2020年秋学期 - モノ創り実験工房 / FOUNDATIONS OF NOVEL FABRICATION
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B6100 モノ創り実験工房 FOUNDATIONS OF NOVEL FABRICATION |
創造技法科目-デザインと情報スキル Creative Courses (Skill) - Design and Information Skill 4 単位 |
| 実施形態 | オンキャンパス |
| 開催日程 | 秋学期 月曜日４時限,月曜日５時限 |
| 担当教員 | 高汐 一紀:大前 学:神成 淳司（タカシオ カズノリ:オオマエ マナブ:シンジヨウ アツシ） |
| 関連科目 |
前提科目（関連）: B6136,90587,B6139,35050,B6046,04170,C2095,45060,C2097,45080,C2100,45120 |
| 開講場所 | SFC |
| 授業形態 | 講義、実習・演習、グループワーク |
| 履修者制限 |
履修人数を制限する Only the selected students can take this course. |
| 履修条件 | |
| 使用言語 | 英語 |
| 連絡先 | kazu@sfc.keio.ac.jp |
| 授業ホームページ | |
| 同一科目 | |
| 学生が利用する予定機材/ソフト等 | |
| 設置学部・研究科 | 総合政策・環境情報学部 |
| 大学院プロジェクト名 | |
| 大学院プロジェクトサブメンバー | |
| ゲストスピーカーの人数 | 0 |
| 履修選抜・課題タイプ=テキスト登録可 | true |
| 履修選抜・選抜課題タイプ=ファイル登録可 | false |
| GIGAサティフィケート対象 | true |
| 最終更新日 | 2020/07/22 15:41:18 |
科目概要
Irrespective of device and software, foundation of novel fabrications is to enhance the completion degree of a product by utilizing the PDCA (Plan, Do, Check, Act) cycle. This class deals with basic technologies and measurement techniques required for novel fabrication from both the analog and digital aspects. To experience practical fabrication processes and to learn more advanced technical and consideration skills, this course consists of three exercise rounds each of which has a different hands-on theme.
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デバイス，ソフトウェアを問わず，モノ創りの基本は，発想・設計（Plan），プロトタイピング・計測（Do），評価・分析（Check），処置・改善（Act）を繰り返す螺旋状のプロセス（PDCA cycle）を実施し，完成度を高めることにあります．すなわち「試行錯誤」の実践です．この科目では，ある程度の「発想→プロトタイピング」の経験を積んだ学生を対象に，次回の発想・設計プロセスに繋がる「評価→改善」に重点を置き，モノ創りのプロセスを実践的に議論します．講義・演習は，3〜5セットを1クールとし，3〜4テーマ（調整中）によるオムニバス形式で進行します．各クール毎の自己レビュー，相互レビューとディスカッションを通して，自己表現手法と評価方法（質的考察力，量的考察力）の習得を目指します．
授業シラバス
主題と目標／授業の手法など
This class deals with basic technologies and measurement techniques required for novel fabrication from both the analog and digital aspects. To experience practical fabrication processes and to learn more advanced technical and consideration skills, this course consists of three exercise rounds each of which has a different hands-on theme:
“The Principle of Sensor Devices and Sensor Networks” (Takashio)
We have been using so many sensors and sensor networks in our daily lives, but they are still in black boxes to most of us. In this exercise round, class attendees will manufacture actual sensor elements using familiar materials, implement their drive circuits and complete them as sensor unit packages. By experiencing this process, the attendees will learn both of the principle of sensor devices and measurement skills to verify whether a sensor unit works well or not.
“Development and Control of Mobile Robots” (Omae)
Recently, mechanical systems such as robots, automobiles have been increasingly intelligent by computer-control and they have made human life more comfortable and convenient. This practice aims at learning the difficulty of the control of physical system and one of methods to accomplish the objective by experiencing the development and control of a mobile robot. Students are expected to construct a mobile robot using servomotors, sensors and a control unit and to develop the control program for the robot to travel the target course without collision.
“Real-World Programming” (Shinjo)
With the spread of IoT, the real-world programming is becoming more and more important. This practice aims at learning the real-world programming. Students construct the upright robot, and develop the control program to cope with the change of sensors and shape.
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この科目では，ある程度の「発想→プロトタイピング」の経験を積んだ学生を対象に，次回の発想・設計プロセスに繋がる「評価→改善」に重点を置き，モノ創りのプロセスを実践的に議論します．講義・演習は，4回を1クールとし，3テーマによるオムニバス形式で進行します．各クール毎の自己レビュー，相互レビューとディスカッションを通して，自己表現手法と評価方法（質的考察力，量的考察力）の習得を目指します．
テーマと担当者は以下の通りです．
「センサ素子の原理と無線センサユニット」（担当：高汐）
実際のところ，センサやセンサ・ネットワークを使ってはいても，それらがどう動いているのかを意識している人は少ないのでは？この課題では，センサ素子の原理から無線センサユニットとして機能するまでを，身近な材料を使っての製作と計測を通して理解してもらいます．
「LEGO MindStormを用いた自律移動ロボット構築・プログラミング」（担当者：神成）
情報教育において主に取り組まれているプログラミング中心の学習では，実世界で動作するプログラミングを構築する経験が不足している．本課題では，LEGO Mindstormを用い，自律移動するロボットの制作とプログラミング経験を一体として実施させる事により，これらの経験を培う事を目的とする．これらの経験は，日本の産業の根幹である，製造業分野における情報技術適用の際に必要とされる計測制御プログラミングの基礎的素養を培うものとなる事が期待される．
「自走式機械の構築と制御」（担当者：大前）
現在，ロボット，自動車などの機械システムは，コンピュータ制御によりどんどん賢くなってきています．今後は，あらゆる機械システムが，コンピュータやネットワークとの結びつきを強め，皆さんの生活を益々便利で豊かなものにしていくことでしょう．この課題では，機械システムを構築し，実際に制御し，目標を満たす機構と制御の構築を体験してもらいます．その試行錯誤の過程でモノを作り出すプロセスを学びます．具体的には，サーボモーター4個，センサユニット1個，制御ユニット1個を使って，自走式機械およびその制御プログラム構築し，所定のコースを走行してもらいます．走行において，いくつか達成目標があり，その達成状況を評価します．走行＆評価，機構・制御アルゴリズム修正を繰り返すことで，より洗練された動作を実現する機械を構築していきます．
教材・参考文献
Some documents and materials will be designated in lectures.
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各クール（テーマ）ごとに担当者が教材を用意します．
提出課題・試験・成績評価の方法など
Having to give grades will be done based on reports for written assignments and group work exercises.
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評価は，主に，各クールの担当者が出題する課題に対するレポートの内容により行います．
履修上の注意
授業計画
第1回 Introduction
[イントロダクション]
Aims and policies / Confirmation of basic knowledge and skills
■ 講義・演習の目標と進め方
■ 前提となる知識の確認
■ クラス分け
Takashio, Omae, Shinjo
第2回 Introduction
[イントロダクション]
Aims and policies / Confirmation of basic knowledge and skills
■ 講義・演習の目標と進め方
■ 前提となる知識の確認
■ クラス分け
Takashio, Omae, Shinjo
第3回 Real-World Programming: Development of “Robot” (1)
[LEGO MindStormを用いた自律移動ロボット構築・プログラミング]
Install a software / Understand a basic mechanism of LEGO Mindstorm / Developing the control program
開発用ソフトウェアのインストールと，目的となる二足歩行ロボットとは異なるサンプルロボットの制作及び同ロボット用プログラム実習を行います．このプログラム実習では，ロボット自身に変更を加えず，センサやロボット自身の動作変更を行ってもらいます．
Shinjo
第4回 Real-World Programming: Development of “Robot” (1)
[LEGO MindStormを用いた自律移動ロボット構築・プログラミング]
Install a software / Understand a basic mechanism of LEGO Mindstorm / Developing the control program
開発用ソフトウェアのインストールと，目的となる二足歩行ロボットとは異なるサンプルロボットの制作及び同ロボット用プログラム実習を行います．このプログラム実習では，ロボット自身に変更を加えず，センサやロボット自身の動作変更を行ってもらいます．
Shinjo
第5回 Real-World Programming: Development of “Robot” (2)
[LEGO MindStormを用いた自律移動ロボット構築・プログラミング]
Replace two input sensors (and develop the control program). (The robot must maintain the upright during the operation of two sensors.)
本課題の主題である，二足歩行ロボットの製作と，同ロボット用制御プログラムの開発として，基本的な移動動作に修正を加えて頂きます．
Shinjo
第6回 Real-World Programming: Development of “Robot” (2)
[LEGO MindStormを用いた自律移動ロボット構築・プログラミング]
Replace two input sensors (and develop the control program). (The robot must maintain the upright during the operation of two sensors.)
本課題の主題である，二足歩行ロボットの製作と，同ロボット用制御プログラムの開発として，基本的な移動動作に修正を加えて頂きます．
Shinjo
第7回 Real-World Programming: Development of “Robot” (3)
[LEGO MindStormを用いた自律移動ロボット構築・プログラミング]
Modify the shape of “Robot”. (Volume : up to 250%) (The robot must maintain the upright during the operation of two sensors.)
前回授業の成果を発表すると共に，ロボット自身の変形を含む新たな動作プログラミングを開発し，ソフト・ハード両面からの制御について検討します．
Shinjo
第8回 Real-World Programming: Development of “Robot” (3)
[LEGO MindStormを用いた自律移動ロボット構築・プログラミング]
Modify the shape of “Robot”. (Volume : up to 250%) (The robot must maintain the upright during the operation of two sensors.)
前回授業の成果を発表すると共に，ロボット自身の変形を含む新たな動作プログラミングを開発し，ソフト・ハード両面からの制御について検討します．
Shinjo
第9回 Real-World Programming: Development of “Robot” (4)
[LEGO MindStormを用いた自律移動ロボット構築・プログラミング]
Team presentation
過去3回の授業を踏まえ，個々のグループが取り組んだ内容の比較分析を実施し，分析結果をまとめていただきます．問題発見とその対応内容について客観的に比較検討を行うことが出来るかがポイントとなります．
Shinjo
第10回 Real-World Programming: Development of “Robot” (4)
[LEGO MindStormを用いた自律移動ロボット構築・プログラミング]
Team presentation
過去3回の授業を踏まえ，個々のグループが取り組んだ内容の比較分析を実施し，分析結果をまとめていただきます．問題発見とその対応内容について客観的に比較検討を行うことが出来るかがポイントとなります．
Shinjo
第11回 The Principle of Sensor Devices and Sensor Networks (1)
[センサ素子の原理と無線センサユニット]
Principle of sensor element / Preparation of sensor element
環境の変化やバイタルデータをコンピュータ上でシンボリックな情報として扱うにはどうすればよいのでしょうか？基本は，物理変化を電気信号として捉えることにあります．調べたい物理量によって電気的（電子的）特性が変化する物質・素子が必要ですが，ヒントは身近なところにころがっています．第1回目は，センサ素子の原理を解説し，手近な材料を使ったセンサ素子を設計，製作，計測します．
Takashio
第12回 The Principle of Sensor Devices and Sensor Networks (1)
[センサ素子の原理と無線センサユニット]
Principle of sensor element / Preparation of sensor element
環境の変化やバイタルデータをコンピュータ上でシンボリックな情報として扱うにはどうすればよいのでしょうか？基本は，物理変化を電気信号として捉えることにあります．調べたい物理量によって電気的（電子的）特性が変化する物質・素子が必要ですが，ヒントは身近なところにころがっています．第1回目は，センサ素子の原理を解説し，手近な材料を使ったセンサ素子を設計，製作，計測します．
Takashio
第13回 The Principle of Sensor Devices and Sensor Networks (2)
[センサ素子の原理と無線センサユニット]
Designing electronic circuit for sensor unit / Implementation
第1回目で実装したセンサ素子を利用するには，静電容量の微量な変化を計測する高精度の専用計測器が必要でした．実際のセンサ・ユニット（モジュール）として利用するには出力に工夫が必要です．第2回目は，先に製作したセンサ素子に「静電容量ー電圧変換」回路を追加することで，汎用センサ・ユニットとしての完成度を高めます．
Takashio
第14回 The Principle of Sensor Devices and Sensor Networks (2)
[センサ素子の原理と無線センサユニット]
Designing electronic circuit for sensor unit / Implementation
第1回目で実装したセンサ素子を利用するには，静電容量の微量な変化を計測する高精度の専用計測器が必要でした．実際のセンサ・ユニット（モジュール）として利用するには出力に工夫が必要です．第2回目は，先に製作したセンサ素子に「静電容量ー電圧変換」回路を追加することで，汎用センサ・ユニットとしての完成度を高めます．
Takashio, Omae, Shinjo
第15回 The Principle of Sensor Devices and Sensor Networks (3)
[センサ素子の原理と無線センサユニット]
A/D converting / Wireless sensor network
センサ・ユニットで計測されるデータをコンピュータ上で扱うには，アナログ情報をデジタル情報に変換する機構「A/Dコンバータ」が不可欠となります．また実環境での利用状況を想定すると，観測データをデジタル情報として無線で送信できれば便利でしょう．第3回目は，既存の無線センサ・ネットワークのインフラをうまく活用し，実装したセンサ・ユニットを無線センサノードとして完成させます．
Takashio
第16回 The Principle of Sensor Devices and Sensor Networks (3)
[センサ素子の原理と無線センサユニット]
A/D converting / Wireless sensor network
センサ・ユニットで計測されるデータをコンピュータ上で扱うには，アナログ情報をデジタル情報に変換する機構「A/Dコンバータ」が不可欠となります．また実環境での利用状況を想定すると，観測データをデジタル情報として無線で送信できれば便利でしょう．第3回目は，既存の無線センサ・ネットワークのインフラをうまく活用し，実装したセンサ・ユニットを無線センサノードとして完成させます．
Takashio
第17回 The Principle of Sensor Devices and Sensor Networks (4)
[センサ素子の原理と無線センサユニット]
Evaluation of the sensor unit on a sensor network infrastructure
完成したセンサ・ユニットを無線センサノードと連携して動作させ，実世界情報を取得，その性能を多方面から評価します．
Takashio
第18回 The Principle of Sensor Devices and Sensor Networks (4)
[センサ素子の原理と無線センサユニット]
Evaluation of the sensor unit on a sensor network infrastructure
完成したセンサ・ユニットを無線センサノードと連携して動作させ，実世界情報を取得，その性能を多方面から評価します．
Takashio
第19回 Development and Control of Mobile Robots: Introduction
[自走式機械の構築と制御]
Explanation of purpose and flow of the practice / Practice of the LEGO mindstorm programing
プログラムの文法，機械パーツの解説を行い，プログラムを作成し，制御ユニットにダウンロードを行うためのセットアップを行います．また，簡単なプログラムと機構で，モーターを動かしたり，センサーの値を取得する練習を行います．
Omae
第20回 Development and Control of Mobile Robots: Introduction
[自走式機械の構築と制御]
Explanation of purpose and flow of the practice / Practice of the LEGO mindstorm programing
プログラムの文法，機械パーツの解説を行い，プログラムを作成し，制御ユニットにダウンロードを行うためのセットアップを行います．また，簡単なプログラムと機構で，モーターを動かしたり，センサーの値を取得する練習を行います．
Omae
第21回 Development and Control of Mobile Robots: Planning and Development
[自走式機械の構築と制御]
Designing and building a mobile robot / Development of control program
壁にぶつからない，段差を乗り越える等の要求を満たすためには，どのように車体を構築し，プログラムを組めばよいかを考え，自走式機械の車体や制御プログラムに反映し，動かします．動かした結果に基づき修正を行い，再評価を行うことを繰り返し，要求を満たす手順を体験します．
Omae
第22回 Development and Control of Mobile Robots: Planning and Development
[自走式機械の構築と制御]
Designing and building a mobile robot / Development of control program
壁にぶつからない，段差を乗り越える等の要求を満たすためには，どのように車体を構築し，プログラムを組めばよいかを考え，自走式機械の車体や制御プログラムに反映し，動かします．動かした結果に基づき修正を行い，再評価を行うことを繰り返し，要求を満たす手順を体験します．
Omae
第23回 Development and Control of Mobile Robots: Tuning
[自走式機械の構築と制御]
Evaluation of behaviors of controlled robot / Enhancing control program according to evaluation results
所定のコースを走破するための自走式機械の機構とその制御プログラムを作成します．走行，評価，修正のプロセスを繰り返すことで，プログラムと機構を洗練していきます．
Omae
第24回 Development and Control of Mobile Robots: Tuning
[自走式機械の構築と制御]
Evaluation of behaviors of controlled robot / Enhancing control program according to evaluation results
所定のコースを走破するための自走式機械の機構とその制御プログラムを作成します．走行，評価，修正のプロセスを繰り返すことで，プログラムと機構を洗練していきます．
Omae
第25回 Development and Control of Mobile Robots: Contest
[自走式機械の構築と制御]
Competitive evaluation of the developed robot
前半に自走式機械の最終調整を行い，後半に走行会を行います．また，各グループ毎に作成した作品の概要，工夫点などについてプレゼンテーションを行ってもらいます．
Omae
第26回 Development and Control of Mobile Robots: Contest
[自走式機械の構築と制御]
Competitive evaluation of the developed robot
前半に自走式機械の最終調整を行い，後半に走行会を行います．また，各グループ毎に作成した作品の概要，工夫点などについてプレゼンテーションを行ってもらいます．
Omae
第27回 Revenge Week (1)
Additional week to re-challenge to challenges did not finish in each round
各クールで消化しきれなかった課題，再実験が必要と判断された課題に取り組みます．
Takashio, Omae, Shinjo
第28回 Revenge Week (1)
Additional week to re-challenge to challenges did not finish in each round
各クールで消化しきれなかった課題，再実験が必要と判断された課題に取り組みます．
Takashio, Omae, Shinjo
第29回 Revenge Week (2)
Additional week to re-challenge to challenges did not finish in each round
各クールで消化しきれなかった課題，再実験が必要と判断された課題に取り組みます．
Takashio, Omae, Shinjo
第30回 Revenge Week (2)
Additional week to re-challenge to challenges did not finish in each round
各クールで消化しきれなかった課題，再実験が必要と判断された課題に取り組みます．
Takashio, Omae, Shinjo
第31回
第32回
第33回
第34回
第35回
第36回
第37回
第38回
第39回
第40回
第41回
第42回
第43回
第44回
第45回
第46回
第47回
第48回
第49回
第50回
第51回
第52回
第53回
第54回
第55回
第56回
第57回
第58回
第59回
第60回
第61回
第62回
第63回
第64回
第65回
第66回
第67回
第68回
第69回
第70回
第71回
第72回
第73回
第74回
第75回
第76回
第77回
第78回
第79回
第80回
第81回
第82回
第83回
第84回
第85回
第86回
第87回
第88回
第89回
第90回
第91回
第92回
第93回
第94回
第95回
第96回
第97回
第98回
第99回
第100回
第101回
第102回
第103回
第104回
第105回
第106回
第107回
第108回
第109回
第110回
第111回
第112回
第113回
第114回
第115回
第116回
第117回
第118回
第119回
第120回
第121回
第122回
第123回
第124回
第125回
第126回
第127回
第128回
第129回
第130回
第131回
第132回
第133回
第134回
第135回
第136回
第137回
第138回
第139回
第140回
第141回
第142回
第143回
第144回
第145回
第146回
第147回
第148回
第149回
15回目に相当するその他の授業計画
* Revenge Week (2) * Additional week to re-challenge to challenges did not finish in each round
* リベンジウィーク（２）* 各ラウンドで消化しきれなかった課題，再実験が必要と判断された課題に取り組みます．