（とりあえず，暫定的に完成 …）
1. はじめに
ここは，システム制御情報学会の学会誌「システム/制御/情報」における解説記事
川田昌克：LEGO 部品と Arduino を利用した「倒立振子」の開発レシピ ― やっぱりモノを動かしてみたいでしょ！，システム/制御/情報，Vol.68, No.3, pp.84-89 (2024)
のサポートページです．
学会員以外の方は，無料のアーカイブを刊行から半年後（2024 年 3 月に刊行なので，おそらく 2024 年の 9 月頃）に閲覧することができます．3 月に読みたい方は，会員になってください！（大学だと，図書館で購入しているかもしれませんよ．）
本記事の執筆のきっかけは，2022 年 5 月に開催された SCI'22（第 66 回システム制御情報学会研究発表講演会）での発表です．そのときのプレゼンについては，以下に公開していますので，興味があればご覧ください．
なお，工作などの一連の作業はすべて自己責任でお願いします！
2. 実験動画
まずは，実験動画をみてみましょう！
3. 使用した部品
ここでは，実験装置の製作に使用した部品について説明します．
3.1 LEGO 部品
3.2 マイコンとモータ，センサ
3.2.1 MinSegShield M2V5 を使用する場合の部品
円安で随分とお高くなりましたが，お財布に余裕がある場合は，こちらが楽です．解説記事では，こちらの構成を利用しています．
3.2.2 MinSegShield M2V5 を使用しない場合の部品
お財布が厳しい場合は，こちらをお勧めします．純正の Arduino Mega を購入しても，合計 1 万 2 千円程度でマイコン部を構成することができます．
3.3 その他の部品
4. 組み立て
4.1 LEGO 部品を使って組み立てよう！
4.2 少しだけ電子工作しよう！
4.2.1 共通事項
4.2.2 MinSegShield M2V5 を使用する場合の電子工作
4.2.3 MinSegShield M2V5 を使用しない場合の電子工作
5. 配布する MATLAB/Simulink ファイル
5.1 RASPLib + Simulink Support Package 用
MinSegShield M2V5 を使用する場合（3.2.1, 4.2.2），MinSegShield M2V5 を使用しない場合（3.2.2, 4.2.3 (b)）のいずれであっても，
を併用して Simulink モデルを実装することができます．
5.2 Simulink Support Package 用
MinSegShield M2V5 を使用しない場合（3.2.2, 4.2.3 (c)），
のみで Simulink モデルを実装することができます．
6. MATLAB/Simulink ファイルの実行例
ソフトウェア環境については，付録を参照してください．
Simulink モデルを実行する前に，以下の事項を確認してください．
確認事項
- AC アダプタを Arduino Mega に接続してください．
-
MinSegShield M2V5 を使用する場合は，スイッチを以下のように設定してください．
- Driver Enable：ON 側
- Driver Voltage：BATT 側
- Battery Switch：ON/OFF のいずれでも可（乾電池を使用しないこと）
6.1 動作確認
6.1.1 アーム用エンコーダの動作確認
6.1.2 振子用エンコーダの動作確認
6.1.3 モータの動作確認
6.2 回転型倒立振子の数理モデル
6.3 アーム駆動系のパラメータ同定
6.4 振子系のパラメータ同定
6.5 レギュレータ制御
6.5.1 クレーンの振れ止め制御
この内容は本解説記事には未掲載です．
6.5.2 倒立振子の安定化制御
6.6 倒立振子の目標値追従制御
6.7 外乱補償
ここでは，岡島らにより提案されているモデル誤差抑制補償器 (MEC: Model Error Compensator) により外乱補償を行います．MEC に関する詳細は，たとえば，
を参照してください．また，MEC と外乱オブザーバの関係については
-
川田：零点と不安定極をもたない 2 次系に対する外乱オブザーバとモデル誤差抑制補償器の関係について，計測自動制御学会論文集，Vol.60，No.2，pp.101-103 (2024)
…… 会員外は 2025 年 2 月末に web 上で閲覧可能
で議論されています．
6.7.1 外乱補償されたレギュレータ制御
この内容は本解説記事には未掲載です．
6.7.2 外乱補償された目標値追従制御
6.8 倒立振子の振り上げ安定化制御
7. おわりに
本記事では，LEGO / Arduino / Simulink を利用して倒立振子を開発しました．なお，以下の方々が本実験装置のレプリカを製作されています．皆さんも是非，チャレンジしてみてください！
- 山口大学
- 熊本大学
- 大阪大学
付録 ソフトウェア環境
A.1 インストール
本解説記事では，Windows11 でバージョン R2023a の
- MATLAB
- Simulink
- Control System Toolbox
に加えて，Arduino 用の無償の Simulink パッケージ（ライブラリ）
- Simulink Support Package for Arduino Hardware
- Rensselaer Arduino Support Package Library (RASPLib)
を使用して，制御系解析/設計および実機実験を行いました．Simulink Support Package や RASPLib のインストール方法については，
を参照してください．
A.2 Simulink Support Package for Arduino Hardware の使い方