わかりやすい ロボットシステム入門 ―メカニズムから制御,システムまで― (改訂3版)

前表紙
株式会社 オーム社, 2020/02/25 - 228 ページ

ロボットシステムが包括的に理解できる定番教科書、待望の改訂!

 人工知能技術に代表される知能化や開発環境の変化、掃除ロボットの普及、サービスロボットの実用化、自動運転関連技術の進展など、ここ数年、ロボットやその技術を取り巻く環境は大きく変化しています。

 本書は、旧版の内容を見直し、これらの技術的・社会的な変化を取りこみつつ、ロボットシステムの基礎から応用技術までを丁寧に解説します。

はじめに

第2版にあたり

第3版にあたり

目次

1章 ロボットとメカトロニクス

1-1 ロボットとメカトロニクスの関係は

1-2 ロボットの定義

1-3 ロボットはシステム技術である

1-4 ロボットはどこに適用されているのか

1-5 ロボットの現状は

トライアル1

2章 ロボットの形

2-1 ロボットはどんな形をしているのか

2-2 ロボットに必要な関節数は

2-3 ロボットと専用機械の違いは何か

トライアル2

3章 ロボットのメカニズム

3-1 ロボットの関節はどうなっているのか

3-2 関節はどのように構成するのか

3-3 動力はどうやって関節へ伝えるのか

3-4 減速機の役割とは何か

3-5 ロボット用の減速機にはどのようなものがあるのか

 1 遊星歯車減速機

 2 ハーモニックドライブ減速機

 3 内接式遊星歯車

 4 ウォームギア

 5 ボールねじ

3-6 減速機に求められる性能とは何か

 1 小形高効率

 2 バックドライブ

 3 高剛性

 4 バックラッシとヒステリシス

 5 無負荷ランニングトルク

3-7 減速機を使わないロボットとは

トライアル3

4章 ロボットのセンサ

4-1 位置・速度センサはロボット制御の基本

 1 エンコーダ

 2 ポテンショメータ

 3 レゾルバ

 4 タコジェネレータ

4-2 力センサはどうなっているのか

 1 RCCデバイス

 2 力検出の原理

 3 6軸力センサ

4-3 近くのものを検出するには

 1 うず電流式近接センサ

 2 静電容量式近接センサ

 3 光学式近接センサ

 4 機械式リミットスイッチ

4-4 どうやって距離を測るのか

 1 超音波式距離センサ

 2 レンジファインダ

 3 3 次元形状計測法

 4 能動カメラ法

4-5 環境計測に必須な測域センサ

4-6 そのほかにどんなセンサがあるのか

4-7 センサと制御の関係はどうなっているのか

トライアル4

5章 ロボットのアクチュエータ

5-1 アクチュエータにはどんな種類があるのか

 1 アクチュエータの分類

 2 油圧アクチュエータ

 3 空気圧アクチュエータ

 4 超音波モータ

 5 SMA

 6 FMA

5-2 電磁力モータをモデル化してみよう

5-3 サーボモータの特徴とは

5-4 モータ駆動部を設計してみよう

5-5 モータはどのように制御されているのか

 1 モータのトルク(電流)制御

 2 モータの速度制御

 3 モータの位置制御

トライアル5

6章 ロボット関節のフィードバック制御

6-1 関節のモデル化とダイナミクスを知ろう

6-2 運動方程式のパラメータを同定しよう

6-3 位置・速度制御系を設計しよう

 1 速度制御系の検討

 2 位置制御系の設計

6-4 機械共振を考慮したモデル化と制御ゲインの関係

6-5 目標軌道生成とフィードフォワードの効果

 1 台形加減速軌道とS字加減速軌道

 2 フィードフォワードの効果

6-6 外乱オブザーバとは何か

6-7 振動抑制制御って,どうやるのか

トライアル6

7章 ロボットの運動学

7-1 位置と姿勢の表現方法を知ろう

 1 同次変換行列とは

 2 オイラー角による変換

 3 ロール・ピッチ・ヨー角による変換

 4 単位クォータニオン(オイラーパラメータ)による変換

7-2 関節リンクパラメータはどこを表すのか

7-3 ピューマ形ロボットの順運動学を解こう

7-4 逆運動学-先端の位置から関節角を求めるには

7-5 ロボットのヤコビ行列とは何か

 1 ヤコビ行列

 2 静力学とヤコビ行列 

 3 ロボットアームの特異姿勢

トライアル7

8章 ロボットの運動制御

8-1 ロボットの位置制御はどうするのか

 1 PTP制御

 2 CP制御

 3 多項式による逐次的軌道生成

8-2 ヤコビ行列を用いた逆運動学の解法とは

 1 J~{-1}(逆ヤコビ行列)による逆運動学の解法

 2 J^T(転置ヤコビ行列)による逆運動学の解法

8-3 ロボットの動的な位置制御を学ぼう

 1 ロボット(多リンク系)の運動方程式

 2 2自由度アームのダイナミクス

8-4 位置制御系に振動抑制制御を追加してみよう

8-5 これから重要となるロボットの力制御とは

 1 インピーダンス制御の考え方

 2 力制御

 3 力センサを用いないスティフネス制御

 4 動力学モデルに基づくセンサレス力・インピーダンス制御

トライアル8

9章 ロボットの知能化−自律制御と遠隔操作−

9-1 自律制御ロボットとは何か

9-2 ロボット言語で知能化を考えてみよう

9-3 遠隔操作形マニピュレータとは

9-4 マスタスレーブマニピュレータの制御とは

9-5 バーチャルリアリティとテレロボティクスの共通性は

9-6 遠隔操作か自律制御か

トライアル9

10章 ロボットの課題と将来

10-1 ますます重要になるシステムインテグレーション

10-2 次世代ロボットとは

10-3 次世代ロボットの市場創出

10-4 要素技術の進歩

10-5 ネットワーク技術との融合は欠かせない

10-6 サービスロボットの標準化

トライアル10

トライアルの解答

参考文献

次に読むべき本

索引 

 

ページのサンプル

目次

63 位置速度制御系を設計しよう
79
2 位置制御系の設計
84
64 機械共振を考慮したモデル化と制御ゲインの関係
86
65 目標軌道生成とフィードフォワードの効果
89
2 フィードフォワードの効果
92
66 外乱オブザーバとは何か
94
67 振動抑制制御ってどうやるのか
98
トライアル6
101

23 ロボットと専用機械の違いは何か
14
トライアル2
15
3章ロボットのメカニズム
17
32 関節はどのように構成するのか
18
33 動力はどうやって関節へ伝えるのか
19
34 減速機の役割とは何か
24
35 ロボット用の減速機にはどのようなものがあるのか
27
2 ハーモニックドライブ減速機
28
3 内接式遊星歯車
29
4 ウォームギア
30
5 ボールねじ
31
36 減速機に求められる性能とは何か
32
4 バックラッシとヒステリシス
33
5 無負荷ランニングトルク
34
トライアル3
36
4章ロボットのセンサ
37
2 ポテンショメータ
39
4 タコジェネレータ
40
42 力センサはどうなっているのか
41
2 力検出の原理
42
3 6軸力センサ
44
43 近くのものを検出するには
46
2 静電容量式近接センサ
47
3 光学式近接センサ
48
44 どうやって距離を測るのか
49
2 レンジファインダ
50
3 3次元形状計測法
51
4 能動カメラ法
53
45 環境計測に必須な測域センサ
54
46 そのほかにどんなセンサがあるのか
55
トライアル4
57
5章ロボットのアクチュエータ
59
2 油圧アクチュエータ
60
3 空気圧アクチュエータ
61
6 FMA
62
52 電磁力モータをモデル化してみよう
63
53 サーボモータの特徴とは
64
54 モータ駆動部を設計してみよう
67
55 モータはどのように制御されているのか
70
1 モータのトルク電流制御
71
3 モータの位置制御
72
トライアル5
73
6章ロボット関節のフィードバック制御
75
62 運動方程式のパラメータを同定しよう
77
7章ロボットの運動学
103
2 オイラー角による変換
105
3 ロールピッチヨー角による変換
107
4 単位クォータニオンオイラーパラメータによる変換
108
72 関節リンクパラメータはどこを表すのか
110
73 ピューマ形ロボットの順運動学を解こう
112
74 逆運動学先端の位置から関節角を求めるには
114
75 ロボットのヤコビ行列とは何か
117
2 静力学とヤコビ行列
120
トライアル7
123
8章ロボットの運動制御
125
2 CP制御
127
3 多項式による逐次的軌道生成
129
82 ヤコビ行列を用いた逆運動学の解法とは
131
2 JT転置ヤコビ行列による逆運動学の解法
132
83 ロボットの動的な位置制御を学ぼう
133
2 2自由度アームのダイナミクス
135
84 位置制御系に振動抑制制御を追加してみよう
137
85 これから重要となるロボットの力制御とは
141
1 インピーダンス制御の考え方
142
2 力制御
144
3 力センサを用いないスティフネス制御
145
4 動力学モデルに基づくセンサレス力インピーダンス制御
146
トライアル8
150
9章ロボットの知能化自律制御と遠隔操作
151
91 自律制御ロボットとは何か
152
92 ロボット言語で知能化を考えてみよう
154
93 遠隔操作形マニピュレータとは
155
94 マスタスレーブマニピュレータの制御とは
156
95 バーチャルリアリティとテレロボティクスの共通性は
159
96 遠隔操作か自律制御か
160
トライアル9
161
10章ロボットの課題と将来
163
101 ますます重要になるシステムインテグレーション
164
102 次世代ロボットとは
165
103 次世代ロボットの市場創出
167
105 ネットワーク技術との融合は欠かせない
168
106 サービスロボットの標準化
169
トライアル10
170
トライアルの解答
171
参考文献
194
次に読むべき本
201
索引
207
奥付
213

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