ロボット・メカトロニクス教科書
メカトロニクス概論

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メカトロニクスを概観できる、新時代の教科書！

　ロボット・メカトロニクス関連学科を対象とした教科書シリーズの第1巻目にあたる本書は、必修課目「メカトロニクス（概論）」の教科書。
　メカトロニクスに必要な要素技術、設計に関する基礎知識、メカトロニクスの応用事例などを図や写真を多用して解説。各章冒頭には「学習のポイント」、章末には「理解度チェック」「演習問題」を設け、読者が理解度を確認しながら読み進められる構成である。
ロボット・メカトロニクス関連学科に所属する大学1、2年生

1章　序論(Introduction)
2章　メカトロニクスのためのシステム論（System Theory of Mechatronics）
3章　センサ（Sensor）
4章　アクチュエータ（Actuator）
5章 コンピュータ(Computer)
6章　機械設計 (Mechanical Design)
7章　制御器設計（Controller Design）
8章　制御器の実装 (Implementation of Controller)
9章　解析 (Analysis)
10章　上位システムの設計（Design of Host System for Mechatroncis Systems）
11章　メカトロニクスの応用事例(Applied example of Mechatroncis)

1章　序論(Introduction)
　1.1　私たちのメカトロニクス社会(Our Mecatronics Society)
　1.2　メカトロニクスの関連技術 (Daedal Technologies for Mechatronics)
　1.3　メカトロニクスシステムの見方と本書構成 (Aspects for Mechatronics Engineers, and Contents of This Book )

2章　メカトロニクスのためのシステム論（System Theory of Mechatronics）
　2.1　システムとは（What's system?）
　2.2　モデリング（Modeling)
　2.3　システムのアナロジー（System Analogy）
　2.4　システムの特性と解析（Analysis of system characteristic）

3章　センサ（Sensor）
　3.1　ロボット・メカトロシステムとセンサ（Sensors and Robot-Mechtronics Systems）
　　[1]　身近な機器に使われているセンサ
　　[2]　センサの入力と出力
　　[3]　内界センサと外界センサ
　3.2　国際単位系（SI）
　　[1]　センサの入出料量と単位
　　[2]　SIの7個の基本単位
　　[3]　国際単位（SI）の使い方
　3.3　ロボット・メカトロニクスに使われる代表的なセンサ（Sensors for Robot and Mechtronics Systems)
　　[1]　位置センサ
　　[2]　変位センサ
　　[3]　加速度センサ
　　[4]　姿勢センサ
　　[5]　力センサ
　　[6]　距離センサ
　　[7]　視覚センサ
　3.4　センサの変換方式（Operating Principle of Sensors）
　　[1]　エネルギー変換型とエネルギー制御型
　　[2]　物理法則とセンサ
　3.5　センサの信号処理（Sensor Signal Processing）
　　[1]　測定環境による誤差
　　[2]　センサの静特性
　　[3]　センサの動特性

4章　アクチュエータ（Actuator）
　4.1　ロボット、メカトロニクス・システムとアクチュエータ（Role of actuators in robot and mechatronics systems）
　4.2　ロボット・メカトロニクスに使われるアクチュエータ（Actuators for robot and mechatronics systems）
　　[1]　直流モータ
　　[2]　交流モータ
　　[3]　ステッピングモータ、その他
　4.3　アクチュエータの最適化（Optimum design of actuators）

5章 コンピュータ(Computer)
　5.1　コンピュータのハードウェア
　5.2　コンピュータのソフトウェア
　5.3　プログラムの実行
　5.4　データの表現
　5.5　論理演算と組合せ回路

6章　機械設計 (Mechanical Design)
　6.1　機構要素
　　[1]　軸受（bearing）
　　[2]　リンク(linkage)
　　[3]　減速機構
　6.2　加工法と加工機の種類
　　[1]　鋳造(casting)
　　[2]　鍛造(forging)
　　[3]　プレス加工(press working)
　　[4]　切削・研削加工
　　[5]　CAD/CAM(Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing)
　6.3　設計および製図
　　[1]　機械製図(mechanical drawing)
　　[2]　材料の強度と安全性

7章　制御器設計（Controller Design）
　7.1　制御系の設計手順（Design Procedure of Control Systems）
　7.2　制御理論の歴史（History of Control Theories）
　7.3　ブロック線図（Block Diagram）
　7.4　システム構造（System Structures）
　7.5　周波数に基づいた制御系設計（Control System Design in Frequency Domain）
　　[1]　周波数伝達関数
　　[2]　Bode線図
　　[3]　フィードバック系と一巡伝達関数
　　[4]　ゲイン余裕と位相余裕
　　[5]　時間余裕と周波数特性の調整指針
　　[6]　PID制御系と限界感度法
　7.6　状態空間表現に基づく制御系設計（Control System Design based on State Space Model）
　　[1]　状態空間表現と可制御・可観測性
　　[2]　最適レギュレータ
　　[3]　オブザーバ

8章　制御器の実装 (Implementation of Controller)
　8.1　ロボット制御に必要な信号処理 (Signal processing for robot control)
　8.2　組み込みマイコン (Embedded Micro Computer)
　　[1]　組み込みマイコンの必要性
　　[2] 組み込みマイコンのソフトウェア
　8.3　実時間制御 (Real time control)
　　[1]　実時間処理
　　[2]　リアルタイムOS
　　[3]　リアルタイム制御用プロセッサ
　　[4]　組み込みコントローラのシステム化
　　[5]　バイラテラル制御と制御演算時間
　8.4　制御器のシステム化 (System integration of controller)
　　[1]　制御システムの階層性
　　[2]　ロボットの制御システム
　　[3]　ロボット制御システムの具体例　


9章　解析 (Analysis)
　9.1　信号からの情報抽出 (Information Extraction from Signal)
　9.2　信号解析 (Signal Analysis)
　　[1]　周期信号と正弦波
　　[2]　フーリエ級数展開
　　[3]　フーリエ変換
　9.3　周波数解析の応用 (Application of Frequency Analysis)

10章　上位システムの設計（Design of Host System for Mechatroncis Systems）
　10.1　ロボットのタスク・プランニング（Task planning for robots）
　10.2　ロボットのモーション・コントロール（Motion control for robots）
　　[1]　座標系と参照軌道
　　[2]　ラグランジュの方法による運動方程式の導出
　　[3]　軌道追従型の制御系設計
　10.3　自動車における高度メカトロニクスのシステム設計（System design for automobiles with advanced mechatronics）
　　[1]　要求と拘束の決定
　　[2]　戦略決定
　　[3]　開発のステップ
　　[4]　システム・インテグレーション

11章　メカトロニクスの応用事例(Applied example of Mechatroncis)
　11.1　ロボット・メカトロニクス技術による対人地雷の探知除去に向けて
　11.2　対人地雷探知ロボット
　11.3　対人地雷除去機械
　11.4　人間と機械の共生（Cooperation between human and machine ）