ロボット工学ハンドブック
ロボット工学の第一線で研究・教育・開発に携わっている方々の専門としている分野について最新の成果に基づき書き下ろした。ロボットの基礎理論から応用までを,ハードウェア・ソフトウェアを含め縦横・明解に解説した。
- ジャンル
- 発行年月日
- 1990/10/20
- 判型
- B5
- ページ数
- 812ページ
- ISBN
- 978-4-339-03139-3
- 内容紹介
- 目次
ロボット工学の第一線で研究・教育・開発に携わっている方々の専門としている分野について最新の成果に基づき書き下ろした。ロボットの基礎理論から応用までを,ハードウェア・ソフトウェアを含め縦横・明解に解説した。
主要目次
1. 基礎編
1. ロボットとは
2. 数学基礎
3. 力学基礎
4. 制御基礎
5. 人工知能
2. 要素技術編
1. センサ
2. アクチュエータ
3. 機構
4. 材料
3. 制御技術編
1. ロボットの構成と要素
2. アームの機構と制御
3. ハンドの機構と制御
4. 移動ロボットの機構と制御
5. センサ応用制御
4. 情報認識編
1. 視覚認識
2. 音声合成と音声認識
3. 触覚認識
4. ロボットの知的機能
5. システム編
1. ロボットシステム
2. ロボット制御システム
3. ロボットプログラミング
4. ロボットのためのシミュレーション
5. 操縦形ロボット
6. ロボットとの通信システム
7. 動力源
8. ロボットの信頼性、安全性、保全性
6. 応用編
1. 製造業への応用
2. 非製造業への応用
3. 極限環境作業への応用
4. 技術教育
7. 資料編
1. 産業用ロボット用語JIS規格
2. 産業用ロボット記号JIS規格
3. 産業用ロボットの安全通則
4. ISOにおけるロボット用語に関するテクニカルレポート
5. 人体の関節可動域
6. 上肢ならびに下肢の骨と筋肉の名称
索引
1. 基礎編
1. ロボットとは
1.1 ロボットの定義
1.2 ロボットの歴史
1.2.1 ロボット概念の登場
1.2.2 古代技術
1.2.3 自動人形
1.2.4 デカルトとラ・メトリ
1.2.5 19世紀における展開
1.2.6 日本の自動人形
1.2.7 20世紀のSFの世界
1.2.8 現代のロボット
1.3 産業用ロボット
1.3.1 マニュレータと産業用ロボット
1.3.2 産業用ロボットに関する標準化
引用文献
参考文献
2. 数学基礎
2.1 行列論
2.1.1 行列、行列式と逆行列
2.1.2 固有値、固有ベクトルと対角化
2.1.3 複素行列
2.2 ベクトル空間
2.2.1 ベクトル空間と線形写像
2.2.2 射影と射影行列
2.3 ベクトル解析とテンソル
2.3.1 ベクトル解析
2.3.2 テンソル
2.4 座標変換と同次変換
2.4.1 座標系の回転
2.4.2 同次変形
参考文献
3. 力学基礎
3.1 質点の運動
3.1.1 位置、速度、加速度、軌道
3.1.2 相対運動
3.2 剛体の運動
3.2.1 自由度、ポーズ、速度
3.2.2 平面運動の運動学
3.3 剛体の力学
3.3.1 静力学
3.3.2 運動伝達特性
3.3.3 動力学
3.3.4 解析力学
参考文献
4. 制御基礎
4.1 制御序論
4.1.1 制御とは
4.1.2 定量的制御とフィードバック制御
4.1.3 定性的制御とシーケンス制御
4.1.4 フィードバック制御の分類
4.2 フィードバック制御
4.2.1 フィードバック制御の構成
4.2.2 信号伝達からみた制御系のモデリング(伝達関数法)
4.2.3 状態からみた制御系のモデリング(状態空間法)
4.2.4 線形フィードバック制御系の特性
4.2.5 特殊改善方法
4.3 シーケンス制御
4.3.1 シーケンス制御システムの基本構成
4.3.2 プログラマブルコントローラ
4.3.3 シーケンス制御システムのモデリング
4.3.4 シーケンス制御装置(PC)の制御用言語
参考文献
5. 人工知能
5.1 人工知能
5.1.1 研究初期(~1970年初期)
5.1.2 研究開発期(1970年初期~1980年代中期)
5.1.3 実用研究期(1980年代中期~)
5.2 人工知能の基礎テーマ
5.2.1 探索の問題
5.2.2 知識の表現法の問題
5.2.3 人工知能用言語の問題
5.2.4 自動プログラミングの問題
5.2.5 自動証明と推論
5.2.6 計画立案と問題解決
5.2.7 学習と帰納的推論
5.2.8 認知心理学・心理学と認知モデル
5.2.9 パターン・画像の認識・理解とコンピュータビジョン
5.2.10 音声認識と会話理解
5.2.11 自然言語表現
5.2.12 人工知能応用
5.3 人工知能と計算機
5.3.1 現在の計算機に関連する問題点
5.3.2 新方式計算機創製のための人間の知的機能解明にかかわる課題
5.4 人工知能とロボット
5.4.1 パターン認識関連技術
5.4.2 知識 関連技術
5.4.3 学習関連技術
5.4.4 問題解決関連技術
5.4.5 自然言語処理関連技術
5.4.6 マンマシンインタフェース関連技術
引用文献
2. 要素技術編
1. センサ
1.1 センサの基本原理と分類
1.2 内界センサ
1.2.1 概要
1.2.2 内界センサの機能別種類
1.3 外界センサ
1.3.1 視覚センサ
1.3.2 触覚センサ
1.3.3 力覚センサ
1.3.4 近接覚センサ
1.3.5 超音波による外界の センシング
1.3.6 その他の外界センサ
1.4 センシングとセンサフュージョン
1.4.1 センシングシステム
1.4.2 インテリジェントセンサ
1.4.3 センサフュージョン
引用文献
2. アクチュエータ
2.1 電気アクチュエータ
2.1.1 DCサーボモータ
2.1.2 ACサーボモータ
2.1.3 ステッピングモータ
2.2 油圧アクチュエータ
2.2.1 サーボ弁の構造・特性
2.2.2 油圧サーボモータの動作・特性
2.2.3 電気・油圧ステッピングモータの動作・特性
2.3 空気圧アクチュエータ
2.3.1 空気圧アクチュエータの基本構成
2.3.2 空気圧アクチュエータの特徴
2.3.3 空気圧アクチュエータの位置制御
2.4 特殊アクチュエータ
2.4.1 ピエゾ素子の動作・特性
2.4.2 超音波モータの動作原理および動作特性
2.4.3 形状記憶素子の動作・特性
2.4.4 ラバーアクチュエータの特性
2.4.5 メカノケミカルアクチュエータの動作・特性
2.4.6 その他のアクチュエータ
引用文献
3. 機構
3.1 運動伝達機構
3.1.1 歯車による伝達
3.1.2 スクリューナットシステムによる伝達
3.1.3 ベルトおよびチェーンによる伝達
3.1.4 流体による伝達
3.1.5 レバー・リンク・カムによる伝達
3.2 減速機構(衛星歯車式減速機構)
3.2.1 ハーモニックドライブ減速機構
3.2.2 特殊歯車減速機構
3.2.3 ノンバックラッシ減速機構
3.2.4 ボール減速機構
3.3 ジョイント
3.3.1 回転ジョイント
3.3.2 直動ジョイント
3.4 マイクロメカニズム
3.4.1 一体形円弧切欠き支点機構
3.4.2 バイモルフ形微小走行機構
3.4.3 半導体微細加工による微小運動機構
引用文献
4. 材料
4.1 ロボット用材料
4.1.1 ロボット本体材料の特性
4.1.2 構造材料
4.1.3 軽量材料
4.1.4 剛性材料
4.1.5 防振材料
4.1.6 おわりに
4.2 センサ用材料
4.2.1 金属材料
4.2.2 半導体材料
4.2.3 有機材料
4.2.4 無機材料
4.2.5 複合材料
引用文献
3. 制御技術編
1
. ロボットの構成と要素
1.1 ロボットシステムの構成
1.2 マニピュレータアームの構成と各部の名称
参考文献
2. アームの機構と制御
2.1 アームの機構
2.1.1 アームの基本構造とその種類
2.1.2 関節の駆動方式
2.1.3 特殊な関節構造
2.2 アームの運動学
2.2.1 座標変換の基礎
2.2.2 順運動学方程式
2.2.3 ヤコビ行列の計算
2.2.4 逆運動学の解法
2.2.5 特異点
2.2.6 運動表示のその他の手法
2.3 アームの力学
2.3.1 剛体アームの静力学
2.3.2 等価関節トルク
2.3.3 双対性
2.3.4 力とモーメントの変換
2.3.5 剛体アームの順動力学
2.3.6 剛体アームの逆動力学
2.4 フレキシブルアームの力学
2.4.1 1リンク曲げ振動系のモデリングと動特性
2.4.2 1リンクねじり振動系のモデリングと動特性
2.4.3 曲げ・ねじり連成振動系のモデル化と動特性
2.4.4 Nリンク系のモデリングと動特性
2.4.5 フレキシブルアームの逆動力学
2.5 剛体アームの運動制御
2.5.1 関節サーボと作業座標サーボ
2.5.2 速度制御
2.5.3 加速度制御
2.5.4 軌道制御
2.5.5 非干渉制御
2.5.6 冗長アームの制御
2.6 剛体アームの力制御
2.6.1 関節サーボと作業座標サーボ
2.6.2 ハイブリッド位置/力制御
2.6.3 スティフネス制御
2.6.4 コンプライアンス制御
2.6.5 インピーダンス制御
2.7 フレキシブルアームの制御
2.7.1 振動制御
2.7.2 軌道制御
2.8 制御理論応用
2.8.1 適応制御
2.8.2 最適制御
2.8.3 学習制御
2.8.4 非線形制御
2.8.5 同定理論
2.9 アームの機構設計と評価
2.9.1 序論
2.9.2 機構設計のパラメータ
2.9.3 ロボットの操作性の評価
2.9.4 ロボットの誤差の評価
引用文献
3. ハンドの機構と制御
3.1 ハンドの分類
3.2 特殊ハンド
3.2.1 ハンドとコンプライアンス
3.2.2 真空吸着パッド
3.2.3 電磁吸着パッド
3.3 メカニカルハンド
3.3.1 機構
3.3.2 設計
3.4 ユニバーサルハンド
3.4.1 機構学
3.4.2 把握の力学
3.4.3 運動学
3.4.4 安定把握の力学
3.4.5 機構の設計事例
引用文献
4. 移動ロボットの機構と制御
4.1 移動ロボットの分類
4.2 移動機構の構造と特徴
4.2.1 車輪形
4.2.2 クローラ形
4.3 脚ロボットの機構
4.3.1 2脚
4.3.2 多脚
4
.4 脚ロボットの力学
4.4.1 脚ロボットの力学の特徴
4.4.2 脚ロボットの運動学
4.4.3 脚ロボットの動力学
4.4.4 歩行の最大移動速度
4.4.5 移動エネルギー
4.5 脚ロボットの制御
4.5.1 ホッピング
4.5.2 2脚
4.5.3 多脚
4.6 移動ロボットの誘導制御
4.6.1 経路形状の設計
4.6.2 位置と姿勢の認識
4.6.3 軌道制御
4.7 特殊ロボットの機構と制御
4.7.1 配管外側移動ロボット
4.7.2 配管内側移動ロボット
4.7.3 壁面移動ロボット
引用文献
5. センサ応用制御
5.1 視覚応用制御
5.1.1 ハンドアイシステムの意義と特徴
5.1.2 ハンドアイシステムと3次元情報の抽出
5.1.3 視覚座標系とマニピュレータ座標系との結合
5.1.4 ハンドアイシステムの高精度化
5.1.5 ハンドアイシステムの実時間処理
5.1.6 ハンドアイシステムのプログラミング
5.1.7 ハンドアイシステムの自立的設定プラニング
5.2 触覚応用制御
5.2.1 感覚制御の形態
5.2.2 センサシーケンス制御
5.2.3 センサフィードバック制御
5.2.4 センサ適応制御
5.2.5 その他のセンサ制御
5.3 力覚応用制御
5.3.1 はじめに
5.3.2 マニピュレータの力覚制御
5.3.3 力覚制御系の解析
5.3.4 力制御を実施するときの問題点
5.3.5 力覚制御系の実装技術
5.3.6 今後の課題
引用文献
4. 情報認識編
1. 視覚認識
1.1 ロボットビジョン
1.1.1 ロボットビジョンとは
1.1.2 ロボットビジョンのシステム構成
1.2 視覚入力装置
1.2.1 視覚入力装置の構成
1.2.2 視覚入力の方式
1.2.3 撮像素子
1.2.4 A-D変換器
1.2.5 画像メモリ
1.3 アクティブセンシング
1.3.1 アクティブセンシング
1.3.2 移動ステレオ
1.3.3 センサ融合
1.3.4 仮想センサ
1.4 2次元処理
1.4.1 前処理
1.4.2 特徴抽出
1.4.3 照合・認識
1.4.4 エキスパートビジョン
1.5 3次元解析
1.5.1 単眼視
1.5.2 両眼視
1.5.3 モーションステレオ
1.5.4 レーダ
1.5.5 パターン投影法
1.5.6 動画像
1.5.7 物体の表現と照合
1.6 高速プロセッサ
1.6.1 画像信号処理の高速化
1.6.2 ハイレベル処理との結合
1.7 応用
1.7.1 ロボットの視覚ニーズ
1.7.2 視覚付きトランジスタ自動ワイヤボンダ
1.7.3 自動電子部品挿入機
1.7.4 フレキシブル組立システム
1.7.5 部分形状の組合せ認識による組立システム
1.7.6 棒状部品のビンピッキングシステム
1.7.7 3次元視覚センサを利用したコネクタ挿入
1.7.
8 画像処理技術の外観検査への応用
引用文献
2. 音声合成と音声認識
2.1 音声インタフェース
2.2 音声合成
2.2.1 音声の生成とその音響的特徴
2.2.2 音声の分析
2.2.3 音声合成の諸方式
2.2.4 録音編集方式
2.2.5 分析合成方式
2.2.6 規則合成方式
2.2.7 ターミナルアナログ形と声道アナログ形の音声合成器
2.2.8 文節的特徴の合成
2.2.9 韻律的特徴の合成
2.2.10 日本語テキストからの音声合成システムの例
2.2.11 知識表現からの音声合成
2.3 音声認識
2.3.1 単語音声の認識
2.3.2 連続音声の認識
2.4 音声情報処理装置
2.4.1 音声合成装置
2.4.2 音声認識装置
3. 触覚認識
3.1 触覚認識システム
3.1.1 触覚情報処理
3.1.2 センシングシステム
3.1.3 アクティブセンシング
3.2 点情報認識
3.2.1 受動的な変位量検出による認識
3.2.2 能動的な変位量検出による認識
3.3 面情報認識
3.3.1 触覚像の幾何学的性質
3.3.2 物体の断面形状識別
3.4 空間情報認識
3.4.1 触覚センサによる3次元的触覚像の取得と認識
3.4.2 触覚センサの対象物表面への探索による認識
引用文献
4. ロボットの知的機能
4.1 人工知能(AI)の基礎
4.1.1 AIの領域
4.1.2 AI言語とAI用計算機
4.1.3 知識表現法と推論方式
4.1.4 エキスパートシステム
4.2 ロボット世界の記述
4.2.1 作業手順知識
4.2.2 対象物知識
4.2.3 表現の枠組み
4.3 プラニング
4.3.1 作業プラニング
4.3.2 行動プラニング
4.3.3 その他のプラニング機能
4.4 知識の獲得
4.4.1 学習の分類
4.4.2 作業知識の獲得
4.4.3 画像理解と環境知識の獲得
4.4.4 まとめ
4.5 マンマシンインタフェース
4.5.1 作業環境の表示入力
4.5.2 環境の幾何表現
4.5.3 環境内物体の位置と姿勢の決定
4.5.4 作業動作の教示
4.5.5 認知工学からのアプローチ
引用文献
5. システム編
1. ロボットシステム
1.1 ロボットシステムの構成
1.1.1 ロボットのシステムの構成
1.1.2 ロボットのソフトウェアの構成
1.1.3 システムのキ
ャリブレーション
1.1.4 通信インタフェース
1.2 作業教示法
1.2.1 作業教示法の分類
1.2.2 教示情報の利用法
引用文献
2. ロボット制御システム
2.1 ロボットコントローラの構成
2.1.1 ロボットコントローラに必要な機能
2.1.2 ロボットコントローラの構成(機能構成)
2.2 ソフトウェアサーボの実現
2.3 ロボットコントローラのハードウェア構成
引用文献
3. ロボットプログラミング
3.1 ロボットプログラミングの種類と特徴
3.1.1 ロボットプログラミング
3.1.2 ロボット言語の処理の流れ
3.1.3 ロボット言語の知的処理レベル
3.2 ロボット言語の機能
3.2.1 ロボット言語によるロボット動作の制御
3.2.2 ロボット言語の命令セット
3.2.3 動作用データ構造
3.2.4 ロボット言語用中間コード
引用文献
4. ロボットのためのシミュレーション
4.1 シミュレーション技術
4.1.1 概説
4.1.2 ロボットのモデリング
4.2 ロボット設計支援用シミュレーション
4.2.1 構造強度シミュレーション
4.2.2 運動力学系運動解析シミュレーション
4.2.3 制御系のためのシミュレーション
4.3 ロボットプログラミング支援用シミュレーション
4.3.1 動作シミュレーション
4.3.2 センサのシミュレーション
4.4 ロボット制御・シミュレーションのための並列処理
4.4.1 ロボットアーム制御計算の並列処理
4.4.2 ロボットダイナミクスシミュレーションの並立処理
4.5 シミュレーション用グラフィックス
4.5.1 3次元形状のモデル
4.5.2 実世界モデル
4.5.3 表示のための陰影モデル
4.5.4 グラフィックス装置
引用文献
5. 操縦用ロボット
5.1 操縦用ロボットシステムの構成と特徴
5.1.1 操縦用ロボットとは
5
.1.2 マスタスレーブ方式
5.1.3 操縦用ロボットと計算機の出現
5.2 ユニラテラル操作システム
5.2.1 バイラテラルとユニラテラル
5.2.2 ユニラテラル制御方式
5.3 バイラテラル操作システム
5.3.1 機械式マスタスレーブとサーブ化
5.3.2 バイラテラルサーボ系
5.3.3 同構造と異構造
5.4 言語介在形マスタスレーブ
5.5 遠隔臨場システム
5.5.1 テレイグジスタンス(テレプレゼンス)
5.5.2 視覚情報・聴覚情報の3次元提示
5.5.3 触覚情報の提示
5.6 知的遠隔作業システム
5.6.1 知的遠隔作業システムの基礎
5.6.2 知的遠隔作業システムの実例
5.6.3 テレロボット知能化の動向
引用文献
6. ロボットとの通信システム
6.1 通信方式
6.1.1 シリアル方式
6.1.2 パラレル方式
6.1.3 バス方式
6.1.4 無線方式
6.2 ネットワーク
6.2.1 LAN
6.2.2 FA-LAN
6.2.3 MAP
引用文献
7. 動力源
7.1 据置式ロボットの動力源
7.1.1 電動ロボット
7.1.2 油圧駆動ロボット
7.1.3 空気圧駆動ロボット
7.2 移動ロボットの動力源
7.2.1 ケーブル給電方式
7.2.2 蓄電池方式
7.2.3 エンジン方式
引用文献
8. ロボットの信頼性、安全性、保全性
8.1 信頼性の定義と尺度
8.1.1 信頼度、保全度
8.1.2 MTTF,MTBF,MTTR
8.1.3 故障率と故障強度
8.2 故障解析法と信頼性評価法
8.2.1 信頼性ブロック図、直列と並列モデル
8.2.2 FTA
8.2.3 FMEA
8.3 信頼性設計
8.3.1 高信頼性の実現
8.3.2 情報処理ハードウェアの高信頼化
8.3.3 ソフトウェアの高信頼化
8.3.4 その他の構成要素の高信頼化
8.3.5 ロボット制御と信頼性
8.4 故障の診断法と故障対策
8.4.1 はじめに
8.4.2 故障診断システムの体系
8.4.3 故障診断エキスパートシステム
8.4.4 深い知識による診断
8.4.5 故障対策
8.5 信頼性試験
8.5.1 信頼性試験の位置づけ
8.5.2 各生産段階における信頼性試験
8.5.3 ソフトウェアの信頼性試験
8.6 ロボットの危険性と安全対策
8.6.1 ロボットの危険性の要因
8.6.2 基本的安全対策
8.6.3 安全技術による安全対策
8.7 保全性
8.7.1 産業用ロボットにおけるトラブル
8.7.2 定期検査と自己故障診断機能
引用文献
6. 応用編
1. 製造業への応用
1.1 産業用ロボットの開発の現状と技術課題
1.1.1 機構と制御
1.1.2 シミュレータ
1.1.3 センサ
1.1.4 標準化
1.1.5 その他
1.2 産業用ロボットの適用分野
1.2.1 機械加工ロボット
1.2.2 溶接ロボット
1.2.3 塗装ロボット
1.2.4 組立ロボット
1.2.5 検査・測定ロボット
1.2.6 クリーン・真空環境ロボット
1.2.7 搬送ロボット
1.3 FAとロボット
1.3.1 自動生産システムの変遷
1.3.2 FAシステムの構成
1.3.3 FAシステムの特長
1.3.4 FAシステム化への課題
1.3.5 FAシステム化への考え方
引用文献
2. 非製造業への応用
2.1 ロボットの新しい応用分野
2.2 開発の現状と技術課題
2.2.1 現状
2.2.2 技術課題
2.3 農林・水産・鉱業ロボット
2.3.1 漁業、増・養殖業
2.3.2 農林業
2.3.3 鉱業
2.4 医用・福祉ロボット
2.5 サービスロボット
2.6 建設ロボット
2.6.1 はじめに
2.6.2 ロボット導入の観点からの建設業の特徴
2.6.3 建設ロボット研究・開発の発展段階
2.6.4 各国における建設ロボットの研究開発状況
2.6.5 今後の課題
2.7 アミューズメントパーソナルロボット
2.7.1 アミューズメントロボット
2.7.3 マイクロマウス
2.7.4 パーソナルロボット
引用文献
3. 極限環境作業への応用
3.1 開発の現状および技術課題
3.2 原子力ロボット
3.2.1 汎用移動ロボット
3.2.2 テレマニピュレーション
3.2.3 専用ロボット
3.2.4 廃炉用マニピュレータ
3.3 宇宙ロボット
3.3.1 宇宙におけるロボティックスの歴史と最近の動向
3.3.2 宇宙ステーション計画
3.3.3 宇宙ロボットの必要性とそのコンセプト
3.3.4 宇宙用マニピュレータの開発
3.4 海洋ロボット
3.4.1 海洋ロボット
3.4.2 ROVの分類
3.4.3 最近の開発動向
3.5 災害対応(防災)ロボット
3.6 その他の極限環境ロボット
3.6.1 保全・警備ロボット
3.6.2 軍事関連のロボット
3.6.3 高圧線工事ロボット
3.6.4 清掃ロボット
引用文献
4. 技術教育
4.1 ロボット教育の必要性
4.1.1 はじめに
4.1.2 わが国のロボット教育事情
4.1.3 企業内ロボット教育事情
4.1.4 諸外国のロボット教育事情
4.1.5 おわりに
4.2 ロボットのコンポーネントによるカリキュラム例
4.2.1 ロボット本体設計論
4.2.2 ロボット材料工学
4.2.3 アクチュエータの選択とその駆動法
4.2.4 センサ工学
4.2.5 インタフェース技術
4.2.6 ロボット制御法からソフトウェアサーボまで
4.3 ロボットシミュレーションとカリキュラム例
4.3.1 ロボットの構造と動作シミュレーション
4.3.2 カリキュラム構成
4.3.3 プログラム構造
4.4 ロボット言語とソフトウェア技術のカリキュラム例
4.4.1 ロボット工学におけるソフトウェア教育
4.4.2 ロボット言語関連カリキュラム事例
4.5 評価とプログラム
4.5.1 ハードウェアコースと評価
4.5.2 ソフトウェアコースと評価
引用文献
7. 資料編
1. 産業用ロボット用語JIS規格
2. 産業用ロボット記号JIS規格
3. 産業用ロボットの安全通則
4. ISOにおけるロボット用語に関するテクニカルレポート
5. 人体の関節可動域
6. 上肢ならびに下肢の骨と筋肉の名称
索引








