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専門教育課程 ロボティクス学科
| 授業科目区分 |
科目名 |
単位数 |
科目コード |
開講時期 |
履修方法 |
専門教育課程
専門科目
専門 |
ロボット応用力学Ⅰ
Dynamics of Machine Systems I
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2 |
E213-01 |
2023年度
４期（後学期）
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修学規程第4条を参照 |
| 授業科目の学習・教育目標 |
| キーワード |
学習・教育目標 |
| 1.力、力のモーメント
2.運動方程式
3.重心・慣性モーメント
4.振動・減衰
5.ラグランジュ方程式
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①質点、質点系、剛体の運動方程式を理解し、現象から運動方程式を立てられること。
②運動方程式を解き、得られた解を評価できること。
③上記に必要な数学的知識が修得できていること。 |
| 授業の概要および学習上の助言 |
| 力学は今後のすべての科目の基礎である。とくに機械系学科および機械系の実務においては振動が多くのトラブルの原因であ
る。振動を理解するには、運動方程式および線型の微分方程式が必須である。
この科目では力のベクトルに基づいてニュートンの運動方程式を導き、それを解くプロセスを説明するが、その発展として、
解析力学の入門であるラグランジュの方程式についても解説する。
力学では数学を多用するが、クラスのレベルなどを考慮し、必要に応じて数学的知識を補填する。 |
| 教科書および参考書・リザーブドブック |
| 教科書：機械の基礎力学[コロナ社]
参考書：解析力学の基礎[技術評論社]
ﾘｻﾞｰﾌﾞﾄﾞﾌﾞｯｸ：指定なし |
| 履修に必要な予備知識や技能 |
| ①微積分、微分方程式、ベクトル、行列等の数学的知識
②数式演算能力
ただし、状況に応じて不足があればその都度補填する。 |
| 学生が達成すべき行動目標 |
| No. |
学科教育目標
（記号表記） |
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| ① |
I,J |
ニュートンの運動法則が理解できる |
| ② |
I,J |
復元力・減衰力等の外力を受けた質点の運動が理解できる |
| ③ |
I,J |
簡単な形状の物体の重心及び慣性モーメントが計算できる |
| ④ |
I,J |
力学的エネルギー保存則・運動量保存則・角運動量保存則を理解し応用することができる |
| ⑤ |
I,J |
質点系及び剛体の運動方程式をラグランジュ方程式より導くことができる |
| ⑥ |
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|
| 達成度評価 |
|
|
評価方法 |
| 総合評価割合 |
40 |
50 |
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |
100 |
| 指標と評価割合 |
総合評価割合 |
40 |
50 |
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |
100 |
| 総合力指標 |
20 |
20 |
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |
50 |
| 20 |
25 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
45 |
| 0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| 0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| 0 |
5 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5 |
| 評価の要点 |
| 評価方法 |
行動目標 |
評価の実施方法と注意点 |
| 試験 |
① |
レ |
与えられた質点系などの運動を表す運動方程式を導き、これを解析的および数値計算によって解き、得ら
れた解を評価する問題とは、実社会で頻繁に遭遇する。その準備となる問題を出題する。 |
| ② |
レ |
| ③ |
レ |
| ④ |
レ |
| ⑤ |
レ |
| ⑥ |
|
クイズ
小テスト |
① |
レ |
必要に応じて、小テスト、クイズを行って理解度をチェックし、授業に反映させる。これらも成績評価に
加味するため努力すること。 |
| ② |
レ |
| ③ |
レ |
| ④ |
レ |
| ⑤ |
レ |
| ⑥ |
|
| レポート |
① |
レ |
授業を補填するためにレポートを課す。独力で解くよう注意されたい。 |
| ② |
レ |
| ③ |
レ |
| ④ |
レ |
| ⑤ |
レ |
| ⑥ |
|
成果発表
(口頭・実技) |
① |
|
|
| ② |
|
| ③ |
|
| ④ |
|
| ⑤ |
|
| ⑥ |
|
| 作品 |
① |
|
|
| ② |
|
| ③ |
|
| ④ |
|
| ⑤ |
|
| ⑥ |
|
| ポートフォリオ |
① |
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|
| ② |
|
| ③ |
|
| ④ |
|
| ⑤ |
|
| ⑥ |
|
| その他 |
① |
|
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| ② |
|
| ③ |
|
| ④ |
|
| ⑤ |
|
| ⑥ |
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| 具体的な達成の目安 |
| 理想的な達成レベルの目安 |
標準的な達成レベルの目安 |
| 質点系・剛体の運動方程式が立てられる。
質点系・剛体の運動方程式を解くことができる。
一般化座標を用いてラグランジュの方程式を立てることができ
る。
ラグランジュの方程式から、ニュートンの運動方程式を導くこ
とができる。
運動方程式の数値解法が理解できる。 |
質点及び質点系のニュートンの運動方程式を立てられる。
ラグランジュの方程式を立てることができる。
運動方程式を解くことができる。
簡単な形状の物体の重心と慣性モーメントが計算できる。 |
| 授業明細 |
| 回数 |
学習内容 |
授業の運営方法 |
学習課題 予習・復習 |
時間：分※ |
| 1 |
ガイダンス
力学の位置づけ
力のつり合い
運動の法則 |
講義と質疑 |
教科書第１章,第４章,第５章 |
120 |
| 2 |
質点の運動
粘性減衰力と慣性抵抗力 |
講義と質疑
自己点検 |
教科書第６章,第７章,補章 |
120 |
| 3 |
復元力と振動
調和運動 |
講義と質疑
自己点検 |
教科書第５章,第７章,補章 |
120 |
| 4 |
円運動と位相
運動量保存則 |
講義と質疑
自己点検 |
教科書第９章 |
120 |
| 5 |
運動エネルギー
保存力とポテンシャルエネルギー |
講義と質疑
自己点検 |
教科書第８章,第９章 |
120 |
| 6 |
力の場
力学的全エネルギー保存則 |
講義と質疑
自己点検 |
教科書第９章,補章 |
120 |
| 7 |
ラグランジュ方程式
中間テスト |
講義と質疑
自己点検 |
教科書第８章,第９章 |
120 |
| 8 |
運動の自由度と拘束条件
散逸関数 |
講義と質疑
自己点検 |
教科書第９章,第10章 |
120 |
| 9 |
重心と慣性モーメント
角運動量 |
講義と質疑
自己点検 |
教科書第３章,第10章,第11章 |
120 |
| 10 |
力のモーメント
角運動量保存則 |
講義と質疑
自己点検 |
教科書第２章,第８章,第11章 |
120 |
| 11 |
剛体の運動方程式
回転系の運動エネルギー |
講義と質疑
自己点検 |
教科書第11章,第12章 |
120 |
| 12 |
固定軸を持つ剛体の運動
実体振り子 |
講義と質疑
自己点検 |
教科書第12章 |
150 |
| 13 |
平面運動する剛体
ラグランジュ方程式の活用 |
講義と質疑
自己点検 |
教科書第12章
試験準備 |
180 |
| 14 |
総合演習
達成度確認試験 |
まとめと総合復習
自己点検 |
理解度の確認 |
60 |
| 15 |
達成度確認試験の見直し
自己点検 |
講義と質疑
自己点検 |
見直し |
60 |
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一般に、授業あるいは課外での学習では：「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、ＧｏｏｄＷｏｒｋ！」：のようなプロセス（一部あるいは全体）を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間（例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間／週）を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。