授業科目

ロボット工作基礎
Robot Assembly Engineering Work

担当者

准教授 松本 光広
前 火1
助教   佐藤 圭介
前 火1

単位

1

到達目標

 本授業の到達目標は、履修者が、①ロボットの基本要素であるセンサ、アクチュエータ、マイコンなどについて学ぶこと、②ロボットを製作することにより、機械要素・機構、電子回路の基本的な知識を理解すること、③ロボットを動作させることにより、基本的な制御の仕組みを理解すること、④部品展開、信頼性工学、生産管理、品質管理などの経営工学の基本を学習すること、等々を通じてメカトロニクスや経営工学の基礎を身に付けられることである。なお、本授業では基本的なマイコンの制御プログラムが作成できることを前提にしているため、「プログラミング演習」および「制御プログラミング演習」を先に履修していることが望ましい。

授業内容

 一般にロボットには、メカトロニクスと呼ばれる技術が用いられている。その内容は広範で多岐にわたるため、本授業では、配付資料や参考書に沿って、ロボットの基本要素であるセンサ、アクチュエータ、マイコンなどに関する講義を行うとともに、体験学習として、ロボットの製作を行う。センサ、アクチュエータ、マイコンなどを用いたロボットの製作を通じて、機械要素・機構、電子回路の基本的な知識を習得する。また、コンピュータ上でプログラムを作成してマイコンにアップロードし、ロボットを動作させることにより、基本的な制御の仕組みについて学ぶ。併せて、ロボット製作の一連の作業を通して、経営工学の基本である部品展開、信頼性工学、生産管理、品質管理などが生産現場のコンピュータで実現されていることも理解する。

授業計画

 各回の授業内容は、次のように予定している。予習として、各回のキーワードを事前に調べてくることを勧める。また、各回の作業内容を積み重ねてロボットを完成させるため、復習として、授業時に行った作業内容を自宅のコンピュータなどを用いて再確認することが望ましい。なお予習・復習合わせて各回あたり約1時間の自己学習を想定している。

1. ガイダンス/ロボット製作の概要
  シラバスの記載事項について確認し、本授業の概要について理解する。
2. 電圧の測定/抵抗値の測定/電源用ケーブルの作成
  乾電池と充電池の電圧、電気抵抗の抵抗値を測定し、電源用ケーブルを作成する。
3. センサの特性の測定
  センサの特性を測定してグラフを作成する。
4. 可変抵抗の抵抗値の測定/電子回路を用いたLEDの点灯とモータの回転
  可変抵抗の抵抗値を測定してグラフを作成して、電源、スイッチ、抵抗などを使用して、LEDを点灯させる電子回路とモータを回転させる電子回路を製作する。
5. スイッチ、可変抵抗、測距センサを用いたマイコンによるLEDの点灯
  マイコンのプログラムを作成し、スイッチ、可変抵抗、測距センサを使用して、LEDを点灯させる。
6. マイコンを用いたモータの回転
  マイコンのプログラムを作成し、モータを回転させる。
7. マイコンを用いたスイッチやセンサによるモータの回転
  マイコンのプログラムを作成し、スイッチやセンサを使用して、モータを回転させる。
8. ギヤボックスの組立
  ギヤボックスの組立を行う。
9. 基本的な機械要素や機構の製作
  ロボットの機械要素や機構を設計製作する前に、基本的な機械要素や機構の製作を行う。
10. ロボットの移動動作
  ロボットの移動部を組み立て、マイコンのプログラムを作成し、ロボットを任意の位置に移動させる制御を行う。
11. ロボットの作業動作
  ロボットの作業部を組み立て、マイコンのプログラムを作成し、ロボットに任意の作業を実行させる制御を行う。
12. ロボットの統合制御
  マイコンのプログラムを作成し、ロボットを任意の位置に移動させつつ、任意の作業を実行させる制御を行う。
13. コンテスト
  製作したロボットの性能やアイデアなどの評価を行う。
14. ロボットの分解
  作業改善、標準作業化、作業改善が品質に与える影響を考慮して、ロボットを分解する。

授業運営

 本授業は、講義形式による学習に加え、原則、受講生2名で1台(もしくは1名で1台)のロボット製作による体験学習を行う。各回の作業内容を重畳してロボットを完成させるため、遅刻や欠席をしないよう心掛けること。なお、授業冒頭に、これまでに学んだ知識を問う小テストを行う。小テストの後に講義を行い、毎回、設定した演習課題を実施してもらう。

評価方法

 小テスト(30%)、演習課題(40%)、コンテスト(30%)で総合評価する。

オフィスアワー

 質問や相談等は、授業終了後の火曜日5時限に23号館708室で受け付ける。

使用書

 適宜プリントを配布する。

参考書

小林茂『Prototyping Lab - 作りながら考えるためのArduino実践レシピ』[オライリージャパン]2010年
Massimo Banzi,船田巧『Arduinoをはじめよう』第2版[オライリージャパン]2012年
藤本直明ほか『電脳Arduinoでちょっと未来を作る(マイコンと電子工作)』[CQ出版]2010年

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