を導出できる．	・マニピュレータのリンクに固定されたリング座標系を表現するための物体座標系の表現方法，特に座標の回転変換，オイラー角による姿勢表現について理解し、説明できる．	・マニピュレータのリンクに固定されたリング座標系を表現するための物体座標系の表現方法，特に座標の回転変換，オイラー角による姿勢表現について説明できない。
座標変換	・座標系間の位置と姿勢の関係を表す同時変換について理解し、座標間の同時変換行列を導出できる．	・座標系間の位置と姿勢の関係を表す同時変換について理解し、説明できる．	・座標系間の位置と姿勢の関係を表す同時変換について説明できない．
手先位置と関節変数	マニピュレータの手先位置を各リンクの関節変数を用いて表す一般的方法を理解し、各関節座標間の同時変換行列を導出できる．	マニピュレータの手先位置を各リンクの関節変数を用いて表す一般的方法を理解し、説明できる．	マニピュレータの手先位置を各リンクの関節変数を用いて表す一般的方法を説明できない．
順運動学	６自由度マニピュレータのリンク座標を設定し，それらの同次変換行列を求め，これらの同時変換行列を用いて順運動学方程式を導出できる．	６自由度マニピュレータのリンク座標間の関係と同次変換行列の関係を理解し、説明できる。	６自由度マニピュレータのリンク座標間の関係と同次変換行列の関係を説明できない。
逆運動学	代数的方法および手先位置と関節変数の微分関係を用いて逆運動学問題を解くことができる．	代数的方法および手先位置と関節変数の微分関係を理解し、逆運動学問題を説明できる。	代数的方法および手先位置と関節変数の微分関係を用いて逆運動学問題が説明できない。
動力学	ニュートン・オイラー法によるマニピュレータの運動方程式の導出過程を理解し、ｎリンクマニピュレータの運動方程式を導出できる．	ニュートン・オイラー法によるマニピュレータの運動方程式の導出過程を理解し、説明できる．	ニュートン・オイラー法によるマニピュレータの運動方程式の導出過程が説明できない．

教育方法等

概要:

一般的なロボット（マニピュレータ）は開ループリンク機構であり、３次元空間を作業領域とする場合は、煩雑な運動学および動力学の知識が必要となる。特に、ロボットに希望する動作を実現するためには、逆運動学方程式を解く必要がある。一方、ロボットの制御を行う場合には、予めシミュレーションによる検証を行うことが望ましいが、そのためには、順動力学さらに逆動力学問題を解く必要がある。本講義では、これらのロボット開発における基本的な知識の習得を行う。

授業の進め方・方法:

授業は、講義形式で実施する。
自学学習については、授業内・ＨＰ等での指示に基づくレポートを期末に提出し、レポート評価50%のうち、10%の評価として総合評価に算入する。

注意点:

規定授業時間数：30単位時間
本科目は、1単位あたり30時間程度の自学自習が求められます。

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	物体の位置と姿勢	基準座標と物体座標の位置と姿勢の関係を理解し、説明できる。
		2週	回転行列と座標変換 姿勢表現	２つの座標間の姿勢関係を理解し、回転行列を求めることができる。 回転行列を用いた２つの座標間の姿勢表現を理解し、説明できる。
		3週	同次変換と逆変換	２つの座標間の位置と姿勢の関係を同次変換行列を用いて表し、また、逆変換行列を求めることができる。
		4週	順運動学と逆運動学	順運動学と逆運動学を理解し、説明できる。
		5週	リンク座標間の関係	リンクパラメータを用いて、マニピュレータのリンク間の座標関係を表すことができる。
		6週	マニピュレータの順運動学	同次変換を用いた座業変換を、マニピュレータの順運動学に適用できる。
		7週	マニピュレータの逆運動学	マニピュレータの逆運動学問題の例題を解くことができる。
		8週	座標間の速度関係	座標間の速度関係を理解し、説明できる。
	4thQ
		9週	マニピュレータの座標間の速度関係	マニピュレータのリンク間の座標関係を微分し、速度関係を求めることができる。
		10週	マニピュレータのヤコビ行列と特異姿勢	マニピュレータのヤコビ行列を求めることができる。
		11週	静力学とヤコビ行列	マニピュレータの手先に働く力と、関節トルクおよび関節力との関係を理解し、説明できる。
		12週	ニュートン・オイラーの運動方程式	ニュートン・オイラーの運動方程式を理解し、説明できる。
		13週	マニピュレータへのニュートン・オイラーの運動方程式の適用（１）	nリンクマニピュレータにニュートン・オイラーの運動方程式を適用し、nリンクマニピュレータの動力学方程式の導出過程を説明できる。
		14週	マニピュレータへのニュートン・オイラーの運動方程式の適用（２）	nリンクマニピュレータにニュートン・オイラーの運動方程式を適用し、nリンクマニピュレータの動力学方程式の導出過程を説明できる。
		15週	定期試験	学習した主な問題を解くことができる。
		16週	試験解答、答案返却 授業のまとめ	授業で学習した内容を理解し、説明できる。

評価割合

	試験	レポート	自学ノート				合計
総合評価割合	50	40	10	0	0	0	100
基礎的能力	0	0	0	0	0	0	0
専門的能力	50	40	10	0	0	0	100
分野横断的能力	0	0	0	0	0	0	0