製品設計プロセスの段階的詳細化によるモジュールを用いた機械製品の発案支援

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560121
• Research Institution: Kanagawa Institute of Technology
• Principal Investigator: 松田 三知子 神奈川工科大学, 情報学部, 教授 (60239043)
• Keywords: 機械モジュール / 組合せ配置最適化 / 遺伝的アルゴリズム / CAD / 発案支援 / モジュールライブラリ / Lego Mindstorms

Research Abstract

平成15年度は、モジュールの組合せで様々なロボットを構成できる市販のブロック玩具(Lego Mindstorms)を対象として、発案支援システムを試作し、提案する手法の有効性を以下の手順で確認した。
1.ロボットの各構成モジュールすなわち各ブロックの形状モデルを作成した。
2.各ブロックのもつ単位機能をまとめて、述語論理により記述した。
3.各ブロックを配置する際の拘束条件を列挙し、述語論理により記述した。
4.複数のブロックの結合により発現する複合機能を、列挙した。
5.2〜4の結果に基づいて、複合機能・複合機能を構成する単位機能群・単位機能を実現するブロックの関係を階層構造で記述したモジュールライブラリを実装した。
6.5で実装したモジュールライブラリを利用して、要求機能を満たすロボットを構成するために必要なブロックの組合せを選択する仕組みを実装した。但し、ロボットへの要求機能は、機体設計者により必要な複合機能に分解されるものとし、システムへの入力はこの複合機能とした。必要な単位機能と複数のブロックが対応している場合には、ブロックの組合せグループは複数となる。
7.各々の組合せグループに対して、遺伝的アルゴリズムを適用してブロック配置の最適化を図った。ここで、各個体はグループを構成するブロックで構成し、遺伝子としては各ブロックの配置位置や向きをもたせた。モジュールライブラリ内に記述されている配置に関する拘束条件の充足度、設計空間内への配置、安定性などで各個体を評価し、評価値がプラスとなった要求機能を満たしているブロックの組合せすべてをロボットの機体設計案とした。
以上により、ひとつの要求に対してモジュールすなわちブロックの組合せにより様々なロボットの機体が提案できること、提案の中に通常の発想範囲からはでてこないような機体が含まれていることを確認した。

Research Products

• [Publications] Michiko Matsuda, Yuuki Naoda, Fumihiko Kimura: "Generation of rough design plans for mechanical products using a module library"Proceeding of 2003 ASME International Mechanical Engineering Congress. vol.2(CD-ROM). (2003)
• [Publications] Michiko Matsuda, Yuuki Naoda, Fumihiko Kimura: "Preliminary Design Support for Mechanical Products Based on Functional Requirements and Modular Concepts Using Genetic Algorithms"Knowledge Intensive Design Technology, IFIP. 37-50 (2004)