MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門

プログラミングの基本作法から,センサ計測/可視化/モータ制御/画像処理,制御工学の基礎まで(講義307分/153頁)



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お申込み前にご理解いただきたいこと

  1. [VOD/KIT]には,後述の実習キットの(1)と(2)が付属されていません.Raspberry Pi 3/4/Zeroをお持ちの場合は,本VODの購入をご検討ください.
  2. 本VODは,2022年3月26日に開催したウェビナを録画して編集した動画です.繰り返し再生,一時停止,巻き戻しが可能です.

本VODに付属の実習キット

  1. Raspberry Pi 4 Model B 2GB
  2. Raspberry Pi用ACアダプタ&ヒートシンク
  3. 電子部品実装済みベース基板&スペーサ基板
  4. タイヤ2輪/キャスタ1輪
  5. ダブル・ギヤボックス
  6. 線材4色
  7. ネジ類/コンデンサ
  8. 16GB マイクロSDカード

※組み立て方法は,「ライン・トレーサXの組み立て方法」の動画をご参照ください.はんだ付けが必要な箇所があります.

写真1 ご自宅にお届けするMATLABロボット制御実習キット「ライン・トレーサX」のパーツ 写真2 ライン・トレーサXの完成状態

講義内容

あらまし

本セミナは,ラズベリー・パイを利用したライントレース・ロボット「ライン・トレーサX」を動かしながら,MATLAB/Simulinkによる制御プログラミング技術の基本を解説します.制御工学に必要な数学はたくさんありますが,まずは実物を見て,制御体験してみます.本制御は,工学(エンジニアリング)の1分野でもあります.これから「制御工学」を入門する方のための情報もあわせて説明するので,本セミナで使用するロボットだけでなく,実際の製品設計や実験・研究にも活用できます.

MATLABサポート・パッケージ“Raspberry Pi Support from MATLAB”を利用すると,MATLAB/Simulinkから直接,リアルタイムにラズベリー・パイを制御できます.本セミナでは,MATLAB/SimulinkからのIOやI2Cバスの操作方法も説明します.

図1 本セミナで使用する科学技術計算プログラミング環境“MATLAB/Simulink”

アジェンダ

(1)MATLAB/Simulink入門

  • MATLAB/Simulinkとは
  • C言語やPythonとの違い
  • エンジニアが使う理由
  • 文法やルールの基本

(2)今回使用するライントレース・ロボット

  • 回路やプリント基板の解説
  • センサやモータ制御回路の詳細

(3)MATLAB/SimulinkからロボットのIOを操作してみる

  • LEDの点灯/点滅
  • スイッチ入力でLEDを点灯させる
  • スイッチ入力をリアルタイムにグラフ化
  • I2CでA-Dコンバータから値を取り出してみる
  • 計測した光センサの値をグラフ化
  • PWMでモータを回してみる
  • カメラ映像を取り込んでみる

(4)制御工学に必要な基礎知識

  • 制御工学と何か
  • 複素数とラプラス変換
  • 伝達関数とブロック線図
  • 時間応答と遅れ要素
  • フィードバックとは
  • 古典制御理論とPID制御

(5)実際にロボットを制御してみる

  • プログラムの組み方と説明
  • ON/OFF制御
  • PIDで制御してみる

(6)現場で働くエンジニアのために

  • ON/OFF制御だって悪くない
  • C言語でPID制御を記述する
  • 急にPIDコントローラを渡された場合(温調器やサーボモータ)
  • OPアンプの発振対策

(7)さらに制御工学を学びたい方のために

  • 行列とベクトル
  • 安定性
  • システム同定
  • 現代制御理論
  • ファジイ制御
  • AIとニューラルネットワーク

ショートセミナ

ライン・センサの値を読み込む

製作したライン・トレーサXのPID制御

講演の目標

  • システム制御の目的と理由を理解する
  • MATLAB/Simulinkの操作に触れてみる
  • 制御工学を学ぶために必要な道標を得る
  • MATLAB/Simulinkからリアルタイムにロボットの制御を体験する

受講対象

  • MATLAB/Simulinkに興味がある方
  • MATLAB/Simulinkからハードウエアを制御することに興味がある方
  • 制御工学の入り口に触れてみたい方
  • 制御工学に触れてみたいエンジニア

講師紹介

略歴

  • 2010年 沼津工業高等専門学校 専攻科 卒業
  • 2010年 FA機器/ハード・ディスク製造装置設計業務に従事.その後ベンチャーにて半導体検査/医科学用電子顕微鏡,半導体製造装置,理化学機器の研究開発設計に従事
  • 2020年 静岡県創業者育成施設審査通過し,個人事業として独立,現在に至る

主な著書

  1. 一人で始めるプリント基板作り,トランジスタ技術Special No.127, CQ出版社
  2. 商用利用OK!噂の完全フリー基板作成ツール KiCad,トランジスタ技術2015年3月号,CQ出版社
  3. 1枚100円も!世界のプリント基板ネット通販メーカ,トランジスタ技術2016年7月号,CQ出版社
  4. 部品の足にジャストフィット!フットプリント作成,トランジスタ技術2017年5月号,CQ出版社
  5. コネクタなどの特殊部品のフットプリントを高速自作!CQ FootprintTracer,トランジスタ技術2017年10月号,CQ出版社
  6. はじめてみませんか?プリント基板ネット通販生活,トランジスタ技術2018年2月号,CQ出版社
  7. 工作実験室で活躍中!高コスパ電子工作ツール一覧,トランジスタ技術2018年12月号,CQ出版社
  8. 成功間違いなし! BGA配線 10の基本ルール,トランジスタ技術2020年5月号,CQ出版社