ISSN 1346-3543

熊本県立技術短期大学校
紀 要
第 18 号

Kumamoto
Prefectural College
of Technology

2017 年 11 月
熊本県立技術短期大学校

1

2

3
報

告

3D スキャナー利用に関する実験検討
河邉真二郎 *１
The examination on Utilization of 3D Scanner
Shinjiro KAWABE
3D スキャナーは実物の表面形状を非接触で計測し，そのデータをアウトプットしてくれるたいへん便利な機器である．データは点群データからポリゴンデータへ，そしてＣＡＤデータへ変換され、有用に活用される．スキャン方法はレーザー光もしくはプロジェクターからのパターン光を使用したものが一般的である．3D スキャナーの操作は比較的容易なため、誰でも 3 次元データを作成することが可能だといわれている．ここでは，安価な 3D スキャナーソフト「DAVID」を利用し，レーザー光とパタ
ーン光を使用したスキャン操作によるＣＡＤデータの作成実験を試みた．スキャン実験により得られたＣＡＤデータを利用して 3D プリンターによる立体モデルの造形を行った．

１．はじめに縞模様のある光のことである．

近年，デジタル技術の発展とともに 3D スキャナーを利用したものづくりが広く期待されている．一般には医療分野，工業分野，服飾分野の他，文化遺産などの歴史保存にも利用価値は広がっている．

２．１ レーザー光を使用したスキャン実験方法
レーザー光を使用したスキャン実験装置を図１に示す．

本校では基礎技術を十分に教育し、その後に最新の技術を学ばせているために 3D スキャナーの利用には大いに関心を寄せている．3D スキャナーを用いた 3 次

ﾗｲﾝﾚｰｻﾞｰ

ｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝﾎﾞｰﾄﾞ
被計測物体

元モデリング手法は自動車業界などでリバースエンジニ
アリングとして広く利用されており、3DCAD を用いたモ
デリング手法と比較して効率性アップにつながる．

web カメラ

本校で学ぶ機械設計においてもこのデジタル技術における手法について学んでおきたいが、市販の 3D スキ
ャナーは高価であるため，簡単に購入することは難しい．

図１ レーザー光を使用した実験装置（写真）

そこで，安価な 3D スキャナーの利用について検討すべ

主な実験器具は，① 3Dスキャナーソフト「DAVID」，

くスキャン実験をこころみた．ここでは，3D スキャナーの② webカメラ（Logicool HDプロウエブカム C920）,

実験方法や 3 次元モデリングデータ取得について実験③ Red Line Laser（LE650-5-3-F-S(22*100)90）.

結果を報告する．

ソフトウエアに従い，スキャンの前にはキャリブレーシ
ョンボードを使用したキャリブレーションが必要となる．

２．実験方法

キャリブレーション後はキャリブレーションボードの前本研究ではスキャナーの光源としてレーザー光とパに被計測物体を設置する．被計測物体にレーザー光を

ターン光を用い、その性能の比較を行った．レーザー

照射するとパソコン上でスキャンしたデータの取り込み

光は光を増幅して発射するレーザー発信機を利用した状況を確認することが出来る．全体の形状を取り込むまもので指向性や収束性に優れており、発生する電磁波

でラインレーザーを照射することとなる．この動作によりの波長を一定に保つことができる．パターン光は液晶プ

被計測物体の表面形状を取り込むことが出来たら、物ロジェクターを利用したもので，液晶パネルを透過した

体の角度を変えて同照射操作を繰り返す．

*1 精密機械技術科

4
ここでは物体の周囲8面をスキャンすることとした．8面

表２ 実験結果の評価（パターン光）

から得られたデータを取得後は，それら8面を合成して１Pattern Light

つの立体形状を作り上げた．
Material
２．２ パターン光を使用したスキャン実験方法

Condition

Rough

-

△

Smooth

-

△

Rough

-

△

Clear

×

White

◎

Red

◎

Yellow

◎

Green

◎

Black

×

Clear

△

White

◎

Red

◎

Yellow◎

Evaluation

Green

◎

(4step)Black×

Aluminum

ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾀｰ
(ﾊﾟﾀｰﾝ光)Smooth
図 2 パターン光を使用した実験装置（写真）パターン光を使用した実験装置を図2に示す．実験
器具のソフトとカメラは，レーザー光の時と同様，パターン光を 投影するもの として はプロジェク ター（EPSON

Plastic

LCD PROJECTER ELP-810UG）を使用した．
表 1 実験結果の評価（レーザー光）
Rough

Laser Light

Steel

Aluminum

Conditioncolor(4step)△

ｿﾌﾄｳｴｱ(ﾊﾟｿｺﾝ)

Surface

Evaluation-

web カメラ

Material

color

SmoothSteel

ｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝﾎﾞｰﾄﾞ
被計測物体

Surface

Smooth

-

○

Paper

-

White

△

Rough

-

○

Miror

-

-

×

Smooth-○◎：優 ○良 △可 ×不可

Rough

-

○

キャリブレーションも同様の動作を行ったが，キャリブ

Clear

×

レーション後はボードをはずしてスキャン操作を行うこと

White

○

が出来た．ここでも物体の周囲８面をスキャンすることとRed○し、8面から得られたデータを合成して1つの立体形状を

Yellow

○

Green

×

Black

×

Clear

△

White

○

特定せず、多種多様な物体をスキャンし，スキャン状態

Red○を確認することとした．

Yellow○

実験対象物とした材料には一般的な鉄鋼，アルミ合

Green

×

金，プラスチック，紙，透明な物体、鏡等を準備した．表

Black

×

SmoothPlastic

Rough

Paper

-

White

○

Miror

-

-

×

◎：優 ○良 △可 ×不可作り上げた．
３．実験結果及び考察1），2），3）
３．１ スキャンデータ取得に及ぼす表面性状の影響
3次元スキャンデータの取得の前に、被計測物体を面の状態は感覚的に滑らかなものと粗いものに分け，色は一般的な6色とした．
レーザー光を使用した実験結果を表１に，パターン
光を使用した実験結果を表2に示す．
本評価は独自の評価で、被計測物体を選定するた

5めの材料とした．評価は4段階とし，○はスキャンデータ
が取得できたもの，×が取得できなかったもの，スキャン
データが取得できたもののうち，さらに表面状態がなめらかで良かったものが◎，表面に凹凸(おうとつ)が目立
A 招き猫（レーザー光）

ちあまり良くなかったものが△となっている．
レーザー光を使用した表１の実験結果からは鏡とプラスチックの透明色，緑色，黒色のものがスキャンできな
かったことがわかる．パターン光を使用した表２の実験
結果からは，鏡とプラスチックの透明色，黒色のものがB クマ（パターン光）

スキャンできなかったことがわかる．
レーザー光とパターン光の実験結果を比較すると両

図４ スキャンデータ（アラインメント）

実験ともにスキャンデータに対する評価の傾向は似ているが，パターン光の方が取得データの評価について

測物体である招き猫とクマの人形をスキャンしたデータ◎が多く、優位であることがわかる．この表に示されていを示す．Aの招き猫の場合はレーザー光によるスキャン

ないが，パターン光による取得データは被計測物体のをBのクマはパターン光によるスキャンを行っている．分

色をそのままカラーで取得できており，レーザー光では割スキャンを容易にするために各人形は回転テーブル

白黒のデータでしか取得できていなかった．

の上に載せてスキャンを行った．

しかしながら，金属についてはレーザー光の方が優位な結果が見られた．原因については不明、今後の検討課題としたい．
３．２ スキャンデータ取得に及ぼす光源の影響1），2），3）
実験結果にもとづき，実際に被計測物体をスキャンすることで3次元モデリングデータの取得を試みた．
A 招き猫

B クマ
図５ スキャン合成データ

招き猫の場合，一番左側は対象物の前面をスキャンしたもの，その右側へ進むにつれ左側面，後方，右側面というふうに一周分のデータが示されている．
一番右側が全体を合成した時に出来あがったデータ
A 招き猫

B クマ

図３ 被計測物体（立体形状）

である．完成した合成データの拡大を図５に示す．
ここで，レーザー光およびパターン光でのスキャン結果を比較す

実験結果により、透明でなくかつ鏡のように光を反射るとレーザー光の場合は被計測物することがなく，表面が白色、赤色、黄色の物体を身近

体そのままの色ではなく，ソフト側に探した結果，図3に示すような招き猫とクマの人形をで設定された色のデータになって被計測物体として選定した．招き猫は焼き物でクマはプいるが，パターン光の場合は，被ラスチック製，両者ともに光沢のない白色で、形状は比計測物体そのものの色とほぼ同色

較的ゆるやかな面で形成されている．

の色でデータを作成している．
合成データも同様な結果が出
図６ 合成データ（１） スキャンデータ取得対象物が物体の場合た．招き猫をパターン光でスキャン

図４はレーザー光およびパターン光を使用して被計し、合成したデータを図６に示す．図７は８分割でスキャ

6の有用性を確認する．
本稿の中で紹介した3Dモデリングデータを利用して3Dプリンターで造形したモデルを図９と図１０に示す．ス
図７ スキャンデータ（８面）

キャンデータでプリントが可能であることと大きさや形状がほぼ同等になることが確認できた．

ンを行ったスキャンデータである．
白色の部分や赤色の部分がみごとにカラーデータとし多くの3Dスキャナーのデータ精度は±5～30μｍといわれている4） ．工業用の利用となる場合は，本精度とてスキャンされていることがわかる．

CAD上でデータ編集が必要とされるがこれらについて（２）スキャンデータ取得対象物が人の場合は今後の課題としたい．

医療や福祉の分野では3Dスキャナーを利用して人体の形状データをスキャンし、その個人特有の形状を義手や義足、車椅子などの制作に反映させるそうである．
また、ゲーム業界ではキャラクターとなる人物を作り出す
ために実物の人物をスキャンし3次元データを作成する

図９ 造形品 1 （3D プリンター）

こともあるそうだ．
最近は個人全体をスキャンしフィギュアの作成を行う商売も出てきている．ここでも物体だけでなく人体のスキャンを試みることとした．レーザー光は目への影響が心配されるので，パターン光を使用し実験を行った．髪の色は黒色のためデータになりにくいので最初から赤色
フードを被ってのスキャン実験となった．実験結果を図８に示す．
図１０ 造形品 2 （3D プリンター）
５．まとめ
安価な3Dスキャナーソフト「DAVID」を利用し，レーザ
ー光とパターン光を使用したスキャン実験を試みた．
A 主な顔データ

B 合成データ

3Dスキャナーでは実物の表面形状を非接触で計測することができ，ＣＡＤデータを作成することができる．
本実験により得られたＣＡＤデータは3Dプリンターで立体モデルの造形が可能であった．

C スキャンデータ（各面）
図８ スキャンデータ（人体）４． 3Dプリンターによる造形

今後は3Dスキャナーにより取得されたＣＡＤデータの精度を確認し、リバースエンジニアリングへの利用について検討を行うこと、被計測物体をより大きな物体とより複雑な物体へと広げていくことを試みたい．

3Dスキャナーとともに話題を呼んでいるものに3Dプリンターがある．本校が所有する3Dプリンターは，アメリカ

参考文献

製のSTRATUSYS bst760 という比較的精度の高い造

1) 佐藤勇太，前田壮史：3D スキャナーの製作に関する検討，
熊本県立技術短期大学校平成 25 年度卒業研究概要集，(2014) p37～40
2) 吉田重徳：簡易 3D スキャナーの設計製作，熊本県立技術短期大学校平成 26 年度卒業研究概要集，(2015) p25～283) 宮崎大和，千葉優介：3D スキャナー装置の設計製作，熊
本県立技術短期大学校平成 27 年度卒業研究概要集，(2016) p25～28
4) 原 雄司：3D プリンター×3D スキャナーの新時代：日経
BP 社：(2014) p225～240形が可能な機械である．材料にはABS樹脂を使用している．精密機械技術科ではプラスチック金型の設計製
作実習において試作品の造形に利用している．
ここでは，3Dスキャナーにより取得されたデータを利用して造形の可否を確認するとともに、パソコン上で取得されたデータにより造形されたABS樹脂のモデルとス
キャン元の被計測物体とを比較することで3Dスキャナー

7
 報
 告                                      

ミニ 㻺㻯 フライス盤の設計・製作㻌
㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌 㻌

中野貴之㻖１㻌                                         

Design and manufacturing of simplified version of NC milling machine                                         
Takayuki NAKANO                                         
２年間の集大成として学生に卒業研究で「ものづくり」に取り組ませ、ものづくりに必要な課題発見・解決能力を体験させている。設計、加工、組立調整、さらに、その装置を自動で制御できる課題として NC
工作機械の設計・製作を学生と共に取組んだ。NC 工作機械は卓上型で、アクリル板に名前等の文字を彫ってキーホルダーとして配布できることを目標とした。このミニ 㻺㻯 フライス盤の完成には数年を要したが、その取り組みについて報告する。㻺㻯 フライス盤の製作を行うことで、学生は設計、部品加工、組立調整および機械制御まで総合的な知識・技術を学ぶことができた。最終的に円柱加工で真円度 㻣㻟μ㼙 の精度を要する 㻺㻯 フライス盤が完成した。㻌
                                         
１．はじめに㻌ことを目標として取り組ませた。㻌

近年、バーチャルリアリティやコンピュータを用いたシNCフライス盤の構造は門形を採用した。構造としてミュレーション技術がもてはやされており、本校のようなは、他にサドル型やコラム形等がある1)。左右２本のコラ実習装置を持たない大学も増えている。㻝㻥㻥㻣年（平成㻥

ムとクロスレールで門形を構成し、垂直方向の主軸をも年）に本校は開校し、現在の精密機械技術科に改変さ

つ主軸頭が左右に移動するタイプのマシニングセンタ

れる以前の生産技術科の時代から、主に機械工作やを門形マシニングセンタと呼ぶ。門形マシニングセンタ

製図を柱とした教育を行っている。本校では一人一台

は、特に大物部品の高精度加工を長時間運転で行うの実習装置を与え、自ら考え、工夫し、手を動かす教

場合に多用される。小形の工作機械の製作において、育を重視している。卒業研究は、ものづくり教育の集大

この構造が適当であるか検討したが、比較的単純な構

成として、学生に取り組ませている。本科の学生は、自造であるので採用することにした。また、学外のイベント

動車部品製作会社等で生産管理業務や精密加工に就での使用も考慮し、粉じん対策、安全対策のため、保くものが多い。そのため、卒業時には部品の設計や製護カバーの取り付けも検討し、追加した。大きさ等の基作に対しては基礎的な知識と技能を備えた技術者とな

本仕様を表１のように決定して設計に取りかからせた。

っているが、カリキュラム上、電気・電子に関する知識や組立てに関する技術力レベルは低い。そこで、学外で２．２㻌 電子回路の㻼㻾にも応用できるミニ㻺㻯フライス盤の製作に取り組ま

電子回路は、市販の４軸制御ステッピングモータドラ

せ、設計、加工、組立・調整および機械制御まで、総合

イバCNC-４AXISを用いた。このドライバは４軸制御が的なものづくりを学生に体験させることも目的とした。㻌

可能であり、回転テーブル等の増設が可能である。また、

㻌

各軸用のリミット入力が付いており、機械原点検出も可

２．㻺㻯フライス盤の設計㻌能である。制御ソフトはMacｈ２というシェアソフトを使用

２．１㻌 基本構造㻌した。この制御ソフトはNCプログラムでステッピングモー

㻌 製作する㻺㻯フライス盤で加工する工作物は非金属とタを制御できる。制御装置となるコンピュータとステッピ

し、主にアクリルとする。学外のイベント等で来場者にアングモータドライバはパラレルケーブルで接続された。

クリルの板に名前を彫ってプレゼントできる製品である

図１に製作したミニNCフライス盤のブロック図を示す。ミ㻖㻝㻌 精密機械技術科㻌8
ニNCフライス盤はパソコンのキーボードから手動操作

バイス等で把持するだけの厚みが必要であった。サイド

が行え、XYテーブル移動、主軸の上下、主軸の回転フレーム等に板厚10mmの鋼材を用いたが、テーブル

ON・OFF制御が可能だが、回転数は4700min 固定で等にアルミニウム合金を使用し、機械剛性の向上と共ある。

に軽量化を図った。図３にX軸部、Z軸部、図４にY軸部-1

表 1 ミニ NC フライス盤の基本仕様
大きさ（本体）
; ストローク< ストローク= ストローク
モータ 送りねじ用 

モータ スピンドル用 
ＣＮＣ基盤PP×PP×PP
PP 以上PP 以上PP 以上多摩川精機㈱製ステッピング
モータ 761(9.6V 0.4A 24Ω
日本電産サーボ㈱製ＤＣモータ '0(%$
'&9ｒPLQ
オリジナルマインド製
&1&$;,6

送りねじ

ボールねじ 0×リード 送り速度（;<=）

最大 PPPLQ

エンドミル径φPP（シャンク径）

の３DCAD図を示す。何れの軸もボールねじを用い、ねじの遊びによるバックラッシュの発生を抑えている。また、
リニアガイドを用いてレールの方向に滑らかでガタ無く運動させる構造とした。

図２ ミニ NC フライス盤の３DCAD 図

制御装置（PC）
パラレルケーブル

リニアガイド

ボールねじ

Ｘ軸

Ｚ軸

CNC 基盤

ミニ NC フライス盤

図 1 ミニ NC フライス盤のブロック図

図３

X 軸 Z 軸の構造

３㻚㻌 設計㻌
３．１㻌 基本設計
図２に３DCADを用いて設計したミニNCフライス盤のＹ軸組立図を示す。製作するにあたり、本校所有のオリジナ
ルマインド社mini-CNC BLACK 1510の構造を参考にした。オリジナルマインド社のものは、板厚2.3mmの鉄板でほとんどの部品が構成されており、板金による部品製作であった。今回は、薄板の加工ではなく、旋盤やフライス盤等の工作機械で部品加工を行うため、部品はリニアガイド

図４ Y 軸の構造9３．３㻌 使用ステッピングモータの負荷トルクの計算
ミニNCフライス盤の使用ステッピングモータのトルク計算は以下のとおりである。

ウム合金とした。部品加工にはフライス盤及びワイヤー
カット放電加工機を用いた。角形状の部品が多いため、部品のほとんどはフライス盤での加工となった。ベース
プレートやテーブルは500mm近い大きさであったため、

2）

フライス盤への取り付けに苦労する学生の姿が見られ

T=F・P/(2π・η)・10⁻ ³〔N・m〕

た。また、アルミニウム合金は、切削工具に溶着しやす

P＝リードピッチ（2.0mm）

いため、切削油をつけながらの作業であったが、作業

η＝ねじ効率(0.85～0.95)㻌

後の清掃にも苦労していた。左右のフレームはR形状を

F＝軸方向荷重(125N)

施すためワイヤ放電加工機を用いた。

ボールねじ駆動

軸方向荷重F=125Nについて

鋼材

下記条件においてマシニングセンタで切削実験を行ったときの切削抵抗
回転数3000min-1 、送り速度300mm/min
φ6超硬エンドミル、被削材アルミニウムA5052
切込み量2mm

これらの式よりねじ効率を0.85としたとき、トルクTは0.047N・m、ねじ効率を0.95としたときトルクTは0.042N・mとなり、エンドミルの送り速度を200mm/minとしたときのパルスレイトは約660PPSとなる。図５に使用するモータのパルスレイト・トルク特性図3）を示す。マークした○のとおり、十分可動範囲にあることが確認された。

アルミニウム合金

図６ 加工部品と購入部品（3DCAD 図）

図５ パルスレイト-トルク特性
４．製作㻌

図７ 組立てられた NC フライス盤

４．㻝㻌 部品加工・組立
図６に加工した部品と購入した部品を示した3DCAD

４．２㻌 主軸の振れ精度

図、図７に組立てたNCフライス盤を示す。塗りつぶしを組立て後、主軸の振れ精度を確認するため、切削実行った部分は、モータやベアリング等の購入品であり、験を行った。切削条件を表３に示す。この加工条件で学生は機械加工を施していない。それ以外は何かしら

切込み深さを2㎜ずつ下げていき、5回直線送りを行っの機械加工を学生が行っている。部品の材質は機械構て、総深さ10㎜の加工面を作成した。実験後の加工面

造用炭素鋼S50Cとアルミニウム合金A5052である。剛を図８に示す。目視で加工面に段差が確認された。こ性が必要な左右のフレームとX軸Ｚ軸は炭素鋼を用い、の段差を測定顕微鏡で測定すると約0.05㎜であったが、テーブル、ベースおよび台座は軽量化のためアルミニ

切削中の主軸の振れが原因と考えられた。

10
標の誤差が0.1555mmとなった。同様にX座標41mmで

表３ 切削条件
被削材

モデリングワックス

工具径

φ エンドミル 高速度鋼

Y座標の誤差が0.0934mmとなった。以上の結果から、NCフライス盤のY軸送りねじはX軸送りねじに対して0°11′31″傾いていると判断できた。



回転数

PLQ 

送りPPPLQ

切削油

なし

2mm
2mm
2mm
2mm
2mm
図９ 調整前の真円度測定結果
図８ 加工面の様子（中心法 LSC、フィルタ 50 山/回転、測定倍率 100）Y

４．３㻌 寸法・形状誤差測定
円形状や曲面を加工する場合、2軸またはそれ以上の軸で同時加工を行う。この円弧補間の機能を利用し46.0753(+0.0753)
546.0866(+0.0866)18

46.0934(+0.0934)18

46.1555て運動させたとき、円や円弧の形状の狂いを調べること(+0.1555)

によって、軸の直角度や真直度等の誤差、ボールねじの誤差等を調べることができる4)。測定方法にはボール

180°11′31″

バー法や円盤法があるが、今回は実際に組立てたNC
18

フライス盤で真円加工および正方形状の加工を行い、寸法、形状を調べてX軸とY軸の直角度確認を行った。

5

φ3のエンドミルを用いてφ46mm、高さ5mmの円柱

46.0325(+0.0325)
X

加工を行い、その製品の真円度を測定した。切削条件
は表３のとおりである。また、一辺46mmの正方形を切46.0972(+0.0972)

図 㻝㻜㻌 調整前の３次元測定結果㻌

削し、形状精度を測定した。真円度測定機を用いて測定した結果を図９に、正方形を三次元測定機で測定し４．４㻌 調整作業

た結果を図10に示す。図９で示すように、製品の真円

加工面に段差が生じたのは主軸の振れが原因と推度は160μmであり、傾いた楕円形となっている。このこと測された。図11に主軸を示す。主軸は2個のベアリングから、NCフライス盤のY軸送りねじはX軸送りねじに対で保持されているが、このベアリングにガタがあり、エンして垂直に位置してないことがわかる。図10の測定結果

ドミル加工時に刃先が加工面から逃げて段差が生じたから、製品は0°11′31″傾いていることがわかった。

ものと考えられた。そこで、ベアリングをガタの無いもの

また、座標の誤差を調べると、Y座標が大きくなるに連に交換して、再度直線切削を行った結果、図12のようにれX座標値の誤差値が大きくなり、Y座標41mmでX座

段差のない滑らかな面を得ることができた。

11

Y
45.9844(-0.0156)5

45.9993(-0.0007)

45.9952(-0.0048)181845.9891(-0.0109)18

ベアリング
0°02′06″

45.9934(-0.0066)18
振れ5

図 㻝㻝㻌 主軸㻌

図 㻝㻞㻌 ベアリング交換後の㻌
加工面㻌

46.9792(-0.0208)X

図 14 調整後の３次元測定結果完成したNCフライス盤を用いて、アクリル板に文字を次に、X軸送りねじとY軸送りねじの直角度の調整を彫刻してみたが、図15（a）のとおり加工を行うことが出来行った。調整方法は、テーブル上に直角スコヤを置き、た。また、図15（b）のようにボールエンドミルを用いて立主軸に取付けたてこ式ダイヤルゲージをこのスコヤに体形状の加工も行えることができた。

当て、X軸に対してY軸が直角になるようダイヤルゲー

熊本県技能祭にこのNCフライス盤を持ち込み、アクジの針の振れを確認しながら組立て調整を行った。調

リル板のキーホルダーの加工を行った。図16に技能祭

整後に円柱加工した製品の真円度の測定結果を図13の様子を示す。約6時間NCフライス盤を動作させたが、に、正方形切削の測定結果を図14に示す。真円度は機械の故障も無く来場者にキーホルダーを配布するこ73μmとなり、調整前の真円度160μmから大幅に改善とができた。

された。X軸に対するY軸の傾きは、3次元測定で0°02′06″となり、正方形の測定でも、座標の誤差は最大0.021mm以内となった。

(a) アクリル板への彫刻

50mm
図 13 調整後の真円度測定結果（中心法 LSC、フィルタ 50 山/回転、測定倍率 100）(b) 3 軸加工
図 15 NC 加工した製品

12

図 16 技能祭の様子

５．おわりに㻌㻌 学外のイベント等で本科のPRを行うため、卒業研究でミニNCフライス盤の製作に取り組んだ。以下に結果を示す。
①㻌 φ46の円柱加工で真円度73μmの精度のNCフライス盤を製作することができた。
②㻌 アクリル板に文字を彫れることを確認し、技能祭で6時間稼働しても故障しないことを確認した。
③㻌 3軸制御加工も可能であることを確認できた。
㻌 CAD/CAMシステムで用いられる市販の小形NCフライス盤に比べれば加工精度は劣るが、工具補正機能等も有したNC工作機械であるため、学生が手軽にNC
プログラムを学べる実習教材としての使用も期待できる。
参考文献㻌
 職業能力開発総合大学校基盤整備センター編：1&工
作機械>@マシニングセンタ，一般社団法人 雇用問
題研究会，SS， 足立勝重，三村孝：マイコン制御による簡易1&旋盤のつくり方、槇書店，33， ステップモータドライバカタログ，多摩川精機㈱，S， 日本機械工業連合会、日本工作機械工業会：工作機械
設計マニュアル，SS，


13
報

告

制御技術の工学教育における実験装置の開発
リアクションホイールを用いた振子制御系実験装置の改良と現代制御理論の適用
日野満司*１The development of a training apparatus to the engineering education of control technology
Improvement of experimental device of pendulum control system with reaction wheel
and application of modern control theory
Mitsushi HINO
一般に制御工学は，制御対象に依存して物理学などの知識が必要で，しかも数学的色彩が非常に濃い学問であるため，難しいという印象を持ち理解に苦労する学生が多い．
そのような観点から前回の報告 1) では，実際の実験装置を用いて制御工学の理解を促すことを目的として，動作が興味深いリアクションホイールを利用した振子制御の実習装置を試作し，制御系の構成および実験による制御性能の検証を行った．しかし，実験装置のＤＣモータのトルク不足により，振子の制御は実現できたものの，理論との整合性が悪い結果となった．また，制御系の構成も古典
制御理論を適用したため，制御性能の指定法に制限があった．
そこで，本報告では，それらの欠点を解消するためにＤＣモータをパワーアップし，その有効性を検証するとともに，新たに現代制御理論を適用し制御系の構成を行った．

１．緒 言てもかなり高価なため入手困難であることも制御工学の制御工学は，制御対象に依存して物理学や電気工

理解を妨げる要因となっている． もし，興味を引くような学などの知識も必要となるだけではなく，数学も多用さ制御対象があれば，それを基にして制御工学を具体的れる横断的な学問である．そのため，制御工学は難しに理解できる学生も増えるはずである．

いという印象を持つ学生が非常に多い．

そのような観点から，前回の報告 1) では，興味深い動一般に制御工学の教科書の内容は，制御対象が数きを呈するリアクションホイールを利用した振子系の実学モデルで表現されていることを前提として，制御系の験装置を試作し，制御系の構成および実験による制御

特性や制御系の構成法を説明する内容となっている．

性能の検証を行った．しかし，リアクションホイールを駆数学モデルを立てるときは，物理学や電気・電子工学

動するＤＣモータのトルク不足により，振子の制御は実で学ぶ知識が必要であるが，一旦，数学モデルの式が現できたものの，理論との整合性が悪く，シミュレーショ

決定したら，その後はそれを一般的な標準形の表現に

ンとはかなり異なった結果となった．さらに，古典制御理

変換し，数学の論理的かつ抽象的な世界で制御系の論を適用したため，設計パラメータを振子の特性に合わ

特性や構成法が説明される．このとき，制御対象である

せるチューニング法であったが，振子の原点への収束

実物と数学の世界とのギャップが大きいため，それらの性を指定するという積極的な制御法とは異なっていた．

関係を結びつけることにも混乱を来しているというのがそこで本報告では，トルク不足を解消するためにＤＣ実状である．さらに，授業において，手軽に扱えて興味

モータおよびモータドライバをパワフルなものに変更し，を引く制御対象の実習装置があまり無く，またあったとし理論との整合性を検証した．さらに，振子の収束性を指*1 機械システム技術科

14
定するために，現代制御理論の導入を検討し，実験によりその制御性能を検証した．

軸回りの慣性モーメントを‫ܬ‬ሾଶ ሿ，振子とロータを合わ

せた重心の振子の軸までの長さを݈ሾሿ，ロータの回転
軸回りの慣性モーメントを‫ܬ‬௥ ሾଶ ሿとする．ロータに直結

２．リアクションホイールを用いた振子制御系1)したＤＣモータに関して，発生するトルク߬ሺ‫ݐ‬ሻሾሿが制

２．１ 制御原理

御入力である印加電圧‫ݒ‬ሺ‫ݐ‬ሻሾሿに比例するものとし，そ

図１にリアクションホイールを有する振子の概略を示の比例定数である電圧-トルク変換係数をߢሾȀሿとす

す．この図では，振子が鉛直下向きの状態を中立点る．このとき，振子およびロータに対する回転の運動方（N.P.）としている．振子に少し角度を付けて離すと鉛直

程式はそれぞれ次式となる．

下向きを中心として左右に振動する．一方，振子の先ߠሷ ሺ‫ݐ‬ሻ ൅ ܽߠሺ‫ݐ‬ሻ ൌ െܾ௣ ‫ݒ‬ሺ‫ݐ‬ሻ

端にリアクションホイールと呼ばれる，ＤＣモータに直結ߠ௥ሷ ሺ‫ݐ‬ሻ ൌ ܾ௥ ‫ݒ‬ሺ‫ݐ‬ሻ

(1)
(2)

したロータが取り付けられている．したがって，ＤＣモー

ここで，上式における動特性パラメータの表現は以下のタに電圧を印加してロータを回転させると，回転が加速

とおりである．

す る ときにその反 動ܽൌ（リアクション）が発生
し，ロータと振子の間݈݉݃ߢߢǡ ܾ௣ ൌ ǡ ܾ௥ ൌ
‫ܬ‬
‫ܬ‬
‫ܬ‬௥

なお，回転の運動方程式は振子の角度ߠሺ‫ݐ‬ሻが微小で作用・反作用の関であるものとして線形化している．

係によりお互いにトル

２．３ 動特性パラメータの同定法

クが作用し合う．この制御系を構成するためには，動特性パラメータである

リアクションホイールܽǡ ܾ௣ ǡ ܾ௥ の値を求める必要がある．ここでは，文献１）のからの反動を利用す方法で実験的に動特性パラメータの同定を行う．

ると，振子の振動の振れ止め等の制御が実現できる．

図１ リアクションホイールを有する振子の概略

２．２ 数学モデル表現

図２に示すように，インパルス状の電圧‫ݒ‬ሺ‫ݐ‬ሻ ൌܸሾሿを微小時間ȟሾሿの間だけＤＣモータに印加し，そのときの振子の振動の振幅‫ܣ‬ሾሿと周期ܶሾሿ，およびロータ角度の変化分‫ܤ‬ሾȀሿから，次式により動制御系を構成するために，まず，振子制御系の運動方程式を求める．図１のように中立点（N.P.）から計測した振子およびロータの回転角度をそれぞれߠሺ‫ݐ‬ሻሾሿǡ ߠ௥ ሺ‫ݐ‬ሻሾሿとする．また，ロータ（ＤＣモータを含む）と振子の質量の合計を݉ሾሿ，そのときの振子の特性パラメータの同定を行うことができる．
ܽൌ൬

ʹߨ ଶ
ʹߨ‫ܣ‬
‫ܤ‬
൰ ǡ ܾ௣ ൌǡ ܾ௥ ൌ
ܶ
ܸܶο
ܸο

以上で同定した動特性パラメータを使用して，振れ止め制御に関する制御系を構成する．

図２ パラメータ同定

15
３ モータの能力に依存した制振性能の違い
本章では，ＤＣモータ及びモータドライバに関して，十分なトルクを「発生できない場合」と，「発生できる場合」

ここで，����� � �と設定して制御を実行すると次式となり，制御目的が達成される．

lim ���� � ��������� lim ��� ��� � �

���

���

について，実験により比較検討を行う．なお，制御則は式(4)において理想的な特性多項式のパラメータを選

二者とも共通とし，古典制御理論を適用して制御系を構ぶ必要がある．基本的には，振子本来の振動特性に無成する．

理のないように選ぶ 2)．例えば，�� は振子の固有角振動

３．１ 制御系の構成 2)
図１に示した振子が，鉛直下向きの状態で持続振動するときの振れ止め制御系を構成する．制御の目的は振動する振子を鉛直下向きで静止させ����� � ��，かつロータ回転を停止させる���� ��� � ��ことである．

式(1)および式(2)で表された振子およびロータの運動方程式に対して，制御入力を振子の回転角度と角速度，
およびロータの回転角速度のフィードバックとして次式

数�� �� √��に等しいか，若干大きめにすればよいであろう．また，減衰係数比ςは臨界の値としてς � �����とする．なお，�は適切に調整する．
３．２ 実験装置の概要

試作したリアクションホイールを用いた振子制御系の実験装置の写真を図４に示す．
ハードウェアの概略構成を図５に示す．なお，これはＤＣモータの「トルクが不十分」な場合の図であるが，「トルクが十分」な場合との違いは，基本的にはＤＣモータで構成する．

とモータドライバが異なるだけである．

���� � ���� ���� � ��� �����

実験装置の概要は以下の通りである．

� �� ����� � ��� �������������������

ここで，��� � ��� � �� はフィードバックゲインであり，����

振子の回転角度は振子の回転軸に直結された分解能���������のエンコーダで計測され，ロータの回転角

はロータの回転角速度の目標値である．このときの制御系の構成を図３に示す．

図４ 実験装置

図３ 制御系の構成
次に理想的な特性多項式�� ���を一次遅れ要素と２

次遅れ要素の標準形の積として次式で与える．
�� ��� � �� � ��� ��� � � ���� � � ��� �(4)

このとき，フィードバックゲインは次式で与えられる．
��� �
��� �

� � �� � �������
������ � �� � ������
���������� �� �������

図５ トルクが不十分な実験装置の概略

16
度はＤＣモータに直結された分解能1000��/��のＤＣモ

は，それぞれは24�V� �12.7�����]および500����であータに直結したエンコーダで計測される．それぞれのエる．ＤＣモータにパワーを供給するモータドライバはシチンコーダから出力されるＡ相とＢ相のパルス信号をカウズン千葉精密（株）製で，このＤＣモータに適合したコア

ンタでカウントすることで回転角度が計測される．それら

レスＤＣモータ用ドライバ（USE-2A）である．最大出力電のカウント値はパソコンに取り込まれ，それぞれの角度

流は 5.0���であり，設定を電圧制御型とすることで，ＤＣ��rad�� �� �rad�に換算される．

モータが出力する電圧を，�10�V�の範囲内で指定できパソコン内では計測された角度情報に基づいてＤＣる．したがって，アナログ電圧信号の出力（AO）にはア

モータに印加する電圧値��t��V�が式(3)に基づいて計

ナログ・ディジタル出力のインタフェースのアナログ出力算される．ここで，ＤＣモータにパワーを供給するモータのみを使用している．

ドライバは（株）東芝製のＤＣモータ用フルブリッジドライ

３．３ 実験による制振性能の比較検証

バ（TA7291P）である．最大出力電流は 2.0���であり，電圧は 0�20�V�を供給できる．ＤＣモータへ印加する
電圧は，その絶対値をアナログ電圧信号（AO）で指定

第２．３節の方法で得られた動特性パラメータの同定
結果は表１の通りであった．
表１ 実験装置の種類によるパラメータ同定値

し，回転方向は２進数のディジタル信号（DO１と DO２）で指定する必要があるため，アナログ・ディジタル出力のインタフェース（CONTEC 社製，高精度アナログ入出
力ターミナル，AIO-１６０８０２AY-USB）を使用している．
なお，ＤＣモータへの指令電圧であるアナログ出力は，ハードウェアの制限で �10�V�の範囲に制限されている．

ＤＣモータはシチズン千葉精密（株）製のエンコーダ付

きコアレスＤＣモータ（NC-１８４１０１）であり，定格出力は 5.3���である．また，定格電圧，定格トルクおよび定格 電 流 は ， そ れ ぞ れ は 12�V� �5.88����� お よ び650����である．

一方，トルクが十分な場合のハードウェアの概略構成

を図６に示す．
この実験装置では，ＤＣモータは同じ会社のエンコー
ダ付きコアレスＤＣモータ（NC-１８５８０２）であり，定格
出力は 9[W]と，よりパワフルなモータを採用した．なお，
このＤＣモータの定格電圧，定格トルクおよび定格電流

図６ トルクが十分な実験装置の概略

パラメータ��rad/s � ��� �rad/�s � V���� �rad/�s � V��

実験装置の種類
トルク不十分
トルク十分
67.8
69.3
0.261
2.54
8.61
129

振子に対する入力のパラメータ�� の値が，「トルク十分」である実験装置の方が「トルク不十分」である実験装置の約１０倍の値となっている．これは，同じ入力電圧をモータドライバに印加したときに，約１０倍の大きさのトルクが発生できることを示している．
制御効果を確認するために，制御を行わなかった時の振子の時刻歴応答を図７に示す．
トルクが「不十分な場合」と「十分な場合」とで比較検討するために，制御系の設計パラメータ�� を第３．１節

で示した指針に基づき，両実験装置のパラメータの平均値として
�� � √� � �

�67.8 � 69.3�
� 8.28�rad/s�
2

図７ 無制御時の実験結果

17と設定し，減衰係数比ςは臨界の値として� � �����

実験装置に対して十分なトルクを発生することができな
いことが分かる．

とする．また，�は制御性能が良好であるように� � ���となお，�������以降から，振子角度がほぼ������となっし，両実験装置で共通の設計パラメータとする．このときた定常状態において，ノイズのように高周波数で振動すの制御入力�������と振子角度���������を実験とシミュる箇所がある．これは，制御入力の式(3)において，振子レーションの両方について，トルクが不十分な場合の結角度���������の微分������������が必要であるが，本果を図８に，トルクが十分である場合の結果を図９に示

実験では差分によりそれを計算したために，振子角度

す．なお，いずれも制御は２秒の時点から開始している．

の変動が増幅されてしまったことに起因する．このようなトルクが不十分な実験装置の場合，図８(b)の振子角場合は，フィルタなどを使用すれば，微小振動は軽減

度の時刻歴応答より，実験開始後，振子角度は直ちにできる．

原点付近へと収束しており振れ止めの制御結果が出て一方，トルクが十分である実験装置の場合，図９(b)よいるが，シミュレーション結果と比較すると，振子角度のり振子はほぼシミュレーションと同様な挙動を示し，制御収束性が遅い．これは図８(a)の制御入力の応答から分開始後直ちに原点に収束している．さらに図９(a)より，

か る よ うに ，ハ ー ドウ ェアの 制限 で制御 入 力電 圧が十分なトルクを発生できるために，サチュレーションを起������以上を出力できずサチュレーションを起こしていこすこともなく������の範囲内に十分に収まっているこるため，ＤＣモータが十分なトルクを発生できないためとが分かる．したがって，所定の制御入力電圧が印加でである．つまり，制御入力が������の範囲で制限されきるために，制御結果もシミュレーションとほぼ同様な振た状態では，十分な制御入力トルクを発生できず，制御る舞いを呈する．

性能が劣化することを示している．このことより，５ＷのＤ以上のことより，制御を実施する場合は，十分なトル

Ｃモータとこのモータドライバの組み合わせでは、このクを発生できた方が，良好な制御効果を得ることができ(b) 振子角度(b) 振子角度(a) 制御入力(a) 制御入力

図８ トルクが不十分な実験装置の実験結果

図９ トルクが十分な実験装置の実験結果

18
るだけではなく，理論であるシミュレーションとの整合性も高いことが分かる．

Achermann の極配置法のアルゴリズム 3)は以下の通りである．
（１） まず，制御系を構成した後の閉ループ系に対して，

４．現代制御理論による制御系の構成
第３章では古典制御理論を用いたが， 制御系の構成法が分かり辛く，しかも，設計パラメータは振子系
本来の特性に合わせるようにチューニングするので，振子の原点への収束性を指定するという積極的な制御手法とは云えない．
そこで，本章では，制御則として制御系の構成と設計パラメータの選定指針が分かり易く、かつ収束速度を指定できる，現代制御理論の一つである極配置法を適用することを検討した．

安定な極�� �� �� �� �� （負の実数値）を与える．

（２） これらの極を用いて閉ループ系の特性多項式
����を次式で与える．

���� � �� � �� ��� � �� ��� � �� �� � � � �� � � � �� � � ��（３） 次に，可制御行列��� ������ ���を求め，状態フィードバックゲイン�を次式で構成する．
� � � ��0 0 1�� �� ����なお，上式中の����は次式で計算する．

４．１ 状態方程式表現
現代制御理論を適用するためは，振子およびロータの運動方程式(1) ,(2)を状態方程式で表す必要がある．

���� � �� � �� �� � �� � � �� �

このように制御系を構成すると，状態変数�����は時間と共に零へと収束し，その収束性は

まず，状態変数を次式で定義する．

‖����‖ � �� ���� ����� � ����� ����� ��� �����

で指定される．ここで，�はある正の定数であり，指数関

このとき，状態方程式は次式となる．
�� ��� � ����� � �����0� � ���
0

状態変数�����の零への収束度を指定する３つの

0
1 0
��
��������
�
�
�
0 0
��
��
0 0

数の収束度を表すλ��� は����� � ����|�� |� � � 1�����

である．このように，指定する極が直接に制御性能を表すという意味で，直感的に分かり易い．

制御系の構成は，この状態方程式に基づいて行われ

さて，実際に計測できのは振子角度����とロータ角度る．

�� ���だけであるから，状態変数����を求めるためには，

４．２ 極配置制御による制御系の構成制御の目的は，振動する振子を直ちに止めて鉛直下向きで静止させるとともに，ロータの回転を安定化させる

それらの計測値を数値微分して振子の角速度�� ���とロータの角速度��� ���を求めればよい．このときの制御系の構成を図１０に示す．

ことである．このことを式で表現すると次のようになる．
lim ���� � 0������ lim �� ��� � 0����� lim ��� ��� � 0���つまり，状態変数が

���

���

lim ���� � 0

���となるように制御系を構成すればよいことになる．現代制御理論では，制御入力を次の状態フィードバックで構成する．

図１０ 制御系の構成����� � � ����ここで，�はフィードバックゲインである．制御則として，

４．３ 実験による制御性能の検証

閉ループ系の極を設計者が任意に指定できる極配置

実験は前述の十分なトルクを出力できる実験装置で理論を適用することとし，Achermann の極配置法を採用実施する．動特性パラメータの同定結果は表１より次のする．

各諸元である．

19� � �����rad/s � ����� �� � �����rad/s � V���� � ����rad/s V�

制御性能が閉ループ系の極で指定されることを示すたているため，制御入力の制限内である����V�以内に収まっている．
以上より，現代制御理論の極配置法では，設計パラ

めに，指定する極を次の２つのパターンで与える．

メータである極が制御性能に直接対応しているため，設�� � �� � �� � �� � �� � �� � �� � ��

計パラメータの選定が直感的に分かり易いと云える．

この２種類の極に対して，理論的には極の絶対値が大きい-8（３重根）の場合の方が-2（３重根）の場合より速く収束するはずである．

５．結言
制御工学の理解を深めるための実験装置は，少なく

このときの振子角度と制御入力の実験結果をそれぞとも下記の条件を満たす必要がある．

れ図１１に示す．ただし，両者とも制御は２秒の時点から・動きが見え，興味を引く制御対象

開始している．

・パラメータ同定が実験により容易に実行可能

図より，制御開始後，両者とも振子角度は直ちに原・制御系設計が分かり易く，制御効果の確認が容易

点付近へと収束しており，良好な振れ止めの制御結果

制御系の構成において，本報告で検討したリアクションが出ていることが分かる．また，振子の制御性能を比較

ホイールを用いた振子制御系は上述の条件に当てはますると，理論どおり極が��（３重根）の場合の方が��（３るため，制御工学の実習装置として妥当であると云える．

重根）の場合より速く収束している．さらに制御入力になお，前回報告した試作機 1) はＤＣモータのパワー不関しては，極が��（３重根）の場合の方が，振子を速く

足により制御性能の低下及び理論との整合性が悪かっ

収束させる必要があるために，制御開始直後に大きくたが，パワーを充足させることで上記の問題を解決でき変動している．その場合でも，十分なトルクを発生できた．このような問題解決の事例を実践で経験することも，制御系構成の実習においては非常に意味のあることであろう．
また，制御系構成における制御則は複数存在するので，それらの特徴や違いを検証することも興味深いことである．今回は，見通しの良い制御系設計と制御性能が期待できる，現代制御理論の一つである極配置法を採用し，その制御性能を検証した．
以上のことから，本実験装置は制御工学の理解促進に大いに貢献できると云える．

(b) 振子角度

今後は，制御工学の授業で本実験装置を使用することを前提としてテキストの整備を行う予定である．なお，制御手法は各種あるので，それらを用いた他の制御系の構成法を検討し制御工学のテキストを充実させることも必要である．また，振子の振り上げ制御および倒立制御等を行い，面白みのある制御系を構築することなども課題として挙げられる．

謝辞(a) 制御入力
図１１ 指定極の違いによる制御性能の比較

本研究を行うに当たり，実験装置の製作および実験に
平成２６年度卒業研究 4) として携わった頂いた熊本県立
技術短期大学校 機械システム技術科の竹本昌弘氏

20（現 プライムエンジニアリング（株）），中尾拓也氏（現アイシン九州（株））および本田聖晃氏（現 櫻井精技（株）），平成２７年度卒業研究 5)として携わって頂いた同校同科の藤森慎太郎氏（現 開成工業（株））および土屋諒太氏（現 （株）大塚産業）に対し，感謝の意を表し
ます．

参考文献
1) 日野満司：制御技術の工学教育における実習装置の開発－リアクションホイールを用いた振子制御系の制御－，熊
本県立技術短期大学校紀要，第１７号（2016）21
2) K.J.Åstrom ,D.J.Block ,M.W.Spong：The Reaction Wheel
Pendulum, San Rafael, Morgan and Claypool, 2007
3) 岩井善太・石飛光章・川崎義則：制御工学，朝倉書店（1999）105
4) 竹本昌弘・中尾拓也・本田聖晃：リアクションホ
イールを用いた振子制御系の開発，平成２６年度
卒業研究概要集，(2015)65
5) 藤森慎太郎・土屋諒太：リアクションホイールを用いた振子制御系の開発―旧試作機の改良と現代制御理論（極配置法）の適用―，平成２７年度
卒業研究概要集，(2016)

21
報告

IoT デバイス Edison の最新応用
無線センサネットワークと対話型ロボットとの連携
里中孝美*１
Applications of IoT Smart Devices Edison
Wireless Sensor Network Connecting with Communication Robots
Takami Satonaka
本報告では IoT のプロトタイピング，製品化に適した Edison を用いて，センサの無線ネットワ．
ークシステムを構築し，室内環境センサ，脈拍・筋電センサによる計測実験を行った．サーバによるデータ蓄積，解析，可視化の WeB アプリケーション，対話型ロボットによる情報案内の事例を示した．本システムでは，計測ノード，サーバ，情報案内の機能をネットワークに接続した複数の Edison に分担させてリアルタイムでデータ取得，解析，表示を行った．

１．はじめに組込み Linux の YoctoOS で動作し，汎用性の高いデー

低消費力，小型の IoT（Internet of Things）デバイスのタ処理を実行する．QuarkMCU は ViperRTOS で動作し，応用として，無線ネットワークに接続したセンサから得ら

デ ー タ 入 出 力 ， AtomCPU と の 通 信 を 管 理 す る ．

れたデータを収集，蓄積し，その解析を行うことが期待されている[1][2]．Hong らは，複数個の Edison デバイスを利用した IoT のデータ共有のフレームワーク[1]を提案し，拡張性，運用管理，分析，セキュリティの重要性を明らかにした．

Edison の 開 発 ボ ー ド は ， Wi-Fi/ Bluetooth 通 信 用
Broadcom BCM43340，1GB の SDRAM，データ用の 4
GB メモリ，パワーマネージメント IC，汎用ポートを搭載している．また，I2C のシリアル通信方式でセンサ，モー

本報告では，IoT デバイス Edison を用いて，室内環境，

タと接続する．YactoOS では，I/O 制御用 MRAA ライブ

生体情報の計測用センサネットワークによるセンサデー

ラリを使用して JavaScript/C++言語の制御用プログラム

タの有効利用を検討した．また，対話型ロボット Sota を，の開発を行う．

IoT デバイスの無線ネットワークに接続して，室内環境計測制御のセンサの異常検出の情報案内，カメラ撮影
による遠隔監視を検討した．室内環境計測実験では，
温度センサによる温度変化の異常検出，生体計測実験
では，脈拍，筋電センサによる生体情報のデータ解析，可視化に取り組んだ．
２．マイクロコントローラの概要
IoT のプロトタイピング，製品化に適した Intel 社
Edison を用いたシステムを構築する．図１に，500MHz
デュアルコア Atom CPU と 100MHzQuark MCU とを搭載した Edison の内部構成を示している．Atom CPU は，*1 電子システム技術科

図１ Edsion の内部構成

22
３. 室内環境計測実験

図３は室内環境のセンサ温度の時間変化を示している．実験においてセンサ温度は-5℃～40℃の範囲で３.１ 室内環境計測センサのネットワーク

変化した．図中の記号Aは，保冷剤冷却の期間を，記のセンサ制御を行う計測用Edisonとデータ処理，可視

号B，C，Dは，大気送風，熱風加熱，火器表面加熱の化のプログラムを実行するサーバ用Edisonが協働する期間を，記号E，F，Gは，室温保持，大気送風，保冷剤

室 内 環 境 計 測 ネットワークを構築し た ．

冷却の期間をそれぞれ示している．

温度［℃］

図２は，室内環境計測センサモジュールである．複数

40

A

30

TH

20

B

C

D

E

F

TL

10
0

-10 0

5

10
時間［S］

図３

温度の時間変化1520

設定温度の上限THと下限TLを決めて温度を管理し，室温度が設定温度の範囲外にあるときに，警報信号を発
図２ 室内環境計測センサモジュール生させた．加熱時期C，Dは温度が急激に変化した．C
では11℃から25℃まで上昇した．Dでは27℃から36℃まEdison ボードの入力に，ＵＶ，光，湿度，PIR モーシ
ョン，温度・湿度センサ（A～D，E），エンコーダ，ボタン（G，H），出力に，ブザー， リレー， サーボ，液晶表示素子（I～K）を接続した．計測用 Edison で測定したデーで上昇した．これについては3.3センサ温度の異常値検出で説明する．
３.３ センサ温度の異常値検出
50

処理を実行した．JavaScript ライブラリｐ5.js を用いてデ

40

温度[℃]

タをサーバの Edison に転送してデータ解析と可視化のータ解析と可視化のプログラムを作成した．次の命令によりサーバ上でデータ表示のプログラム<display.js>を実行させて，ユーザが任意の PC 端末から port 番号

30
20
10
0

XXXX を経由してサーバに接続して各種センサの測定

0

結果のグラフを閲覧できるようにした．

20

40

60

時間[s]
p 5 s er ve - -p or t= XX XX< display.j s>
図４（NCP18WF104F03RC ）の温度抵抗値特性から温度を計算する．以下に温度計算の計算式を示す．（V，R，T
はセンサ出力[V]，抵抗[Ω]，温度[℃]を表す．）

R =(1023-V)*10 /V(1)

T=1/(log(R/10 )/3975+1/298.15)-273.15（2）温度の微分値[℃/s]

温度変化を調べた．温度センサでは，NTCサーミスタ

４

センサ温度の時間変化

12３.２ 温度計測の実験
室内環境計測用温度センサの表面を加熱，冷却して

G

10
8
6
4
2
0
-2 0

20

40
時間[s]

４

図５

センサ温度の微分特性60

23
図４，５は，センサ表面の加熱時の温度の時間変化，温度の微分特性である．センサ表面を火器で加熱した
とき，センサの温度は室温から40℃付近まで上昇した．

300
200

図 ５ で ， 温 度 変 化 値 は ， t=26 ， 27 ， 28s で 4.8 ， 10.9 ，100

2.5℃/sで，最大値は10℃/sとなった．異常検出の閾値0

設定では，センサの温度もしくは温度微分の規定値を-100決定し，それ以上であるときに，異常検出の信号を出力させた．室内環境の温度は，空調機器のオンオフにより急激に変化する可能性があるので，季節ごとに週間の温度変化を考慮して実際の設定値を決定するようにしdx[mV/s]
dy

ｘ[mV]

0

200

400

600

800

-200
-300
図７

脈拍センサの信号電圧(x，dx/dt)の位相図

ている．
600
４．生体計測実験

dx[mV/s]dy

400

４.１ 脈拍センサの測定結果
脈拍センサ（pulse sensor製）により動脈血中にある酸

200

素化ヘモグロビンの吸光度特性を利用して脈波形を観0測した．脈拍センサでは，光源のLEDから生体内に向

-200

x[mV]
0

200

400

600

800

1000

けて光を入射し，フォトセンサでその反射光量を測定す
る．心臓の拍動に伴う動脈血量の変化は反射光量の変化として観測される．図６は，運動直後，安静時の脈拍

-400
-600

センサの信号電圧波形，図７，８は，安静時，走行後の波形の位相図を示している．信号波形の平均値は，504

図８

脈拍センサの信号電圧(x，dx/dt)の位相図

ｍVであった．安静時の信号波形は，最大値764ｍV，
最小値346ｍVで，走行後の信号波形は，最大値963ｍ

表1

脈拍センサの信号波形の特性

V，最小値229ｍVであった．走行後のp-p振幅(最大値-

運動直後

安静時

最大値

963ｍV

764ｍV

性をまとめた．運動直後の1分間の心拍数は108回で，

最小値

229ｍV

364ｍV

安静時の1分間の心拍数は84回であった．

P-P 振幅

734ｍV

400ｍV

心拍数

108 回

84 回

最小値)は714ｍVで，安静時の値418ｍVの1.76倍となった．表1，２に脈拍センサ、測定部位の信号波形の特

1000

表２

測定部位での信号波形の特性

信号電圧[ｍV]

800
600
400

指先

手首

最小値

368ｍV

424ｍV

最大値

738ｍV

599ｍV

p-p 振幅

370ｍV

175ｍV

200

体内への照射光は，皮膚・脂肪・骨・血液などによ0り吸収され，観測される波形が変化する．次に，セ
0

1

2

3

4

ンサを指先と手首に配置して波形測定した．
表2にお

時間[s]

いて指先Aのp-p振幅は手首Aの値の約2倍となった．
測定法による特性差は，皮膚表面の反射により，生図６運動直後，安静時の脈拍センサの信号電圧波形

体への入射光の一部が損失することに起因する．

24
４.２ 筋電センサの測定結果

５．対話型ロボットとの連携

図９，１０は，筋電センサ(Seeed 製 GroveEMG)の測定

図１１は対話型ロボットを中心とした IoT ネットワークのの説明図と腕の運動時の表面筋電図を示している．筋

説明図である． Sota は運動制御用サーボモータ，カメ

電図は筋線維で発生する活動電位である．3 つの表面

ラ，スピーカーを搭載しており，その画像認識，音声技

電極を皮膚につけて，筋線維が収縮する際に発生する術を利用した室内環境管理制御，遠隔監視システムを

活動電位を測定した．中央の電極の値を基準電位とし，左右の電極間の電位差を算出した．図１０の表面筋電図に示すように緩慢な動作，敏速な動作の波形を観測した．P1，P2 は，それぞれの動作のピークであり，筋電
電圧は筋肉を動かす速度が大きいほど高くなった．福

構築した． Sota ソフトウェア開発 SDK は，USB カメラ，
ロボット制御，対話の JAVA ライブラリから構成される．
Eclipse 開発環境でクライアントとサーバのプログラムを作成した．センサモジュールの測定データは， Edison

祉分野で電動義手，車椅子等に筋電センサを組込み，サーバのデータベースに蓄積するようにした．Edison サ

筋肉を意識的に動かすことで発生する筋電電圧を利用

ーバではセンサのデータ解析を行い，Web 上でのデー

した生体インターフェースの応用が期待されている．

タ閲覧，対話型ロボット Sota との連携による音声案内を
行わせた．

収縮

弛緩

筋
電
電
圧
時間

図１１

対話型ロボットを中心としたネットワーク

６． まとめインテル社の IoT デバイス Edison を用いて，室内環
境の計測制御，生体情報のウエアラブル計測に適した
センサネットワークを構築した．計測ノードとデータ処理
ノード(サーバ)の機能を複数の Edison に分担させて，デ
図９ 筋電センサの測定の説明図

ータ収集，解析，可視化を行った．また，温度センサ，
脈拍センサ，筋電センサの測定実験を行い，IoT デバイ
スのプロトタイプの例を示した．

信号電圧［AU］

600

P1

500

P2
参考文献

400

1) J. Hong, J. Raymond and J. Shackelford, "EdiSense: A

300
200

Replicated Datastore for IoT Data," Stanford

100Standford, 2014.

University,2）M. Milana， M Z Kuria "Integration of Sensor Networks to

0
0

5

10

15

時間［s］

20

IoT for monitoring of Samplings"， International Journal of
Science & Engineering Development Research ， Vol.1， Issue
5， page no.243 - 248， May-2016.

図１０

腕の運動時の表面筋電図

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39
１．著書
タイトル

統計ソフトＲによる データ活用入門

著者名日野 満司 他

分担

出版社

発行年月

共著

日新出版

2016.8

２．論文・国際会議プロシーディングス
タイトル
New feature extraction method for facial
emotion recognition by using Kinect

著者名

掲載誌名・巻・号・頁・年

N.Chanthaphan, K.

In Proceedings Of FCV2016 (Korea-Japan

Uchimura,T.Satonaka,

joint Workshop on Frontiers of Computer

T. Makioka

Vision), P1-13,Feb. 2016．

Multiple Classifier Learning of New Facial N.Chanthaphan, K.

In Proceedings of International Conference

Extraction Approach for Facial Expressions Uchimura,T.Satonaka,on

Recognition using Depth Sensor

T. Makioka

Novel Facial Feature Extraction Technique

N.Chanthaphan,for Facial Emotion Recognition System by

Uchimura,T.Satonaka,

Using Depth Sensor

T. Makioka

Design of a Wide Range Hamming DistanceYujiro Harada, Kuniaki
Fujimoto, Kei Eguchi,
Masaaki Fukuhara,
Masahiro Yoshida

Search Circuit using Neuron CMOS
Inverters

Signal

ProcessingandMultimedia

Applications SIGMAP2016,19-27.July,2016.
K.

International Journal of Innovative
Computing, Information and Control(IJICIC) , Volume 12, Number 6, Dec.,
2016.
Indian Journal of Science & Technology,
Vol.9, No.28

３．国内会議・研究会等
タイトル

著者名

掲載誌名・巻・号・頁・年

発表月

牧岡毅, 栗焼祐
表情の左右非対称性を用いた表情認識也, 田中裕一朗,

システム制御情報学会研究発表講

里中孝美, 内村演会講演論文集 60, 2016

圭一.

5月

40
４．資料
タイトル
画像認識を用いたセキュリティ技術
高次特異値分解による電子透かし
透明スクリーンを用いた黒板文字情報獲得
支援システムの検討

食品への瞬間的超高圧処理に関する研究
ワイヤー放電加工の加工技術向上に関する
報告

著者名
里中 孝美
江口 智弘，依田 光正，青木和夫
前原 弘法

田中 誠一郎

制御技術の工学教育における実験装置の開発～リアクションホイールを用いた振子制御

日野 満司

系の制御～
制御技術の工学教育における実験装置の開発～操舵式ウォールトレーサのフィードバック

日野 満司

制御～

掲載誌名・巻・号・頁・年
熊本県立技術短期大学校 紀要，第 17 号,
pp.3-6, 2016 年 3 月
熊本県立技術短期大学校 紀要，第 17 号,
pp.7-10, 2016 年 3 月
熊本県立技術短期大学校 紀要，第 17 号,
pp.11-14, 2016 年 3 月
熊本県立技術短期大学校 紀要，第 17 号,
pp.15-20, 2016 年 3 月
熊本県立技術短期大学校紀要，第 17 号，pp.21-25，2016 年 3 月

熊本県立技術短期大学校紀要，第 17 号，pp.27-34，2016 年 3 月

５．産学支援活動
支援内容
参与
熊本県溶接技術競技大会審査委員長
熊本県溶接協会 顧問

担当者
里中 忍
里中 忍

支 援 先
熊本県工業連合会
熊本県

期 間
5/13，10/12
9/17，11/4、6/21、12/6

熊本県溶接協会顧問

里中 忍

熊本県ものづくり工業会

顧問

里中 忍

監事

里中 忍

大学コンソーシアム熊本

里中 忍

熊本県立熊本北高校

5/20

RIST くまもと技術革新･融合研究会
3/24、6/13，6/30、

スーパーサイエンスハイスクール運営指導委員会・副委員長

12/14

9/1

熊本県企業誘致連絡協議

特別会員

里中 忍

評議員

里中 忍

熊本県企業化支援センター

評議員

里中 忍

熊本県立熊本工業高校

来賓

里中 忍

「専門高校生の研究文・作文コンクール」熊

里中 忍

会

第 12 回熊本県高校生ものづくりコンテスト熊本県産業教育振興会

6/15
2/19、7/12
6/19、11/24
9/13

41

本大会審査会・委員長
もの･クリ CHALLENGE 2016 審査委員
研究推進部会委員、教育委員会委員
軽構造接合加工研究委員会加工委嘱委員

里中 忍

熊本大学工学部

11/5

里中 忍

溶接学会

－

研究助成審査委員

里中 忍

監事

里中 忍

公益財団法人立石科学振興財団
高性能 Mg 合金創成加工研究会

1/22-23、8/26-27

6/20

米善機工株式会社
技術支援セミナー河邉 真二郎技術セミナー「図面の読み6/17方に関する基礎知識」
平成２８年度県立学校 10 年経験者研修第３回教科等指導研修「工業科」「ものづくりのた

釜田 浩

めのシミュレーション技術」「Open CV による

里中 孝美

画像処理」「自作スキャナーを利用した３次元

河邉 真二郎熊本県立教育センター

8/5

データの取得」
教育指導局高校教育課
平成２８年熊本県職業教育担当教員先端企

里中 孝美

業研修

産業教育指導係（熊本県立熊本工業高等学

8月校）
平成２８年熊本県電気工事分野人材育成研究会委員

河邉 真二郎

平成２８年「技能と技術」誌
編集委員

河邉 真二郎WRO Japan 2016 熊本大会 実行委員

菅原 智裕

幹事

日野満司

職業能力開発総合大学校
基盤整備センター
職業能力開発総合大学校
基盤整備センター

NPO 法人 HITO プロジェクト

RIST-くまも と技術 革新･ 融
合研究会

－

－

8/21

H28.4/1-H29.3/31

６．教職員の表彰・資格取得等
タイトル
永年勤続技能検定員表彰（５年）

氏 名
糸川剛

記 事
熊本県職業能力開発協会会長

期 日
12/7

42

タイトル

氏 名

記 事

期 日

永年勤続技能検定員表彰（５年）

小南 嘉史

熊本県職業能力開発協会会長

6/14

永年勤続技能検定員表彰（１０年）

髙山敏春

熊本県職業能力開発協会会長

12/7「働くってなんだろう」エッセイ～障害者だっていいじゃない！～(社)日本勤労青少年団体協議会主催（厚生労田中誠一郎

働省後援）「働くってなんだろう」エッセ

10/9

イ「努力賞」

７．学生の表彰・大会参加・資格取得（＊は，指導教員）
タイトル

氏 名

記 事

期 日

精密機械 1 年
水上 雄一朗
九州ブロックポリテックビジョン 2016
イン北九州
機械加工技術コンテスト 参加（旋盤、フライス盤）

宮崎 裕貴

九州職業能力開発大学校（ポリ北里 拓海

テクカレッジ北九州）、ポリテクカ

幸野 真斗

レッジ川内、大分県立工科短＊中野 貴之大、熊本県立技術短大の学生＊松本 孝幸による機械加工の競技会

2/26,27＊高山 繁春電子システム２年
九州ブロックポリテックビジョン 2016

牛島 大志

イン北九州

原永 美咲

ロボット競技会 準優勝

九州職業能力開発大学校

2/26，27

九州職業能力開発大学校

2/26，27

九州職業能力開発大学校

2/26，27＊江口 智弘機械システム２年
上津 良介
九州ブロックポリテックビジョン 2016

田上 遥

イン北九州

田尻 幸輝

ロボット競技会 参加

西中 春稀＊田崎 和博九州ブロックポリテックビジョン 2016
イン北九州
発表「日韓合同ものづくり教育交流プログラム」

精密機械２年
宮崎 大和＊日野 満司＊前原 弘法43

タイトル
九州ブロックポリテックビジョン 2016
イン北九州
展示「制御技術の工学教育における実験装置の開発制御～リアクションホイ

ールを用いた振子制御系～」
九州ブロックポリテックビジョン 2016
イン北九州
発表「携帯端末用表情認識システムの構
築」

氏 名

記 事

期 日

機械システム２年
藤森

慎太郎

土屋

諒太

九州職業能力開発大学校

2/26，27

九州職業能力開発大学校

2/26，27＊日野 満司

情報システム２年
副島直人
渡邉裕基
＊牧岡 毅
精密機械１年
北里 拓海
髙森 泰輝
前田 篤希
水上 雄一朗

２級技能士

宮崎 裕貴

中央職業能力開発協会
機械加工 普通旋盤

3月＊中野 貴之＊弓削 慶祐精密機械２年
渡邉 一希
渡邉 裕介

３級技能士
「機械プラント製図」＊河邉 真二郎

技能検定職種「機械プラント製図」

3月＊田上 賢二郎

精密機械２年
千葉 優介
精密機械１年ＣＡＤトレース技士（初級）金子 輝

厚生労働大臣認定

狩川 竜輝

ＣＡＤトレース技能審査

安武 大和

主催 中央職業能力開発協会

3/31

山下 春樹
＊前原 弘法精密機械１年ＣＡＤトレース技士（中級）川﨑 菜々子＊前原 弘法厚生労働大臣認定
ＣＡＤトレース技能審査
主催 中央職業能力開発協会

3/31

44

タイトル

氏 名

記 事

期 日

精密機械 1 年
北里 拓海
幸野 真斗
髙森 泰輝
富永 竜馬
古澤 賢
3 級技能士

前田 篤希
三池 湧真

中央職業能力開発協会
機械加工 普通旋盤

3月

水上 雄一朗
宮崎 裕貴＊中野 貴之＊松本 孝幸精密機械２年
熊本県知事表彰

北里 拓海
幸野 真斗
前田 篤希

熊本県
技能検定の成績優秀者に対す

4月

る表彰
技能を習得中で、企業等に就業

敢闘賞
第１１回若年者ものづくり競技大会（機械製図ＣＡＤ）

精密機械２年
川﨑 菜々子＊河邉 真二郎

精密機械２年
第１１回若年者ものづくり競技大会 参加（旋盤、フライス盤）

宮崎 裕貴
幸野 真斗
＊中野 貴之＊弓削 慶祐第１１回若年者ものづくり競技大会参加（電子回路組立て職種）

電子システム 2 年
瀨口 真由＊新貝 和史

していない 20 歳以下の若年者を対象としたものづくりの競技大

7/29

会（全国）

中央職業能力開発協会 主催
技能を習得中の企業等に就業していない 20 歳以下の若年者8月を対象としたものづくり競技会
中央職業能力開発協会 主催
技能を習得中の企業等に就業していない 20 歳以下の若年者を対象としたものづくりの競技会

8/8

45

タイトル

氏 名

記 事

期 日

精密機械 1 年
島田 将行
精密機械 2 年

3 級技能士

瀧川 大誉

中央職業能力開発協会

9月

機械検査

＊田中 誠一郎
精密機械２年
北里 拓海
幸野 真斗
髙森 泰輝
前田 篤希

2 級技能士（実技試験合格）

水上 雄一朗中央職業能力開発協会

10 月

機械加工 旋盤

宮崎 裕貴＊中野 貴之＊弓削 慶祐熊本県知事表彰
第１１回若年者ものづくり競技大会

精密機械２年
川﨑 菜々子（機械製図ＣＡＤ）敢闘賞受賞

熊本県に貢献した功績をたたえ

11/21

県知事から表彰される。

８．共同研究テーマ名

氏 名

顔認証システムに関する研究

共同研究先

牧岡 毅

熊本大学大学院自然科学研究科 情報電気電

里中 孝美

子専攻 内村研究室

９．在職者セミナー
タイトル

測定基礎

機械加工実線技術

NC 機械加工基礎

担当者

中野 貴之

内

容

機械加工や測定・検査業務で必要な基礎
知識と技術の習得

中野 貴之

機械加工に必要とされる被削材や切削工

松本 孝幸

具の特性、加工条件及び高精度・高効率

河邉 真二郎な加工のための技術を学ぶ。

中野貴之
田中誠一郎

初心者のための NC プログラム入門

期 日

受講
者数

5/14，213

6/4，11

7

7/2, 9

3

46

タイトル

担当者

内

容

期 日

受講
者数

C 言語の文法、プログラムの作成法を学
C 言語とマイコンの基礎ぶ。また、H8 マイコンを動かすプログラムを

新貝 和史

C 言語で作成、簡単な組み込み機器を製

8/25,264

8/30,31１

11/1～75作する。
汎用ロボット操作法とＰＬＣによるシーケンス制御入門

産業ロボットの操作方法およびプログラミン

日野 満司

グ法を習得
機械のメンテナンスを行うために必要とされオーダーセミナー河邉 真二郎る機械の基礎知識を身につけるために、機「機械基礎」

中野 貴之

械設計に関するもの、機械製作に関するもの等、幅広く学ぶ。

オーダーセミナー「機械製図 CAD 実線技術」

河邉 真二郎

測定技術

中野 貴之

PIC マイコンを用いたメカトロニク

小笠 原健一ス制御

田﨑 和博

技能検定職種「機械製図 CAD」の実技試

11/3,

験の受検に必要とされる JIS 機械製図の知

11/26,

識を中心に図面の仕上げ方を学ぶ。

12/17

平田機工依頼のオーダーメードセミナー
C 言語によるマイコンプログラミング環境の構築、と AD 変換、シリアル通信及びモータ
ー制御（PWM）の技術を学ぶ。

14

11/12，

3

12/3
11/16,171,18

１０．外部委託の講習会・研究会等
名 称
ものづくり工業会総会
特別講演
くまもと県民カレッジリレー講座「キャンパスパレア」

担当者
里中

忍

日野 満司

内 容
変革と多様性の時代におけるものづくりと人材育成
講演「ロボット時代」

期 日
5/20

9/1

47
１１．技能検定員委嘱
件名
熊本県職業能力開発協会
技能検定委員熊本県職業能力開発協会
技能検定委員熊本県職業能力開発協会
技能検定委員熊本県職業能力開発協会
技能検定委員
射出成形

担当者
釜田 浩

内 容

実施月

射出成形１級

8月

機械製図ＣＡＤ

1月

テクニカルイラストレーション

1月

射出成形

8月

電子機器組立て1、8 月

空気圧装置組立て

1月

電子機器組立て

1、8 月

田中誠一郎

射出成形 1 級試験の検定委員

8月

田﨑 和博

機械保全（電気系保全）

1月

集積回路チップ製造

1月

集積回路組立て1月

空気圧装置組立て

1月

電子機器組立て2、8 月

集積回路チップ製造

1月

集積回路組立て

1月

電子機器組立て（シーケンス制御作業）

1月

機械検査

1月

マシニングセンタ

8月

数値制御フライス盤

8月

形彫放電加工機

8月

ワイヤ放電加工機

8月

射出成形

8月

田上 賢二郎機械・プラント製図（機械製図ＣＡＤ作業）

１月

牧岡 毅

電子機器組立て8月

河邉 真二郎

江口 智弘

田﨑 和博

公益社団法人日本プラントメンテナンス協会
技能検定委員熊本県職業能力開発協会
技能検定委員熊本県職業能力開発協会
技能検定委員熊本県職業能力開発協会
技能検定委員熊本県職業能力開発協会
技能検定委員熊本県職業能力開発協会
技能検定委員

小南 嘉史

新貝 和史

中野 貴之

48
１２．ＦＤ研修
タイトル

内 容

期 日
1/25～

平成２７年度後期
科目数 １２０ 教員数 ４２
平成２８年度前期
科目数 １２７ 教員数 ４３

授業アンケート

2/5
8/1～
12,31

授業研究会

公開授業および授業アンケートを通して、学生の理解レベルに応じた授業のあり方（教育の質と維持とのバランス）を検討

1/29,3/9

平成２7 年度ＦＤ研修会「学生と良い関係をつくるために～カウンセリングの技法を使って～」 臨床心理士 髙野 浩美

1/7

１３．一般活動等
名称
IEEE

Transactions on Parallel andDistributed Systems reviewer

参加者
福永隆文
精密機械 2 年

すぎなみフェスタ 2016

電子システム 2年

内 容
論文査読 3 件

こどもふれあい・体験コーナーに「ゲームコーナー」ブースを出店

ロボット・チャレンジスクール 2016 in 熊 情報システム 1

熊本市内の小中学生を対象とした、自立本

年型ロボット教材を用いたプログラミング教＊菅原 智裕室のボランティアスタッフ

ロボット・チャレンジスクール 2016 in 菊陽・大津

情報システム 1年、2 年＊菅原 智裕情報システム 2

未来のまちづくりプロジェクト

年＊菅原 智裕

期日
4月
8月

11/12

2/27,
2/28

菊陽町・大津町・合志市周辺の小中学生を対象とした、自立型ロボット教材を用い

10/29,

たプログラミング教室のボランティアスタッ

10/30

フ
熊本地震被災地である益城町の子ども
達の ICT 支援のボランティアスタッフ

11/12

49
１４．新聞記事他
タイトル
人材育成など連携協定結ぶ 県技短
大と菊陽町
マイスターに聞く ナカヤマ精密熊本工場顧問 三津家敏幸さん
県立技術短期大学校卒業式

全国若年者ものづくり競技大会で敢闘
賞

発行社

記事の内容

期 日

本校と菊陽町が、人材育成や教育、産業振熊本日日新聞興、地域づくりなどで互いに協力する包括連

3/10

携協定を結んだ。
日本工業新聞熊本日日新聞本校の非常勤講師でもある三津家先生の紹介。
第 18 期生の卒業式を実施。

3/16

3/20

精密機械技術科 2 年の川崎奈々子さんが、
くまもと経済全国若年者ものづくり競技大会で敢闘賞を
受賞。

10 月号

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熊本県立技術短期大学校教職員一覧
校長

里中 忍

指導部長兼教授

河邉 真二郎

精密機械技術科教授(兼任)

河邉真二郎（電情系科長）

教授

中野貴之（学科主任）

教授

大土井雄三

講師

田中誠一郎

講師

弓削慶祐

指導員

松本孝幸

機械システム技術科教授

日野満司（機械系科長，学科主任）

教授

田﨑和博

准教授

小笠原健一

准教授

釜田 浩

講師

田上賢二郎

指導員

高山繁春

電子システム技術科教授

里中孝美（学科主任）

准教授

打越政弘

准教授

江口智弘

主任講師

新貝和史

講師

小南嘉史

講師

原田裕二郎

情報システム技術科教授

福永隆文（学科主任）

准教授

宮崎幸治

准教授

糸川 剛

准教授

橋本剛裕

主任講師

牧岡 毅

主任講師

菅原智裕

（平成 29 年 1 月 1 日現在）

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紀要編集委員会（第１８号）

委員長

里中 忍 （校長）

委 員

田﨑 和博（広報委員会副委員長）

委 員

田中 誠一郎（精密機械技術科）

委 員

金澤

美江（総務学生課）

熊本県立技術短期大学校紀要 第１8 号
平成 29 年 11 月 30 日発行
発行 熊本県立技術短期大学校 紀要委員会 委員長 里中 忍
〒869-1102
熊本県菊池郡菊陽町大字原水 4455-1
TEL 096-232-9700

FAX 096-232-9292

印刷 光陽印刷株式会社〒862-0947
熊本県熊本市東区画図町重富 567-4
TEL

096-378-8388

FAX 096-378-8396

熊本地震を経験して校長 里中 忍
平成 28 年 4 月 14 日、16 日に発生した熊本地震は、これまでの地震の常識を超えたもので、震度７を超える地震が三日間の間に２度も発生し、地震活動の区分も前震－本震－余震であった。30 年ぐらいの間にわが国で発生した大規模地震、阪神･淡路大震災、新潟県中越大震災、
東日本大震災が本震－余震で整理されてきたことを考えると、熊本地震はいかに特異なものであったかが理解できる。地震は益城町から南阿蘇村に延びる断層帯で起こり、県内各地に大きなつめ跡を残した。県民の誇りである熊本城は天守閣の瓦が剥げ落ち、石垣も至るところで崩れ、無残な姿をさらけ出した。阿蘇大橋の落下や俵山トンネルの崩落などにより、生活道路も寸断された。阿蘇神社、ジェーンズ邸など多くの歴史的建造物、文化財も損傷を受けた。
本校が位置するセミコンテクノパーク内のソニーセミコンダクタマニュファクチャリン

グや東京エレクトロンを含む多くの企業で生産活動が停止し、被災状況や復旧の様子は新聞紙上で度々紹介された。本校も体育館や本部棟、実習棟で、建物や教育設備で大きな被害を受けたが、幸い学生や教職員はともに無事であった。震災後は、多くの皆様から励ましや様々な支援を受けながら、復旧作業に取り組み、5 月の連休明けには授業再開に漕ぎつけることができた。また、今回の震災から、多くのことを学ぶこともできた。
◆自然の力は未知数であり、科学技術でコントロールすることはできない。
 地震はプレートの移動によって岩盤に蓄積された歪エネルギーが限界を超えた時に発生すると言われている。しかし、どこに多くのエネルギーが蓄積されてどこで解放されるかの予測は困難な状況で、今回は地震の心配がなく、安全なところと思われていた熊本で大地震が起こってしまった。台風についても「バタフライ効果」という言葉があるとおり、発生位置、大きさを予測することはできていない。地球規模で起こる自然現象は未知の部分が多く、科学技術が活用できるのは発生してからの分析がほとんどである。自然の力はコントロールするより、付き合うことが重要なことを気付かせてくれた。もう一度基本に立ち戻り、自然と共生する科学技術に向き合う姿勢が必要ではないかと考えている。
◆震災時の命綱は人のつながり。
 この度の震災で不自由したものは沢山あった。電気、ガス、水、食料などの生活必需品の確保は大変であった。家族や学生、仲間の安否確認や組織の活動には、電話やネットなど情報の伝達手段も不可欠であった。これらに関する救援はありがたかったが、一番は様々な形（自助、共助、公助）の支援でやり直す元気、生きる勇気を与えてくれたことである。そのベースに人のつながりがあり、追い込まれた状況の中で多くの支援を有難く感じた。我々の活動には人のつながりがベースにあり、それは日頃の活動の中で育まれていくことを再認識させられた。
◆復旧・復興の中で実力を発揮した技術者たち。
復旧・復興作業は、がれきの除去、損傷部の補修、ライフラインの確保、被災者の生活環境の整備、施設設備の修復など、多岐にわたった。これらの作業は外部に依頼する部分も多かったが、基本的には情報を共有しながら、自分たちでできることは自分たちで対応していくことであった。その際、それぞれの生産現場で技術者が知恵を出し合って、損傷した設備や機能停止した装置の復旧作業を行なっていることを、様々な機会に知ることができた。また、作業にはマニュアルでは対応できないもの、地震対策として新しいアイデアが求められるものなども含まれており、技術者はそれぞれが持っている強みが遺憾なく発揮していた。技術者の活躍に敬意を表しながら、教育機関として自ら考える能力を持った人材育成の大切さを再認識させられた。
◆震災が教えてくれた社会の底力。
 復旧･復興作業が人と人、あるいは組織と組織が連携して動いている活動の中から、日常の活動では見えない社会の仕組み、底力を学ぶことができた。セミコンテクノパーク内の企業の生産が停止すると国内の多くの企業の生産活動に影響し、幹線道路が被害を受けると物資の輸送が止まるなど、災害に対する人の流れや国や自治体、企業の動きから、被災した組織がいかに大きな役割を果たしてきたか、社会における役割や位置づけなどを理解することもできた。以
前の大震災のときもそうであったが、企業が再開の目標を設定すると、それに向かって多くの協力企業が人員派遣、設備の提供を行ない、予定通りの再開を果たす、このプロセスに企業のパワーと社会の底力を感じた。BCP(事業継続計画)などの備えが重要なことも学び、教育機関
としても学生の安全を第一に、安否確認や教育の継続性を日頃から考えていくことの大切さも実感した。
これらの経験の中で、中心的な役割を果たしたのはほとんどの場合が人であった。それぞれが自分の知識、技術をフルに発揮して、困難な課題を解決していくプロセスを多く見聞した。
内閣府｢人間力戦略研究会報告書｣によると、人間力は「社会を構成し運営するとともに、自立した一人の人間として力強く生きていくための総合的な力」と定義されているが、今回の地震
ではその総合力が試された出来事であり、現在も試されていることを実感している。熊本地震を振り返ると、人材育成機関としては「何のために、どのような資質･能力を育てようとするのか」を見直ししながら、その特徴と強みを意識する必要性を強く感じた。その意味で、現在実施している基礎学力や専門的な知識･ノウハウの教育を基礎力として、その中でインターンシッ
プや卒業研究、資格取得やコンテストなどの取組みが応用力の鍛錬に繋がっていると確信している。しかし、主体的に学ぶ姿勢、未知のことに挑戦する意欲、物事に取り組む際の集中力や忍耐力などの人間の本質的な力は、学生一人ひとりが様々な活動を通じて実感し、芽生えていく以外に教えることは難しい。私たちは学生にそれに気付く環境を提供し、刺激を与え続けることが重要と考え、国際交流や先進的な研究あるいはプロジェクト、地域との連携活動など、日頃の活動から感じてもらうことが一つの方法と考えている。
本紀要では、本校の教職員が取り組んでいる教育プログラムの開発や自主研究の取り組みを紹介し、併せてこの1年間の本校教員および学生の活動をまとめている。今回は６名の教員による教育プログラムの開発や自主研究の取り組みを紹介した。精密機械技術科からは３Dスキャナーの試作・評価とミニフライス盤の設計製作、機械システム技術科からは現代制御理論を適用した制御系実験装置の改良、電子システム技術科からはIoTデバイスを応用した無線セン
サネットワークと対話型ロボットの連携とニューロンCMOSインバータを用いた検索回路設計、情報システム技術科からはIoTの福祉分野への応用に関する基礎研究を紹介した。これらの取り組みは学生に大きな刺激を与えているが、主体性、挑戦するパワー、集中力や忍耐力などに繋がっていくにはもう一工夫が必要と感じている。
皆様方にもご一読いただき、本校の更なる発展のために、忌憚のないご意見、ご提言をいただければ幸甚である。