こんな課題はありませんか？

ロボットは、モータを制御してリンクを動かすだけの単純な機械ではありません。
高速化すれば必要トルクや動的荷重が増加し、軽量化すれば慣性は小さくなる一方で、剛性低下や振動が問題になる場合があります。
さらに、機械系の固有振動数や共振はサーボ制御性能にも影響します。 本セミナーでは、このようなロボットの運動・振動・制御の関係を、実際の設計につながる形で基礎から解説します。

特に次の5つを中心に学びます。

・ロボットの基本構造、自由度、サーボモータ、減速機、エンコーダと力学モデルの関係
・運動方程式から各関節に必要なモータトルクを求める考え方
・高速化による慣性力、コリオリ力、遠心力、ピークトルクへの影響
・軽量化と慣性モーメント、剛性、固有振動数、共振との関係
・運動方程式から状態方程式・サーボ制御へつなげ、機械系と制御系を一体として考える方法

最後には2リンクロボットを例として、力学モデルの作成から必要トルク、軽量化、高速化、振動・共振、制御までを一連の流れとして解説します。

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• １．ロボットの運動・振動・制御を理解するための基礎
  
  1-1　ロボットの基本構造と自由度
  1-2　並進運動と回転運動
  1-3　位置・速度・加速度とロボットの動き
  1-4　力・トルクとロボットの運動
  1-5　質量・重心・慣性モーメント
  1-6　ロボットの運動・振動・制御のつながり
  
  ２．実際のロボットを力学モデルに置き換える
  
  2-1　リンク・関節・モータ・減速機のモデル化
  2-2　自由度と一般化座標
  2-3　一般化速度・一般化力
  2-4　拘束条件・仮想仕事の考え方
  2-5　剛体モデルと弾性体モデル
  2-6　実機をどこまで簡略化してよいか
  2-7　【計算例】1 ： リンクロボットを力学モデルに置き換える
  
  ３．ロボットを動かすために必要なトルクを求める
  
  3-1　ロボットの運動方程式とは
  3-2　運動エネルギーと位置エネルギー
  3-3　ラグランジアン L＝T－V　とは
  3-4　ラグランジュ方程式とその意味
  3-5　1リンク・2リンクロボットの運動方程式
  3-6　慣性・重力・摩擦を考慮した必要トルク
  3-7　運動方程式からモータトルクを求める
  3-8　【計算例】1リンクアームを所定の角加速度で動かすためのモータトルクを求める
  
  ４．ロボットを高速化すると何が起こるのか
  
  4-1　高速化と慣性力・慣性トルク
  4-2　多関節ロボットの軸間干渉
  4-3　コリオリ力・遠心力とその影響
  4-4　加減速時間とピークトルク
  4-5　モータ・減速機に作用する動的負荷
  4-6　サイクルタイム短縮と必要トルク
  4-7　【計算例】動作速度を上げたときの必要トルクの変化
  
  ５．ロボットを軽量化すると何が起こるのか
  
  5-1　軽量化と慣性モーメント
  5-2　軽量化による必要トルク・消費エネルギーの低減
  5-3　軽量化による剛性低下
  5-4　関節・減速機・リンクの弾性
  5-5　軽量化と固有振動数
  5-6　高速化・軽量化・高剛性化のトレードオフ
  5-7　【計算例】アームを20％軽量化した場合の必要トルクと固有振動数の変化
  
  ６．ロボットの振動・固有振動数・共振を理解する
  
  6-1　ロボットに発生する振動とその原因
  6-2　質量・減衰・剛性と振動
  6-3　運動方程式の線形化と振動方程式
  6-4　固有振動数と固有モード
  6-5　共振と停止時の残留振動
  6-6　共振を避けるための設計
  6-7　FEM固有値解析との連携
  6-8　【計算例】関節剛性を考慮したロボットの固有振動数を求める
  
  ７．ロボットの力学モデルから制御へつなげる
  
  7-1　ロボットの運動と制御の関係
  7-2　非線形運動方程式の線形化
  7-3　運動方程式から状態方程式への変換
  7-4　モータ・機械系・制御系の連成
  7-5　PID制御とフィードフォワード制御
  7-6　機械共振とサーボ制御
  7-7　【計算例】1リンクロボットを線形化して状態方程式を求める
  
  ８．２リンクロボットによる総合設計例
  
  8-1　２リンクロボットの力学モデルを作る
  8-2　運動エネルギー・位置エネルギーを求める
  8-3　ラグランジュ方程式から運動方程式を求める
  8-4　各関節に必要なモータトルクを求める
  8-5　高速化・軽量化した場合の影響を調べる
  8-6　剛性・固有振動数・共振を検討する
  8-7　状態方程式を作り制御につなげる
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  ９．質疑応答