モーションコントロール：数学と物理学が衝突を防ぐ場所

電気および機械工学、ソフトウェアおよびハードウェアの設計を組み込み、生物学、倫理、心理学などの多様な分野から収集した洞察を利用して、ロボット工学は真に学際的な領域です。

もちろん、数学と物理学が中心であり、絡み合っています。そして、両方とも衝突を引き起こさない自動化を生み出すために使用されます。

この投稿では、モーションコントロール、キネマティクス、およびキネティクスの基本について概要を説明します。全体を通して、A3アーカイブ以降から、モーションコントロールと関連する概念についてさらに学ぶための有用なリソースへのリンクを共有します。

モーションコントロールとは何ですか？

その名前が示すように、「モーションコントロール」は、自動化システムのすべての個々の部分の制御されたモーションの実現に関係する自動化のサブフィールドを指します。内部モーター、グリッパーチップ、ガントリー、および今日の複雑な自動化の他のすべてのコンポーネントの動きを制御するには、力、動き、トルクなどの主要な物理概念を理解し、複雑な制御アルゴリズムを実際のハードウェアに適用する機能が必要です。

正常に導入されたモーションコントロールは、システムの各部分がいつでも必要な場所にあることを保証し、全体的な信頼性と再現性を保証します。

「モーションコントロール」は、モーターのみのモーションを制御するという厳密な意味で使用されることがありますが、最も広い意味では、この用語は自動システムのすべての部分を含みます。グリッパーやガントリーなど。この広い意味で、モーションコントロールには、経路計画、速度論、運動学が組み込まれています。

一般的なモーションコントロールシステムは、モーションコントローラー、アンプ、1つ以上のモーターの3つのコンポーネントで構成されています。

モーションコントローラーは操作の頭脳であり、モーターの軌道など、エンドユーザーの要件に従ってモーターが確実に機能するようにします。モーションコントローラーのサイズは近年縮小し、よりスマートになり、メーカーは革新的でますます有用な方法でモーションコントロールインテリジェンスを設計に組み込むことができます。

YouTubeでのYaskawaAmericaのeラーニングシリーズには、モーションコントロールの基本に関する次の便利な概要が含まれています。

https://www.youtube.com/watch?v=-ZWUSbMKAfg

キネマティクス

物理学では、運動学は、幾何学を介して相互に関連する点、物体、および物体のシステムの動きを記述するサブフィールドです。

ロボット工学では、キネマティクスとはロボットの動きのジオメトリを指し、自動化システム内のさまざまなポイントの位置を計算できるキネマティック方程式を組み込んでいます。重要なのは、運動学では運動を引き起こす力を考慮せず、運動が可能かどうかだけを考慮することです。

順運動学では、ジョイントパラメータに指定された値からエンドエフェクタの位置を計算します。逆運動学は、エンドエフェクタの位置に基づいて関連する関節角度を計算します。

スタンフォード大学の「ロボット工学入門」ビデオシリーズには、運動学の概念に関するこの有用な講義が含まれています。

https://www.youtube.com/watch?v=QKyDrUonp98

キネティクス

物理学では、速度論とは、運動を引き起こす原因となる物体または粒子に作用する力の研究を指します。ロボット工学では、これには、システムに存在するトルクと力（電流を含む）の計算と評価が含まれます。ここでは、ニュートン-オイラー方程式とラグランジュ方程式を使用して、自動化システムの動的モデルを提供したり、ロボットマニピュレーターの剛体リンクに作用する力とモーメントを決定したりします。

A3アーカイブからさらに読む：

モーションコントロールとは？

ステッピングモーターに閉ループ機能をもたらす

そしてそれを超えて：

米国ノースウェスタン大学のロボット工学および生物システムセンターは、「現代のロボット工学：機械工学、計画、および制御」（LynchおよびPark、Cambridge University Press、2017）、以下を含むすべてがYouTubeで利用可能です：

https://www.youtube.com/watch?v=QFCbTVJqm8I

クイーンズランド大学のマイケルミルフォード教授による順運動学と逆運動学のガイド：

https://www.youtube.com/watch?v=VjsuBT4Npvk

ロボットの運動学と速度論–簡単な調査、ScienceDirect