制御工学を実践的に学ぶことができる LEGO 倒立振子の開発（MSCS 2023 のプレゼン資料：完全版）

# <font color="#33CC33">はじめに</font>

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2552191/7bc03f11-077e-cbe4-352d-7d3c2331b006.png)

　2023年3月8日（水）～ 11日（土）に開催された<b>「第10回 計測自動制御学会 制御部門 マルチシンポジウム (MSCS2023)」</b>

https://mscs2023.sice-ctrl.jp/

で発表した
　<b><font color="#E84746">「制御工学を実践的に学ぶことができる LEGO 倒立振子の開発」</font></b>
のプレゼン資料（YouTube 動画および PDF ファイル）などを公開します！

　実際の発表では，発表の時間制限（講演：15 分，質疑応答：5 分）の都合上，内容を省略していましたが，ここで公開するプレゼン資料は完全版となります．長時間となりますので，各セクションごとに内容を分割しています．興味があれば，どうぞ御覧ください．

# <font color="#33CC33">プレゼン資料（YouTube 動画）</font>

### <font color="#33CC33">(1) 研究背景と目的</font>

https://youtu.be/_c0niuRwVpY

### <font color="#33CC33">(2) アーム型 LEGO 倒立振子の製作</font>

https://youtu.be/tUBtxoLgOLI

### <font color="#33CC33">(3) LEGO アームの PID 制御</font>

https://youtu.be/0s9AT347Vok

### <font color="#33CC33">(4) アーム型 LEGO クレーンの振れ止め制御</font>

https://youtu.be/i5rbfxzczGM

### <font color="#33CC33">(5) アーム型 LEGO 倒立振子の目標値追従制御　<br>(6) まとめ</font>

https://youtu.be/rSaUyU2CDiE


# <font color="#33CC33">プレゼン資料（PDF ファイル）</font>

### <font color="#33CC33">(1) 研究背景と目的</font>

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/MSCS2023_full_voice01.pdf

### <font color="#33CC33">(2) アーム型 LEGO 倒立振子の製作</font>

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/MSCS2023_full_voice02.pdf


:::note info
組立図

* アーム：https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/building_arm.pdf

* ベース：https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/building_body.pdf

* 振子：https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/building_pendulum.pdf
:::


### <font color="#33CC33">(3) LEGO アームの PID 制御</font>

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/MSCS2023_full_voice03.pdf

### <font color="#33CC33">(4) アーム型 LEGO クレーンの振れ止め制御</font>

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/MSCS2023_full_voice04.pdf

### <font color="#33CC33">(5) アーム型 LEGO 倒立振子の目標値追従制御　<br>(6) まとめ</font>

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/MSCS2023_full_voice05.pdf


# <font color="#33CC33">その他</font>

### <font color="#33CC33">MATLAB/Simulink ファイル</font>

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/matlab_R2022b.zip

### <font color="#33CC33">LEGO 部品リスト</font>

<b>PDF ファイル</b>

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/LEGO%E9%83%A8%E5%93%81%E3%83%AA%E3%82%B9%E3%83%88.pdf

<b>EXCEL ファイル</b>

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/LEGO%E9%83%A8%E5%93%81%E3%83%AA%E3%82%B9%E3%83%88.xlsx


### <font color="#33CC33">LEGO 組立図</font>

<b>PDF ファイル</b>

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/building_arm.pdf

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/building_body.pdf

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/building_pendulum.pdf


<b>LEGO STUDIO ファイル</b>

　以下のファイルは，フリーの CAD ソフトウェア [LEGO STUDIO 2.0](https://www.bricklink.com/v3/studio/download.page) が必要です．

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/building_arm.io

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/building_body.io

https://github.com/Prof-Carter/LEGO_arm_driven_inverted_pendulum/blob/main/building_pendulum.io



### <font color="#33CC33">マイコン，モータ，センサなどの情報</font>

|部品|製品名|製造元|購入先|
|---|---|---|---|
|マイコン<br>（Arduino MEGA 互換ボード＋シールド）|[MinSegShield M2V5 Dual Axis MinSeg Kit](https://minseg.com/collections/minseg-kits/products/minsegshield-m2v5-dual-axis-balance-minseg-kit-new)|[MinSeg.Com](https://minseg.com)|[HopeTrust](https://www.only-handmade.jp/?pid=147504945)<br>※ 自分で輸入した方が随分と安価です|
|磁気式エンコーダ付ギヤード DC モータ<br>（分解能：7PPR，ギヤ比：50:1，軸径：D カット 3mm）|[FIT0482](https://www.dfrobot.com/search-fit0482.html)|[DFRobot](https://www.dfrobot.com)|[Digi-Key](https://www.digikey.jp/ja/products/detail/dfrobot/FIT0482/7087159)|
|モータブラケット|[POLOLU-989, Pololu Micro Metal Gearmotor Bracket Pair - Black](https://www.pololu.com/product/989)|[Pololu](https://www.pololu.com)|[RobotShop](https://jp.robotshop.com/products/pololu-micro-motor-mount)|
|光学式エンコーダ【振子用】<br>（分解能：360PPR，軸径：2mm）|[E20S2-360-3-V-5-R](https://www.autonics.com/series/3000479)<br>もしくは<br>[E20S2-360-3-V-5-S](https://www.autonics.com/series/3000479)|[Autonics](https://www.autonics.com)|[ミスミ](https://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/221005279615/)<br>※ ミスミさんからは側面引出型のみの販売となりました．|
|D カット3mm 軸用アダプタ【振子用】|[MOTOR SHAFT ADAPTERS](https://circuitcubes.com/products/motor-shaft-adapters)|[Tenka](https://circuitcubes.com)|[HopeTrust](https://www.only-handmade.jp/?pid=167997129)<br>※ 自分で輸入した方が随分と安価です|
|3mm 軸用アダプタが付属している LEGO 用ホイール【振子用】|[Black Multi-Hub Wheel for TT / Lego or N20 Motor - 65mm Diameter](https://www.adafruit.com/product/4205)|[Adafruit](https://www.adafruit.com)|[Mouser](https://www.mouser.jp/ProductDetail/Adafruit/4205?qs=PzGy0jfpSMu2zfaLKkrDLQ%3D%3D)<br>[マルツ](https://www.marutsu.co.jp/pc/i/32824473/)|
|2mm/3mm アルミカップリング|[MST-8-2-3](https://www.monotaro.com/p/0721/4191/)|[鍋屋バイテック (NBK)](https://www.nbk1560.com/)|[モノタロウ](https://www.monotaro.com/p/0721/4191/)|
|3mm シャフト（全長：15mm）|[3015-h7](https://www.monotaro.com/p/0147/0814/)|[ケーエス産業](https://www.kssc.co.jp/)|[モノタロウ](https://www.monotaro.com/p/0147/0814/)|
|DC 電源（9V/1.3A）|[SSCI-017954](https://www.switch-science.com/catalog/1795/)|[スイッチサイエンス](https://www.switch-science.com)|[スイッチサイエンス](https://www.switch-science.com)|

* Pololu の[モータブラケット (POLOLU-989, Pololu Micro Metal Gearmotor Bracket Pair - Black)](https://www.pololu.com/product/989) は，以前は[朱雀技研工房ストア](https://suzakugiken.jp/news/20230301-suzakulab-store-closed/)さんから購入できたのですが，残念ながら閉店されましたので，[RobotShop](https://jp.robotshop.com/products/pololu-micro-motor-mount)さんなどからご購入ください．私は持っていませんが，代わりに[モータブラケット (POLOLU-1089, Pololu Micro Metal Gearmotor Bracket Extended Pair)](https://www.pololu.com/product/1089) も使用できると思います．POLOLU-1089 は[スイッチサイエンス](https://www.switch-science.com/products/2706)さんや[マルツ](https://www.marutsu.co.jp/GoodsDetail.jsp?q=pololu%201089&salesGoodsCode=2349390&shopNo=3)さんからも購入できます．

* 以前は，振子用の光学式エンコーダ(E20S2-360-3-V-5-R) の軸に Pololu の 2mm 軸用アダプタ（[POLOLU-1001, 2mm Shaft Adapter for LEGO Wheels](https://www.pololu.com/product/1001)）を取り付けていましたが，製造が中止となりました．そこで，代わりに，Adafruit の [Black Multi-Hub Wheel for TT / Lego or N20 Motor - 65mm Diameter](https://www.mouser.jp/ProductDetail/Adafruit/4205?qs=PzGy0jfpSMu2zfaLKkrDLQ%3D%3D) に付属の 3mm 軸アダプタ（D カット用ではない），[3mm シャフト](https://www.monotaro.com/p/0147/0814/)，[2mm/3mm アルミカップリング](https://www.monotaro.com/p/0721/4191/)を使用して，以下のように接続しました．

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2552191/3e89208d-c2da-5fa3-6c17-f299a611b6ac.png)

* D カット3mm 軸用アダプタ【振子用】は，Tenka の [MOTOR SHAFT ADAPTERS](https://circuitcubes.com/products/motor-shaft-adapters) の代わりに，Pimoroni の [Micro Metal Gearmotor to LEGO® Axle Adaptor (PIM132)](https://shop.pimoroni.com/products/micro-metal-gearmotor-to-lego-axle-adaptor) を使用することもできます．PIM132 は [mouser](https://www.mouser.jp/ProductDetail/Pimoroni/PIM132?qs=vLWxofP3U2xKrIuUrGWJzQ%3D%3D) さんからお手軽に購入可能です．マルツさんからも購入できますが，32 個以上を発注する必要がありますので，お高くなります．

https://twitter.com/carter_control/status/1619964208157986817