11月授業内容

１．11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. 11月授業内容

1.0 ＜スタートアップ＞

　割愛します。

1.1 ＜プライマリーコース『ロボコング』＞

　割愛します。

1.2 ＜ベーシックコース『ベイスピナー』＞

　ロボットというより玩具(がんぐ)と呼べそうな、コマ回しマシーンです。
タッチセンサーを押してコマを加速させている間は、コマが本体に留(とど)まり、加速を止めた途端(とたん)、回転の勢いで自動的にコマ自身を床上に押し出すという優れものです。
いつものキットで、アイデア次第ではこんなのも作れるという新鮮な驚きを感じさせます。

　さて、コマ回しを成立させるメカニズムは、マシーンとコマの双方(そうほう)にあります。

　マシーン側に必要なのは、できる限り高速にコマを回転させることです。
本体上部に取り付けたギアLが、どえらい速さで回りますね。
どれくらい速いのでしょうか？　モーターの回転と同じでしょうか？
だったら、モーターにシャフトを一本つき刺して、ギアLを付ければ済む話です。

　実際は、ギアの噛み合わせを工夫して、回転スピードを上げています。
これを増速(ぞうそく)といいます。写真を見てください。


〔 モーター＝ギアM① ⇒ ピニオンギア①＝ギアM② ⇒ ピニオンギア②＝ギアL 〕
の順に回転を伝えていますね。

ここで、“＝”は、同一のシャフトに通して一緒に回転しているため、回転スピードが変わらないことを表しています。これを同軸(どうじく)といいます。
一方、“⇒”は「大きいギアが小さいギアを回している」箇所であり、ここで回転スピードが上がるのです。


　どれくらい上がるかは、ギアの歯数の比で決まります。歯数を(数字)で表すと、
本体内部で、ギアM(24) ⇒ ピニオンギア(8)の３倍増速が２段と、
本体上部で、ギアL(40) ⇒ コマのギアM(24)の5/3倍増速があります。
つまり、3×3×5/3＝15倍の増速作用があります。

ギアの組み替え次第で、計算上はこれ以上の増速比を出せますが、今回の15倍速でも、モーターの回転速度は無負荷（空回り）時よりだいぶ遅くなり、
「重くしたコマの加速にも少し時間がかかる」くらいマシーンの限界能力に近いですから、これ以上欲張っても大差ない(*1)かもしれません。
全エネルギーをコマの回転運動に使い尽(つ)くすという意味では、とてもピュアなマシーンです。


　コマ側に必要なのは、いかに安定して回転が長時間続く形にするかという点です。
ロボットキットの中から、軸としてシャフト、回転体として円形部品(*2)を選択するという制約下では、
1) コマを重く（なるべく直径を大きく、かつ外周部を重く(*3)）
2) 重心を低く（なるべく重い部品を下の方へ(*4)）
という２点をポイントとしておきますが、
あまりに重すぎると、マシーンで十分加速できなくなったり、
あまりに低すぎると、回転中に地面に接触しやすくなったりしますので、バランスを追求する根気強さが勝負を分けます。


　さて、２日目の最後に、各自のコマ回し時間を競いました。
地面の材質（ザラザラの机か、ツルツルの床か）にも左右されますが、上記２点を押さえたコマなら、30秒以上回り続けることができました。
各自が試行錯誤(しこうさくご)する中で、50秒を超え、1分を超え、ついに100秒に迫るものまで登場しました。

逆に、弱かった電池をさらに消耗して、最後には加速できなくなるという苦杯(くはい)をなめた人もいましたね。

　市販品のコマとは違って、自ら色々とバランスを変えて試せる点においては、遊びながら考えさせる優れた教材になったと思います。
ご家庭でも是非一緒になって探求したいテーマですし、そのような大人と一緒に考える時間を通して、一段と物理に目覚めていくものと思います。

　学術的にも、コマの原理は、何年も勉強し続ける人もいるくらいとても奥深いもの。
高校物理を学んで、また改めて興味を持ってもらえたらいいですね。


*1 限界に近いながらも、2015年5月の生徒さんが、コマ上端のギアM(24)をピニオンギア(8)に替えて、さらに3倍(トータル45倍!)の増速比を稼いで100秒を可能にする加速方法を編み出しました。
ジェットエンジンの始動のように、加速完了まで10秒以上かけて音程が高まるようなカッコイイもので、先生が披露すると、その方法が皆さんを虜(とりこ)にしていましたね。

*2 必ずしもタイヤ・ギアのような円形部品を使う必要はなく、回転軸（シャフト）に対して対称となるような配置（点対称）なら、他の部品でも使えます。
例えば、タイヤLのホイール穴にペグを4本挿して重くした工夫例がありました。

*3 回転エネルギーをたくさん貯められるようになります。このことを物理学で「慣性(かんせい)モーメントが大きい」と言います。

*4 過去には、重心を高く作ったことで不利なふらつき（歳差運動）を、下部に履かせたホイールの縁と地面との低摩擦な接触で抑制し、好記録を出した工夫例も見られました。

1.3 ＜ミドルコース『ヤジロボベエ』＞

　ピンと張った紐を伝うロボットですが、１日目はロープウェイ、２日目は一輪車でサーカスの綱渡りをするようなロボットと、形態を大きく変えます。
ここまで作り変えるテーマは、他にありません。面白いですね！

　学習ポイントは“重心”です。
ロープウェイ型ロボットは、ローラーだけ紐の上に掛けて、重い本体を吊り下げていますから、重心は、見た目通り、本体の中心部にあって、支点（紐と接するローラーの最下点）より下に位置します。


重心に集中して重力が掛かると考えてよいため、支点は真下に引っ張られるものの、紐に引っ掛けられているので、安定して支えられます。
ゴンドラが風に煽(あお)られて、重心が支点の真下からずれても、しばらく揺れるだけで、また元の安定した姿勢に収まります。


　ここで、このゴンドラを逆立ちさせるように、ローラーの上端を紐の上に置こうとしたら、どうなるでしょうか？
支点（紐との接点）より上にきた重心が重力で引っ張られる結果、横にコロッと半回転しながら落下してしまいます。

サーカスの綱渡りもこの状態であり、本来は非常に不安定なところ、横に伸ばした両腕や長い棒を傾けつつ、上手にバランスを取っています。
このロボットに、そこまで期待できませんね。

　ところが、２日目のロボット『ヤジロボベエ』は、これを見事にやってのけます。
一輪車に乗った彼の重い胴体は、支点よりかなり高い位置にあって、逆立ちしたゴンドラ同様に不安定そうですが、なかなかどうして、バランスの取れたロボットなら、多少のロープの揺れもお構いなく、スイスイと渡ってしまいます。
何故でしょうか？

変わったところと言えば、ハの字形をした長い棒を持っていることです。
それがどうして？　綱渡りサーカスの長い棒と同じじゃない？
いえいえ、ハの字形に垂れ下がった棒の両端に、重い電池ボックスやタイヤを取り付けているところがミソなのです。


これにより、ロボットの重心を支点より下に引き下げることができます。
紐の真下には部品が何もないのに？　それでも構いません。
計算上、このロボットの重心は、紐の下の空中に位置することになり、これにより、彼をゴンドラ同様に安定させているのです。



　やじろべえを知っていますか？　同じ原理です。
両端のおもりや棒の長さを調整してバランスを取ることが重要ですが、それだけではありません。

一定以上に傾かず、支点もしっかり固定されているシーソーなら、左右のバランスだけ気にすればよいので、重さの代わりに、支点からの長さ（座る位置）を調整してもよいのですが、足場の危ういやじろべえは、さらに、重心が支点の下にあることが必要です。

ですから、あまり棒を短くすると、重心がどんどん上がって、支点に近づくほど不安定になってしまいますので、要注意です。

　皆さんのヤジロボベエは、紐の上で上手にバランスを取ることができましたか？
おもりの追加や、棒の長さで調整できることは分かったと思いますが、なぜ長さの調節でもバランスが取れるのか、不思議ではありませんか？

有名な“てこの原理”ですが、おもりに働く重力（重さ）と、支点からの距離（長さ）が関係しています。
説明を簡単にするために、シーソーを使って考えてみましょう。


　図では、支点から1mの距離で、両端に1kgのおもりを置いています。
この場合、左右で重さも長さも等しいので、シーソーはバランス（均衡状態）を取れます。


　次の図では、おもりの重さは変えずに、支点からの距離を右側だけ変えてみました。
すると、シーソーは傾きますね。

このように、重さだけではなく、支点からおもりまでの距離によっても、支点に作用する力が変わってきます。
支点を中心に物体（シーソーの板）を回転させようとする力を回転力（トルク）と呼びます。

　実は、〔 トルク ＝ 押す力(重さ) × 支点からの距離(長さ) 〕で決まります。
傾いたシーソーの支点に働くトルクを計算してみましょう。

　左側のおもりによるトルク ＝ 1kg ×  1m ＝  1[kg・m] 反時計回り
　右側のおもりによるトルク ＝ 1kg × 0.5m ＝ 0.5[kg・m] 　時計回り

やはり、左側のトルクの方が強く、シーソーは左に傾くことが分かります。


　左右のトルクを同じ（向きは逆）にすれば、シーソーはバランスを取れます。
最後の図ではどうでしょう。計算してみましょう。

　左側のおもりによるトルク ＝ 1kg ×  1m ＝ 1[kg・m] 反時計回り
　右側のおもりによるトルク ＝ 2kg × 0.5m ＝ 1[kg・m] 　時計回り

等しくなりましたね。この場合、シーソーはバランスを取れるのです。

　ヤジロボベエのバランス調整にも同じことが言えます。
おもりを付け足す代わりに、脚を長く伸ばしても、トルク（傾こうとする力）を増やすことができるのです。

1.4 ＜アドバンスコース『ロボドッグトレーナー』＞

　現役生には最初の本番テーマ、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（別々のモーターで）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。

1.5 ＜プロ１年目コース『リンクロボット(2)』＞

　モゾモゾ歩く多脚リンクロボットの２ヶ月目です。


　前月の製作の過程で、曲線に富んだパーツをいくつも繋ぎ留めていくので、とても複雑に見えるリンク機構ですが、“節”（ジョイント部分）を直線で結んで考えれば、いくつかの変形する４節リンクを組み合わせた構造と捉えることができました。

その一部のパーツ（中間リンクや従動リンク）を好きな方向に好きなだけ延長して、手足のような動きを作り出します(*5)。

　４節リンクのうち、対向する２辺が等長の平行リンクでは、平行四辺形を保ちつつ整った変形を見せますが、
不等長になると、１辺（駆動リンク）を一定の速さで動かしていても、対向辺（従動リンク）では、角度によって異なる速さ(*6)で伝わったり、途中から逆回転したり、中間リンク(*7)と一直線に突っ張って動かなくなるか、回転方向が定まらずに「カクッ」と引っ掛かる状態（死点、特異点）になったりしました。

　この死点または特異点は、どのリンクを駆動するかによって全く変わるので、駆動リンクと従動リンクの別に留意し、膠着(こうちゃく)状態を回避するよう設計することが重要なのでした。

ロボット教室で学習した、自動車や蒸気機関車のピストン式エンジン(*8)でも、車輪とピストンのどちらを駆動するかによって、引っ掛かりの有無が変わりましたね。

　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や回転中心（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。


*5 アドバンスコースで学習した、チェビシェフのリンク機構が基本原理です。

*6 ギアの増速・減速（てこの原理）と同様、力の大きさは反比例して伝わります。
　つまり、
　　　仕事[J = W・s] ＝ 力の大きさ[N] × 動いた距離[m]
　が変わらないように、または、
　　　仕事率[W = J/s] ＝ 力の大きさ[N] × 速度[m/s]
　が変わらないように、エネルギーが伝わります。１日目テキストp.19～20参照。

*7 駆動リンクと従動リンクを繋ぐリンク。１日目テキストp.13～18参照。

*8 スライダークランク機構とも呼ばれます。２日目テキストp.6参照。

1.6 ＜プロ２年目コース『センサーロボット(2)』＞

　1年目のオムニホイールロボットを３つのセンサー（超音波センサー2個とカラーセンサー）で“武装”し、自分の判断で全方位に動き回れる侮れないマシンです。

円らなボディーにモジャモジャ配線を這わせ、赤いデジタル数字を怪しく光らせる君は、やはり、どう見ても“爆弾”です。

　センサーが多くなるにつれ、場合分け（条件分岐）の数も膨らみます。
先ずは、「どこからの情報が必要で、どんな値の時に、何をするか？」を考え、センサーの設置場所と、プログラムの流れ（フローチャート）を構築します。

次に、具体的に「このセンサーがこんな値の範囲だったら、これをして、さもなくて、あんな値だったら、あれをして…」という、条件文と行動文を記述していきます。

下記の例において、S, R, T, Mは、分岐を判断するためのパラメータ（センサー読み取り値を入れる変数）です。

int S = テストの点数;
int R = テストの順位;
int T = 現在の時刻;
int M = 持ち金;

if (S >= 80 || R < 10) {  //テストが80点以上か、または9位以内だったら
  迎えに来てと電話する;
} else if (T < 17) {  //さもなくて(80点未満で、かつ10位以降で)、17時前なら
  寄り道して帰る;
} else if (M >= 200) {  //さもなくて(80点未満・10位以降・17時過ぎ)、持ち金200円以上なら
  バスに乗って帰る;
} else {  //さもなければ(80点未満・10位以降・17時過ぎで、持ち金も少ない)
  泣きながら走って帰る;
}


　長く複雑なプログラムを書く中で、決まった手順の命令群を何度も実行したい場合が多々あります。
これを“関数”として、名前を付けて定義しておけば、あとはその名前を１回呼ぶだけで複数の命令をまとめて実行してくれるので、プログラムが楽で確実なものになります。

例えば、中学２年の数学で習う一次関数 y = 2x + 3 において、x = 0, 1, 2 のときの y の値を y0, y1, y2 にそれぞれ代入するプログラムを考えます。

x0 = 0;
x1 = 1;
x2 = 2;

y0 = 2*x0 + 3;  //計算式を書く
y1 = 2*x1 + 3;  //　　また書く
y2 = 2*x2 + 3;  //　　また書く…間違わないかな…

何度も同じような計算式を書きましたね。
これは、下記の関数定義を使った書き方もできます。

int func1(int x) {  //１つの引数 x を受け取り、１つの戻り値 y を返す関数の例
  int y = x*2 + 3;  //ここで式を1回書くだけ
  return  y;
}

y0 = func1(x0);  //関数を呼び出す方が楽だな…コピペしやすいし
y1 = func1(x1);
y2 = func1(x2);

関数 func1() は、数学の関数同様、戻り値を計算して返す以外に何もしませんが、逆に、内部でいろんな処理を実行して、何も値を返さない(void型)関数もあり得ます。
引数を受け取らなかったり、複数受け取ったりするようにすら定義できます(*9)。
戻り値の計算式が複雑であるほど、もしくは、まとめて実行したい命令文が多いほど、関数を使った書き方が好ましいと思えるでしょう。

　さて、7セグに表示する上で、マイコンが５や８などの数字の形を特別に認識しているわけではなく、そのように見えるように光らせるセグメントのパターン情報が誰か（人間）の手によってどこかに定義されており、LEDドットマトリクスに図形を描くのと同様に制御しているに過ぎないと話しました。

だから、数字に限らず、自動販売機のルーレットのようなアニメーション表示も特別な操作ではないのです。

　アニメーションのコマ毎のパターンを記憶するのに、“配列”が紹介されました。
配列は、意味的に関係のある多数の値を順番を付けて保持し、参照するのに好都合な“変数の整理箱”です。

先ほどの関数呼び出しは、次のように配列を使った書き方もできます。

int x[] = {0, 1, 2};  // x[0]=0, x[1]=1, x[2]=2 になる
int y[3];            // y[0], y[1], y[2] の３つの箱を用意

y[0] = func1(x[0]);
y[1] = func1(x[1]);
y[2] = func1(x[2]);

for文を使って代入すると、さらにシンプルにまとまります。

for (int i=0; i<3; i++) {
  y[i] = func1(x[i]);  // 関数呼び出しを1回書くだけで済む
}

for文と配列で、関数も不要なほどシンプルに書けることがあります。

for (int i=0; i<3; i++) {
  y[i] = x[i]*2 + 3;  // y = 2x + 3 の計算式を1回書くだけで済む
}



　１日目の暗がりを好んで探し回ったり、好きな色を追い求めたり、２日目の迷路を探索するロボットは、どれも高度な機能で実現していますが、
特別なのは、モーター、距離センサー、色センサー、そして汎用頭脳たるマイコンなどのハードウェアと、便利に扱うための専用命令群（ソフトウェアライブラリ）であり、これらは専門の人に用意してもらわねばなりません。

　しかし、その後は、上述したような判断論理をプログラムの基本構文を使って書くだけなのです。
まだ「それが難しくて大変なんだ」と言うかもしれませんが、一度やれば、次はその知識が80%活かせる世界です。英単語のように膨大に覚えることはありません。
20%ずつ新しいことを学ぶだけで、あっという間にプロになれます。
学ぶというのは、聞くことではありません。自らやってみることです。
やらなければ、ずっとアマですよ。

　迷路を抜けるロボットは、消化不良気味でしたので、次回に続けましょう。

　（写真は、冥府のダンジョンを彷徨う探索ロボット）


*9 数学でいう関数ほど厳密な定義はなく、入力値(引数)を受け取ったり、出力値(戻り値)を返したりせず、一連の決まった処理を行うだけのものも含むので、手続き(プロシージャ)、サブルーチン、モジュールとも呼びます。

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。

　＜スタートアップ／プライマリーコース＞
　　特にありません

　＜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 or クイズ出題形式で）

　＜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

　＜アドバンスコース＞
　　◎ 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）
　　○ 左右の脚リンクが同程度にスムーズに動くよう、分解調整する

　＜プロ２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）
　　◎ [GloomyStep3/4/CalmColor]をベースに、４種の走行モード毎に、独自の7セグ表示アニメーション(ウインカー表示)を組込む（１日目）

　　　《ハイレベル挑戦》同時に2箇所以上のLEDを点灯させながら

3. 今後の授業スケジュール

　日付の()は臨時、!は原則外、?は予定の意です。

［東福間］第1・3土原則
　　　- 10:30～ ロボ・ミドル／アドバンス
　　　- 13:30～ ロボ・ベーシック／プライマリ

　・12/3, 17,  1/7?, 21?,  2/4?, 18?,  3/4?, 18?


［東福間プロ］第2・4日原則
　　　-  9:45～ ロボ・プロ１年目
　　　- 13:00～ ロボ・プロ２年目

　・12/11, 25,  1/15!, 29!,  2/12, 26,  3/12?, 26?


［中間］第2・4土原則
　　　- 13:30～ ロボ・ベーシック／プライマリ
　　　- 15:15～ ロボ・ミドル

　なかまハーモニーホール
　・12/10 第1回 3F会議室2
　・12/24 第2回 3F会議室2
　・1/14?, 28?,  2/11, 2/25,  3/11, 25

　1月はハーモニーホール利用不可の為、代替施設(選定中)で開催予定です。


［小倉北］第1・3日原則
　　　- 10:00～ ロボ・ベーシック／プライマリ
　　　- 13:00～ ロボ・ミドル
　　　- 15:00～ ロボ・ベーシック／プライマリ第２部

　・12/ 4 第1回 4F和室(AM)※, 4F工芸室(PM～)
　・12/18 第2回 5F小セミ
　・1/8!, 22!,  2/5, 19,  3/5, 19

　※人数に応じて、一部の生徒さんを工芸室へ誘導します。


―――――――――― 振替提携教室 ――――――――――
　振替希望は1週間前までにお願いします(許可制)
　振替手数料540円/回をご負担下さい(お引落し)
　所定コースのみお受けします

［八幡東］第1・3土原則
　　　- 13:30～ ロボ・ベーシック／ミドル

　レインボープラザ 42教室　by 中野司先生
　・12/3, 17,  1/7, 21,  2/4, 18,  3/4, 18


［とばた］第2・4土原則／第3土臨時
　　　- 第2・4土 13:30～ ロボ・全コース
　　　-(第3　 土 10:00～ ロボ・全コース)

　ウェルとばた8F　by 菅本進先生
　・12/10, (17), 24,  (1/7!), 1/14, 21!,  2/11, 25


［小倉南］第2・4日原則【振替専用教室として試験運用中】
　　　- 10:30～ ロボ・ベーシック
　　　- 13:00～ ロボ・ミドル

　総合農事センター2F B研修室　by 中野司先生
　・12/11, 25,  1/15!, 29!,  2/12, 26,  3/12?, 26?

4. お知らせ

　1) 電池について
　　・単3ではなく、単4です。乾電池4～5本、充電池5本を用意下さい。
　　・高価なエ○ルタでなくとも動きます！
　　　高耐久のブランド電池よりも、予備電池の用意を。
　　・電池チェッカーを購入(or下記ポイント交換)し、自ら残量の管理を。
　　・教室サービス時、原則として電池代4本108円＋診断料108円を頂きます。

　2) 宿題ポイントについて【ベーシック・ミドルのみ／中野司先生協同】
　　10月～オリジナル課題（図面5点＋設問5点＝10点満点）を作成し、第2回目の授業で配布しています(*1)。

　　点数分のポイント色カードを進呈し、3ヶ月毎に景品交換を予定します(*2)。

　　*1 正規の第2回授業日にのみ配布します。
　　*2 市販雑貨の他、オリジナルガジェットを開発中です。
　　　（写真は専用電池チェッカー開発風景／中野先生と）

　3) 10月高得点者　　[]内は教室と学年

　　◆ベーシック【18名平均 図面2.9＋設問1.5＝4.4】
　　　10点…なし　　9点…橋本[小倉北2]　　8点…荒木[小倉北2]

　　◆ミドル【14名平均 図面3.1＋設問1.5＝4.6】
　　　10点…なし　　9点…なし　　8点…松尾[八幡東6]


東福間・中間・小倉北教室　佐藤

10月授業内容

１．10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. 10月授業内容

1.0 ＜スタートアップ＞

　割愛します。

1.1 ＜プライマリーコース『SLロボロコ』＞

　割愛します。

1.2 ＜ベーシックコース『ぐるぐる進む君』＞

　二足歩行ロボットです。左右の足が交互(こうご)に前後するのだから、歩くのは当たり前？

よく考えてみます。
人間やアシモのように、片足を上げながら歩くほど高度ではありませんから、地面についたまま前後に往復するだけの足に前も後ろもなく、その場で足を摺(す)るばかりでうまく進みません(*1)。
１日目のロボットがこの形態であり、あまりスマートな歩みではなかったでしょう。

　しかし、人間は、ぶかぶかのスリッパを履(は)いたときでも、摺り足をしながら前に進むことができます。
同じ摺り足の動きで後退することもできます。無意識に何かを切り替えています。


そうです、重心ですね。２日目で、ちょうちんアンコウのごとく頭から生えた角(?)が、その重心移動メカニズムです。

　もちろん、付ければいいってものではありません。
角の先に付けたタイヤL（カウンターウェイト＝重り）に揺(ゆ)り回されるわけですから、足の動きとの同調（位置関係＝位相）を考えないと、逆にバランスを崩してすぐに転んでしまいます。

しかし、この位相は30°単位(*2)で調整できますから、後ろに下がる方の足に重心を傾け、前へ出る方の足を浮かせ気味にすれば、見違えるようにスタスタと歩くことができるように変身します。

　その理由を詳しく見てみましょう。


写真のように、ロボットに向かって右側にタイヤLがあるときを考えてみます。
タイヤLは黒矢印(↓)の重力を受けています。この重力は、角を伝って、ロボットを右側に倒そうと作用します。
つまり、向かって右側の足には赤矢印(下向き↓)の力が、左側の足には青矢印(上向き↑)の力が加わり、向かって右側の足は重く、左側の足は軽くなるのです。

　左右の足への重みが変わることで、どんな良いことがあるのでしょうか。


写真は、ロボットの左足がめいっぱい前に出て、これから後ろに下がろうとする瞬間です。
このとき、左足には赤矢印(↓)の力が加わっているため、床との摩擦力が強く働き、滑(すべ)りにくくなります。
そのため、左足を後ろへ動かそうとする力は、ロボット上体を緑矢印(←)の方へ動かそうとする力となって、前進させるのです。

同時に、軽くなっている方の右足は、床との摩擦力が弱いために、滑りながら前へせり出し、次の一歩に備(そな)えることができます。


　もっともっと速く歩かせるために、電圧アップ（電池4→5本）したり、脚(あし)を長くして歩幅を大きく取ったりしてみましょう。
すると、安定感がなくなり、上体がヨタヨタに振れるところを、カウンターウェイト(*3)で相殺(そうさい)し、さらに、足裏を広げて転びにくくします。

または、ラチェット(*4)を知っている人は、スケートのようにスーッと滑らせることも夢ではありませんよ！

二足歩行ロボットというのは、なかなか奥深いテーマなのですよ。


*1 足にグロメットを付けると、後方へ蹴(け)る摩擦力が働き、少し前進するようになりますが、逆に足を前に戻すときには、この摩擦力がじゃまになります。


*2 タイヤLを回す角の根元には、12の歯をもつマイタギアが取り付けられており、これが別のマイタギアと噛(か)み合って回されています。
　つまり、噛み合わせを１つずらして取り付けるということは、角度にして 360÷12＝30°ずつ変更できるということですね。

*3 てこの原理により、重いほど、角を長くするほど効く。

*4 一方向へのみ回転させる機構。ミドルコース『ロボワーム』を参照。

1.3 ＜ミドルコース『ロボワーム』＞

　見た目は３輪バイクのようですが、尺取り虫（シャクトリムシ）をモチーフにしたロボットです。

　１日目では、前輪の付いたロッドを前後に往復させています。
この動きは、クランクというリンク機構を用いて、モーターの回転運動を往復運動に換えて実現しています。
しかし、ロッドの往復に合わせて、前輪は前後に転がるだけであり、推進力とはなりません。


ところが、ただ１点の部品（ペグS）を装着するだけで、見違えるように前進するように変わります。
ラチェットという機構で、一方向への回転のみを許し、反対方向へは回らない仕掛けです。


　皆さんの身近なところでは、自転車のペダル（正確にはチェーンで駆動される後輪のハブ内）に使われており、前方向にはしっかり噛み合って回転を伝えますが、逆方向にはチッチッチと音を立てて空回りする仕組みにより、ペダルを休めても車輪は回り続けることができます。


写真は、後輪ハブ（車軸部分）を分解したものです。
大きな力に対応できるよう、ギアの周りにラチェットが３つ付いていますが、基本的な仕組みは、ギアMとペグSの噛み合わせ方と同じです。

　このラチェット機構を実現するために、前輪に重ねたギアMの歯にペグSの角を当てました。
すると、ロッドの往復に合わせて、前輪と後輪が交互に前へ転がることを繰り返し、本体が前進するようになりました。
まるで、尺取り虫が胴体を曲げたり伸ばしたりして進む様子です。



　後輪が前へ転がるのは、ロッドが後ろへ戻る際に前輪が逆回転しないようロックされ、本体（と一体化した後輪）が前輪に引っ張られるようになったためです。
前輪が前へ転がる際は、本体（および後輪）は止まったままか、むしろ反動で少し後退します。











　２日目に、後輪にも同様に往復するロッドとラチェットを組み付けました。
これで、後輪の後退も防げるようになり、推進効率が上がりそうです。


前輪と後輪のロッドが往復するタイミング（のズレ）は自由に変更できますが、一番スムーズに前進するタイミングはどのようなものでしたか？
どうあがいても（前後のロッドで漕ぐタイミングがどんなでも）、前後輪ともラチェットを付けて後退を阻止するのだから、１日目（前輪ラチェットだけ）のロボットよりは前に進みやすくなると思うでしょう？


ところが、ロボットを横から見て、前後のロッドがハの字形に開いたり閉じたりするようなタイミング（前後クランク位相差0°）が最も優れます。
同時に前後するようなタイミング（位相差180°）でクランクに取り付けると、恐ろしく推進効率が下がり、ちょっとの坂道でも上れなくなります(*5)。
クランク位相差90°では、その中間といった感じです。



何故でしょうか？
これは“スケーティング”の要領に似て、先行する前脚と、蹴り出す後ろ脚の機能分担ができるからです。
人間が歩けるのも、尺取り虫が進めるのも、地面を捉える後部があってこそ、前部が地面上を浮いて（または滑るように）進めるわけです。

だって、両脚を揃えて前後させても、体が前後に傾くだけで、何を支えにして進めと言えるでしょうか？
『ロボワーム』のように２本脚が前後に付いていても、同じことです。

尺取り虫は知っているのでしょうか。


*5 平坦なら少し進みますが、本体を前後に振る“反動”で動いている程度で、後ろに下がったとしても不思議ではありません。

1.4 ＜アドバンスコース『ライントレーサー』＞

　正確にはプレ・アドバンスコースで、11月からの本コースに向けた練習テーマです。
とは言え、全国大会競技に通ずるアドバンスコースの醍醐味テーマです。
初めてモーターを２個使用し、初めての光センサーで制御します。

もはや組立手順は載っていません。
完成図（四面図）や配線図を参考に、自力で機能を実装していきます。
光センサーの仕組みも学習しました。


　最後の競技は、やはり『ライントレーサーＧＰ』！
ミドルコース『ウォールフォロワー』で用いた段ボールのひし形周回コースを一回り大きくかたどるように、黒い布テープを這わせます。
ゆるいコーナーあり、タイトコーナーあり、サーキットの雰囲気満点です。

　マシンは、黒テープの縁（光センサーによる白黒検知の境界）に沿って、左右の駆動輪を細かく切り替えながら自律的にコースを周回します。
『ウォールフォロワー』に比べて、２モーターの高速制御によるスムーズな走行を見せつけてくれました。

コースアウトすることも少なく、安定感にまだ余裕がありましたね。
それはそうです、光センサーという立派な半導体制御回路を使っているのですから、輪ゴムに負けるわけにはいきません。

　ただ、全国競技レベルには程遠いですよ。
コースアウトするかしないか、ぎりぎりまでスピードを上げ、光センサーとモーターの応答速度の限界まで追求しますよ。

1.5 ＜プロ１年目コース『リンクロボット(1)』＞

　Autumn(秋)タームとして、多脚リンクロボットを製作し、プログラム制御するまでの３ヶ月が始まりました。
脚がうにょうにょ動き、にょろにょろ走り回る姿態を空想して、否応無しに期待感が高まります。


　１ヶ月目は、２本１組の脚リンクから組み立てていきます。
１組２本の脚だけでも、うねうねと有機的な動きを見せます。
これが６組１２本も組み合わさるとなれば、それは壮麗なのか、不気味なのか、いずれにせよ楽しみです。

　図面や説明文の読解、パーツの向きや重ねる順番の照合、ネジやナット締め等、単体でも苦労する脚リンクを複雑に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て完成せねばなりません。

過去にも、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するような代物です。


　２日目に、マイコンボードや無線モジュールを搭載し、モーターを回して脚の動きをチェックしました。
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。

　次月では、コントローラーとプログラムを使って、思い通りにロボットを操縦します。

1.6 ＜プロ２年目コース『センサーロボット(1)』＞

　いよいよ、2年目コースに突入です！
2年目コースも、エンジニアの卵に知っておいて欲しいエッセンスが色濃く詰まっています。

時に、大学生や大人でも十分手応えのある高度な内容に触れますが、今は完璧に理解できなくても、怖じけず、気取らず、積極的に取り組んでいけば、工学的センスが身に付いていきます。
そういうスタンス（姿勢）とセンス（知見）は、将来の進路にも仕事にも、必ず活きる時が来るものと思います。

知見は、進路や仕事の道を照らすと同時に、選択肢をも増やすものですが、
一方で、知見を広げるというのは、なかなか時間と手間のかかることであり、裏を返せば、とても貴重なことでしょう。
何事も当たり前と思わず、不思議に疑って、存分にセンスを磨いてください。


　さて、これから３ヶ月で学習する『センサーロボット』は、1年目のオムニホイールロボットに、1年目の超音波センサー2個とカラーセンサーを取り付けたものです。
表示部の8×8ドットLEDマトリクスだけ、2年目パーツから7セグメントLED(*6)を取り出して代用したように見えますが、中身が大事ですよ。


中身とはプログラムですね。少ない感覚器官や肢体のロボットでは、それをどう使いこなすかが重要です。
1年目のプログラミングではまだまだ、これらのセンサーを複合的に使いこなせていません。

　元来、思い込みや勘違いだらけの人間に、一縷(いちる)の誤りも許されないプログラミングは向いていません。
今のところ、他にやる主体が無いので、その中で、比較的向いている人や、好きな人がやっているだけです。

プログラムには間違い（バグ）が付き物です。
それどころか、正しいプログラムにすら、それを読む人間（それを書いた張本人すら）が誤った解釈をし、誤った改造（バグ）を入れます。
もう、どうしようもないですね、人間は。
だから、パソコンやスマホのOSもアプリも、アップデートだらけですね。数学と異なり、間違いは仕方がないものとされています。

　しかし、それでも、品質を向上させる方策は必要です。その一つが「フローチャート（流れ図）」なのです。

やはり、文章（プログラム）と図（フローチャート）の直感的理解度・スピードは桁違いです。
書くべき作文の構想を練るときに、短い言葉で流れ図のようなメモを書くのと同じで、全景や過不足が把握しやすくなります。

一人でプログラミングする際は、このフローチャートを描くことが億劫で、ついサボりがちなのですが、およそ３ヶ月後の自分を苦しめます。
それ以上に、他人が製作し、自分とは異次元の設計思想に従った機械やプログラムをメンテナンスすることほど、苦労するものはありません。

そんなときに、設計図やフローチャートがあることでどんなに救われるか、どんなに嬉しいものか、計り知れません。
そんな見方を味わうことになるモノです。



　テキスト以上の詳細な解説はナンセンスにつき割愛しますが、各種のセンサー動作プログラムを試しながら、
せっかくのフローチャートを参考に、少し高度化したプログラムの流れを把握し、いろいろ弄(いじ)ってみてください。


*6 通称「7セグ」で、7本の棒で数字を表示するデジタル表示器のこと。映画『バック・トゥ・ザ・フューチャー』世代、これの先進性に惹かれた少年は少なからず、今でもロマンを感じる現役のオジサンですが、高解像度ディスプレイが当たり前になった現代っ子には、ローテクの象徴のように見えるのでしょうか。

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。

　＜スタートアップ／プライマリーコース＞
　　特にありません

　＜ベーシックコース＞
　　○ オリジナル３面図課題／裏面の授業まとめ問題
　　○ 上記授業内容を精読する
　　　（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＞
　　◎ オリジナル３面図課題／裏面の授業まとめ問題
　　◎ 上記授業内容を精読する

　＜アドバンスコース＞
　　特にありません

　＜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）
　　◎ ロボット製作を完了する

　＜プロ２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）
　　◎ [USSMotorTest3]をベースに、前後の超音波センサーで別々の動作をさせる（１日目）
　　　例1 前後にかざした手を追いかけるロボット
　　　例2 前後の壁で跳ね返るよう往復するプロ版『う王さ王』
　　　例3 前方の障害物で旋回し、後方の迫る敵から加速して逃げるロボット

3. 今後の授業スケジュール

　日付の()は臨時、!は原則外、?は予定の意です。

［東福間］第1・3土原則
　　　- 10:30～ ロボ・ミドル／アドバンス
　　　- 13:30～ ロボ・ベーシック／プライマリ

　・11/5※, (12※), 19, 12/3?, 17?, 1/7?, 21?, 2/4?, 18?

　※ミドル以外の方は11/5、ミドルの方は11/12 10:30～お越し下さい。


［東福間プロ］第2・4日原則
　　　-  9:45～ ロボ・プロ１年目
　　　- 13:00～ ロボ・プロ２年目

　・11/13, 27, 12/11, 25, 1/15!, 29!, 2/12?, 26?


［中間］第2・4土原則
　　　- 13:30～ ロボ・ベーシック／プライマリ
　　　- 15:15～ ロボ・ミドル

　なかまハーモニーホール
　・11/12 第1回 2F会議室1
　・11/26 第2回 2F会議室1
　・12/10, 24, 1/14?, 28?, 2/11, 2/25


［小倉北］第1・3日原則
　　　- 10:00～ ロボ・ベーシック／プライマリ
　　　- 13:00～ ロボ・ミドル
　　　- 15:00～ ロボ・ベーシック／プライマリ第２部

　11月は代替施設『商工貿易会館(シティプラザ)』での開催となります。
　・11/ 6 第1回 シティプラザ501会議室(10:00～)
　・11/ 6 第1回 シティプラザ603会議室(13:00～)
　・11/20 第2回 シティプラザ601会議室
　・12/4, 18, 1/8!, 22!, 2/5, 19


―――――――――― 振替提携教室 ――――――――――
　振替希望は1週間前までにお願いします(許可制)
　振替手数料540円/回をご負担下さい(お引落し)
　所定コースのみお受けします

［八幡東］第1・3土原則
　　　- 13:30～ ロボ・ベーシック／ミドル

　レインボープラザ 42教室　by 中野司先生
　・11/12!, 19, 12/3, 17, 1/7, 21, 2/4, 18


［とばた］第2・4土原則／第3土臨時
　　　- 第2・4土 13:30～ ロボ・全コース
　　　-(第3　 土 10:00～ ロボ・全コース)

　ウェルとばた8F　by 菅本進先生
　・11/12, (19), 26, 12/10, (17), 24, (1/7!), 1/14, 21!


［小倉南］第2・4日原則【振替専用教室として試験運用中】
　　　- 10:30～ ロボ・ベーシック／プライマリ
　　　- 13:00～ ロボ・ミドル

　総合農事センター2F B研修室　by 中野司先生
　・11/13, 11/27, 12/11, 25, 1/15!, 29!, 2/12, 26

4. お知らせ

　1) 電池交換
　　消耗した電池でロボットが動かないと、診断＆交換で製作・進行が滞ります。
　　自らの責任で学習してもらうべく、下記の対応をお願いします。

　　・市販のバッテリーチェッカーを購入し、自ら残量を管理する
　　・高価なブランド電池を買わない(誤って短時間で消耗します)
　　・なるべく充電池を用い、毎回充電してくる
　　・教室サービス時、原則として電池代4本108円＋診断料108円を加算

　2) 宿題ポイント導入【ベーシック・ミドルのみ／中野司先生協同】
　　自主的に楽しく取り組んでもらえるよう、10月～オリジナルの図面課題を作成し、第2回目の授業で配布します。
　　毎月の授業まとめに則した課題も掲げますので、Blog閲覧の準備をお願いします。
　　提出物ごとに1～5ポイント色カードを進呈し、ポイント交換用景品を用意します。

　3) スライドスイッチ強化改造サービス【教室独自】
　　新品は高価で、すぐ断線しますので、教室独自の強化改造サービスを始めます。
　　断線時は、原則として下記※を適用させて頂きます。

　　・バッテリボックス新品　 572円： 問題ありません(故障時は買い替え)
　　・スライドスイッチ新品　 789円： 問題はこちら　(お薦めしません)
　　・スライドスイッチ改造※  0円： 純正品(断線)⇒改造品への初回交換時
　　・スライドスイッチ修理※ 780円： 改造品の断線時

　　※スイッチ本体を破損・紛失している場合は、原価代789円を加算


東福間・中間・小倉北教室　佐藤

9月授業内容

１．９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. ９月授業内容

1.0 ＜スタートアップ＞

　割愛します。

1.1 ＜プライマリーコース『メカビートル』＞

　割愛します。

1.2 ＜ベーシックコース『ジャイアントホッパー』＞

　バッタ型ロボットです。ギアを介してモーターが駆動するのは、本体の側面で時計の針のように回転するロッド3アナだけです。
それだけなのに、後ろ脚を折り曲げたり、伸ばしたりを繰り返し、尺取り虫のように前進します。どうしてでしょうか？



　ロッド3アナが１回転毎に後ろ脚を跳ね上げています。
このような回転軸を利用した周期的な運動機構をカムと呼び、例えば、自動車のエンジンが呼吸（吸気と排気）を切り替えるために使われています。
後ろ脚が跳ね上がる時に関節が折れ曲がって、後ろのタイヤLを前方へ引きずります。
この時、本体は進みませんが、次に輪ゴムの力で脚が伸びる時、後ろのタイヤLは微動だにせず、前輪のタイヤSが転がりながら本体を前へ進めます。




　後ろのタイヤLは回転しないのに、どうして前進するよう都合良く引きずられたり踏み止まったりしてくれるのでしょうか？
タイヤLは回転しないのですよ。だったら、タイヤLは動かず、後ろ脚の屈伸運動に合わせて本体（前輪）が前後に往復するだけではないでしょうか？
（尺取り虫も、次の一歩を迷ってそのような動きをすることがありますね）

　それは摩擦力（滑らないぞ！という力）の効き方が違うからです。
ちょっと難しいのですが、脚を折り曲げる（引っ込める）時はタイヤLを斜め前方上向きに引き上げる力が働き、重い本体を後退させるほどの地面との摩擦力はなくなります。
その結果、タイヤLの方が引きずられるのですが、逆に脚を伸ばす時は、斜め後方下向きに蹴り出すので、地面との摩擦力が強力に働き、推進力になるのです。

　消しゴムをノートに軽く当てた場合と強く押し付けた場合とでは、滑らせるのに必要な力が全然違いますよね？
また、消しゴムをノートに斜めに当てると、引く時は軽く滑りますが、押す時は摩擦力を強く感じますね。その両方がタイヤLに作用しているのです。
タイヤLが地面から跳ね上がるほどのパワーがあれば分かり易いのですが、ずっと地面を引きずっていますので、見た目では分かりません。
タイヤLを消しゴムだと思ってください。


　タイヤLを回転しないよう止めている理由が分かったでしょうか？　試しに、自由回転するようクランクを取り外してみてください。


　最後の競技は“バッタレース”をしました。スピード勝負です。
推進はゴムの弾性力、そのゴムにエネルギーを充填するのがモーターの仕事と言えますから、ゴムはきつく、モーターはパワフルに、というのが理想です。
究極は、有限なモーターパワーをロッド3アナの回転トルク（脚の力）に振るか回転数（脚のスピード）に振るかでギア比を決めたり、それに適した輪ゴムの掛け方や本数を探ったりするのが戦略です。

下記のような素晴らしい改造が生まれていました。
1) モーター軸のピニオンギア ⇒ ギアMへ交換（脚が3倍速く動く）(*1)
2) 側面のロッド3アナ回転中心を端っこ ⇒ 中心へ変更（脚が2倍速く動く）(*2)
3) 2)のロッド3アナに、ロッド5アナを被せ、2)の弱点を解消(*3)
4) タイヤLに代わり、グロメットをはめて、後ろ脚を軽量化(*4)
5) タイヤLのクランク(回転止め)に代わり、ラチェット機構(前方向のみ回転させる)を取り付けて、スーッと滑るように前進する(*5)

多数のベーシックコース修了生に相応しい、奥の深いロボットでした。


*1 力は1/3に弱くなり、モーターが力負けして停止しやすい弱点がありますので、あまり欲張れません。

*2 回転半径が半分(2アナ分⇒1アナ分)になるので、動きの幅（ストローク）が半分になり、あまりスピードアップしない弱点があります。

*3 ロッド5アナの中心を回転軸としても、回転半径を2アナ分とれ、ストロークを減らさずに脚を2倍速く動かせます。

*4 バッタらしい力強い脚ではなくなりますが、電池が弱くても動きやすいですね！

*5 これだけで圧倒的に速かったですね。４教室中、最速だったと思います。ミドルコースレベルの改造でしたが、宮田君ナイス!!

1.3 ＜ミドルコース『ダンゴム』＞　（八幡東教室 中野司先生 原著 ／ 佐藤 改編）

　初登場の変形ロボットです。ダンゴムシのように沢山の足で歩いたり、丸まったりします。

●ロボットの動き
　モーターは回転する力しか生み出しませんね。
その回転する力でロボットの足を動かし前進するのか、本体を変形させる（丸まる）のかはどこで決まるのでしょうか。

１日目のロボットは丸まらず、スイッチを切り替えても前進・後退するだけです。
（これだけでも、虫嫌いな人をゾクゾクさせるには十分な仕上がりですが）
２日目のテキストに丸まるためのミソが隠されています。

●丸まる改造

　テキストに倣い、写真のようにラチェットをギアに噛ませてみました。
これでスイッチを入れると…、前に進んだり、丸まったりしましたね。　
なぜ２通りの働きをするのか、皆さんは既に理解していると思います。


スイッチを一方に入れて前進するのは変わりませんが、逆方向に入れるとラチェットがギアに噛み、後退する代わりに変形するようになりました。

　ここで、１つ疑問が浮かびます。
ラチェットが噛むと、そのギアは回転できなくなり、ロボットがその場に止まったまま動けなくなるだけではないでしょうか？　　
ちょうど車のタイヤを回らないように固定した場合のイメージです。

●力の逃げ道

　写真のように、赤矢印のギアを回した場合、隣のギアへ回転が伝わります。
青矢印のギアは回転する以外に動きようがないですね。


　そこで、ギアの土台を変えてみます。
写真のように、ビーム２本にシャフトを１本通し、ハサミのようにクロスさせます。
シャフトにギアを通し、もう１組のシャフトとギアを上部のビーム１本だけに通して噛み合わせます。
（実際に作って体験してみることが理解への一番の近道です）

赤矢印の示すシャフトを回してみます。当然、青矢印のシャフトも回転すると思います。
同時に、なんとなく上部のビームもオレンジ矢印の向きに回転しようとしませんか？
赤矢印のシャフトを急に回そうとするほど(*6)、オレンジ矢印のビームもつられて回りやすいと思います。

　この場合、赤矢印の回す力は、青矢印のギアを回すか、オレンジ矢印のビームを回すかの２通り、“逃げ道”があるわけです。
力の逃げ道がいくつかある場合、より簡単に動かせる（抵抗が小さい）方に逃げます。
その結果、青矢印のギアが回ったり、オレンジ矢印のビームが回ったりします。
回しやすさ（抵抗）が同程度の場合は、両方とも回ることになります。


　ここで、力の逃げ道の１つを閉ざすとどうなるでしょうか。
写真の赤丸のように、ストッパーを取り付けてみました。
このストッパーの役割は、ダンゴムの（ギアと噛んだ）ラチェットと同じで、接触しているギアを回らなくしています。

この状態で、赤矢印のシャフトを回してみてください。
上部のビームをオレンジ矢印の向きにダイレクトに回転させる感じがすると思います。

　なぜそうなるのでしょうか？
赤矢印の力の逃げ道として、ストッパーを破壊して青矢印のギヤを回すより、ビームを回した方がはるかに楽（抵抗が小さい）ですね。
その結果、青矢印のギアを回すことなく、ビームを回すことに専念するのです。

これがダンゴムを後退させるか、丸めるかを分かつ仕組みの原理です。
８月の『サカアガリン』、７月の『シュート君』にも使われていますよ。

●丸まる仕組み

　力の逃げ道がダンゴムの変形にどのように作用しているのかを見ていきましょう。
モーター軸（ピニオンギア）をＭ、側面のギアMを左からＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと名付けます。

ギアＤに注目すると、これはラチェットにより回らなくなっています。
全てのギアは噛み合っていますので、このままではモーターＭは回転できません。
ここで何が起こるでしょう。力は“逃げ道”を常に探しています。


　スイッチを入れると、ピニオンギアＭは回転しようとしますが、ラチェットにより固定された一連のギアを回すことはできません。
代わりに、モーター（頭部）自身が赤矢印の向きに回ることで、ピニオンギアＭがべベルギアの周りを回ることができますね。

ある程度までモーター（頭部）が回転すると、写真の青丸のように、ダンゴムの頭と胸のパーツ同士がぶつかってしまい、回転できなくなります。
逃げ道は他にないでしょうか？

実験した２本のビーム同士のように、頭⇔胸以外にも、胸⇔腹、腹⇔尻の間に、折れ曲がる関節がありますね。
これらが折れ曲がることで、ギアＡはＢの周りを、ＢはＣの周りを、ＣはＤの周りを回る仕事ができ(*7)、その結果、ダンゴムは丸まっているのです。

　さて、ダンゴムが丸まる仕組みは以上ですが、丸まる動作に不必要なギアがあります。
それは、ギアＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうち、どれを指しているでしょうか？


ダンゴムは、３つの関節で分けられた頭・胸・腹・尻の４部位それぞれに、ギアＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが取り付けられ、関節の両側のギアが互いの周りを回ろうとする(*8)力で折れ曲がっています。
だから、一見無駄がなさそうですが、この力の伝達に寄与していないギアがあります。
つまり、それを外しても丸まる動作に影響はありません(*9)。それはどれでしょうか。
そのギアの記号と不必要な理由、そのギアの別の役割を考えてみてください。


*6 物体を素早く加速させようとするほど、それを妨げようとする抗力が大きくなり、その分、大きな力を要します。慣性の法則といいます。

*7 実際は、回転方向を整えるために、間にピニオンギアを介していますが、関節を挟んだギア同士が互いの周りを回る作用としては同様に考えられます。

*8 どちらがどちらの周りを回っていると考えるかは、基準（カメラの設置場所＝動いていないと感じる方）によって変わる相対的なものです。

*9 ギアＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは両側面にあることに注意してください。両側セットで考えます。

1.4 ＜ロボプロコース『不思議アイテム(3)』＞

　不思議アイテムの世界も、最終月を迎えました。

　１日目は、“ラーメンタイマー”を作ります。
時間を計る（というより休め！の指示）命令としては delay がありますので、所望の時間だけ静止した後、ブザーでも鳴らせば一先ず完成ですが、経過状況も知りたいのが人情です。

delay(1000) と命令する度に何かをすれば、１秒毎の経過が分かります。
delay(100) を10回繰り返して、0.1秒単位のカッコイイ表示もできます。
秒数を2桁の数字で表したければ putd2、大きな１文字を表示したければ putch、任意の大きさで円や四角を描画したければ circle や rectangle、１ドット光らせたければ write、１音を鳴らしたければ play、メロディを奏でたければ play_rtttl、モーターを回したければ rotate等、いろんな命令が紹介されています。

　サンプルプログラムでは、タッチセンサーの入力検出に listen と onPress、繰り返しに for や while、条件分岐に if や switch-case を使って、初めに秒数やアラーム方法を選ばせる実用的タイマーに仕上げていました。
中には「ピッ、ピッ」と音を発しながら10秒からカウントダウン表示し始める、その名も時限爆弾の CountBom もありました(*10)。

　最終日の２日目は、ちょっと遊んで一息つくのにふさわしい「人工生命とシンセサイザー」がテーマでした。

　人工生命といっても、8ｘ8ドットのそれぞれを生命体（細胞＝セル）になぞらえ、周囲の生存セル数に依存した単純な規則によって誕生・生存・死滅を世代展開していく様子を観察して楽しむものです。“ライフゲーム”と呼ばれます。




それの何が面白いといって、“カオス的”なのです。簡単なルールで動いているのに、先行きが読めないのです。
初期状態のちょっとした違いが全く異なる結果を生み、にわかには予測不可能なパターンを繰り広げます。

ここから(*11)、生命現象や神経回路網の再現、人工知能の研究へと発展していきました。
コンピュータの登場がこのような楽しみと学問の道を開いたのですね。

　シンセサイザーの方は、先月の“電子ピアノ”を改造したプログラムです。
無線リンクしたゲームパッドのボタンが鍵盤になっている点は変わりませんが、アナログスティックを倒す量に応じて周波数を増減させる、エフェクター（ピッチシフター）機能が搭載されました。

プログラム上では、“play(NOTE_C4 + effect)”のように、音程を表す記号 NOTE_** にスティック傾倒量 effect を足しています。
“ド”に数値を足すって、どういうことでしょうか？

　先月の１日目に学びました。音程記号は、プログラムの転送前（コンパイル時）に音の周波数に置き換えているのです。
例えば、440Hzの“ラ”ボタンを押しながら、+54相当分スティックを前に倒せば494Hzの“シ”に、-48相当分スティックを引けば392Hzの“ソ”に変わる、という具合です。

　デジタルの世界では、すごく簡単な計算で豊かな効果を演出できる、という一例です。
ロック・ギタリストにでもなった気分で、ブイブイ演奏してみましょう。

　ここまでで、もう、光と音を自在に操れる魔法を手に入れたようなものです。


*10 ジョーク・プログラムなのですが、むき出しの配線や電子基板の中で赤いLED数字がカウントダウンを始めると、かなり物騒な雰囲気を醸し出します。
　テロが心配される国では冗談どころか、誤解から自身を危険に晒すことになるでしょう。
　日本でも、公共の場でいたずらに利用するのは厳に慎みましょう。警察沙汰になるか、配線が切断される被害(?!)に合うこと請け合いです。

*11 ライフゲームそのものというより、上位概念のセル・オートマトンと呼ばれる格子状セルで構成した計算機モデルから。

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。

　＜スタートアップ／プライマリーコース＞
　　特にありません

　＜ベーシックコース＞
　　△（難解につきスケッチ免除）
　　○ 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＞
　　△（難解につきスケッチ免除）
　　◎ 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）
　　◎ [CountTimer4]をベースに、LEDドットパターンで経過秒数が分かるタイマーを作る（１日目）
　　　Lv.1 ８個の点を順次点灯または消灯させる８秒タイマー
　　　Lv.2 60個の点を順次点灯または消灯させる60秒タイマー(ヒント：%演算子)
　　　Lv.3 表示方法を独自に工夫した３分間(180秒)タイマー

　　◎ [TonePS3/4/5/6]をベースに、音程を“ＣＤＥＦＧＡＢ”に代わり、
　　　“どれみふそらし”と分かり易く表示

3. 今後の授業スケジュール

［東福間］第1・3土
　　　- 10:30～ ロボ・ミドル／アドバンス
　　　- 13:30～ ロボ・ベーシック／プライマリ

　10月は10/1, 15です。11～1月も原則通りの予定です。


［東福間プロ］第2・4日
　　　-  9:45～ ロボ・プロ１年目
　　　- 13:00～ ロボ・プロ２年目

　10月は10/9, 23です。11・12月も原則通り、1月は1/15, 29の予定です。


［中間］第2・4土
　　　- 13:30～ ロボ・ベーシック／プライマリ
　　　- 15:15～ ロボ・ミドル

　・10/ 8 第1回 2F会議室1
　・10/22 第2回 3F会議室2

　11～1月も原則通りの予定です。


［小倉北］第1・3日
　　　- 10:00～ ロボ・ベーシック／プライマリ
　　　- 13:00～ ロボ・ミドル
　　　- 15:00～ ロボ・ベーシック／プライマリ第２部

　・10/ 2 第1回 5F小セミ
　・10/16 第2回 5F小セミ

　11・12月も原則通りの予定ですが、11月はムーブイベントの為、
　代替施設『商工貿易会館(シティプラザ)』での開催となります。
　1月は1/8, 22の予定です。


［小倉南］第2・4日【振替専用教室として試験運用スタート】
　　　in 総合農事センター(小倉南区横代東町1-6-1)
　　　by 中野司先生

　　　- 10:30～ ロボ・ベーシック／プライマリ
　　　- 13:00～ ロボ・ミドル

　・10/ 9 第1回 なし
　・10/23 第2回 2F B研修室

　振替希望はなるべく1週間前までにお願いします。
　指導リソースが限られますので、所定コースのみお受けします。
　11月以降も原則として第2・4日曜日に開催予定です。
　振替手数料540円/回をご負担下さい。

4. お知らせ

　1) ロボット教室全国大会ビデオ
　　8/20(土)に東京大学で開催された第6回全国大会が『キッズステーション』で放送されました。

https://www.youtube.com/watch?v=q6OeL6fhNR0

　　ナレーション音声が消えておりますが、出場者のレベルの高さが感じられます。
　　もしくは、関連動画からダイジェスト版をご覧下さい。

　2) 電池交換
　　消耗した電池でロボットが動かないと訴える生徒さんが多く、診断＆交換で製作・進行が滞ります。
　　10月より、原則として電池代4本108円＋診断料108円を加算させて頂きますので、
　自らの責任で学習してもらうべく、下記の準備をお願いします。いずれも100円ショップで入手できます。
　- 市販のバッテリーチェッカーを購入し、自ら残量を管理する
　- なるべく充電池を用い、毎回充電してくる

　3) 宿題ポイント導入（東福間・中間・小倉北・八幡東教室）
　　形骸化しがちな図面スケッチですが、億劫な気持ちは良～く分かります。
　　自主的に楽しく取り組んでもらえるよう、10月～オリジナルのスケッチお題を作成し、配布することにします。
　　毎月の授業まとめに則した課題も掲げますので、Blog読者未登録の方は招待メールをご用命下さい。
　　提出物ごとに1～5ポイント色カードを進呈し、ポイント交換用景品を用意します。

　4) スライドスイッチ改造サービス
　　今年に入り“改良”されたはずのスライドスイッチで、断線事故が多発しております。
　　新品は高価で、また断線しますので、教室独自の強化改造サービスを始めます。
　　断線時は、原則として下記※を適用させて頂きます。

　　・バッテリボックス新品　 572円： 問題ありません(故障時は買い替え)
　　・スライドスイッチ新品　 789円： 問題はこちら　(お薦めしません)
　　・スライドスイッチ改造※  0円： 純正品⇒改造品への初回交換時
　　・スライドスイッチ修理※ 780円： 改造品の断線時

　　※スイッチ本体を破損・紛失している場合は、原価代789円を加算

　　小学生の使用を前提としない設計で、本部に強いクレームを申し入れております。
　　純正品が断線してもお子さんを叱らないで下さいね。
　（モーター、タッチセンサー、改造品が断線するようなら、扱いが荒いです）

　5) 小倉南教室(仮称)の来春開校に向けて
　　これまで、特に小倉北教室(日曜日)へお通いの方には、振替体制の不足を申し訳なく存じておりました。
　　八幡東教室 中野司先生に、小倉南区での日曜日開校を検討頂いております。
　　正式な開校・場所の決定まで今暫く時間を要しますので、当面、振替専用教室として試験運用スタートします。
　　10/23(日)～原則として第2・4日曜日に開催予定です。
　　正式開校・転属までは振替手数料540円/回をご負担下さい。


東福間・中間・小倉北教室　佐藤