2015年11月30日月曜日

11月授業内容

1. 11月授業内容
2. 今月の課題
3. 12月授業スケジュール
4. 1月~授業スケジュール(予告)
5. ひと言


1. <ベーシックコース『パカラー』>


 馬型ロボットです。
というより、首を長くしてキリンや、角を付けてトナカイになってましたね。
まあ、首なし“妖怪”よりはマシですが。


 横から見て、前脚と後ろ脚がハの字に開いたり閉じたりを繰り返します。
左右ではタイミングを反対(位相を180°ずらし)にしています。
一見簡素なリンク機構から、モーター1本で動物らしく4足歩行することに驚かされます。


 特に、前足(タイヤ)は、横から見て円形を描くように動くことで、
左右どちらか一方が接地し、他方は浮き上がることが可能になり、
真の歩行動作と推進力を生み出しています。

後ろ足(ホイール)は常時接地したまま前後運動(見せかけの歩行)をするので、
摩擦が邪魔にならないようゴムを外していますが、
前の1足と合わせた3点支持により本体を安定させる役割も担っています。


 あとは、首を飾り付けすぎたり、重たい電池ボックスを前方に片寄らせたりして
前のめりにならないよう、重心(重さの中心位置)に気を配ります。
もしくは、リヤカー(サンタのソリ?)を引くことでも安定しますよ。


 <ミドルコース『ロボワン』>


 忠犬ロボットと銘打っています。
今月はベーシックコース共に、4足歩行動物になりました。


 回転するロッド3アナ(クランク用)と連接用ロッドをペグ(回転軸)でつないだ
リンク機構(てこクランク機構)により、モーター1本で4足が位相をずらして
前後(実際は潰れた楕円形)運動をします。




また、このリンクの組み方次第で、ロッド末端部(足先に相当)に輪ゴム留めした
鉛筆の軌跡が細長い三日月楕円に変わることも実験しました。
機械工学的な理論としては難しいので、テキストでも解説はありませんが、
てこクランク機構というのは、組み方を少し変えるだけで軌跡が大きく変わるので、
いろいろ試して歩き方の変化を楽しんでみましょう(*1)。

 授業最後の競技は、犬相撲!
倒れるか、土俵(テーブル)から落ちると負けです。
短足のダックスフントに改造して重心を低くするのも理にかなっていますが、
大半の勝負が“押し出し”で決まったところを見ると、ロボットを重くしたり、
足裏にゴム部品を付けたりして摩擦力を稼いだ方が有利だったかもしれません。


*1 テキスト最後に掲載された高橋智隆先生のメッセージからも、試行錯誤してバランスを調整した形跡が見て取れますよ。


 <アドバンスコース『ロボドッグトレーナー』>


 現役生には最終テーマとなりました、1ヶ月目の授業です。
1日目は人型2足歩行ロボットの製作、2日目は犬型ロボットの製作、
および人型ロボットとの接続です。


 人型ロボット単体では、片足を浮かす度に大きく傾き、転倒して歩けませんが、
右手を犬型ロボットと繋ぐことで安定して歩くようになるものです。
犬を連れて散歩(トレーニング?)しているように見えるものの、
内実は、盲導犬が人をアシストしているかのようです。


 人型ロボットの重要テーマは、脚のリンク機構です。
今回は片脚ごとに平行リンクを2つ繋げ、足の裏を地面に対して常に平行に保ちます。
平行リンクについては、3日目に再度学習します。

 さて、人型を犬型で支えるにあたり、大事な工夫があります。
人型は、足を運ぶ度に胴体(腕を含む)が上下に揺れますが、
犬型(繋いだ人型の右手先を含む)は高さをあまり変えません。

生身の人と犬ならば、人が肘を屈曲させるか
ロープのたわみを利用して上下の揺れを吸収しつつ、
互いのスピードを見計らって調歩することもできますが、
今回はそれぞれ勝手に前進しようとする2体を横並びに揃え、
“絆”を見せかけねばなりません。

つまり、右の肩と手先の間で上下方向の伸縮は許すが、
前後方向のずれは最小限に拘束
したいわけです。

 この右腕にも平行リンクが使われています。
但し、可動方向を選ぶ機能が平行リンクの特質ではありません。
前後方向の拘束の仕掛けについては、ロボットを観察しましょう。
2ヶ月目に続けます。


 <ロボプロコース『リンクロボット(2)』>


 2ヶ月目にして、ようやく多脚リンクロボットの製作本番です。
1組2本だけでも、図面や説明文の読解(*2)、パーツの向きや重ねる順番の照合、
ネジやナット締め等、苦労した脚リンクを6組12本も組み合わせるのですから、
空間認知、合理的思考、工作的センス(力加減、器用さ)に始まる、あらゆる能力を総動員します。
やはり、アドバンスコースを上回る高度な作業です。


 大半の生徒が授業時間内には終わらず、家庭で進めて完成しても動かないか、
動きがギクシャクしたり、自己分解してしまったり…。組み立てミスも続出です。


 2日目に、マイコンボードや無線モジュールを搭載する作業時間も延長して使い、
完了した生徒が遅れた生徒を手伝う場面もあって、全員がゲームパッドコントローラで
ラジコン操縦するプログラムを試行するところまで到達できました。


 苦労の甲斐あって、その動きは有機的というか、節足動物的というか、
初めて目にする者をゾッとさせるものがあります。
非日常性を奏するには十分過ぎるインパクトです。

 左右の脚を2個のモーターで独立して可変速度(正逆を含む)で駆動できるため、
それぞれをベクトル(矢印)で表した作図により、
合成された進行速度回転中心(カーブの回転半径)が求まる考え方も学習しました。


 あとは、手動(ラジコン式)プログラムだろうが、自動(タイマー式)プログラムだろうが、自律(センサー式)プログラムだろうが、左右それぞれのモーターに、どんな順序・条件・計算式で、どれくらいの数値(電圧)を与えればよいかという問題に落とし込めます。

 最終月では、「感じて考える」自律型ロボットにバージョンアップしていきます。


*2 テキストの不備も手伝って…。申し訳ない限りです。


2. 今月の課題

次回授業日までに完了してください。
 ◎は必須、○は推奨、△は任意です。○△は能力に応じます。

 <ベーシックコース>
  ○ 専用方眼紙にロボットの4面図をスケッチ
  ○ テキスト最終ページにロボットの見取図をスケッチ
   (難しければ、写真撮影したものか、テキスト表紙を模写してもよい)
  ○ 上記授業内容を分かるまで音読する
   (概ね3年生以上/低学年は補助 or クイズ出題形式で)

 <ミドルコース>
  ◎ 専用方眼紙にロボットの4面図をスケッチ(1日目)
  ○ テキスト最終ページにロボットの見取図をスケッチ
   (難しければ、写真撮影したものか、テキスト表紙を模写してもよい)
  ◎ 上記授業内容を分かるまで音読する

 <アドバンスコース>
  ◎ 上記授業内容を分かるまで音読する

 <プロフェッサーコース>
  ◎ 上記授業内容を分かるまで音読する(該当するテキストページを見ながら)
  ◎ テキストp.12自動走行プログラム(LinkPattern)を参考に、
    テキストp.13の円・スラローム・うずまき走行にチャレンジし、
    サンプルプログラム(LinkPattern1/2/Challenge)の解答例を理解する


3. 12月授業スケジュール


[東福間]
 ・12/ 5 9:00~ 理科実験・中級 第1回
 ・12/ 5 10:30~ ロボ・ミドル  第1回
 ・12/ 5 13:30~ ロボ・ベーシック第1回
 ・12/ 5 15:30~ ロボ・アドバンス第1回

 ・12/19 9:00~ 理科実験・中級 第2回
 ・12/19 10:30~ ロボ・ミドル  第2回
 ・12/19 13:30~ ロボ・ベーシック第2回
 ・12/19 15:30~ ロボ・アドバンス第2回

 ・12/13 9:45~ ロボ・プロ   第1回(新下関教室 百合野先生)
 ・12/27 9:45~ ロボ・プロ   第2回


[小倉北]
 ・12/ 6 10:00~ ベーシック第1回 @和室
 ・12/ 6 13:00~ ミドル  第1回 @企画ルーム2

 ・12/20 10:00~ ベーシック第2回 @和室
 ・12/20 13:00~ ミドル  第2回 @企画ルーム2


4. 1月~授業スケジュール(予告)


[東福間]
 下記をご提案します。不都合な方は、お早目にお知らせ下さい。

 ・1/ 9 9:00~ 理科実験・中級 第1回
 ・1/ 9 10:30~ ロボ・ミドル  第1回
 ・1/ 9 13:30~ ロボ・ベーシック第1回
 ・1/ 9 15:30~ ロボ・アドバンス第1回

 (1/16 河東小 土曜日授業)

 ・1/23 9:00~ 理科実験・中級 第2回
 ・1/23 10:30~ ロボ・ミドル  第2回
 ・1/23 13:30~ ロボ・ベーシック第2回
 ・1/23 15:30~ ロボ・アドバンス第2回

 ・1/17 9:45~ ロボ・プロ   第1回
 ・1/31 9:45~ ロボ・プロ   第2回

 ・2/ 6     理科・ロボ   第1回
 ・2/20     理科・ロボ   第2回
 (2/20 福津地区 土曜日授業)
 (2/27 宗像地区 土曜日授業)

 ・2/14 9:45~ ロボ・プロ   第1回
 ・2/28 9:45~ ロボ・プロ   第2回

 ・3/13 9:45~ ロボ・プロ   第1回
 ・3/27 9:45~ ロボ・プロ   第2回


[小倉北]
 ・ 1/10 10:00~ ベーシック第2回 @和室
 ・ 1/10 13:00~ ミドル  第2回 @企画ルーム2

 ・ 1/24 10:00~ ベーシック第2回 @工芸室
 ・ 1/24 13:00~ ミドル  第2回 @茶室

 ・ 2/ 7 10:00~ ベーシック第2回 @和室
 ・ 2/ 7 13:00~ ミドル  第2回 @企画ルーム2

 ・ 2/21 10:00~ ベーシック第2回 @和室
 ・ 2/21 13:00~ ミドル  第2回 @企画ルーム2
 (北九州マラソン開催日)

 ・ 3/ 6 10:00~ ベーシック第1回 @和室
 ・ 3/ 6 13:00~ ミドル  第1回 @企画ルーム2

 ・ 3/20 10:00~ ベーシック第2回 @小セミナールーム
 ・ 3/20 13:00~ ミドル  第2回 @企画ルーム1


5. ひと言

早いもので、もう師走。紅白歌合戦とか、年越しそばとか、
ついこの前に話したばかりのような気がします…。歳ですね。
この時期を今か今かと楽しみにしている子供には持ち込まないよう接します。


東福間・小倉北教室 佐藤