2019年6月30日日曜日

2019年6月報

1.6月授業内容
2.今月の課題
3.今後の授業スケジュール
4.お知らせ


1. 6月授業内容


1.0 <スタートアップ(全コース)>


 割愛します。


1.1 <プライマリーコース『チャリダー』>


 割愛します。







1.2 <ベーシックコース『がたごとレスキュー隊』>


 救助ロボットです。

 1日目では、何の変哲(へんてつ)もなさそうな4輪車に留(とど)まりましたが、車体底面の地上高(自動車用語でロードクリアランス)が低いため、少しの段差で引っ掛かってしまい、がたごと道はとても無理のようですね。
それでも、ちょっとした工夫があるのです。それはスピードが“(おそ)”ことです。


 ギアボックスをよく観察してみましょう(*1)。
モーター軸(じく)のピニオンギア(歯数8)が、まずベベルギア(歯数24)を回し、続いてベベルギアと同軸(つまり等速)のピニオンギア(歯数8)が、両隣(りょうどなり)のギアM(歯数24)を回しています。
タイヤはこのギアMと同じスピード(等速)で回転します(*2)。

歯数8のギア歯数24のギアを回す構成が2段ありますので、1段目で1/3に減速(げんそく)、2段目でさらに1/3に減速することになり、モーターの回転を1/3×1/3=1/9に減速してタイヤを回しています。
つまり、モーターが9回転してタイヤがやっと1回転する遅さです。

 遅いだけなら、何のメリットがあるのでしょう?
実は回転する力(トルク)が9倍になるという恩恵(おんけい)があるのです。
試しに、タイヤを外したシャフトを手でギュッと摘(つ)まんでみてください。
大人でも止められない程に強力ですよ。レスキュー隊として頼もしい力強さが準備できました。


 2日目では、ロードクリアランスの問題を解決します。
もっと大径のタイヤを装着できればよいのですが、タイヤLで最大ですので、代案が必要です(*3)。
そうです、タイヤSをクロールする手のように装着するのは、瞬間的に地上高を上げる効果も狙(ねら)っているためです。

バタバタと騒々(そうぞう)しいですが、これで多少の凹凸(おうとつ)は乗り越えられるようになりました。

あとは、4脚(きゃく)の取り付け方向ですね。
4脚ともそろえるのか、左右はそろえて前後でずらすのか、全てを90°ずつずらすのか。
後者ほど、いずれかの脚(あし)が地面を掻(か)いている期間が長く、推進効率に優れそうですが。



 最後の競技は、がたごとレース!
瓦礫(がれき)に見立てた材木等を敷(し)き、成功率20%の難関コースを乗り越えて救助に向かえるかどうかを競います。

瓦礫を前に立ち往生(おうじょう)し、脚がもげるなど、「救助隊が必要な救助隊」が多い中、4脚の向きを全てずらしたロボットの成功が目立ちました(*4)。

4脚ともそろえたロボットでは、どの脚も着地していない間に、せっかく乗り上げた瓦礫を底面で滑(すべ)り下りてしまいました。

左右または前後の2脚ずつそろえたロボットでは、瓦礫に乗り上げて傾いた胴体をさらに傾かせ、転覆(てんぷく)するか、でんぐり返っていました。

 ただ、路面の起伏(きふく)や摩擦状況により最適な構成が変わり得ますので、脚をそろえるのが常に不利と思わないようにしてください。
激しい凹凸を乗り越えるだけなら、4脚一斉(いっせい)に胴体を持ち上げた方が有利のはずです。

その後、胴体着地している間に滑り落ちないよう工夫すれば最強かもしれません。


*1 もしくは、テキストp.7~8の写真を見てください。

*2 前タイヤは、一方のギアMと同軸に付けられて等速で回り、後ろタイヤも、もう一方のギアMから始まって、ギアM同士で等速に伝わります。

*3 タイヤLのまま、車高を上げた「ハイリフト車」にするアイデアも出ました。
 高い重心のせいで転びやすい問題もありましたが。






*4 胴体と干渉(かんしょう)しないようクリアランスを確保しつつタイヤLに換装(かんそう)するなど、独自の工夫を凝(こ)らして走破(そうは)した人もいました。


1.3 <ミドルコース『プログラミングカー』>


 “プログラミング”と“カー”にそそられます。
“カー”だけに製作も理解も難しくはありませんが、生みの親で、アイデアコンテストで最優秀賞に選ばれた当時小学6年生に脱帽(だつぼう)です。

 他のロボットでも、本体の製作時に動作をプログラミングする要素はありますが、本体(ハードウェアプログラム(ソフトウェア)媒体(ばいたい)を明確に分離した点で、唯一無二(ゆいいつむに)のロボットです。


 プログラムとは何でしょう。一連の動作や演目などの手順(表)ですね。
本体の設計を変更することなく、プログラムだけで動作を決定できる利点があります。
ゲームソフトやアプリのアップデート等が最たる活用例ですね。
コンピュータ類に限らず、テレビ、エアコン、冷蔵庫、洗濯機、炊飯器まで、現代の殆(ほとん)どの電気製品がプログラムに則(のっと)り動作しています。

 本ロボットのプログラム媒体は、赤いロッドをつなぎ合わせた一本の棒で、その幅(1~3本分)により、右折・直進・左折を指令します。
また、ロッドを円形に組めば無限ループを実現でき、永遠とジグザグ走行や8の字走行を繰り返すこともできます。

走行用モーター動力をプログラムロッドの送り用ローラーにも分配しているところがナイスです。

自動織機や自動演奏オルガンから始まって、黎明期(れいめいき)のコンピュータも、パンチカードと言って、無数のパンチ穴を開けた何十メートルもの紙を送ってプログラムやデータをセーブ・ロードしていましたが(*1)、その様を彷彿(ほうふつ)とさせます。


 2日目最後の競技に、三角コーンやテープで指示されたジグザグコースを無事に完走するプログラムを設計してもらいました。

このとき、試行錯誤を重ねながら仕上げるのも現実的な成功方法なのですが、計算によって一発成功を狙う科学的方法も追求して欲しいと思い、授業中に余力のある人に挑戦状を掲(かか)げました。


【お題】
 ロッド1穴分(約1cm)送る毎にロボットが何cm進むか?(小数第1位まで)
ただし、ロッドを送るタイヤS直径を38mm、本体を推進させるタイヤL直径を51mmとする。

【解答】
 タイヤSとLの1回転あたりの移動距離(変位)の比は、円周長の比であり、これは直径の比に等しく、38:51である。
ここで、ギア構成により、タイヤLの回転数はタイヤSの3倍である。
よって、タイヤLによる変位は、タイヤSに比して 3×51/38≒4.026倍となるので、
本ロボットは、ロッド1穴分(約1cm)あたり約4.0cm進む


 実際は、各所のスリップの影響により誤差が出ますが、例えば、55cmのロッドでは220cmのコース取りをプログラミングできるという“アタリ”が付けられるようになり、最初から成功に近づける可能性が高まるのです。

算数/数学が得意な人は、円周率3.14やπ(パイ)を持ち出して面倒な計算をしても同じ答が出ることを確認し、比を用いた考え方を深めてください。


*1 テキストp.22参照


1.4 <アドバンスプログラミングコース『ロボビート(1)』割愛>


 《このドラマーロボットも面白いのですが、割愛し、
  多くの生徒さんが研究中のテクニカルレース用ロボットに触れます》


 去年までのテクニカルコンテストは、ライントレーサーによるタイム競技でしたが、今年から新しいルールとなりました。
今年は、キットケースの上に置いたパイロット(人形パーツ)を自作ロボットで救出(回収)してゴールを目指し、そのミッションを完了するまでの時間を競います。

 去年のライントレーサー大会では、早くゴールすることに力を注ぎました。
その結果、ロボットがコースアウトするなど成功率を低くしてしまい、全国大会でも結果を残せませんでした。
その反省を活かし、タイムと回収成功率のバランスに優れた方式を考案して欲しいと願います。

いろいろな方式が考えられます。結果を残すには、次の項目を考慮してください。
●なるべく構造をシンプルにし、重くなりすぎない(軽くなくてもよい)
●ロボットの各パーツが動作中に外れないよう堅牢(けんろう)に
●パイロット回収の成功率を高く(3回に1回以上)
●まっすぐ走り、コースアウトしないように
(重心を極端に偏らせない/2輪以上に駆動力を与える/急加速しない)

現在ミッション達成してゴールできている4タイプのロボットを紹介します。


 型式名:象の鼻
 成功率:★★☆☆☆
 速 度:★★★☆☆
 https://youtu.be/nKLRmut0nGE




 型式名:ゴム網『飛鳥文化アタック』
 成功率:★★☆☆☆
 速 度:★★★★☆








 型式名:回転カゴ
 成功率:★★★★☆
 速 度:★★★☆☆
 https://youtu.be/_fSI5aMJVOw




 型式名:ワイパー方式
 成功率:★★★★☆
 速 度:★★☆☆☆





 タイムを狙うことも重要ですが、課題をクリアしないと記録として残りません。
安全策をとるか、トータルバランスか はたまた最速タイムを狙うか、
戦略とライバルを決めて、結果を恐れずに挑んでみましょう。


1.5 <プロ1年目コース『オムニホイールロボット(3)』>


 オムニホイールロボットの3ヶ月目、最終月です。

 知的ロボットに必要な「感じて」「考えて」「動く」機能のうち、先月までは「考えて」「動く」だけでした。
いや、「考える」といっても、定めたプログラム通りに動くだけで、せいぜい次の動作に移行する秒数を計っているだけでした。
想像してみてください。いくら“脳ミソ”があっても、外界との接点が無ければ(目も耳も鼻も触覚さえも!)、意識は闇の中…。息が詰まりそうですね。

 1日目では、「感じる」触覚を与えます。
丸い本体の前部(頭部?)に左右のタッチセンサーを取り付け、そこから針金(触角?)を2本伸ばします。まるでテントウムシですね。
針金に何かが触れると、タッチセンサーがONになって…、どうなる?
それはプログラム次第ですね。そこがマイコン制御方式の良いところです。

右の触角に触れるとちょっと後ずさり、左の触角に触れると旋回するなど、自由に設計できます。
これだけでも、ロボット掃除機を想わせる動きになります。
どうです?あのスゴイ家電の動作も、こんな感じで実現できてしまうのですよ!
自ら判断して動いてくれるので、生物のような賢さや可愛らしさが出てきます。

 これを実現するプログラミング要素を学びました。
もし、○○だったら△△して、そうでなければ××する”ような判断と行動のルールを与えるもので、“if ○○ { △△ } else { ×× }”の形式で記述します。
条件分岐といって、プログラムには大切な要素です。
これがなければ、ゲームソフトも紙芝居がせいぜいです。




 最終日の2日目は、ラジコン操縦プログラムを転送して、「考える」賢さをコントローラ操縦者に委ね、パイロン走行やサッカー対戦などで走らせ回りました。

この過程で、プログラムの条件分岐を使用して、高速走行モードに入るボタンが決められていることを悪用(?)して、パラメータを改造することもできました(*1)。

 以上、3ヶ月にわたり、オムニホイールの走行原理やプログラミングの基礎を学びました。
特に、同じボタンやタッチセンサーでも、押されてどう反応するかはプログラム次第であるという点が、マイコン非接続型のスイッチ(受動素子)では出せない特徴です。

次回以降のテーマでも、マイコンに様々な判断と命令を担わせて、面白いマシンを製作して参りましょう。


*1 実際の自動車でも、ECU(Engine Control Unit)チューンと言って、そういうことが(やろうと思えば)できます。
 エンジン/モーターの最大パワーは変わらないものの、アクセル操作に対する応答特性を変える走行モード切替が付いている車もあります。


2. 今月の課題


 <スタートアップ(全コース)>
  特にありません

 <プライマリーコース>
  - オリジナル図形プリント

 <ベーシックコース>
  - オリジナル課題プリント(3面図+設問)
  - 上記授業内容を精読する(概ね3年生以上/低学年は補助の下で)

 <ミドルコース>
  - オリジナル課題プリント(3面図+設問)
  - 上記授業内容を精読する

 <アドバンスプログラミングコース>
  特にありません(テクニカルレース頑張るぞー!)

 <プロ1年目コース>
  - 上記授業内容を精読する(該当テキストページを見ながら)


3. 今後の授業スケジュール


◆小倉北7月は『北九州パレス(勤労青少年文化センター)』で開催します。
◆小倉北8月よりベーシック/プライマリ10:30~とさせて頂きます。
◆小倉南8月よりアドバンス15:00~とさせて頂きます(~12月移行期間)。
◆全国大会の為、中間8/24→8/31へシフトします。

――――――――――【佐藤教室長】――――――――――

[東福間]第1・3土原則<学習ルームでこぼこ>
   - 13:30~ ベーシック/プライマリ
   - 15:30~ ミドル
   - 17:30~ アドプロ

 ⇒ 7/6, 20,  8/3, 17,  9/7, 21


[中間]第2・4土原則<なかまハーモニーホール>
   - 13:30~ ベーシック/プライマリ
   - 15:30~ ミドル
   - 17:30~ アドプロ

 ⇒7/13 第1回 2F会議室1
  7/27 第2回 3F会議室2
  8/10, 31※,  9/14, 28

 ※全国大会の為、8/24→8/31へシフトします。


[小倉北]第1・3日原則
   - 10:00~ ベーシック/プライマリ(8月より10:30~)
   - 13:00~ ミドル/ロボプロ1年目[暫定]
   - 15:00~ アドプロ

 ⇒7/ 7※第1回 北九州パレス2F 第1研修室
  7/21※第2回 北九州パレス2F 第2研修室
  8/4, 18,  9/1, 15

 ※7月は『北九州パレス(勤労青少年文化センター)』で開催します。


――――――――――【中野教室長】――――――――――

[八幡東]第1・3土原則<レインボープラザ4F>
   - 13:30~ ベーシック/プライマリ
   - 15:30~ ミドル
   - 17:30~ アドプロ

 ⇒ 7/6, 20,  8/3, 17,  9/7, 21


[小倉南]第2・4日原則<総合農事センター2F>
   - 10:30~ ベーシック/プライマリ
   - 13:00~ ミドル/アドプロ※(/ロボプロ1年目)

 ⇒ 7/14, 28,  8/11, 25,  9/8, 22

 ※8月よりアドバンス15:00~とさせて頂きます(~12月移行期間)。


4. お知らせ

1) 小倉北ベーシック/プライマリ時間シフト
 8月よりベーシック/プライマリ時間を30分遅らせ、10:30~12:00とさせて頂きます。


2) 小倉南アドバンス時間シフト
 8月よりアドバンス時間をミドル後にシフトし、15:00~16:30とさせて頂きます。
 8~12月を移行期間として、この間は13:00/15:00どちらでもお受けしますが、なるべく15:00~をお奨めします。

 農事センター利用時間の制約上、ミドル/アドバンスを併行しておりましたが、より良い指導&履修環境のため、ご協力をお願い申し上げます。
 (これにて小倉北・南教室が同一時間帯になります)


3) 全国大会 8/24(土) 東京大学 安田講堂
 アイデアコンテストの時期が近づいてきました。
 http://www.tenma-sharing.com/image/blog/convention/RobotConv2019.pdf

 ◆アイデア部門:7/19(金)九州本部必着にて、所定の応募用紙・プレゼン動画(2分以内)を郵送

 《全国大会 観覧申込み - 定員に達し受付終了》
  http://kids.athuman.com/robo/event/convention/2019/


4) アイデア九州地区大会 7/26(金) 福岡市科学館サイエンスホール
 全国大会に先立ち、九州地区大会も開催されます。
(発表練習会の位置付けであり、全国大会の予選ではありません)
 発表練習のみならず、他人の面白アイデアを伺うチャンス!
 福岡県内の皆さんには、地の利があります。ご家族で参加しましょう!

 ◆アイデア地区大会:7/16(火)大会本部必着にて、所定の応募用紙を郵送

 《地区大会 観覧申込み - 6/21(金)17:00~定員まで》
  http://kids.athuman.com/robo/event/convention/2019/


5) テクニカル九州地区予選 7/26(金) 福岡市科学館サイエンスホール
 テクニカル(アドプロコース用スピード競技)コンテストは地区予選から始まります。

 ◆テクニカル部門:7/2(火)10:00~7/18(木)17:00までにWeb申込み

 《地区大会 観覧申込み - 6/21(金)17:00~定員まで》
  http://kids.athuman.com/robo/event/convention/2019/


6) 5教室合同アイデア発表会
 いきなり全国大会はハードルが高いですので、まずは地区大会で、発表をするも聞くも、あまり気負わず親子で楽しみましょう!

 その前に、小倉北教室の昼休み時間にアイデア発表会を開催しますので、親子で是非ご参加下さい。
 先ずは宣言しちゃって、やる気になってみよう! 君だけのロボットをひねり出そう!

 ■7/7(日) 11:45-12:45 北九州パレス2F 第1研修室
 【発表シート】6月第2回授業で配布した『アイデアシート』または任意の紙面
  http://www.tenma-sharing.com/image/blog/convention/IdeaSheet2019.pdf
 【発表内容】「こんな(動きの)ロボット作るつもりです」程度の意志表明(ロボット披露も可)
 【発表形式】1人2分程度(プロジェクター・マイク使用)


7) 5教室合同テクニカルコンテスト研究会
 7/26九州地区予選に出場できるアドプロ生向けに、下記の教室時間を開放します。
 奮って参加下さい!
 - 退場時間は自由です
 - 教室の振替利用には事前連絡ください
 - 教室の追加利用には事前連絡不要です
 - コンテスト出場者の振替手数料は頂きません(在籍中の方のみ)

 ・7/ 6土 東福間    でこぼこ  17:30-20:00
 ・7/ 6土 八幡東レインボープラザ4F 17:30-21:00
 ・7/ 7日 小倉北  北九州パレス2F 15:00-20:30 ※場所ご注意
 ・7/13土 なかまハーモニーホール2F 17:30-21:00
 ・7/14日 小倉南  農事センター2F 10:30-16:00 ※AM~OK
 ・7/20土 東福間    でこぼこ  17:30-20:00
 ・7/20土 八幡東レインボープラザ4F 17:30-21:00
 ・7/21日 小倉北  北九州パレス2F 15:00-20:30 ※場所ご注意


8) IchigoJam初級プログラミング ~ハイパーオリンピック編~ 終了

 6/29(土)東福間、6/30(日)北九州パレスにて、計14組の方に参加頂きました。

 ボタンの連打で100m走タイムを争ったり、200mハードル走のゴールを目指してタイミング良くジャンプしたり、シンプルな面白さに子供も大人も(先生も!)燃えていました。

 次回11/4(月・祝) 開催予定の講座をお楽しみに。8月ミニ講座を下記にご案内します。


9) 夏休み体験講座(理科/ロボット/プログラミング)
 いつものロボット教室とは異なる刺激を。夏休みの自由研究にもどうぞ。
 http://www.tenma-sharing.com/image/blog/lab/SummerProgram2019.pdf
 http://www.tenma-sharing.com/image/blog/lab/IJ-B1908.pdf

【内容】↑PDFをご覧下さい
【講師】中野・佐藤
【会場】北九州パレス(勤労青少年文化センター) 2F
【申込方法】メールにてお申込み下さい。7/15〆切・先着順です。
【申込条件】
 - 原則として、8月お引落し額(9月分)に加算して徴収させて頂きます。
  7/15~キャンセル・欠席により空席が発生した場合は返金できません。
  (キットと製作テキストのみお渡しします)

 - 保護者の方・お子様(対象年齢未満)ご同伴可

 - IchigoJam初級ミニゲーム編は、これまでの長編プログラムから趣向を変え、
  短時間で、ごく短いプログラムを生徒さん自身のアイデアで改変しながら、
  100%理解を促すことに重きを置きます。(高学年さんにも不足ありません)

         (税別)
  ◇…科学実験 4,700円
  ◆…科学実験 3,800円
  ☆…IchigoJam 6,500円(小3~)  新規生向け講座+キット
  ★…IchigoJam 2,500円(小3~) ☆修了生向け

 8/1(木)
 ◇10:00-12:00 ロボットハンド開発ラボ(小4~)
 ☆13:30-16:00 IchigoJamスタートアップ ~初めてのゲームプログラミング~

 8/6(火)
 ★10:00-12:00 IchigoJam初級ミニゲーム#1
 ◆13:00-14:30 ふしぎセンサー~LEDを光らせよう~(小3~)
 ◆15:00-16:30 望遠鏡をつくろう(小3~)

 8/8(木)
 ★10:00-12:00 IchigoJam初級ミニゲーム#2
 ◆13:00-14:30 ひかりマジック ワン・ツー・スリー(5歳~)
 ◆15:00-16:30 人工イクラを作ってみよう(小1~)

 8/20(火)
 ★10:00-12:00 IchigoJam初級ミニゲーム#3
 ◆13:00-14:30 音にさわろう!スピーカー工房(小1~)
 ◆15:00-16:30 君には名探偵の素質があるか?(小3~)


10) 8月~新ミドルコース(プログラミング対応)へリニューアル[再掲]
 ミドルコースがアドプロコース用のマイコン・センサー類を一部下ろす形で、8月~タブレットを用いた簡易プログラミングに対応します。

【キット代(税別)ご負担の流れ】
 ~7月:入会時2.85万円→アドプロ進級時2.7万円
 8月~:入会時2.85万円→ミドル進級時1.8万円→アドプロ進級時0.9万円

 従来ミドル内容をベースとした改編ですので、進級タイミングに関わらず、新旧ミドル合わせて18ヶ月満期の履修が原則となります。

 8月時点でミドル継続中の方は、残り期間に応じて、新旧コースの選択肢を提供いたします。詳細は対象の方へ個別にご案内して参ります。

 http://www.tenma-sharing.com/image/blog/0227_newmiddle.pdf


11) 5月課題 高得点者  []内は教室と学年

 ◆プライマリ【14名平均 図形3.6】
   5点…仲井[中間2], 川田[小倉北1], 末吉[小倉北1], 砂川[小倉北1], 鑓水[小倉北 年長]・村上(怜)[小倉南2]

 ◆ベーシック【22名平均 図面2.9+設問2.4=5.3】
  10点…柴田[小倉北4]
   9点…なし
   8点…中村[東福間4], 下木[八幡東4], 野口[八幡東5], 橋本[小倉南2], 林田[小倉南2]
   7点…なし

 ◆ミドル【19名平均 図面3.0+設問2.3=5.3】
  10点…なし
   9点…なし
   8点…樋口[八幡東5]
   7点…渡邉[中間5], 重藤[八幡東8], 森崎[八幡東4], 竹内[小倉北5]

 ◆アドバンスプログラミング【4名平均 図面7.5+設問4.8=12.3】
  19点…橋本[小倉南5]
  16点…山本[中間7]


東福間・中間・小倉北教室 佐藤 / 八幡東・小倉南教室 中野

2019年5月29日水曜日

2019年5月報

1.5月授業内容
2.今月の課題
3.今後の授業スケジュール
4.お知らせ


1. 5月授業内容


1.0 <スタートアップ(全コース)>


 割愛します。


1.1 <プライマリーコース『ロボシーソー』>


 割愛します。







1.2 <ベーシックコース『ロボクリーン』>



 おそうじロボットです。
90°ずつ向きをずらした9本の赤い“ブラシ”を高速回転させる様がにくいですね!
吸引(きゅういん)こそしませんが、あのロボット掃除機『ルンバ』を彷彿(ほうふつ)とさせます。

 掃除機として、大事な工夫点があります。
ブラシは高速回転させたいが、本体の走行スピードは…?
疾走(しっそう)されては困るので、タイヤはゆっくり回さなくてはなりませんね。
この相反(あいはん)する要求をどうやって1つのモーターで実現するかです。

部品配置は、モータータイヤブラシ の順に並んでいます。
回転速度は、速い遅い速い です。
つまり、モーターを一旦(いったん)減速(げんそく)してタイヤを回した後、増速(ぞうそく)してブラシに伝える構成が必要であり、それが筐体(きょうたい)の側面に並んだ大小6枚のギアの役割なのです。


3連のピニオンギア(歯数8)がタイヤと同軸のギアL(歯数40)を回すので、1/5に減速されます。
その後、ギアM(歯数24)を経由してブラシと同軸のピニオンギア(歯数8)を回します。
途中のギアMは気にせず(*1)、ギアLピニオンギア と考えて、5倍の増速になります。
つまり、1/5×5=1 で、モーターと同じ回転数(等速)に戻してブラシを回しているのですね。

《ギアの回る速さについて勉強したい人は、下記を読んでください》
 http://www.tenma-sharing.com/image/blog/robot/bas-1711.pdf


 2日目最後の競技は、ガチンコおそうじ対決!
狙(ねら)いを定めたロボットの前に、小さくカットしたスポンジのゴミを散りばめ、「よーいドン!」でゴミの争奪戦(!?)です。
「そこまで!」の合図までに内部に取り込めたゴミの数を競います。


皆さん、対戦になると燃えますね~。
まして、改造の良し悪しがゴミの数に表れますから、時間いっぱい改造に勤(いそ)しむ人もいましたが、かえって本番で成績が振(ふ)るわず、悔(くや)しい思いをしていました。

 このロボットで苦心(くしん)するのは、赤いブラシが(当然に)固いプラスチック部品であり、柔軟性(じゅうなんせい)がないので、筐体との隙間(すきま)にゴミが挟(はさ)まってブラシが止まりやすいことです。
高速回転(増速)させる分、回転力(トルク)が弱いので、たやすく停止します。


この問題を解決しようと、過去にすばらしいチャレンジも見られました。
ブラシの毛(クロスジョイント)が固いのは仕方がないので、シャフトに“半固定”し、毛一本一本の回転力を弱めるアイデアです(*2)。

1) クロスジョイントをシャフト(十字形断面)の周りに固定するのではなく、自由にぶら下がるよう、十字穴ではなく丸穴に通す
2) クロスジョイント同士が密着するよう、ブッシュやグロメットで隙間を埋める

これには、
●詰まらない限り、全ての毛がシャフトと一緒に回転する
●詰まった毛だけ止まり、ブラシ全体の回転を止めない
という設計思想がしっかり体現されています。

肝心(かんじん)のゴミ取り性能はともかく、何か問題に直面した時、限られた部材(キット)の中でも「何か解決方法があるという好例です。


 他には、毛として、回転シャフトに輪ゴム結束バンドをくくり付けてはどうでしょう。
内部の汚れが問題になるほどゴミが取れてしまうかもしれませんよ。


*1 ギアMを気にして計算しても、40/24×24/8=40/8=5 と同じです。間にギアMを挟んでいる理由は、回転方向と位置を調整するためです。

*2 スリップトルク(滑り摩擦力を利用した回転力伝達)や、トルクリミッター(回転力制限装置)呼ばれる機械要素です。


1.3 <ミドルコース『アメンロボ』>


 アメンボのような動きで進みますが、推進(すいしん)原理は異なります。
ミドルコース随一(ずいいち)と言っていいくらい、突き詰めれば高度な学習テーマに満ちた、難しいロボットです。

 4脚キャスター付き椅子(いす)のように、X字に交差させたロッドの先端4箇所に、自在に向きを変えるタイヤSを取り付け、ロッドの交差点に本体を載せています。

 1日目では、モーターで回転するクランク機構(*1)により、ロッドのX字を閉じたり開いたりする動きを実現しました。
製作はこれでほぼ完成なのですが、タイヤSはその向きがX字の開閉に合わせて阿波(あわ)踊りの手先のように自在変化するだけで、一向に進む気配がありません。
どうしたものでしょう。2日目までの課題にしてみました。

 よく観察すると、タイヤは向きを変えているだけでなく、少し転がっては逆方向に戻る動きも見られますので、学習経験を生かして、
ラチェット機構により回転を一方向に制限してやればいい」
というアイデアもありますが、前進させるまでには至らないようです(*2)。


 2日目テキストの通り、前輪同士と後輪同士をくくるように2本の輪ゴムをキャスターの根元に掛けてみました。
するとどうでしょう。輪ゴムがキャスターを内側に引っ張ることで、タイヤの向きが前後方向に“ほぼ”そろいました

スイッチを入れてみると、1日目が嘘のようにスイスイ進みます。
X字の開閉に合わせて、床面との摩擦により、前後輪とも、ハの字平行逆ハの字の形を繰り返します。


X字を開く力は、左右両輪を前方に向かって開かせ(逆ハの字)、
特に後輪(*3)が平泳ぎで水を(またはスケーティングで雪や氷を)掻くように、推進力に変換されています。


X字を閉じる力は、左右両輪を前方に向かって閉じさせ(ハの字)、
特に前輪(*3)で地面を抱き込んで後方へ追い遣(や)るように、推進力に変換されています。

輪ゴムの弾性力により、
(1) タイヤを前後方向に緩(ゆる)やかにそろえる
(2) 地面との摩擦力でタイヤの向きが変化するのを少しだけ許す
ことが功(こう)を奏(そう)しているのです。


 実際は、ここに書く程に簡単ではなく、X字リンクの歪(ゆが)みやタイヤの摩擦からくる開閉の重たさ、輪ゴムの強さ(*4)に起因して、推進させるまでに苦労し、競技する余裕もない難題でした。

 ラチェットは使いませんが、タイヤが後ろに転がる瞬間があるようなら、それを阻止(そし)することで推進効率が上がるかもしれません(*5)。

《キャスターがハの字形に開閉し、推進力を生むメカニズムを勉強したい人は、下記を読んでください》
 http://www.tenma-sharing.com/image/blog/robot/mid-1711.pdf


*1 回転軸の回りで円形運動する別の回転軸をジョイント(関節)とするリンク機構で、回転運動⇔往復運動を変換する。手回しハンドル、自転車のペダル、ピストン式エンジンが主な利用例。

*2 過去に考案した生徒さんがいましたが、そもそもタイヤの向きがバラバラなので失敗しました。

*3 X字の開閉によってキャスターが前方へ運ばれる方。

*4 輪ゴムが弱ければタイヤの向きが定まらず、強ければモーターの力負けで停止します。

*5 下手をすると前進の摩擦も増えて効率が下がるかもしれません。


1.4 <アドバンスプログラミングコース『九九ボックス(2)』>


 1・2日目の九九ボックスは、足し算するのみでした。
その方式は、スイッチを押した分だけ、1桁の文字板が順回りして、数値がカウントアップされるという単純なものでした。


とは言え、モーターが1回転するのをスイッチで検出しながら、その間に文字板(ギアL)の数字が1だけ進むような1/10減速ギアボックスの設計が秀逸かつ斬新です(*1)。

3・4日目の授業で、掛け算するプログラムを入力し、それに合わせて文字板を2桁に増やしました。9×9=81 なので2桁要りますね。

 この掛け算プログラムは、どのような仕組みで動いているのでしょうか。
テキストでは、1の段から3の段までのモードを作りました。

1の段は、スイッチを1回押すとモーターが1回転し(*2)、文字板が1/10回転だけ回る、単なるカウンターです。
2の段は、スイッチを1回押すとモーターが2回転するプログラムです。
3の段は、スイッチを1回押すとモーターが3回転するプログラムです。

やっていることは、足し算と変わりません。
この掛け算プログラムは、足し算を何回も繰り返すに過ぎませんね。

プログラムが長い割に、結局、足し算かよ!」と落胆する声が聞こえました。
でもね、加減乗除(+-×÷)は全て足し算で行うことができるんです!
実際、コンピュータ内部では、ほとんどの演算を足し算で行っています。
つまり、九九ボックスはコンピュータの走り!(少し言い過ぎかもしれませんが…)

例えば、2x3 の掛け算であれば 2+2+2 と、九九ボックス同様に2を3回足すことで計算できます(*3)。

 引き算はどうでしょう。
この場合は「足してちょうど桁が上がる(10になる)数」を持ち出します。
2なら8、3なら7、5なら5、といった数です。これを補数(ほすう)といいます。
数を引く代わりに補数を足すことで、引き算は足し算に置き換えられます。

 9-4=5 → 9+6=15 → 2桁目を無視して 5

2桁目を無視する手順が気に入らなければ、下のような式にすると良いでしょう。

 9-4+10-10 = 9+(10-4)-10 = 15-10 = 5

勝手に10を足したので、後から10を引いています。結果は変わりませんよね。

この計算方法では、先に補数を求める必要がありますが、コンピュータ内部で扱う数字は0と1の2つしかありません。1+1=10(イチ・ゼロ)のように桁上がりします。
ですから、1の補数は0、0の補数は1と、簡単に決まってしまいます。
実際、電子回路にとってこの変換作業は楽チンなのです!
これを2進数と呼びます(*4)。

 割り算は、この引き算の応用です。
割られる数から割る数を引き算していき、0になるまで何回引いたかを数えます。
8÷2 の計算ならば 8-2-2-2-2=0 ですから、4回引きました。
この4が割り算の答えになります(*3)。 

 苦労した割に、暗算でできる程度の計算しか行えない九九ボックスでしたが、コンピュータと近い計算方法だと思うと、何だか輝いて見えますね!
見えない? そうですか? よーく見てください、マイコンのLEDが輝いてますヨ!!


*1 ロボット教室で初登場。

*2 実際はスイッチを押している間に鳴る音の回数で指令します。

*3 実際に必ずしもこのように処理されているとは限りませんが、一つの方法として使われる場合があります。人間と違って、足し算こそ超高速にできるように作られているからです。

*4 「地球人は10進数を使っているようだ…指が10本だからかな…」by 火星人


1.5 <プロ1年目コース『オムニホイールロボット(2)』>


 1ヶ月目に製作したオムニホイール(Omnidirectional Wheel;全方向車輪)ロボットの動きの原理を理解し、思い通りの動きをプログラム上で指示できるようになるまでの2ヶ月目の授業です。

 1日目は、改めてオムニホイール(車輪)の仕組みを考察し、3つの車輪を任意の速さ・向きに回したときの進行方向が“力(ベクトル)の合成”によって求まることを学びました。

ここでのベクトルは、車輪の回転の向き速さを、それぞれ矢印の向き長さで(紙面上に)表したものです。


2つのベクトルの合成は、まず作用点(ベクトルの始点)を重ねて、それが平行四辺形の2辺を形成するようにもう2辺を描き足し、作用点から発した対角線(=合力)の向き長さで表します。

3つのベクトルを合成するには、任意の2つを合成した後、その合力と残りのベクトルをさらに合成します。

様々な練習問題を製図して解きつつ、プログラムの数値に反映して動きを確かめ、どんな3輪の回転の組合せでも、ロボットの進行方向を求めることができるようになりました。

 2日目に、ロボットの回転する動きを考察します。
1日目では、進行方向を割り出すことができましたが、ロボットが向きを変えずに移動(=並進運動)する場合は、これで十分でした。

しかし、実際は互いに離れた3輪による作用点(ベクトルの始点)を一点(例えば、ロボットの中心)に集めて合成するために、本体が回転しようとする力(モーメント)を扱うことができませんでした。

例えば、3輪とも同じ速さで時計回りに回転させる場合、ベクトルの合成結果は長さゼロの“点”となって、ロボットが移動しないことを言い当てますが、実際の動きは、移動こそしないものの、その場でぐるぐる回り続けます。
この回る動き(=回転運動)を予測できるようにします。

 レンチやスパナを想い起こしてください。
支点回転中心)のある物体に対し、支点から離れた場所作用点)に、(支点に向かう向きとは異なる)力を加えると、物体は支点の周りで回転します。
この物体を回そうとする作用力を“モーメント”といいます。

支点と作用点の間の距離を単に“長さ”と呼ぶと、

 [モーメント]=[長さ]×[力の大きさ]

という関係があり、長いほど回す作用が強くなるという、てこの原理を表しています。

オムニホイールは、3輪とも円周上(円形ボードの縁)に取り付けられているため、円形ボードの中心を支点としてロボットの回転を考えたとき、各ホイールまでの長さ]が全て等しいので、オムニホイールロボットの[モーメント]を推し量る上では、[力の大きさ](今回はホイールの回転スピード)だけ考慮すればよいことになります。

 難しく述べましたが、簡単には、時計回り反時計回りの回転スピードを差し引きして、ゼロなら回転せず、ゼロ以外ならその値の分だけ優勢な方向に回転する、と言えるのです。

オムニホイールロボットがカーブの軌跡を描いて移動するとき、並進運動だけで実現すれば、飛来するUFOのように向きを変えず、並進運動+回転運動を組み合わせれば、自動車のように自然に曲がることもできるのです。

3つのオムニホイールが生み出す、どんな複雑なロボットの動きも、
ベクトルの合成”で求まる並進運動と、
モーメントの合成”で求まる回転運動とに分解して説明できるのです。

 最終の3ヶ月目では、このロボットに“触覚”と“頭脳”を植え付け、ロボカップに通ずる自律型ロボットに仕上げます。


2. 今月の課題


 <スタートアップ(全コース)>
  特にありません

 <プライマリーコース>
  - オリジナル図形プリント

 <ベーシックコース>
  - オリジナル課題プリント(3面図+設問)
  - 上記授業内容を精読する(概ね3年生以上/低学年は補助の下で)

 <ミドルコース>
  - オリジナル課題プリント(3面図+設問)
  - 上記授業内容を精読する

 <アドバンスプログラミングコース>
  - オリジナル課題プリント(見取図+設問)
  - 上記授業内容を精読する

 <プロ1年目コース>
  - 上記授業内容を精読する(該当テキストページを見ながら)


3. 今後の授業スケジュール


◆小倉北7月は代替施設『北九州パレス(勤労青少年文化センター)』で開催します。
◆小倉北8月よりベーシック/プライマリ10:30~とさせて頂きます。
◆全国大会の為、中間8/24→8/31へシフトします。

――――――――――【佐藤教室長】――――――――――

[東福間]第1・3土原則<学習ルームでこぼこ>
   - 13:30~ ベーシック/プライマリ
   - 15:30~ ミドル
   - 17:30~ アドプロ

 ⇒ 6/1, 15,  7/6, 20,  8/3, 17


[中間]第2・4土原則<なかまハーモニーホール>
   - 13:30~ ベーシック/プライマリ
   - 15:30~ ミドル
   - 17:30~ アドプロ

 ⇒6/ 8 第1回 3F会議室2
  6/22 第2回 3F会議室2
  7/13, 27,  8/10, 31※

 ※全国大会の為、8/24→8/31へシフトします。


[小倉北]第1・3日原則<ムーブ>
   - 10:00~ ベーシック/プライマリ(8月より10:30~)
   - 13:00~ ミドル/ロボプロ1年目[暫定]
   - 15:00~ アドプロ

 ⇒6/ 2 第1回 5F小セミ(AMのみ企画1・2)
  6/16 第2回 5F小セミ
  7/7※, 21※,  8/4, 18

 ※7月は代替施設『北九州パレス(勤労青少年文化センター)』で開催します。


――――――――――【中野教室長】――――――――――

[八幡東]第1・3土原則<レインボープラザ4F>
   - 13:30~ ベーシック/プライマリ
   - 15:30~ ミドル
   - 17:30~ アドプロ

 ⇒ 6/1, 15,  7/6, 20,  8/3, 17


[小倉南]第2・4日原則<総合農事センター2F>
   - 10:30~ ベーシック/プライマリ
   - 13:00~ ミドル/アドプロ(/ロボプロ1年目)

 ⇒ 6/9, 23,  7/14, 28,  8/11, 25


4. お知らせ

1) 小倉北ベーシック/プライマリ時間シフト
 8月よりベーシック/プライマリ時間を30分遅らせ、10:30~12:00とさせて頂きます。

 7月~とお伝えしていましたが、全国大会活動の為に延期します。申し訳ありません。


2) 全国大会 8/24(土) 東京大学 安田講堂
 アイデアコンテストの時期が近づいてきました。6月第1回授業日に案内冊子を配ります。
 http://www.tenma-sharing.com/image/blog/convention/RobotConv2019.pdf

 ◆アイデア部門:7/19(金)九州本部必着にて、所定の応募用紙・プレゼン動画(2分以内)を郵送

 《全国大会 観覧申込み - 6/21(金)17:00~定員まで》
  http://kids.athuman.com/robo/event/convention/2019/


3) アイデア九州地区大会 7/26(金) 福岡市科学館サイエンスホール
 全国大会に先立ち、九州地区大会も開催されます。
(発表練習会の位置付けであり、全国大会の予選ではありません)
 発表練習のみならず、他人の面白アイデアを伺うチャンス!
 福岡県内の皆さんには、地の利があります。ご家族で参加しましょう!

 ◆アイデア地区大会:7/16(火)大会本部必着にて、所定の応募用紙を郵送

 《地区大会 観覧申込み - 6/21(金)17:00~定員まで》
  http://kids.athuman.com/robo/event/convention/2019/


4) テクニカル九州地区予選 7/26(金) 福岡市科学館サイエンスホール
 テクニカル(アドプロコース用スピード競技)コンテストは地区予選から始まります。

 ◆テクニカル部門:7/2(火)10:00~7/18(木)17:00までにWeb申込み

 《地区大会 観覧申込み - 6/21(金)17:00~定員まで》
  http://kids.athuman.com/robo/event/convention/2019/


5) 5教室合同アイデア発表会
 いきなり全国大会はハードルが高いですので、まずは地区大会で、発表をするも聞くも、あまり気負わず親子で楽しみましょう!

 その前に、小倉北教室の昼休み時間にアイデア発表会を開催しますので、親子で是非ご参加下さい。
 先ずは宣言しちゃって、やる気になってみよう! 君だけのロボットをひねり出そう!

 ■6/16(日) 11:45-12:45 男女共同参画センター(ムーブ)5F 小セミ
 【発表シート】6月第1回授業で配布する『コンセプト発表用 連想シート』または任意の紙面
  http://www.tenma-sharing.com/image/blog/convention/ConceptSheet2019.pdf
 【発表内容】「こんな(名前の)ロボット作ろうかなと思ってます」程度の意気込み(ロボット不要)
 【発表形式】1人1分程度(プロジェクター・マイク使用)

 ■7/7(日) 11:45-12:45 北九州パレス2F 第1研修室
 【発表シート】6月第2回授業で配布する『アイデアシート』または任意の紙面
  http://www.tenma-sharing.com/image/blog/convention/IdeaSheet2019.pdf
 【発表内容】「こんな(動きの)ロボット作るつもりです」程度の意志表明(ロボット披露も可)
 【発表形式】1人2分程度(プロジェクター・マイク使用)


6) 5教室合同テクニカルコンテスト研究会
 7/26九州地区予選に出場できるアドプロ生向けに、下記の教室時間を開放します。
 奮って参加下さい!
 - 退場時間は自由です
 - 教室の振替利用には事前連絡ください
 - 教室の追加利用には事前連絡不要です
 - コンテスト出場者の振替手数料は頂きません(在籍中の方のみ)

 ・6/ 1土 東福間    でこぼこ  17:30-20:00
 ・6/ 1土 八幡東レインボープラザ4F 17:30-21:00
 ・6/ 2日 小倉北     ムーブ5F 15:00-17:30
 ・6/ 8土 なかまハーモニーホール3F 17:30-21:00
 ・6/ 9日 小倉南  農事センター2F 13:00-16:00
 ・6/15土 東福間    でこぼこ  17:30-20:00
 ・6/15土 八幡東レインボープラザ4F 17:30-21:00
 ・6/16日 小倉北     ムーブ5F 15:00-17:30
 ・6/22土 なかまハーモニーホール3F 17:30-21:00
 ・6/23日 小倉南  農事センター2F 13:00-16:00

 ・7/ 6土 東福間    でこぼこ  17:30-20:00
 ・7/ 6土 八幡東レインボープラザ4F 17:30-21:00
 ・7/ 7日 小倉北  北九州パレス2F 15:00-20:30 ※場所ご注意
 ・7/13土 なかまハーモニーホール2F 17:30-21:00
 ・7/14日 小倉南  農事センター2F 10:30-16:00 ※AM~OK
 ・7/20土 東福間    でこぼこ  17:30-20:00
 ・7/20土 八幡東レインボープラザ4F 17:30-21:00
 ・7/21日 小倉北  北九州パレス2F 15:00-20:30 ※場所ご注意


7) 全国大会への教室としての取り組みスタンス
 コンテストへの出品・発表は、創作力や理解力など、ロボットの総合力を一気に高めるチャンスです。
 ご家族行事として参加下さい。

 特にアドプロ生は、原則として全員テクニカル(スピード競技)部門に出場して頂きます。
 昨年まで(旧アドバンス~第1回アドプロ)のライントレーサーから一転し、今年はミッション達成型のスピード競技に変わりました。
 昨年同様に、物議を醸す(?)くらい、今年も皆さんの知力で暴れ回って下さい!
 (アイデア部門への出品も可能ですので、希望者はお伝え下さい)

 どの部門の挑戦者も、6・7月テキストのカリキュラムを割愛して、コンテスト作品に注力しても構いません。


8) 第3回 IchigoJamマイコンプログラミング定期講座

 第1回 12/24(月・祝) サウンド 編
 第2回  3/21(木・祝) ゲーム工作編 に続き、
 第3回  6/29(土)・30(日) ハイパーオリンピック編 を開催いたします。

【6/1~9配布チラシ】
 http://www.tenma-sharing.com/image/blog/lab/IJ-B1906.pdf


 「ハイパーオリンピック」とは、初代ファミコン時代にコナミから発売されていた陸上競技ゲームです。
ボタンの連打で記録を伸ばすスポーツ大会ゲームの走りとなりました。

 今回は、そのシンプルな面白さをIchigoJamでプログラミングしてみましょう。
友達同士で記録を競い合い、勝利に沸き、そして敗北に涙しましょう。


☆スタートアップ(SU)未受講の方は、6/15東福間AM or 6/23小倉南AMをご検討下さい。
 SU講座7,020円のみでも楽しめますので、プログラミング体験にお奨めします。
 (マイコンを持ち帰り、継続できます)
 http://www.tenma-sharing.com/image/blog/lab/IJ-SU1906.pdf


【講座名】
 IchigoJam初級ゲームプログラミング ~ハイパーオリンピック編~
【内容】
 前半は、キー連打でプレイヤーがダッシュし、100m走タイムを計測するプログラムで大会記録を競います。
 後半は、ハードル(障害物ジャンプ)走ゲームをプログラミングします。
【講師】中野・佐藤
【会場】下記いずれか
 ・6/29(土) 東福間教室 (学習ルームでこぼこ)
 ・6/30(日) 北九州パレス(勤労青少年文化センター) 2F
【時間】10:00~15:00 (昼休み12:00-13:00)
【対象】下記の小3~中学生 15名(保護者同伴可)
    a) スタートアップ修了者
    b) スタートアップ受講可能な方(ご相談)

【必須費用】
 a)の方  5,400円(材料費0円)
 b)の方 12,420円(a)+SU受講料3,780+キット代3,240円)

【オプション費用】
 A-1) 7インチモニター   4,320円(持込み必須/モデル不問)
 A-2) PS/2対応USBキーボード1,620円(持込み必須/モデル不問)

【申込方法】下記を指定の上メールにてお申込み下さい。6/23〆切・先着順です。
 <スタートアップ種別>
   a) 修了済み    b) 受講希望(ご相談)
 <希望オプション>
  A-1) 7インチモニター  A-2) キーボード

【申込条件】
 - IchigoJam本体・周辺機器の持込品が故障した場合は、代用品を購入頂きます。

 - 原則として、7月お引落し額(8月分)に加算して徴収させて頂きます。
  6/16~キャンセル・欠席により空席が発生した場合は返金できません。
  (お申込品とテキストのみお渡しします)

 ※本活動はヒューマンアカデミー ロボット教室とは関係ありません


9) 夏休み体験講座[予告]
 いつものロボット教室とは異なる刺激を。夏休みの自由研究にもどうぞ。

 【会場】北九州パレス(勤労青少年文化センター) 2F
 【詳細】6月報・チラシでお知らせします
         (税別)
  ◇…科学実験 4,700円予定
  ◆…科学実験 3,800円予定
  ☆…IchigoJam 6,500円予定(小3~)
  ★…IchigoJam 2,500円予定(小3~)

 8/1(木)
 ◇10:00-12:00 ロボットハンド開発ラボ(小4~)
 ☆13:30-16:00 IchigoJamスタートアップ ~初めてのゲームプログラミング~

 8/6(火)
 ★10:00-12:00 IchigoJam初級ミニゲーム#1
 ◆13:00-14:30 ふしぎセンサー~LEDを光らせよう~(小3~)
 ◆15:00-16:30 望遠鏡をつくろう(小3~)

 8/8(木)
 ★10:00-12:00 IchigoJam初級ミニゲーム#2
 ◆13:00-14:30 ひかりマジック ワン・ツー・スリー(5歳~)
 ◆15:00-16:30 人工イクラを作ってみよう(小1~)

 8/20(火)
 ★10:00-12:00 IchigoJam初級ミニゲーム#3
 ◆13:00-14:30 音にさわろう!スピーカー工房(小1~)
 ◆15:00-16:30 君には名探偵の素質があるか?(小3~)


10) 4月課題 高得点者  []内は教室と学年

 ◆プライマリ【9名平均 図形4.7】
   5点…神崎[中間1], 中村[中間2], 田中[八幡東1], 川田[小倉北1], 柴田(直)[小倉北2], 砂川[小倉北1], 鑓水[小倉北 年長]

 ◆ベーシック【19名平均 図面3.3+設問2.8=6.1】
  10点…柴田[小倉北4]
   9点…林田[小倉南2]
   8点…野口[八幡東5], 藤野[八幡東4], 柴田(大)[小倉北1]

 ◆ミドル【18名平均 図面2.9+設問2.4=5.3】
  10点…なし
   9点…森崎[八幡東4]
   8点…宮尾[八幡東6], 空閑[小倉南4], 馬渡[小倉南5]
   7点…田中[中間7]


東福間・中間・小倉北教室 佐藤 / 八幡東・小倉南教室 中野

2019年4月29日月曜日

2019年4月報

1.4月授業内容
2.今月の課題
3.今後の授業スケジュール
4.お知らせ


1. 4月授業内容


1.0 <スタートアップ(全コース)>


 割愛します。


1.1 <プライマリーコース『ロビット』>


 割愛します。







1.2 <ベーシックコース『ケンドーロボ』>


 文字通り、剣道のように竹刀(しない)を振るロボットです。
剣道には、ここぞという時に、前進と「面!」の2つの俊敏(しゅんびん)な動きが必要です。

 1日目では、モーターで左右両輪を駆動(くどう)し、前進・後退(こうたい)できるようにしましたが、竹刀は手動で前後に振り動かせるだけです。
竹刀を自動的に振るには動力源動作タイミングを与えなくてはなりません。
2日目に解決します。


 動力源として、モーターを前進に利用してしまっているため、輪ゴム(の弾性力=だんせいりょく)を利用します。
前面に引っかけた輪ゴムが、竹刀を後方へ振り構(かま)えるにつれ引っぱられます。

動作タイミングとしては、背後(はいご)に振り構えた竹刀を振り下ろさないよう固定するロックが、相手にぶつかった衝撃(しょうげき)を検知して外れるようロック部品と一体化してスライドするバンパーを前部に取り付けました。

衝突して押しこまれるバンパーを利用する点が、先月の『う王さ王』と似ていますね。


 このロックがうまく外れるための工夫が設計されています。それは“スピード”です。
スピードがあればこそ、ぶつかった衝撃が大きくなり、ちゃんと検知できるのです。

だから、今回のロボットはちょろちょろと速く走り、捕(つか)まえるのが大変ではありませんでしたか?
設計上の違いは、モーター軸(じく)に取り付けるのがいつものピニオンギアではなく、もっと大きなギアMでしたね。
こうして(ギアMがギアMを回して)モーターの回転数を落とさずにタイヤに伝え、速く走らせていたのです(*1)。


 最後の競技は「一本!」勝負。早く竹刀を振り下ろし、相手に当てた方が勝ちです。
バンパーを長くして早めに相手を検知し、それ以上に竹刀を長くしてリーチを伸(の)ばすことも一つの指針ですが(*2)、あまり欲張ると重くなって、動作にキレがなくなりましたね。

案外、ノーマル仕様の小柄なボディの方が、体格のいい先輩たちを打ち負かしていました。


 なお、ケンドーロボ同士を対面させて、いざ取り組もうと発進させても、まっすぐ進まずに相手を打てないと悩むことがありました。

左右のタイヤは同一シャフトで直結しており、必ず等しく回転するので(*3)、一旦走り出した後はほぼ直進するのですが、最初の急加速する瞬間は、大きな力(タイヤのグリップ力)が地面にかかり、摩擦(まさつ)や重心バランスの関係で、どちらかのタイヤが多めにスリップしてしまうことが原因です。


底にパーツを付けて、摩擦スリップバランスを取ることで直進したり、あえてバランスを崩(くず)すことで曲がったりするようにも調整できましたね。

剣道家には見えなくなりますが、直進させるのに最も確実なのは、3輪や4輪車にするアイデアでした。


*1 同じ大きさのギア同士は、回転速度が同じに保たれます。このことを「減速しない」と言います。先月の『う王さ王』の改造例としても紹介しました。

*2 自分と相手のバンパーが当たるようだと、相手からも早く検知されるので、相手と高さを変えない限り、あまり有利とは言えません。

*3 モーター直結のギアが右タイヤを先に回していることが曲がる原因と分析する人もいましたが、そうではなく、左右のグリップ力のバランスがとれていない(完全にとるのが難しい)せいです。


1.3 <ミドルコース『ロボバッター』>


 ピッチャーとバッターの2部構成です。
モーターは1つだけなので、その動力はバッターに譲って、ピッチングは輪ゴムを使います。
逆に設計することもできますが、この方がコントロールし易いでしょう(*1)。

 ピッチャーロボ(ピッチングマシン)の構造は、中世の戦争で利用された投石器そのものです。
いろんな物を投げ飛ばして、飛距離を観察してみました。

そこそこ重い物(ギアの塊)で体積が同程度なら、軽い方が遠くまで飛びました。
限られた輪ゴムのパワー(弾性エネルギー)で加速させ易いためです。

同程度に軽い物(ボール状に丸めた紙やティッシュ)なら、堅(かた)く丸めて体積を小さくした方が飛びました。
空気抵抗を受け難くなるためですね。


 さて、投げられた物をバッティングするのは至難の業(しなんのわざ)です。
バットを振るタイミングの問題もありますが、そもそもピッチングが安定せず、同じ物を投げても飛距離がばらばら。
玉が加速中にバケット(ピッチャーの手)の中で動いてしまい、飛ばす方向やスピードが変わるからと考えられます(*2)。

まして、バッティングマシンのスイッチを手動でオンにする1日目のロボットでは、全くと言っていいほど玉に当たりません。


 2日目にこれを自動化します。
電池ボックスから出たケーブルは、先ずはピッチャーに備(そな)え付けたタッチセンサー(黒)を経由させ、延長ケーブルを通して遠くのバッターに接続します。

こうして、ピッチャーが玉を投げ終わった瞬間にバッター内のモーターが回り始め、バットを自動的に振るようになります。

 さらに、いつまでもバットをぶん回し続けているのも格好悪いので、振り終わった位置にタッチセンサー(グレー)を備え付け、モーターを止めます。
これでバットを一回転分振るだけの、省エネ野球部になりました。

 電池ボックス ⇒ タッチセンサー(黒) ⇒ タッチセンサー(グレー) ⇒ モーター

のような直列接続により、両方のセンサーがオンになる間だけ通電する仕組みができ上がります。



 さて、肝心のバッティング精度ですが、ピッチングが安定しない中、タイミングだけは再現性を出せるので、二者間の距離や投球角度(*3)を調整すれば、5回中1回くらいは当てられるようになります。
ピッチングを安定化させた人なら、90%以上の確度で当たるでしょう。

こうして我々人間は、機械化の恩恵(おんけい)に与(あずか)るわけですね。


*1 その大きな理由は、くねくね曲がっていても構わない延長ケーブルを使って、瞬時に電気エネルギーを遠くへ輸送できるからで、投げた直後にバットを振らせるのが簡単です。
 自動車も、電気化するほどコントロール性に優れます。

*2 つまり、バケットの中でぐらつかない大きさの玉にすることが、ピッチングを安定化するためのコツです。

*3 同じ初速度でも、投げ上げる角度によって飛距離が変わります。一般に45°が最も飛ぶと言われますが、実際は玉によって異なる空気抵抗を受けるため、40°前後になるようです。
 初速度と角度は、アームが止まった(ピッチャーの手を離れた)瞬間で決まります。


1.4 <アドバンスプログラミングコース『九九ボックス(1)』>



 電卓も100円ショップで買えて、計算マシンなんて大した価値が無いように思える現代ですが、
コンピュータが世に出回る前、大まじめに複雑な機械式計算機が開発され、高価で販売されていた時代が確かにありました。

『九九ボックス』の計算方式は、回転による足し算がベースという点で、
手回し計算機(日本では「タイガー計算機」が有名)および、
それをモーター駆動化した「モンロー(電動)計算機」を想起させます。

ここは、文章よりも、興味深いYouTube動画で歴史遺産を学びましょう。


■計算機の歴史
【題名】サイエンス・ピックアップ(8) 計算機の歴史から技術の進歩をたどる~東京理科大学近代科学資料館~
【動画】https://www.youtube.com/watch?v=mP8P2wKCujM&t=178s
【内容】
 東京理科大学にある近代資料館の紹介動画です。
 ここには、人類が計算を工夫して行うために作ってきた道具が展示してあります。
 数を数えるための石ころに始まり、そろばん、計算尺、タイガー計算機、初期の電卓、その他大型計算機などが紹介してあります。
 (手回し計算の体験ができますので、一度訪れてみたいものです)

■手回し計算器の実演
【題名】タイガー機械式計算器
【動画】https://www.youtube.com/watch?v=2aHdInr9_J8&t=43s
【内容】
 タイガー計算器の実演動画です。
 ダイアルをセットして右側のハンドルを回すと表示部に答えが現れます。 
 ハンドルを回して、ガリガリという動作音と共に答えが表示される様子は、現代の計算器にはない趣(おもむき)です。

■電動計算機の実演
【題名】モンロー計算機 完全マスター Monroe calculator 6N-212
【動画】https://www.youtube.com/watch?v=8WJk8rQse-I&t=47s
【内容】
 モーターにより全自動化したモンロー計算機の実演動画です。
 数値入力はボタン式になっており、操作性や計算速度が向上しています。
 モータにより各部が動く様子は見ていて飽きません。
 このように複雑な計算を機械部品のみで実現できたことに驚きます。


■タイガー計算機についての詳しい解説動画

【題名】学芸員の展示場ガイド「計算機 Part 3」@大阪市立科学館
【動画】https://www.youtube.com/watch?v=nGAYWAm6QB0
【内容】タイガー計算機の計算方法

【題名】Nippon Calculator HL 21
【動画】https://www.youtube.com/watch?v=A6l53sQ50f0&t=81s
【内容】機械式計算機の内部が動く様子


■いろいろな計算機器

【題名】学芸員の展示場ガイド「計算機 Part 1」@大阪市立科学館
【動画】https://www.youtube.com/watch?v=wrRJO0BRzfU
【内容】ダイヤル式加減算器とキー式1桁加算器

【題名】学芸員の展示場ガイド「計算機 Part 2」@大阪市立科学館
【動画】https://www.youtube.com/watch?v=at9KqMInPZ8
【内容】スライド式加減算器

【題名】学芸員の展示場ガイド「計算機 Part 4」@大阪市立科学館
【動画】https://www.youtube.com/watch?v=O10iuSTlODs
【内容】キーボード式計算器


1.5 <プロ1年目コース『オムニホイールロボット(1)』>


 春タームとして、オムニホイール(Omnidirectional Wheel;全方向車輪)ロボットを製作し、リモコン操縦するまでの1ヶ月目の授業です。


 1日目は製作です。
2層の円形ボードにモーター、オムニホイール、マイコンボード、無線モジュール、電池ボックスを組み付け、配線コネクタを差し込んでいきます。
殆どの作業がネジ留めですが、組み付ける順番の解決と、手先の器用さが要求されます。
日常において、あまり経験しない作業なので、悩みながらもパズルのようで楽しかったのではないでしょうか。

パソコンからサンプルプログラムを転送し、3つのホイールを指示通りの速さ・向きに回せることを確認して終了しました。


 2日目に、ゲームパッド(プレステ用と同等!)と無線通信リンクを確立し、パソコンからラジコンプログラムを転送すると、アナログスティック(*1)を倒した分だけの速さで前後左右に移動することを確認しました。

また、調整用プログラムを転送してロボットの動きを観察し、個体差(重心やホイールの摩擦力の違い)による進行方向のズレを補正するための調整値(*2)を割り出しましたが、これは今回の学習テーマの本質ではありませんので、あまり気にしなくて良いです。


 どのスティックをどれだけ倒したか、どのボタンを押したかにより、ロボット(3つのモーター)をどの向き(電流の+-)にどれくらいの速さ(電圧)で動かすかは、全てあなた(プログラム)が決めることです。
マイコンは、得意な計算・判断だけを、あなたに代わってあなたが決めたルール通りに素早く実行し、各部品に必要な命令(数値による指示)を間違いなく出してくれる便利な道具と考えてください。

 オムニホイールの特徴は、黒い樽型ローラーの作用により、普通のタイヤとしての進行方向(回転方向)とは垂直の横方向(ホイールの回転軸方向)にズルズルっと滑ることです。
このホイールが120°間隔で3つ装着されることにより、自由自在に移動・旋回できそうなことは分かりましたが、これを力学的・数学的にどのように捉え、プログラム上の数値にどのように反映すべきかについては、次回で学びます。


*1 アナログ(連続量)はデジタル(離散量)の対義語ですが、アナログスティックは、倒した向き・強さを -128 ~ 127 など、マイコンが扱いやすい整数(とびとびの値=離散量)に変換しているため、厳密にはデジタル式なのですが、ON/OFF判定だけの○×△□ボタンと違って、最小値~最大値を十分細かく刻んで表しているため、人間には滑らかな連続量で制御しているように感じられます。

*2 プログラム上の調整値“0.9f”などは、数学でいう実数(連続量)に相当し、細かな小数で計算するための拡張された表現方法ですが、これもマイコン内部で扱う以上、厳密にはデジタル値(離散量)です。


2. 今月の課題


 <スタートアップ(全コース)>
  特にありません

 <プライマリーコース>
  - オリジナル図形プリント

 <ベーシックコース>
  - オリジナル課題プリント(3面図+設問)
  - 上記授業内容を精読する(概ね3年生以上/低学年は補助の下で)

 <ミドルコース>
  - オリジナル課題プリント(3面図+設問)
  - 上記授業内容を精読する

 <アドバンスプログラミングコース>
  - 上記授業内容に紹介した動画(YouTube)を視聴する

 <プロ1年目コース>
  - 上記授業内容を精読する(該当テキストページを見ながら)


3. 今後の授業スケジュール


◆中間5/11は『中間市生涯学習センター』で開催します。
◆小倉北7月よりベーシック/プライマリ10:30~とさせて頂きます。

――――――――――【佐藤教室長】――――――――――

[東福間]第1・3土原則<学習ルームでこぼこ>
   - 13:30~ ベーシック/プライマリ
   - 15:30~ ミドル
   - 17:30~ アドプロ

 ⇒ 5/4, 18,  6/1, 15,  7/6, 20


[中間]第2・4土原則<なかまハーモニーホール>
   - 13:30~ ベーシック/プライマリ
   - 15:30~ ミドル
   - 17:30~ アドプロ

 ⇒5/11※第1回 中間市生涯学習センター2F第4研修室
  5/25 第2回 なかまハーモニーホール2F会議室1
  6/8, 22,  7/13, 27

 ※5/11は代替施設『中間市生涯学習センター』で開催します。


[小倉北]第1・3日原則<ムーブ>
   - 10:00~ ベーシック/プライマリ(7月より10:30~)
   - 13:00~ ミドル
   - 15:00~ アドプロ/ロボプロ1年目

 ⇒5/ 5 第1回 5F小セミ
  5/19 第2回 4F和室・工芸室
  6/2, 16,  7/7※, 21※

 ※7月はムーブフェスタの為、6/2まで確定できません。代理施設での開催となる可能性があります。


――――――――――【中野教室長】――――――――――

[八幡東]第1・3土原則<レインボープラザ4F>
   - 13:30~ ベーシック/プライマリ
   - 15:30~ ミドル
   - 17:30~ アドプロ

 ⇒ 5/4, 18,  6/1, 15,  7/6, 20


[小倉南]第2・4日原則<総合農事センター2F>
   - 10:30~ ベーシック/プライマリ
   - 13:00~ ミドル/アドプロ(/ロボプロ1年目)

 ⇒ 5/12, 26,  6/9, 23,  7/14, 28


4. お知らせ

1) 小倉北ベーシック/プライマリ時間シフト
 7月よりベーシック/プライマリ時間を30分遅らせ、10:30~12:00とさせて頂きます。

 背景としまして、北九州市財政と市営施設の老朽化に因る室料の大幅値上げ、昼休み時間の圧縮効率化があります。

 何卒ご理解・ご協力お願い申し上げます。


2) 8月~新ミドルコース(プログラミング対応)へリニューアル[再掲]
 ミドルコースがアドプロコース用のマイコン・センサー類を一部下ろす形で、8月~タブレットを用いた簡易プログラミングに対応します。

【キット代(税別)ご負担の流れ】
 ~7月:入会時2.85万円→アドプロ進級時2.7万円
 8月~:入会時2.85万円→ミドル進級時1.8万円→アドプロ進級時0.9万円

 従来ミドル内容をベースとした改編ですので、進級タイミングに関わらず、新旧ミドル合わせて18ヶ月満期の履修が原則となります。

 8月時点でミドル継続中の方は、残り期間に応じて、新旧コースの選択肢を提供いたします。詳細は対象の方へ個別にご案内して参ります。

 http://www.tenma-sharing.com/image/blog/0227_newmiddle.pdf


3) 5月景品交換会
 3ヶ月毎の宿題ポイント交換会を5月「第2回」授業時間「前」に開催します。
 ポイントカードを忘れずに、早めに来て下さい。


4) 3月課題 高得点者  []内は教室と学年

 ◆プライマリ【7名平均 図形3.1】
   5点…田中[八幡東 年長], 柴田(直)[小倉北1], 末吉[小倉北 年長]

 ◆ベーシック【23名平均 図面2.3+設問2.7=5.0】
  10点…なし
   9点…柴田[小倉北3], 林田[小倉南1]
   8点…中村[東福間3], 下木[八幡東3], 柴田(大)[小倉北1], 橋本[小倉南1]

 ◆ミドル【18名平均 図面2.7+設問1.2=3.8】
  10点…なし
   9点…なし
   8点…宮尾[八幡東5]
   7点…大和(彩)[小倉北4]
   6点…樋口[八幡東4]

 ◆アドバンスプログラミング【6名平均 図面8.5+設問5.8=14.3】
  20点…山本[中間6]
  17点…橋本[小倉南4]
  16点…田中[東福間6]


東福間・中間・小倉北教室 佐藤 / 八幡東・小倉南教室 中野