2024年度学院等開講科目工学院システム制御系

ロボットシステムと制御

開講元: システム制御系
担当教員: 倉林大輔
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火5-6 (M-123(H111)) / 金5-6 (M-123(H111))
クラス: -
科目コード: SCE.R301
単位数: 200
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 2Q
シラバス更新日: 2025年3月14日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

本講義は，マニピュレータを出発点として車輪型移動ロボット，冗長マニピュレータ，群ロボットなどの制御を実現するための手法について学びます．特に，ロボットの力学的性質について学び，その基本的な制御系構成が可能になることを目標とします．この中で，仮想仕事の原理，モデル規範による位置制御，インピーダンス制御，ハイブリッド制御，リアプノフ安定規範による制御，分散制御システムについて修得し，制御系構成への応用が可能となることを目標とします．

多様なロボットの社会進出が進む現在において，制御対象となるロボットシステムは多様化しています．本講義でそれらの制御の基礎を習得することで，先進的なロボット制御技術への展開や実用的なロボット開発への道を開きます．

到達目標

ロボット制御において一般的なモデル規範制御を基本とし，運動方程式やヤコビ行列から基本的な制御手法の適用形態を学習します．また，リアプノフ安定性を規範とする制御手法や，分散制御のためのシステム構成，車輪型移動ロボットの制御などについても学びます．

キーワード

モデルベース制御，リアプノフ安定規範，冗長マニピュレータ

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

講義の出発点となる課題を提示しながら内容を講義します．

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	導入：ロボットシステムと制御	マニピュレータの構造，座標系，ヤコビ行列について理解する．
第2回	運動方程式とその性質	マニュピレータの運動方程式を導出し，その性質について理解する．
第3回	モデル規範位置制御	マニピュレータのモデル規範位置制御について理解する．
第4回	インピーダンス制御	マニピュレータのモデル規範インピーダンス制御について理解する．
第5回	拘束表現とハイブリッド制御	力制御と位置制御を並立させるハイブリッド制御について理解する．
第6回	マニピュレータの制御	モデル規範制御の知見を総合してマニピュレータ制御に関して与えられた問題を解決する．
第7回	安定性解析とロボット制御	リアプノフ安定性について理解し，これに基づくロボット制御について学ぶ．
第8回	車輪型移動体の制御	ノンホロミック拘束を持つ車輪型移動体の軌道追従制御について理解する．
第9回	システムの状態評価	特異値分解を演習し，マニピュレータの可操作性，操作力楕円体について理解する．
第10回	冗長マニピュレータ	冗長マニピュレータに対する制御系設計について理解する．
第11回	多様なロボットの制御	車輪型移動体，冗長マニピュレータなどについて知見を統合して与えらえた問題を解決する．
第12回	マニピュレータの同定	マニピュレータの運動方程式に含まれるパラメタの同定手法について理解する．
第13回	目標軌道の設計	ロボットに与える目標軌道の設計について理解する．
第14回	実装とシミュレーション	ロボットの実装やシミュレーション手法について理解する．

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

特になし．講義各回において必要な資料は配布する．

参考書、講義資料等

吉川恒夫 (1988) ロボット制御基礎論．コロナ社．
細田耕 (2019) 実践ロボット制御．オーム社．

成績評価の方法及び基準

成績評価は講義中の試問(30%)および期末試験 (70%)により行う．

履修の条件・注意事項

システム制御の基礎およびロボット機構学について修得していることが望ましい．