2025年度 (最新) 学院等開講科目工学院機械系

ロボットの力学と制御

開講元: 機械系
担当教員: 岡田昌史
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 木5-8 (I1-256(I121))
クラス: -
科目コード: MEC.I333
単位数: 200
開講時期: 2025年度
開講クォーター: 2Q
シラバス更新日: 2025年3月19日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

本授業では現代制御理論とロボットの制御に関して講義する．まず，線形システムを対象とし，状態空間での表現を用いて，その表し方，解析，制御系の設計について述べる．次に，非線形システムとしてロボットを対象とし，その制御法について述べる．

到達目標

本講義により，
(1) 現代制御論に関して
(a) 線形システムを状態方程式で表すことができるようになる
(b) システムの可制御性，可観測性を調べることができる
(c) 極配置，最適レギュレータ，オブザーバを用いて制御系が設計できる
(d) 最適化問題の解き方を理解する
(2) ロボットの制御に関して
(a) 運動学，静力学の解が求められる
(b) 運動方程式が求められる
(c) コンプライアンス制御系が設計できる

キーワード

現代制御論，運動学，静力学，動力学，最適化

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)
6. 機械工学の発展的専門学力，7. 専門知識を活用して新たな課題解決と創造的提案を行う能力

授業の進め方

本授業は講義を中心として行う．それぞれの授業において，前回までの知識が前提となるため，次の授業までに十分な復習をしておくことが望ましい．

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	運動方程式と状態方程式	線形システムを状態方程式で表すことができる
第2回	伝達関数と状態方程式	伝達関数から状態方程式を求められる．また，状態方程式から伝達関数が求められる
第3回	状態方程式の安定性	状態遷移行列の固有値からシステムの安定性が導ける
第4回	システムの結合	状態方程式で表された系の結合系を新たな状態方程式で表すことができる．
第5回	可制御性と可観測性，最小実現	状態方程式から可制御性，可観測性を調べられる．また，最小実現を求めることができる．
第6回	状態フィードバック，極配置	極配置によって状態フィードバックが設計できる
第7回	最適制御，最適化問題	最適レギュレータによって静的制御系が設計できる，最適化の基礎的な考え方を理解している
第8回	オブザーバ，カルマンフィルタ	オブザーバで状態推定ができる
第9回	ロボットの運動学と座標変換	ロボットの運動学が理解できる
第10回	オイラー角，姿勢の表し方	オイラー角を用いて姿勢があらわせる
第11回	逆運動学解析，ニュートンラプソン法	ニュートンラプソン法を用いて逆運動学の解が得られる
第12回	ロボットの静力学・仮想仕事の原理	仮想仕事の原理に基づいて静力学の解が得られる
第13回	ロボットの順動力学/逆動力学	運動方程式から順/逆動力学の解が得られる
第14回	非線形系の線形化手法，コンプライアンス制御・インピーダンス制御	テイラー展開を利用して非線形系が線形化できる，フィードバック線形化ができる，コンプライアンス制御系，インピーダンス制御系が設計できる

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

参考書、講義資料等