はじめてのロボット工学（第2版） 製作を通じて学ぶ基礎と応用

石黒 浩, 浅田 稔, 大和 信夫

株式会社 オーム社, Mar 15, 2019 - Technology & Engineering - 216 pages

2足歩行ロボットの製作を通じてロボット工学の基本がわかる！

ヒューマノイドロボットをベースとして、できるだけ数式を用いずに、図でわかりやすく説明したロボット工学の入門書です。

前半の章では、ロボットの歴史や構造から、モータやセンサ、機構や制御までを体系的に学習します。後半の章では、パーツの作成から組み立て、モーション作成までのロボットの作り方を解説します。

高校・専門学校・高専・大学などで、実習製作に利用できる内容です。また、通読することでロボティクスの全体像を俯瞰して理解できるため、各技術を深く学ぶ前の一冊としてもオススメです。

第2版は、2007年に発行された初版の基本的な構成はそのままに、10年のうちに著しく変化した情報を更新・追加しました。製品スペックなどの情報を最新のものに差し替え、また、実習で使用する部品も2018年現在容易に入手できるものに変更し、板金だけでなく3Dプリンタによる制作方法も追加しました。さらに、深層学習などにより飛躍的に進歩した分野について、「Chapter 9　ネットワークによる連携と発展」を新設しています。

はしがき・目次

Chapter 1 はじめに

　1.1　ロボットとは？

　1.2　ロボットの三つの構成要素

1.2.1　知覚・認識系

1.2.2　判断・立案系

1.2.3　機構・制御系

Chapter 2　ロボットの歴史

　2.1　古代のロボットから現在のロボットに至るまで

2.1.1　自動人形

2.1.2　19世紀の芸術と技術

2.1.3　日本のあやつり・からくり人形

2.1.4　20世紀のSFに登場するロボット

2.1.5　現代のロボット

　2.2　産業用ロボット

2.2.1　マニピュレータと産業用ロボット

2.2.2　産業用ロボットに関する標準化

　2.3　知能ロボット

Chapter 3　ロボットのしくみ

　3.1　人間型ロボットの構成

3.1.1　行動のための運動機能

3.1.2　環境認識のためのセンサ

3.1.3　認識から運動へ

　3.2　人間に近づくロボット

3.2.1　人間に近い情報処理の流れ

3.2.2　人間に近づくセンサ

3.2.3　人間に近づく腕

Chapter 4　モータ

　4.1　モータの基礎

4.1.1　磁石と磁界

4.1.2　電流による磁界

4.1.3　磁界内の電流

　4.2　さまざまなモータ

4.2.1　直流モータ

4.2.2　ステッピングモータ

4.2.3　交流モータ

　4.3　サーボシステム

4.3.1　サーボシステムの基本構成

4.3.2　R/Cサーボモータ

　4.4　運動と力

4.4.1　回転運動と往復運動

4.4.2　力，トルク，出力

4.4.3　リンク機構

　4.5　その他のアクチュエータ 

4.5.1　直動アクチュエータ

4.5.2　振動アクチュエータ

Chapter 5　センサ

　5.1　センサの概要

　5.2　外界センサ（カメラ，超音波センサ，マイクロフォン，レンジファインダ）

5.2.1　CCDカメラ（視覚センサ，全方位センサ）

5.2.2　マイクロフォン（聴覚センサ）

5.2.3　タッチセンサ（触覚センサ）

5.2.4　超音波センサ（距離センサ）

　5.3　内界センサ（温度計，エンコーダ，電圧計）

5.3.1　ポテンショメータ（接触式角度センサ）

5.3.2　光学式ロータリエンコーダ（非接触式角度センサ）

5.3.3　タコメータ（角速度センサ）

5.3.4　ジャイロセンサ（方位角センサ）

Chapter 6　機構と運動

　6.1　ロボットを動作させるための関節機構

6.1.1　直行座標ロボット

6.1.2　円筒座標ロボット

6.1.3　極座標ロボット

6.1.4　多関節ロボット

　6.2　動作の生成

　6.3　移動機構

6.3.1　車輪移動の基本構造

6.3.2　ロボット用移動機構

6.3.3　脚による移動機構

Chapter 7　情報処理

　7.1　コンピュータの基本構成

7.1.1　コンピュータ処理の流れ

7.1.2　コンピュータの基本構成

　7.2　コンピュータの基本動作

7.2.1　命令実行の流れ

7.2.2　コンピュータの限界

　7.3　CPU

7.3.1　CPUの発達

7.3.2　コンピュータの選びかた

　7.4　プログラム開発

　7.5　コンピュータによる制御

7.5.1　制御システムの構成

7.5.2　モータの制御のプログラミング

　7.6　人間型ロボットのプログラミング

Chapter 8　行動の計画と実行

　8.1　古典的アーキテクチャ

　8.2　反射行動に基づくアーキテクチャ

　8.3　反射行動に基づくアーキテクチャの具体例

　8.4　計画行動

8.4.1　計測や移動の誤差

8.4.2　観測時間

8.4.3　人間による誘導

Chapter 9　ネットワークによる連携と発展

　9.1　ネットワーク技術の発展

9.1.1　コンピュータ通信発展の歴史的経緯

9.1.2　有線ネットワークと無線ネットワーク

　9.2　ロボットへのネットワークの搭載

　9.3　クラウドサーバと連携したロボット

　9.4　ネットワークで繋がった世界IoT

Chapter 10　ロボット製作実習

　10.1　ロボットを動かすためのソフトウェア RobovieMaker2

10.1.1　動作環境

10.1.2　RobovieMaker2のインストール

10.1.3　PCへのCPUボードの接続

10.1.4　ロボットプロジェクトの作成

10.1.5　基本操作

10.1.6　CPUボードとサーボモータ1個を接続して動かす

　10.2　モーション作成実習

10.2.1　サーボモータの位置補正について

10.2.2　基準ポーズについて

10.2.3　サーボモータの位置補正を行う

10.2.4　歩行モーションの作成

10.2.5　歩行モーションにおけるポーズの実行順序

　10.3　アルミ加工

10.3.1　材料

10.3.2　工具

10.3.3　アルミ板金の作業工程

10.3.4　各板金の寸法データ

　10.4　ロボットの組立て（アルミ加工）

10.4.1　必要な部品

10.4.2　ロボットの組立て

　10.5　3Dプリンタ

10.5.1　材料

10.5.2　工具

10.5.3　3Dプリンタでの作業工程

　10.6　ロボットの組立て（3Dプリンタ）

10.6.1　必要な部品

10.6.2　ロボットの組立て

Chapter 11　おわりに

　11.1　結局，ロボットってなに？

　11.2　ロボットへの期待

　11.3　現在のロボット

　11.4　家庭用ロボット

　11.5　ロボットが必要な未来の世界

Appendix　高校の授業でロボットを作る

　A.1　ロボット産業を支える技能人材の育成

　A.2　工業高校におけるロボット学習の概要

　A.3　2足歩行の克服

　A.4　足の改良

　A.5　成果発表会（デモンストレーション）

　A.6　成果発表会（ロボット操作体験の指導）

　A.7　ロボット学習の評価

　A.8　用語の理解について

　A.9　総括

参考文献・索引

Contents

• Chapter1 はじめに: 1
• 11 ロボットとは?: 2
• 12 ロボットの三つの構成要素: 3
• 1 知覚認識系: 4
• 2 判断立案系: 5
• 3 機構制御系: 7
• Chapter2 ロボットの歴史: 9
• 21 古代のロボットから現在のロボットに至るまで: 10
• 1 自動人形: 12
• 2 19世紀の芸術と技術: 13
• 4 20世紀のSFに登場するロボット: 14
• 5 現代のロボット: 15
• 22 産業用ロボット: 16
• 2 産業用ロボットに関する標準化: 17
• Chapter3 ロボットのしくみ: 19
• 31 人間型ロボットの構成: 20
• 1 行動のための運動機能: 21
• 2 環境認識のためのセンサ: 23
• 3 認識から運動へ: 24
• 32 人間に近づくロボット: 29
• 2 人間に近づくセンサ: 30
• 3 人間に近づく腕: 32
• Chapter4 モータ: 35
• 41 モータの基礎: 36
• 3 磁界内の電流: 37
• 高校教科書で学ぶロボット1モータの基礎: 38
• 42 さまざまなモータ: 39
• 2 ステッピングモータ: 41
• 3 交流モータ: 42
• 高校教科書で学ぶロボット2さまざまなモータ: 44
• 43 サーボシステム: 45
• 2 RCサーボモータ: 46
• 高校教科書で学ぶロボット3サーボシステム: 47
• 44 運動と力: 48
• 2 力トルク出力: 49
• 高校教科書で学ぶロボット4運動と力: 50
• 45 その他のアクチュエータ: 51
• 2 振動アクチュエータ: 52
• Chapter5 センサ: 55
• 51 センサの概要: 56
• 52 外界センサ: 57
• 2 マイクロフォン聴覚センサ: 59
• 4 超音波センサ距離センサ: 60
• 53 内界センサ: 61
• 2 光学式ロータリエンコーダ非接触式角度センサ: 62
• 3 タコメータ角速度センサ: 63
• 高校教科書で学ぶロボット6センサ: 65
• Chapter6 機構と運動: 69
• 61 ロボットを動作させるための関節機構: 70
• 1 直交座標ロボット: 71
• 4 多関節ロボット: 73
• 高校教科書で学ぶロボット7ロボットの構成と機構: 74
• 62 動作の生成: 75
• 63 移動機構: 77
• 2 ロボット用移動機構: 78
• 3 脚による移動機構: 79
• Chapter7 情報処理: 81
• 71 コンピュータの基本構成: 82
• 高校教科書で学ぶロボット8コンピュータの構成: 83
• 72 コンピュータの基本動作: 84
• 2 コンピュータの限界: 85
• 73 CPU: 86
• 2 コンピュータの選びかた: 88
• 高校教科書で学ぶロボット9CPUの構成と発展: 89
• 74 プログラム開発: 90
• 高校教科書で学ぶロボット10プログラム言語とアルゴリズム: 91
• 75 コンピュータによる制御: 93
• 2 モータの制御のプログラミング: 94
• 高校教科書で学ぶロボット11制御の基本: 98
• 76 人間型ロボットのプログラミング: 99
• Chapter8 行動の計画と実行: 103
• 81 古典的アーキテクチャ: 104
• 82 反射行動に基づくアーキテクチャ: 105
• 83 反射行動に基づくアーキテクチャの具体例: 106
• 84 計画行動: 108
• 1 計測や移動の誤差: 110
• 3 人間による誘導: 111
• Chapter9 ネットワークによる連携と発展: 113
• 91 ネットワーク技術の発展: 114
• 92 ロボットへのネットワークの搭載: 115
• 93 クラウドサーバと連携したロボット: 116
• 94 ネットワークでつながった世界IoT: 117
• Chapter10 ロボット製作実習: 119
• 101 ロボットを動かすためのソフトウェアRobovieMaker2: 120
• 3 PCへのCPUボードの接続: 122
• 5 基本操作: 126
• 6 CPUボードとサーボモータ1個を接続して動かす: 128
• 102 モーション作成実習: 134
• 3 サーボモータの位置補正を行う: 135
• Column モータロックについて: 141
• 5 歩行モーションにおけるポーズの実行順序: 145
• 103 アルミ加工: 146
• 3 アルミ板金の作業工程: 147
• 4 各板金の寸法データ: 154
• 104 ロボットの組立てアルミ加工版: 160
• 2 ロボットの組立て: 162
• 105 3Dプリンタ: 168
• 3 3Dプリンタでの作業工程: 169
• 2 ロボットの組立て: 170
• Chapter11 おわりに: 175
• 111 結局ロボットってなに?: 176
• 113 現在のロボット: 177
• 114 家庭用ロボット: 178
• 115 ロボットが必要な未来の世界: 180
• Appendix 高校の授業でロボットを作る: 183
• A1 ロボット産業を支える技能人材の育成: 184
• A3 2足歩行の克服: 185
• A5 成果発表会デモンストレーション: 186
• A6 成果発表会ロボット操作体験の指導: 187
• A7 ロボット学習の評価: 188
• A8 用語の理解について: 189
• A9 総括: 190
• 参考文献: 193
• 索引: 194
• 著者略歴: 199
• 奥付: 201

Bibliographic information

• Title: はじめてのロボット工学（第2版） 製作を通じて学ぶ基礎と応用
• Authors: 石黒 浩, 浅田 稔, 大和 信夫
• Publisher: 株式会社 オーム社, 2019
• ISBN: 427422340X, 9784274223402
• Length: 216 pages
• Subjects: Science / Physics / General; Technology & Engineering / Mechanical; Technology & Engineering / Robotics