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国立舞鶴工業高等専門学校 学科紹介 電子制御工学科

電子制御工学科

 メカトロニクス周辺分野に幅広く精通できる力を養います。

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学習内容:こんなことを学びます

 メカトロニクスは、ロボット、電気自動車、産業機械、電気機器などの開発に欠かせない先端技術であり、機械・電気・情報系の工学技術と制御・計測技術を融合したものです。電子制御工学科では、メカトロニクス系技術分野の専門科目を基礎から応用までバランスよく勉強します。また、各学年で、ロボット製作とコンテストを実施し、機械設計・回路設計・制御系設計・プログラミングなど、ロボットの設計製作に関連する技術を学びます。

 

職業像 :例えば、こんな職業に就くための技術を身につけます

 メカトロニクス系工業製品や、それらの生産システムを開発・設計できる技術・知識・良識を持ったエンジニアの育成を目的としています。

期待される学生像 :こんな人が向いているでしょう

  • ロボットの設計製作や制御応用に関心のある人
  • 電子回路やマイコンを使ったものつくりをしたい人
  • コンピュータや「もののしくみ」に興味を持ち、好奇心旺盛な人

技術的な取り組み

ロボット開発等によるアクティブ・ラーニング(Active Learning)の実践

 電子制御工学科では、各学年にアクティブ・ラーニングの科目を配置し、実践しています。アクティブ・ラーニングとは、教員が一方的に知識伝達を行う授業ではなく、PBL(Project/Problem-Based Learning:課題探求/解決型学習)などを通じて、学生の能動的な学習を取り入れた授業形態のことを指します。

 

● LEGO MINDSTORMS NXT を利用したトレースカー製作(1年)

LEGO MINDSTORMS NXT を利用したトレースカー製作(1年) 1 年次の「工学基礎」では各学科のテーマを 6 週ずつ学んでいきます。電子制御工学科が提供するテーマでは、LEGO 社の MINDSTORMS という教育用玩具を利用し、二人一組で、白いラインをたどって進むオリジナルのトレースカーを製作します。完走させるためには、ラインをたどる理屈を実装するプログラムを作成するだけでなく、マシンバランス、ギア比、ステアリング、モータパワー等といった様々なことを考慮して筐体を製作する必要があります。この体験学習を通じ、製品の製作には複合的な知識が必要であるということを学びます。

 

● 回路/機械工作によるトレースカー製作(2年)

回路/機械工作によるトレースカー製作(2年) 2 年次の「電子制御実習」では、工場実習(旋盤、NC、溶接、仕上げ)といった機械実習だけでなく、トレースカー製作を通じた PBL 教育を実践しています。そこでは、床面の明るさを判断する回路製作だけでなく、筐体の機械工作も自らが行い、各々がオリジナルのトレースカーを製作します。

回路/機械工作によるトレースカー製作(2年)-回路

 

● LEGO MINDSTORMS EV3 を利用したロボットコンテスト(3年)

LEGO MINDSTORMS EV3 を利用したロボットコンテスト(3年) 3 年次の「電子制御実験」では、通常の電気電子回路の実験だけではなく、後期の最後の 5 週間で、グループワークを伴う PBL 教育を実践し、ロボットコンテストを行っています。
 フィールド内に配置されたペットボトルをフィールドの外に出す自律型移動ロボットを各班(1班2名)が開発します。筐体は LEGO MINDSTORMS を用いて製作し、C 言語によりプログラミングを行います。
 2014 年度までは第二世代の NXT を利用していましたが、2015 年度からは第三世代の EV3 を利用します。

 

● 創造設計プロジェクトにおけるロボット開発(4年)

創造設計プロジェクトにおけるロボット開発(4年) 4 年次の科目「創造設計プロジェクト」では、これまでに修得したメカトロニクス関連科目の知識を集約し、半年間(15 週)、各班でオリジナルのロボットを開発します。競技は対戦形式であり、相手のフィールドに自分のフィールド内のピンポン球をできるだけ多く送り込むというものです。
 各班(1 班 4 名)は「リーダー」、「機構設計製作」、「組み込みマイコン開発」、「戦略構築」という役割を分担し、互いに協力しながら開発を進めていきます。また、単にロボットを開発するだけでなく、コスト計算や特許調査を行ったり、各班の特色をプレゼンテーションする機会も設けられています。
 筐体の製作には、NC 加工機、レーザー加工機や 3D プリンタも使用します。最終日にはコンテストが実施され、各班の戦略がどのように発揮されるのかを実体験します。

創造設計プロジェクトにおけるロボット開発(4年)-2 創造設計プロジェクトにおけるロボット開発(4年)-3

 

卒業研究

 電子制御工学科は、計測制御、電気電子、機械、情報など多彩な分野から成り立ち、さまざまなバックグラウンドを持った教員が相互に協力しながら、教育・研究を推進しています。

 

● 【制御系分野】劣駆動ロボットのゲインスケジューリング制御

【制御系分野】劣駆動ロボットのゲインスケジューリング制御 劣駆動ロボットとは、少ない数のモータで多リンクを動かすロボットです。たとえば、手のひらの上の傘を立たせる遊びを考えると、腕の関節を適切に動かすことで、傘が倒れないように制御する必要があります。姿勢によって傘に伝わる力は複雑に変化しますので、傘の倒立を維持させるような制御は難しいのです。そこで、ゲインスケジューリングと呼ばれる手法で、複雑に変化する特性に対処することを研究しています。

 

● 【機械系分野】室温インプリント法によるダイヤモンドライクカーボンマイクロギヤの作製

【機械系分野】室温インプリント法によるダイヤモンドライクカーボンマイクロギヤの作製 ナノインプリントリソグラフィ技術は、低コストかつ高スループットでナノパターンを一括転写で大量生産できるナノテクノロジーの 1 つとして注目されています。また、ダイヤモンドライクカーボンは、高耐摩耗性、高硬度、高生体親和性などの特異な性質を持つため医療用マイクロマシンの摺動部品の材料として期待されています。
 本研究では、室温で徐々に硬化するはしご型 HSQ(水素シルセスキオキサン)を新たな転写材料とし、凹形状の PDMS(ポリジメチルシロキサン)モールドを用いた室温ナノインプリント法により、ダイヤモンドライクカーボンの超微細加工を行い、刃先円直径 40 μm、50 μm、60 μm、高さ約 300 nm の高精度なマイクロギヤを作製しました。
 本研究で開発したプロセスがマイクロ・ナノ機能性デバイスの生産ラインに使用される可能性が大いに期待されています。

注1)1 [μm] (マイクロメートル) = 1/100万 [m]
注2)1 [nm] (ナノメートル) = 1/10億 [m]

 

● 【情報系分野】ヘッドマウントディスプレイを用いた仮想運転シミュレータの開発

 従来の建設機械の運転シミュレータは、複数の大型スクリーンに映像を投影するため、設備の規模が大きく、広いスペースが必要となります。
 それに対し、開発した仮想シミュレータでは、頭部追従式のヘッドマウントディスプレイ(HMD)に 3D CG 映像を写すことで、省スペース、省コストであるにもかかわらず高い臨場感を実現できます。

【情報系分野】ヘッドマウントディスプレイを用いた仮想運転シミュレータの開発 -1 【情報系分野】ヘッドマウントディスプレイを用いた仮想運転シミュレータの開発 -2

 

主な専門科目

制御工学、ロボット工学、電子回路、電気磁気学、材料力学、熱力学、振動工学、情報処理、CAD演習、創造設計プロジェクト、卒業研究 etc...

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