８月授業内容

1. ８月授業内容
2. 今月の課題
3. 【変更】９月授業スケジュール
4. 【訂正】10月授業スケジュール（予告）
5. ひと言
6. 本部からお知らせ
について記します。

1. ８月授業内容

＜ベーシックコース『ロボシューター』＞

　シューター(Shooter)は「撃つ人・装置」の意で、つまり“銃”です。
先月のSLに続き、面白さが分かり易いテーマです（特に男子には）。

　テキスト表紙に、銃身に沿って輪ゴムを引き伸ばした写真が載っているので、
てっきり輪ゴムを飛ばすと思い込んだ人も多かったでしょうが、違いました。
もっとリアルに、弾(ロッド5アナ)を複数込めて、連射もできます。
音も「カシャン、カシャン」と、マシンガン風です。

　輪ゴムは、弾を押し出すエネルギー(*1)の貯蔵素子で、
このエネルギーを充填(じゅうてん)する装置が、モーターと回転するロッド3アナです。

ロッド3アナが１回転する毎(*2)に、
引っ掛かるロッド15アナが輪ゴムを引き伸ばしながら後方へ下がったり、
引っ掛かりが外れて前方へ勢いよく引き戻されたりを繰り返します。



　しかし、音がカッコイイ割りに、発射される弾の勢いたるや、１ｍがせいぜい。
輪ゴムが弱いと、連射しても、ポロポロ垂れる動物のうんちのようです。

「もっと輪ゴムを強くすればいい！」
当然、そう思います。輪ゴムを２，３本掛けてみます。
ところが、モーターの力不足で止まってしまいましたね。
新品電池6本フルで、何とか引っ張って、２ｍ位飛んだでしょうか。

　ここでも、電池パワーは大事なポイントですが、限界は知れています。
もっと抜本的に飛ばす改造をした人がいます。
手に持ち構えて３～４ｍ、テーブル上で弾を滑らせると５ｍ以上は飛んでいきました。
このときの輪ゴム本数は５本前後！

どうやって引っ張らせたのでしょうか？
このまとめを毎回しっかり読んでいる人なら分かりますね。
たびたび紹介している“減速(げんそく)”という方法です。
授業の最後でも伝えました。

読み始めたばかりで分からない人も、下の説明の通りにギア交換して、劇的な変化を味わってみましょう。君の改造力が大幅にアップしますよ！
（あきらめると、次回も電池パワーだけに頼ることになります）

＜強化改造方法＞

　ギア(歯車)は、小が大を回すと回転が遅くなりますが、その分、回転力が強くなるのです。テキストでも、

　　モーターのピニオンギア(歯数8) ⇒ ベベルギア(歯数24)

で３倍遅く／強くしていますが、もっと遅く／強くするために、

　　ベベルギアと同軸(両側)のピニオンギア ⇒ ピニオンギア ⇒ ピニオンギア

の箇所を、

　　ベベルギアと同軸(両側)のピニオンギア ⇒ ギアM(歯数24)

に交換(*3)しましょう。

これで、更に３倍（全体で３×３＝９倍も）遅く／強く(*4)なります。
「カシャン、カシャン」の音も遅くなりますが、その分、強力に輪ゴムを引っ張れますよ。
いよいよ人に向けて撃たないように！

*1 弾性(だんせい)エネルギーといいます。火薬の爆発エネルギーの代わりです。

*2 このような回転体の外形に沿って動きに変化をつける機構をカムと呼びます。
　自動車エンジンの吸気・排気を切り替える弁の開け閉めに使われています。

*3 三連水車ならぬ、三連ピニオンギアの所です。
　ロッド3アナの回転軸の位置は変わりませんので、改造は簡単ですが、回転方向の変化を観察し、スイッチを入れる向きに注意します。

*4 ロッド3アナの強い回転力で本体が分解し易くなるので、紐でくくるか、側面をペグとロッドで補強しましょう。
　ベベルギアも、ワッシャー3～4枚（またはブッシュやグロメット）でしっかりピニオンギアと噛み合わせないと、ガリガリ音がして歯を削ってしまいますよ。
　特に、スイッチを逆向きに入れないよう注意！

＜ミドルコース『親子マーチ』＞

　親（前輪）と子（後輪）がタンデムを組んだ４輪車ロボットには違いありませんが、モーターはタイヤを一切回しません。
モーターの仕事は、親の腕（クランク）を回すことで子を引き寄せたり遠ざけたりするだけです。

　とは言え、親とて足は自由回転するタイヤ。親子とも前後しながら、付かず離れずを繰り返すだけで全体としては進まず、下手な二人三脚のようで滑稽です。
１日目はここまで。

　さて、この親子をうまく前進させる仕掛けが何か必要です。
進まない親子ロボットを観察すると、腕の伸縮運動(*5)に連動して、
タイヤが前へ後ろへ交互に回っており、移動量は差し引きゼロです。
このタイヤを、前方向へは回るが後ろ方向へは回らないようにできれば、
もはや進む他に道はありませんよね！

そうです、４月の『シャクロボ』のタイヤにも施した、ラチェットによる回転方向制御と同じです。
２日目テキストの通り、タイヤに（逆回転を阻止する）ストッパーを当てただけで、前輪を止めて後輪を進め、後輪を止めて前輪を進める動作を繰り返すようになり、今までが嘘のようにテンポよく進めるようになりました。
二人三脚というより、またしても尺取虫の要領ですね。



　輪ゴムでストッパーの押し付け力を調整します。
あまりに強く押し当て、前方向にも回りにくくなった失敗例もありましたが、軽く当てるだけで、10°～ 20°の急な坂道すら、ずり下がらずに登れるようになりました。
回転を一方向に制限するだけの仕掛けがこんなにも有用(*6)なのですね。

　授業最後の競技は、先月に続いて、綱引き！

ロボット同士を紐でつないで引っ張ります。

“負けない”ためには、後ろにずり下がらないことが大事ですが、あまりストッパーを強くすると前進の抵抗にもなります。

そこで、斜め後方に垂らしたタイヤ（の角）を引きずるアイデアが生まれました。
これも、前進抵抗の少ない強力なストッパーとして功を奏し、うまく取り付けた方が有利な展開を見せました。
理にかなった素晴らしいアイデアでした。

*5 クランク機構を用いて、モーターからの回転運動を往復運動に換えて実現しています。
　今月の理科実験（中級）でも学習したテーマでした。

*6 自転車のペダル（正確には後輪のハブ内）にもラチェットが組み込まれています。
　このおかげで、ペダルを休めても車輪は空回り（ペダルの逆回転に相当）することができます。
　自転車の画期的な技術革新と言われています。

＜アドバンスコース『ロボ・サッカー』＞

　２ヶ月目の授業です。
アドバンスコース修了生には、最終テーマとなりました。

　今月は、ボールをシュートするのに、ロボット前面でただ押す（ヘディング？）のではなく、ちゃんと蹴るアーム(*7)を組み付けます。

このため、ライントレーサ型の左右２モーター独立駆動を止め、前進とアームの駆動に別個のモーターを割り当てます。
直進のみになりますが、光センサーを用いて、黒ラインの“上”にいる間だけ前進し、ラインが途切れた位置で自動停止させます。
このような光センサーの使い方もあるのですね。

　アームも、テキストでは音（拍手）を合図に蹴り出し、「カチッ」という内部の機械音に反応して自動終了するよう、音センサーを組み付けていますが、機械音の出方とセンサー感度とのマッチングが難点でしたね。

手動のスイッチ操作をOKとしました。
走行用の光センサーを兼用して、走行停止と共に自動的にアームを蹴り出す動作に移行する工夫例(*8)も見られました。




　最後の競技は、各自のロボットがPK戦もどきのシュートで得点数を競いました。
黒テープの端で自動停止した際のアーム位置を予想してボールを置き、30cm先のゴールを目掛けてシュートを繰り出します。

３種のボールで３投ずつ、計９回のシュートを蹴りました。
５人の間に、ノーミスの９点～１点まで大差がつきましたが、
得点が低い人の主因は、「ロボットがうまく動かない」ことにありました。

　アドバンスは難しいですね。
４面図による製作から、センサー類の調整、独自の戦略と改造まで、レベルの高い作業が要求されるロボットでした。

これぞアドバンス！　修了した人に相応しいテーマでした。
ロボ・プロコースに進むと、さらに新世界が広がります。
もっと色んなことを知り、不思議に思い、難問からも決して逃れずに立ち向かってくれることを期待します。

*7 アームと呼ぶと“ハンド”を取られそうですが、ブルドーザーのバケットに見えても、本ロボットは像がモデルですので、そう呼ぶわけにもいきません。
　前足はタイヤだし、鼻は別にあるし、牙ですかね…。

*8 光センサーには出力端子が２つあり、黒／白判定に応じて通電する端子が切り替わる機能を応用しました。もしかして、接続ミスによる偶然の産物でしたか？
　アームの停止には、スイッチOFFか、音センサーの反応が必要なことは変わりません。

＜ロボプロコース『不思議アイテム(2)』＞

　光と音の世界に入って、２ヶ月目です。

　１日目は、“音”の続きです。
前回は、楽譜データをRTTTL形式で１曲分丸ごと与えることで自動演奏させましたが、今回は手動演奏です。つまり、電子ピアノですね。

ゲームパッドの16個のボタン（＝鍵盤）に任意の音階を割り振り、好きな楽曲を演奏できます。
プログラム上の書き換えだけで済むので、自分が演奏し易いオリジナル鍵盤に仕立てることなど、朝飯前です。

　さて、正しい音程で奏でるには、プログラム上で“ド・レ・ミ…”に相当する記号“NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, …”を使って指示すれば良いので簡単ですが、そもそもマイコンが“ドレミ”で分かるのかという問題があります。

実は分からない(*9)ので、プログラムの転送前（コンパイル時）に、ドレミを音の周波数に置き換えているのです。
例えば、オクターブ４の“ラ”は周波数440Hzなので、記号"NOTE_A4"を数値440に変換しています。
オクターブ５の“ラ”(NOTE_A5)は2倍の880Hz、逆にオクターブ３の“ラ”(NOTE_A3)なら半分の220Hzです。

１オクターブの間には、半音(*10)で数えて12音ありますので、難しい計算になりますが、音程が半音上がると、周波数は約1.059倍になり、１オクターブ上がって（半音12個分、1.059を12回掛けて）2倍の周波数になる関係です。

“シ”と“ド”の間には黒鍵がないので半音、周波数が約1.059倍になる関係です。
“ド”と“レ”の間には黒鍵があるので全音、周波数は約1.059×1.059＝1.122倍の関係です。
人間にはこんな計算やってられませんね。やはり記号を使いましょう。

　ゲームのキャラクタのように、上下左右ボタンでLEDマトリクス上の十字や任意の表示パターンを動かす毎に異なる音を出したり、パッドを振動させたりするプログラムにも触れました。

描画の始点（左上）となる座標(x, y)の値に基づき、パターンが画面の端に当たったかを判定するために、OR表現を用いたif文“if( x<0 || x>5 ) {○○}”を学びました。
これは、「もし、x＜0 または x＞5 なら、○○を実行せよ」という意味です。

パターンが画面からはみ出ないよう始点の座標(x, y)の値を有効範囲に制限するために、constraint命令を使用しました。

　２日目は、“光”を計算で操ります。
既に、直線を描画する方法をいくつか知っています。

＜方法1＞ １点ずつ座標を指定して、８ドットを順に点灯させる
＜方法2＞ 上記を洗練し、座標変数(x, y)とfor文を使って実現する
＜方法3＞ １コマの絵のように、８×８ドットのパターンとして描画する

　＜方法1＞と＜方法3＞は、直線を引くだけにしては面倒ですし、変更も大変な作業です。
＜方法2＞ができるのなら、それは文句なしのスマートな方法ですが、
ｘ座標のみを変えながら水平線か、ｙ座標のみを変えながら垂直線を描くのが精一杯ではなかったでしょうか。

斜めに線を引くには、１ドット毎に難しい座標計算が必要そうです。
これを楽にするために、一次関数（中学２年数学）の考え方を導入しました。

ｘ座標とｙ座標との間にある定まった関係を式で表したもので、例えば、画面の対角線を引く場合は、y＝x という関係式を与えます。
「ｙとｘの値は常に等しい」という意味ですが、「ｙはｘと同一に変化する」とも読み取れます。
ここで、“ for (x=0; x<8; x++) { y=x; } ”のようにｘ値を変化させると、(x, y)は(0, 0)→(1, 1)→・・・→(7, 7) と変化しますので、これらのドットを順次点灯すれば良いのです。

y＝2x なら、ｙはｘの２倍大げさに変化しますので、斜め線は急峻にそり立ち、
y＝0.5x なら、ｙはｘの半分しか変化しませんので、斜め線は緩やかになります。
一次関数のグラフ表現では、斜め線の向きを表す 2 や 0.5 を“傾き”と呼びます。
y＝-x なら -1 のように、マイナスの傾きも考えられます。
プラスの傾きを上り坂と見なせば、マイナスの傾きは下り坂になります。

　また、y＝x＋4 や y＝3x－2 のように、最後に定数を足し引きすると、元の y＝x や y＝3x の直線を上下（ｙ座標方向）に数値の分だけ平行移動させた位置に描くことになります。
一次関数のグラフ表現では、直線の上下移動を表すこの定数を“ 切片(せっぺん) ”と呼び、これは x＝0 のときのｙの初期値のようなものです。

　このように、数学では一次関数の式を y＝ax＋b（傾きa、切片b）の形で表しますので、プログラムにおいても直線描画に限らず、for文でｘ値を変化させながらｙ値を計算する手法(*11)がよく取られます。

＜方法2＞ 一次関数とfor文を使って描画する

と書き直しましょう。

　なお、直線描画に限っては、もっと便利なline命令が用意されていました。

＜方法4＞ 直線の始点座標(x1, y1)と終点座標(x2, y2)をline命令に与える

これを使えば、 内部で＜方法2＞を代行してくれます。

　このように、特にCG(コンピュータグラフィクス)の分野では、誰かが用意してくれた便利なプログラム群(*12)を利用するのが当然のことです。そうしないと大変過ぎてやってられません。


　最後に、コンピュータ内部で文字を管理し、表示するための文字コードについて軽く学習しましたが、今回は、テキストに説明している以上のことを割愛します。

　本当に、ロボ・プロは内容が盛り沢山ですね。テキストを見ながら、なるべく曖昧な点を残さぬよう、しっかり復習と課題に取り組んでください。

*9 音楽専用のICチップなら解釈してくれるものもあります。

*10 ピアノの鍵盤で、黒鍵を含めた隣同士の鍵の音程のこと。
　五線譜や音符に付く＃や♭は、半音上げ下げする記号。

*11 ｙの計算結果が小数になる場合でも、変数ｙをint(整数)型で宣言していれば自動的に整数に切り捨てられますので、整数のみが許されるCG座標を表すのに便利です。
　＜例＞ 6.25 ⇒ 6、0.81 ⇒ 0

*12 一般に、ライブラリ(library)と呼びます。有用な書物を集めた図書館ですね。

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、〇は推奨、△は任意です。〇△は能力に応じます。

　＜ベーシックコース＞
　　△ 今月は４面図・見取図スケッチを免除しています
　　〇 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）
　　〇もっと遠くまで弾が飛ぶよう改造
　　〇 テキストp.17の空間図形問題にチャレンジ

　＜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）
　　〇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＞
　　〇 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）
　　◎ TonePS2をベースに、必要に応じて音程割り当てを変更し、任意の曲目演奏（１日目）
　　◎ SpriteMovePS1をベースに、4x4ドット以上の自作パターンを上下左右ボタンで画面からはみ出ないよう移動制御（１日目）
　　◎ MatrixLineTurnをベースに、for文とline命令を使って十字線を回転させる

3. 【変更】９月授業スケジュール

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

　・9/12 14:00～ ロボ・プロ　　　第１回
　・9/13 10:00～ ロボ・プロ　スタートアップ（第1.5期生）

　・9/26 15:30～ ロボ・プロ　　　第２回
　・9/26  9:00～ 理科実験・中級　第２回
　・9/26 10:30～ ロボ・ミドル　　第２回
　・9/26 13:30～ ロボ・ベーシック第２回
　・9/26 18:30～ ロボ・アドバンス第２回

　※9/12 福津・宗像地区 土曜日学校
　※9/19 ５連休(9/19～23)を考慮


［小倉北］
　※PM内容を変更しました。

　・9/ 6 10:00～ ベーシック第１回　＠4F和室
　※9/ 6 13:00～ ベーシック第２回　＠4F和室（予備）

　・9/20 10:00～ ベーシック第２回　＠5F企画ルーム2
　※9/20 13:00～ 予備(振替・体験)　＠5F企画ルーム2

4. 【訂正】10月授業スケジュール（予告）

［東福間］
　※10/10から変更しました。ご協力ありがとうございます。

　※10/ 3  9:00～ 理科実験・中級　第１回
　※10/ 3 10:30～ ロボ・ミドル　　第１回
　※10/ 3 13:30～ ロボ・ベーシック第１回
　※10/ 3 15:30～ ロボ・アドバンス第１回（時間シフト）

　・10/24  9:00～ 理科実験・中級　第２回
　・10/24 10:30～ ロボ・ミドル　　第２回
　・10/24 13:30～ ロボ・ベーシック第２回
　・10/24 15:30～ ロボ・アドバンス第２回（時間シフト）

　・10/11 10:00～ ロボ・プロ　　　第１回
　・10/25 10:00～ ロボ・プロ　　　第２回

　・11/15 10:00～ ロボ・プロ　　　第１回
　・11/29 10:00～ ロボ・プロ　　　第２回

　・12/13 10:00～ ロボ・プロ　　　第１回
　・12/27 10:00～ ロボ・プロ　　　第２回

［小倉北］
　※10/25振替日を追加しました。

　・10/ 4 10:00～ ベーシック第１回　＠和室
　・10/ 4 13:00～ ミドル　　第１回　＠企画ルーム2

　・10/18 10:00～ ベーシック第２回　＠和室
　・10/18 13:00～ ミドル　　第２回　＠企画ルーム2

　※10/25 15:00～ ベーシック第２回　＠茶室（振替用）

　・11/ 8 10:00～ ベーシック第１回　＠和室
　・11/ 8 13:00～ ミドル　　第１回　＠企画ルーム1

　・11/22 10:00～ ベーシック第２回　＠和室
　・11/22 13:00～ ミドル　　第２回　＠和室

　・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

5. ひと言

　夏休みを如何お過ごしでしたか？　盆休みにご家族で帰省や旅行をされた方も多いでしょう。
　我が家でも、涼しい寝床を求めてノコノコと南阿蘇へキャンプに出かけたものの、強雨に見舞われ、涼しいというよりジメジメした一晩を過ごしました。
　でも、いいんです。要は「思い出に残ったもん勝ち！」です。勉強も、印象（脳裏にイメージすること）が大事ですね。

6. 本部からお知らせ

8月22日(土)に開催されました全国大会の30分番組を
キッズステーションにて放映予定です。

　■9/26(土) 14:30～15:00（初回放送）
  ■9/27(日) 18:00～18:30（リピート放送）

　通常ですと、キッズステーションに契約されている世帯に限り視聴ができますが、スカパー、スカパープレミアムサービスで無料視聴もできるようです。　

東福間・小倉北教室　佐藤

７月授業内容

1. ７月授業内容
2. 今月の課題
3. [東福間]８月授業スケジュール
4. [小倉北]８月授業スケジュール
5. ９月授業スケジュール（予告）
6. ひと言
7. 本部からお知らせ

1. ７月授業内容

＜ベーシックコース『SLロボロコ』＞
 

（初月スタートアップ講座の内容は割愛します）

　鉄道にそそられる昭和の男子としてはわくわく感を禁じえない、蒸気機関車(SL)型ロボットです。
近頃の平成諸子にはさほどでもないかと思いきや、佐藤の渾身のオリジナルSLがレール上を疾走する雄姿に歓声を賜り、安堵しました。

　SLの特徴である左右のピストン一式を除けば単なる４輪車であり、そこまでは簡単です。それでも、モーターが車輪を回すので走ってしまいます。

　２日目に、実際のSLの動作原理（火力⇒蒸気圧⇒ピストン⇒動輪）を説明しましたが、見た目の動きを模しただけのSLロボは反対（モーター⇒車輪⇒ピストンもどき）ですね。
伝達の向きは逆ながら、往復(ピストン)運動と回転(車輪)運動を変換する仕組み(クランク機構)が学習ポイントです。

　実際のSLに倣い、ピストン(ベベルギア)を指でつまんで前後に動かし、車輪を回してみました。
勢いを止めなければ回し続けられるのですが、どうも何かに引っ掛かるように止まってしまいがちな位置があります。

それは、ピストンが前後の端（死点）にきたときでした。
このときだけ、ピストンと共に前後するシャフトと、車輪を“こぐ”ロッドが一直線に並び、直線運動を回転運動に変換できないのです。

　実際のSLが停車したとき、全てのピストンが死点にあると発進不能になります。
そうならないよう、左右でピストンの位置(位相)を90°ずらしています。
0°(同位相)や180°(逆位相)ではダメですよ。SLロボは大丈夫ですが…。

　ピストンとシリンダー(ピストンを収める筒)は、エンジン、建設機械の油圧アーム、注射器、空気入れ等、現代の身の周りで多用されていることを付け加えておきました。

　２日目の最後に、パーツで2、3メートルのレールを敷き、完走できるか挑戦しました。
タイヤのままでは直ぐに脱線しましたが、ゴムを外したホイールの溝をレール幅に合わせたり、車体下部にガイドバーを取り付けたりした成功例を見て、次々に完走しました。
折れやすい鉄橋や、伏せた人形パーツ(*1)の上を通過するスリルも味わって、大いに盛り上がりました。

*1 線路上に転落した緊急事態であり、殺人ではありませんよ！

＜ミドルコース『ウォーカータクシー』＞

 

　人力車ロボットです。推進手段は二足歩行です。

　交互に前後する二足で前進するには、前→後ろへ移動する足で地面を蹴り、後ろ→前へ移動する足はなるべく地面と干渉しないような方策が必要です。
両足が等しく地面と接触していると、前進する力と後退する力が拮抗し、その場でモジモジするだけです。

　二足歩行ロボットには、４月の『ぐるぐる進む君』がありました。
これも、１日目ではモジモジ君に過ぎませんでしたが、２日目に重心制御を取り入れることで、両足が接地したまま摺り足をすることに成功しました。

　今回のロボットは、側面の上下２本のクランクが常に同じ角度を向きつつ（同位相）回転することで、脚（ロッド15アナ）を垂直に保ったまま円運動させています(*2)。

左右の脚では、180°ずらした角度（逆位相）のために高低差が激しく変化しますので、片足ずつ浮かせる方式と思いきや、両足が常に接地し(*3)、スムーズに歩きません。
（微妙に前進する場合は、たまたま前進に有利な重心移動や摩擦が効いています）

　また、片足を上げた分だけそちらへ大きく傾くので、倒れやすく不安定です。

　これを片足ずつ浮かせる秘訣が、左右両輪を付けた“リヤカー”です。
ただ牽引しているだけではなく、リヤカー両輪＋片足の３点支持を実現しています。
（二足歩行ロボットとしては、ちょっと反則技のような気もしますが…）

　物体は、３点以上で支持することで、姿勢を安定に保てます。
カメラ用の三脚や三輪車のほか、自転車やバイクが停止時につく足やスタンドも同じ理由ですね。
リヤカーをつなぐと、快調に前進歩行するようになりました。

　最後は綱引きで牽引力を競います。
リヤカー同士を紐でつないで引っ張るという奇妙な構図ですが、しっかりと胴体にリヤカーを固定して３点支持を成したロボットと,そうでなく単に牽引した二足歩行ロボットとでは、後者が簡単に転倒する一方で、前者の方が片足ずつ確実に地面を蹴り、勝っていました。

あとは、足に輪ゴムを巻くなど、接地面の摩擦力を上げたり、パワフル電池でモーターの回転数を上げたりするのも効果的でしょう。

*2 平行リンクと呼ぶ機構で、長方形が潰れて平行四辺形になるように、リンク外形を変えられます。スペースワールドのラッキーバスにも使われています。

*3 片足では重心の真下（両足の中間点）を支えられないので、反対の足が接地するまで傾きます。シャフトを横に通すなど、足裏を内側に広げると、片足でも立てるようになります。

＜アドバンスコース『ロボ・サッカー』改め『テクニカルコンテスト予選』＞

　１ヶ月目の授業です。
２ヶ月目にかけて、ボール前で自動停止し、音に反応してシュートするPK戦に持ち込みますが、１日目は、先ず、黒ライン（縁）を辿る基本形ロボットを製作しました。

前面でボールをドリブルさせるように、回転ブラシのようなメカを組み付けていますが、ロボット本体は、ちょうど間もなくテクニカルコンテスト予選で競うライントレーサそのものです。

　進路を黒ラインに決められたロボットでドリブルがうまくいく筈もなく、２日目は、手元のリモコンスイッチによる手動操縦型に作り変えてサッカー対戦する流れですが、コンテスト予選を前にライントレーサを壊すのも忍びなく、サッカーロボの続きは２ヶ月目に集約し、授業時間も２時間延長して３時間半、ライントレーサの改良に集中することにしました。

　1/2スケールの模擬コース（約2メートル）を用意したものの、印刷した黒ラインの赤外線反射率が高いようで、光センサーがうまく黒判定してくれません。
確かに、インクの黒が薄いということで、急遽、墨を塗って真っ黒にしたものの、それでも改善しません。
結局、一見もっと反射してしまいそうな、表面がテカテカの黒ビニールテープを貼りつなげて、やっとトレースするようになりました。
人間の目と違って見える世界(*4)は予測がつきません。

　本番のコースでは、去年のトップクラスが14秒前後(*5)との情報から、模擬コースでは7秒を狙いたいところ、8～11秒がやっとでした。
あと1秒の壁は大きいです。スピードアップ自体は簡単なのですが、脱線してしまうのです。

下記が鍵となりそうです。
1) 軽量化（機敏な加速や方向転換に、慣性質量を小さく）
2) 旋回性（重量物を旋回軸付近に集め、慣性モーメントを小さく）
3) 保守性（電池交換、減速比変更、光センサーの高さ・感度調整）
4) 堅牢性（誤って衝撃を受けても分解し難い構造）

1) 2) は直感で分かるとして、3) が３回のトライアルの合間に許される時間は限られています。
特に、本番コースの黒ラインに対する光センサーの応答性を練習走行で見極め、素早く限界速度にセッティングしなければなりません。
微調整(*6)は、電池の本数4～6で行うのが有力な手段でしょう。

4) も見落としがちですが、3) に関わらない基幹部のリカバリーで時間をロスすると、3) の時間が取れなくなります。

　ここから、九州エリア予選の戦績を記します。
7/30(木) 13:30、天神の会場に到着。
全国大会2名進出の枠をかけて、３教室（東福間、新下関、香椎）から11名がエントリー。
大勢の家族が見守る中、14:30まで練習走行を重ねます。
脱線したり、無用にぐるぐるターンを繰り返したり、途中で引き返してしまったり…、本番コースの黒ラインに光センサーを適応させるのに皆が苦心していました。

　14:40、予選開始。当教室は５名エントリーで最多(*7)、数打てば当たる戦略(?)も振るわず、結果は惨敗(7～11位)でした。

うち３名(8,9,10位)は、一言で言えば“遅い”のです。
電圧調整法のヒントが仇になったのか、新品乾電池6本フルで遅ければ、調整の余地は無いのです。
そして、とても勿体無いほどに、“余裕たっぷり安定して”ラインを辿るのです。
スピードを上げれば別の課題が見えてくるものの、倍速はいけたはず。
３回とも完走するような安定志向では甘いのです。

　１名は上記 4) の問題でした。
唯一、ギア交換まで想定したＯ君も、適正スピードに届いていたのですが、追従性が最後まで整わず、無用なターンを繰り返してリタイア２回、完走した１回もタイムをロスしてしまいました。

　初参戦教室として、佐藤も大いに勉強・反省すべき点を突きつけられました。
５年連続進出を果たした新下関教室の塾長も、全国大会では「毎年優勝するあの教室のマシンはどうしたものか…」と考えあぐねる世界です。

奥深きかな、机上論を超えて、教室に蓄積すべきノウハウが厳然と存するようです。
来年以降も挑戦し、強豪教室に成長して参ります。

＜記録＞
・1位…7.84秒（新下関）
・2位…8.59秒（香椎）
・7～10位…12.77～36.15秒（東福間）

*4 赤外線カメラがあれば見えたでしょう。

*5 今年のレギュレーションは、ゴールで旗を立てるまで突っ走れば良いため、他エリアの予選では倍速の6～7秒台が出ているとの衝撃的な速報が前日7/29に入りました。

*6 電池1本分の電圧で大きくパワーが変化しますので、微調整とは言えませんが、減速比の変更が劇的になりがちなのに比べ、調整し易いでしょう。乾電池1.5Vと充電池1.2Vの組み合わせで、4.8V～9Vまで0.3V刻みに調整できますので、走行スピードの変化を把握しておくと良いでしょう。

*7 このことが当教室の最大の価値です！と断言できます。温かいご協力に心から感謝しています。

＜ロボプロコース『不思議アイテム(1)』＞

　３ヶ月間のオムニホールロボットを終え、新しいテーマに入りました。
１ヶ月目は、マイコンの出力先として、モーターではなく、光と音を出してみます。

１日目は“光”です。８ｘ８の赤色LEDマトリクスを制御して、ドット絵やアニメーションに挑戦しました。
自らの手でCG(コンピュータグラフィクス)に触れた瞬間ではなかったでしょうか。

　点灯・消灯させるドットを選択するために、中学数学のXY座標系の概念を学び、座標を変えながら繰り返し点灯・消灯する（のを楽にする）ために、for命令文を学びました。
“for(i=0; i<=2; i++) {○○}”と書けば、変数iの値が 0, 1, 2 と変わりながら○○を３回実行し、“for (i=10; i>0; i=i-5) {○○}”なら、i = 10, 5 の順に２回しか○○を実行しませんよ。大丈夫でしょうか。
ナイトライダー(*6)風にも簡単に表示できましたね。

　横１ライン分の８つの点を8桁の２進数(01001001など)で表し、これを縦８つ分渡すことで画面表示してくれる関数(*7)を使って、パラパラアニメも制作できました。
２進数01001001に代わり、10進数73としても、16進数49で与えても同じ絵になります。
２進数しか扱えないマイコンへ転送する前(*8)に、01001001に変換されるからです。

　つまるところ、10進数(0～9)は人間に好都合な表記法でしかなく、８本足の火星人なら８進数(0～7)を使うかもしれないのです。
16進数(0～F)というのは、２進数4桁分を1桁で書けるので、慣れた人には楽なのです。
８進数も、1桁で２進数3桁分なので、コンピュータの分野ではよく使われます。

　２日目は“音”です。
ブザーをつないで、人間の指示に反応できるようタッチセンサーも２個つなぎます。

　タッチセンサーの押下状態を判断してLED表示や音を変えるために、if文を使いました。
一方を押すとカウントアップ、他方を押すとカウントダウン、カウント10になるとメロディ演奏など、「○○なら△△する」という条件付き実行には、“if (○○) {△△}”と書きます。

　さて、本Arduino環境では、単音ながら、RTTTLフォーマット(*9)による楽譜データを与えて任意のメロディを演奏できます。
次月１日目のテキストに詳細が解説されていますが、RTTTLデータは、"曲名：デフォルト設定：音符列" の３部で構成されます。
スーパーマリオがコインをゲットするような音は、"coin:d=4,o=4,b=200:16b6,8e7" というデータで与えられています。

デフォルト設定 "d=4,o=4,b=200" では、4分音符、オクターブ4、テンポ200が指定され、音符列において特に指定しない限り、この設定が適用されます。

音符列 "16b6,8e7" は、16分音符オクターブ6のシ、8分音符オクターブ7のミ、の順に鳴らします。
即ち、デフォルト設定 "d=4,o=4" は全く効いていません。
ここで、音符列を "c,d,e,f,g,a,b,c5" とだけ記述すると、4分音符で、オクターブ4から“ドレミファソラシド”と演奏されます。
ソ＃（ラ♭）は "g#"、休符は "p" で表します。
付点音符(1.5倍の長さ)は、"c." のように、後に"."を付けます。

　２ヶ月目は、音階と周波数の関係や、一次関数のグラフ描画によるCGの基礎を学び、
ゲームパッドで光と音を自在に操るなど、ゲームプログラムの要素に触れます。

*6 人工知能を搭載した喋るスポーツカーが犯罪捜査員マイケルと共に様々な事件を解決するアメリカの1980年代のアクションドラマ。知らない人はYouTubeで。

*7 決まった手順の命令群を１つにまとめて名前を付けたもの。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、プログラムが簡単になる。手続き、サブルーチンとも呼ばれる。

*8 転送してあげる方のPC内部でどう処理されるかは少し難しいので割愛しますが、２進数しか扱えない点は変わりません。

*9 Ring Tone Text Transfer Language（着信音文字列転送言語）の略で、ノキア社が携帯電話の着信メロディを記述するために開発した書式。https://en.wikipedia.org/wiki/Ring_Tone_Transfer_Language

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、〇は推奨、△は任意です。〇△は能力に応じます。

　＜ベーシックコース＞（７月スタートの方を除く）
　　◎ 専用方眼紙にロボットの４面図をスケッチ（１日目）
　　〇 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）
　　〇 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）
　　〇 SLがレール上を走行するよう改造（１日目）
　　◎ テキストp.14の空間図形問題にチャレンジ（１日目）

　＜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）
　　〇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
　　◎ テキストp.14の空間図形問題にチャレンジ（１日目）

　＜アドバンスコース＞
　　◎ 上記授業内容を分かるまで音読する
　　〇 テクニカルコンテスト用ライントレーサに改良し、
　　　速度調整やゴール時の旗揚げ方法を考案する

　＜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）
　　◎ 好きな楽曲をRTTTLデータで記述し、演奏する

3. [東福間]８月授業スケジュール

　・8/ 1 10:00～ ロボ・プロ　　　第１回

　・8/ 8  9:00～ 理科実験・中級　第１回
　・8/ 8 10:30～ ロボ・ミドル　　第１回
　・8/ 8 13:30～ ロボ・ベーシック第１回
　・8/ 8 18:30～ ロボ・アドバンス第１回

　・8/22  9:00～ 理科実験・中級　第２回
　・8/22 10:30～ ロボ・ミドル　　第２回
　・8/22 13:30～ ロボ・ベーシック第２回
　・8/22 18:30～ ロボ・アドバンス第２回

　・8/30 10:00～ ロボ・プロ　　　第２回

4. [小倉北]８月授業スケジュール

　・8/ 9 10:00～ ベーシック第１回　＠企画ルーム2
　・8/ 9 13:00～ 同上(高学年向け)　＠企画ルーム2

　・8/23 10:00～ ベーシック第２回　＠企画ルーム1
　・8/23 13:00～ 同上(高学年向け)　＠企画ルーム1

5. ９月授業スケジュール（予告）

[東福間]
　　変則的※に、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。

　　・9/ 5  9:00～ 理科実験・中級　第１回
　　・9/ 5 10:30～ ロボ・ミドル　　第１回
　　・9/ 5 13:30～ ロボ・ベーシック第１回
　　・9/ 5 18:30～ ロボ・アドバンス第１回

　　・9/12 10:00～ ロボ・ベーシック第２回（臨時）

　　・9/12 14:00～ ロボ・プロ　　　第１回
　　・9/26 15:30～ ロボ・プロ　　　第２回

　　・9/26  9:00～ 理科実験・中級　第２回
　　・9/26 10:30～ ロボ・ミドル　　第２回
　　・9/26 13:30～ ロボ・ベーシック第２回
　　・9/26 18:30～ ロボ・アドバンス第２回

　　※9/12 福津・宗像地区 土曜日学校
　　※9/19 ５連休(9/19～23)を考慮

　[小倉北]
　　・9/ 6 10:00～、13:00～ 第１回　＠和室
　　・9/20 10:00～、13:00～ 第２回　＠企画ルーム2

　　・10/ 4 10:00～ ベーシック第１回　＠和室
　　・10/ 4 13:00～ ミドル　　第１回　＠企画ルーム2
　　・10/18 10:00～ ベーシック第２回　＠和室
　　・10/18 13:00～ ミドル　　第２回　＠企画ルーム2

　　・11/ 8 10:00～ ベーシック第１回　＠和室
　　・11/ 8 13:00～ ミドル　　第１回　＠企画ルーム2
　　・11/22 10:00～ ベーシック第２回　＠和室
　　・11/22 13:00～ ミドル　　第２回　＠企画ルーム2

6.  ひと言

　全国大会について、アイデアコンテスト(ベーシック・ミドル)部門は、名乗りを上げた３名とも、期限内に形にならず、断念。
それでも、アイデアを創出することの高度さは、挑戦してみないと分かりません。
普段テキスト通りに造っているだけでは味わえない貴重な経験をした分、一歩リードですよ。
選考作品の凄さにも関心が向くというものです。
　テクニカルコンテスト(アドバンス)部門では、東福間教室から５名で予選に参戦しましたが、惨敗でした。授業まとめに報告しておりますので、ご覧下さい。

7. 本部からお知らせ

(1) 8月22日(土)に開催されます全国大会の30分番組をキッズステーションにて放映予定でおりましたが、日時が確定いたしましたので、お知らせいたします。

　■9月放映枠
　　9/26（土）14時30分～15時（初回放送）
　　9/27（日）17時～17時30分（リピート放送）

また、通常ですと、キッズステーションに契約されている世帯に限り視聴ができますが、スカパー、スカパープレミアムサービスで無料視聴もできるようです。
　
(2) 8月23日(日)全国大会の翌日に、テレビ東京系列６局にて「こども経済TV]という特別番組が放送されますが、そのなかでロボット教室の30秒CMが放送されることが決定いたしました！（初地上波です♪）

東福間・小倉北教室　佐藤

６月授業内容

1. ６月授業内容
2. 今月の課題
3. [東福間]７月授業スケジュール
4. [小倉北]７月授業スケジュール
5. ８月授業スケジュール（予告）
6. ひと言

1. ６月授業内容

＜ベーシックコース『手ながモンキー』＞

（初月スタートアップ講座の内容は割愛します）

　タイトル通り、手ながザルが綱を渡ります。
重い本体を吊り下げたまま長い手を動かさなくてはならないので、モーターとギアには相応の負荷（ふか）が掛かり、「ガリガリッ」と嫌な音を立てるだけで、なかなか進まない人もいました。

このガリガリ音は、ベベルギアの噛み合わせが緩いために滑っている音で、ギアの歯をどんどん削ってしまいます。モーターに削れた黄色い粉が付いていたでしょう。

反省してください。そうならないように（ピニオンギアとベベルギアを密着させるように）、テキストp.6でワッシャーを３枚使うように指示しており、先生も「青字の部品名・個数によく注意しないと失敗するよ」と警告しましたが、半数の人が写真だけを見てワッシャーを１枚しか入れなかった結果です。

何のために必要な部品かを考えていない（ワッシャーがぐらぐらでも気にしない）結果でもあります。
組み付けるすべての部品に（装飾も含めて）意味がありますので、常に追求しましょう。
そうでないと、オリジナルロボットを作れるようになりませんし、上級コースにも進めませんよ。

　さて、ギアがしっかり噛み合ったら、もう一つ大事な電池パワーさえ十分ならば、スイスイと綱渡りするモンキーが見られます。
特に、電池を６本も入れると、止めるのが大変なくらい速かったですね。

　この手の動きにも注目してください。
モーターによって回転しているのは、目玉の横のクランクまでですが、手の先は綱渡りするのに都合よく、右手で綱をたぐり寄せているときは、左手を浮かせて後ろに運び、次には反対の手で同様に進むことを交互に繰り返しています。

このような動きを変換する仕組みを“リンク機構”と呼び、上級コースで改めて研究しますが、先ずは「確かにそうなるよね」と思えるまで観察してみましょう。そうすると、２日目で手の振れ幅を大きくしてスピードアップした改造（p.19）も、感覚的に理解できるでしょう。

　なお、実際にスピードアップできるかどうかは、やはり電池パワーによります。
力学的に、「速く動かそうとするほど、力が弱くなる」宿命（てこの原理）がありますので、力の弱いモーター（電池）から欲張って速い動きを取り出そうとしても、逆に遅くなるか止まってしまうことがありましたね。
（ガリガリ音で進まないのは、別の話ですよ）

ということは？　弱い電池でも動かす方法があるってこと？
だから先生は、簡単には電池を貸さないのですよ。
弱い電池しか準備してこなかった失敗を嘆くばかりの君が、
このまとめを毎回しっかり読み、自在に改造できるようになる日を心待ちにしています。

＜ミドルコース『チクタクロック』＞

　振り子時計です。ロボットというより、からくり仕掛けを匂わせます。
皆さんの家には振り子時計があるでしょうか？
先生はオークションで手に入れました・・・昭和40年代のホンモノを。

　１日目は、時計の針をモーターで「ウィーン」と回しました。味気ないですね。
これに振り子を付け足して揺らしても、摩擦のせいで時間と共に減衰しますので、揺れ続けるには、振り子へのエネルギー供給が別途必要です。

通常(?)は電磁石が使われます。だから、振り子時計の裏には、モーター用の電池と電磁石用の電池が２本入るようになっていることが多いですね。
時計の針と振り子は全く相関なく、独立して動いています・・・それは、ニセモノです！

　本来、振り子時計の振り子は飾りではなく、一定の周期で振れる性質（等時性）を利用した、時のリズムを正確に刻むための肝要な仕掛けです。
電池やモーターが無い時代から動いていた時計、エネルギー源としてはゼンマイがよく使われていました。

　２日目は、時計の針を、巻き上げた重り（位置エネルギー）で回しました。
ただし、それだけでは、時計の針が目まぐるしく回り、あっという間に重りが着地しておしまいです。
時のリズムに合わせて、与えたエネルギーを少しずつ使い、少しずつ針を進める仕掛け（脱進機）が必要です。

去年の同クラスでは、脱進機の実現方法が載ったテキストページを配らず、２日目までの宿題にしてみましたが、インターネット検索などで仕組みは理解しても、独自に組み上げるのは難しかったようです。
何しろ、重り（タイヤＬ）が下がる微弱な位置エネルギーで、針の回転と振り子の加勢を滞りなく繰り返す、微妙なエネルギー収支バランスが必要です。テキストの設計はやはり絶妙です。

　テキスト通りに組み上げると、随所からチクタク音が聞こえてきました。
そうです、いわゆるチクタク音の正体は脱進機だったのです。
初めて電池とモーターを使わないロボット、新鮮です。

　振り子の長さで音のリズム（時計の速さ）を変えることもできます。
振り子時計の基本原理が詰まっています。

このチクタク音を長く持続させるポイントは２つ。
・振り子を長く（重さは関係ない）
・重りの位置エネルギーを高く（巻き付ける紐を長く）

このうち、振り子を長くすることで重くなると、どうしても摩擦や、
振らせるのに必要な力（慣性モーメント）を増やし、脱進機によるエネルギー供給が足りず停止しがちです。
その場合は、重りを重くするか、巻き付け半径を大きくする(*1)と有効です。
工夫すれば、60秒以上のチクタク音を奏でることができます。この音、レトロでいいですね。

*1 てこの原理により、重りを重くするのと同様に回転力が増しますが、その分速く垂れ下がります。

＜アドバンスコース『教室ロボコン ～Robo Fight～』＞ 

　２ヶ月目の授業です。
８月のテクニカルコンテスト全国大会と競技ルールは異なるものの、そのような対戦を意識させる内容ですから、テキスト上に特段の技術的示唆はありませんが、自分たちでルールをアレンジし、
対戦してみては改造にフィードバックする楽しさを味わいました。

　対戦ルールは、
・操縦方法として手動型・自律型の別を問わない
（全員が手動操縦を選びましたが、自律型を交ぜるとより面白かったでしょう）
・左右の駆動輪とも場外に出るか、机上から落下すると負け
・５秒以上停止（通電不良・転覆・ギア外れ等）すると負け
に決まりました。

　その中で、無敗の強さを見せたロボットがありました。
強さのポイントは、
・重いこと（摩擦力・慣性力）
・片側２輪串刺しのダブルタイヤ！（摩擦力）
・重量物（電池・モーター）を駆動輪上に配したミッドシップレイアウトにより、
　タイヤの摩擦力と旋回性を向上
・頑丈な前面シールド（本体保護）

これにより、小型の対戦相手をブルドーザーのように押しのけていました。
軽くてちょろちょろと速いロボットは、逃げ回って相手が自滅するのを待つしか手立てがありませんでした。

　他に、ロボット前面にスロープ（シャベル）を付けて、相手を乗り上げさせてグリップを失わせる戦略も見られましたが、残念ながら活躍のシーンはなかったようです。

　かように、対戦が絡むと闘志が湧き上がるのが人間です。
それが分かったところで、四の五の言わず、テクニカルコンテスト用のライントレーサに挑戦してみなさい。
１回しかないチャンス、控えめな君も「もっと改良しておきたかった…」と後悔しかねないほど、楽しいものですよ！

＜ロボプロコース『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。ここが本コースの面白いところです。

左の触角に触れるとちょっと後ずさり、右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。

　このために、新しい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、スラローム走行や玉ころがし、しまいにサッカー対戦など、教室ロボカップを開催して走らせ回りました。

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知り、さらに禁断の“スピードリミッタ解除”にまで及びましたが、机上では速すぎて落下の恐怖が付きまといましたね。

　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、これまでのロボットパーツにはない新鮮な体験だったと思います。
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。

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、〇は推奨、△は任意です。〇△は能力に応じます。

＜ベーシックコース＞（６月スタートの方を除く）
　　〇 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）
　　〇上記授業内容を印刷する等して音読する
　　　（概ね３年生以上／低学年は補助 or クイズ出題形式で）
　　◎ テキストp.14の空間図形問題にチャレンジ（１日目）
　　◎ テキストp.16～20の設問に回答

　＜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）
　　◎ 上記授業内容を印刷する等して音読する
　　◎ テキストp.12の空間図形問題にチャレンジ（１日目）
　　◎ 60秒以上チクタク音が続くよう調整・改造

　＜アドバンスコース＞
　　◎ 上記授業内容を印刷する等して音読する
　　〇 テクニカルコンテスト用ロボット（ライントレーサ）を製作し、
　　　高速追従性やゴール時の旗揚げ方法を考案する

　＜プロフェッサーコース＞
　　◎ 上記授業内容を印刷する等して音読する（該当するテキストページを見ながら）

3. [東福間]７月授業スケジュール

　・7/11  9:00～ 理科実験・中級　第１回
　・7/11 10:30～ ロボ・ミドル　　第１回
　・7/11 13:30～ ロボ・ベーシック第１回
　・7/11 15:30～ ロボ・プロ　　　第１回
　・7/11 18:30～ ロボ・アドバンス第１回

　・7/25  9:00～ 理科実験・中級　第２回
　・7/25 10:30～ ロボ・ミドル　　第２回
　・7/25 13:30～ ロボ・ベーシック第２回
　・7/25 15:30～ ロボ・プロ　　　第２回
　・7/25 18:30～ ロボ・アドバンス第２回

4. [小倉北]７月授業スケジュール

　ムーブフェスタの影響により、特別に下記の通りです。午後の部はありません。

　　・7/ 5 10:00～ ベーシック第１回　＠企画ルーム1

　※7/19 10:00～ ベーシック第２回　＠和室（初！畳の上！）
　※7/26 10:00～ ベーシック第２回　＠企画ルーム2

　※いずれか一方に出席下さい。
　※両日ともOKな方は、3年生以上は7/19、2年生以下は7/26にお願いします。

5. ８月授業スケジュール（予告）

　下記が原則となります。不都合な方は、お早目にお知らせ下さい。
　[東福間]
　　・8/ 8  第１回
　　・8/22  第２回

　　※プロコースは別途

　[小倉北]
　　・8/ 9 10:00～、13:00～ 第１回　＠企画ルーム2
　　・8/23 10:00～、13:00～ 第２回　＠企画ルーム1

　　・9/ 6 10:00～、13:00～ 第１回　＠和室
　　・9/20 10:00～、13:00～ 第２回　＠企画ルーム2

　　・10/ 4 10:00～ ベーシック第１回　＠和室
　　・10/18 10:00～ ベーシック第２回　＠和室

　　・10/ 4 13:00～ ミドル開講 第１回　＠企画ルーム2
　　・10/18 13:00～ ミドル開講 第２回　＠企画ルーム2

6.  ひと言

　ベーシック・ミドルコースのアイデアコンテスト全国大会について、案内チラシを渡し忘れた方（6/21AMムーブ出席）には申し訳ありませんでしたが、次の授業で配ります。
オリジナルロボットを考案し、7/22(水)九州本部必着にて、所定の応募用紙・プレゼン動画(3分以内)を提出します。
　ベーシック・ミドル部門別で選抜しますので、ほぼ１回限りのチャンス！
有志は果敢に挑戦して下さい。
　アドバンスコースは、ライントレーサ（黒ライン追従車）によるスピードコンテストです。
九州地区予選が近隣の福岡市で開催されるという地の利を活かさない手はありません！
原則として、全員参加して下さい。（別報でご案内します）

　8/22(土)に東京大学で開催の第５回ロボット教室全国大会は、生徒さん・ご家族に限り、下記HP上で観覧申込みもできます。ご参照下さい。

http://kids.athuman.com/robo/event/convention2015/?code=/

詳細はご遠慮なくお問合せ下さい。

東福間・小倉北教室　佐藤

５月授業内容

1. ５月授業内容
2. 今月の課題
3. [東福間]６月授業スケジュール
4. [小倉北]６月授業スケジュール
5. ７月授業スケジュール（予告）
6. ひと言

1. ５月授業内容

＜ベーシックコース『コマ回し君』＞

（初月スタートアップ講座の内容は割愛します）
　ロボットというより玩具と呼べそうな、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、コマが本体に留まり、加速を止めた途端、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ヤ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。
マシーン内部か、テキストp.7の写真を見てください。

〔 モーター ＝ ギヤM ⇒ ピニオンギヤ ＝ ギヤM ⇒ ピニオンギヤ ＝ ギヤ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「大きいギヤが小さいギヤを回している」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、ギヤ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、ギヤM(24) ⇒ ピニオンギヤ(8)の伝達が２段と、
本体上部で、ギヤL(40) ⇒ コマのギヤM(24)の最終段とで、
24/8×24/8×40/24＝3×3×5/3＝15倍の増速作用があります。

ギヤの組み替え次第で、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）時より大分遅くなり、「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（なるべく外周部を重くして慣性モーメントを大きく）、
2) 重い部品は回転中に地面に接触しない程度に下の方へ（重心を低く）、
という２点をポイントとしておきますが、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。

　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、ツルツルの鉄板か）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。
各自が試行錯誤する中で、50秒を超え、1分を超え、ついに100秒を超え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 小倉北教室において、先生は、コマ上端のギヤM(24)をピニオンギヤ(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秒超えの記録保持者にも圧勝しました。
ジェットエンジンの始動のように、加速完了まで10秒くらいかけて音程が高まるようなカッコイイものですが、白状すると、これは東福間教室に出席した5年生のアイデアを盗用したものです。
*2 必ずしもタイヤ・ギヤ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。

＜ミドルコース『つなわたり君』＞

　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、当教室が始まって以来、初めてです。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『つなわたり君』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。
両端の重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。

左右のバランスだけ気にすればよいシーソーなら、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、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。

＜アドバンスコース『教室ロボコン ～Robo Fight～』＞

　１ヶ月目の授業です。
８月の全国ロボットコンテストを意識させるタイトルと内容になっています。
このため、製作の難易度を抑えて、“戦う”ためのルール設計や改造に時間を存分に使えるよう意図されています。

　１日目は、２個のモーターが左右両輪を独立駆動する車両を、戦車型リモコンで手動操縦し、直径60cmの土俵上で相撲対決させます。
操縦テクニックや電池パワーの他に、重さ（≒摩擦力）も大事な勝因のようでした。

　２日目は、これを光センサーを利用した自動操縦ロボットに改造します。
土俵の円は、5cm幅の黒い線で描かれています。
土俵内（白い紙）では直進（両輪を回転）し、黒い枠線を感知すると旋回（片輪のみ回転）する設計が好ましいでしょう。
逆の設計だと、土俵内でぐるぐる回り続けるだけのロボットになりました。
（それでも、相手を弾き飛ばせば勝ちなのですが）

　光センサーが反応しない失敗例が３点ありました。

1) 黒い線の印刷が薄くて光センサーの反応が鈍かったため、　黒テープやマジックで描き足しました。（先生の失敗）

2) 光センサーの応答時間に余裕をもたせるため、走行スピードを落とそうと電池を3本まで減らしたところ、電圧が低くなり過ぎて、光センサーが全く機能しなくなりました。

3) 前記の他に反応しない場合がありましたが、モーター用の逆転スイッチ（リモコンスイッチを含む）を経由させた光センサーに、＋/－が逆の入力電圧が掛かっていました。

　モーターや豆電球と異なり、センサーやダイオード(LED)類には極性があります。
　原則として、これらの極性素子は電源スイッチ(イエロー)のジャックに挿し、逆転スイッチ類はその後につなぐのが好ましいですが、止むを得ない場合は、なるべくセンサー類を傷めないよう極性に注意して操作しましょう。

　２ヶ月目に、攻撃型ロボットの要素を加え、“教室ロボコン”のルールを設計して、リーグ対戦もしくはトーナメント決戦を開催します。

 

＜ロボプロコース『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、車輪の回転の向きと速さを、それぞれ矢印の向きと長さで（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（ベクトルの根元）を重ねて、それが平行四辺形（菱形）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）の向きと長さで表します。

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（ベクトルの根元）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、時計回りと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、
“力の合成”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

　次回授業日までに完了してください。
　◎は必須、〇は推奨、△は任意です。〇△は能力に応じます。

＜ベーシックコース＞
　　〇 専用方眼紙にロボットの４面図をスケッチ（１日目）
　　〇 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）
　　〇 上記授業内容を印刷する等して音読する
　　　（概ね３年生以上／低学年は補助されたり、クイズを出してあげて下さい）
　　◎ テキストp.7の設問に回答

　＜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）
　　〇 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）
　　◎ 上記授業内容を印刷する等して音読する
　　◎ テキストp.25の空間図形問題にチャレンジ
　　　（但し、折り紙の問題は、元の正方形に開く穴の形状を記入すること）

　＜アドバンスコース＞
　　◎ ２日目まで仕上げ、白地で直進、黒地で旋回するよう光センサーを繋ぐ
　　◎ 上記授業内容を印刷する等して音読する

　＜プロフェッサーコース＞
　　◎ 上記授業内容を印刷する等して音読する（該当するテキストページを見ながら）

3. [東福間]６月授業スケジュール

　・6/13 9:00～ 理科実験・中級　第１回
　・6/13 10:30～ ロボ・ミドル　　　第１回
　・6/13 13:30～ ロボ・ベーシック第１回
　・6/13 18:30～ ロボ・アドバンス第１回

　・6/13 15:00～ ロボ・プロ　　　第１回
　・6/20 15:00～ ロボ・プロ　　　第２回

　・6/27 9:00～ 理科実験・中級　第２回
　・6/27 10:30～ ロボ・ミドル　　　第２回
　・6/27 13:30～ ロボ・ベーシック第２回
　・6/27 18:30～ ロボ・アドバンス第２回

4. [小倉北]６月授業スケジュール

　・6/ 7 10:00～ ベーシック第１回　　＠企画ルーム2
　・6/ 7 13:00～ 同上(高学年向け)　＠企画ルーム1

　・6/21 10:00～ ベーシック第２回　　＠企画ルーム2
　・6/21 13:00～ 同上(高学年向け)　＠企画ルーム2

5. ７月授業スケジュール（予告）

[東福間]
　　下記が原則となります。不都合な方は、お早目にお知らせ下さい。
　　・7/11  第１回
　　・7/25  第２回

　　※プロコースは別途

　[小倉北]
　　７月ムーブフェスタの影響により、下記以外に会議室が確保できませんでした。
　　AMが不都合な方は、お知らせ下さい。

　　　・7/ 5 10:00～ ベーシック第１回　＠企画ルーム1

　　※7/19 10:00～ ベーシック第２回　＠和室（初！畳の上！）
　　※7/26 10:00～ ベーシック第２回　＠企画ルーム2
　　※いずれか一方に出席

　　・8/ 9 10:00～、13:00～ 第１回　＠企画ルーム2
　　・8/23 10:00～、13:00～ 第２回　＠企画ルーム1

　　・9/ 6 10:00～、13:00～ 第１回　＠和室
　　・9/20 10:00～、13:00～ 第２回　＠企画ルーム2

6. ひと言

　昨日、ムーブ会議室の予約に向かう（それだけに往復２時間掛かります…）傍ら、予約が確保できない際の代打施設として、商工貿易会館『シティプラザ』を視察しました。
　モノレール旦過駅前で便利そう（予約も楽…）ですし、旦過市場や魚町銀天街が連なって、散歩もランチも楽しかったです。
　井堀の『北九州パレス』もいいですが、こちらの方がムーブに近いですね。
万一の際は、ご協力お願い致します。

東福間・小倉北教室　佐藤

４月授業内容

1. ４月授業内容
2. 今月の課題
3. [東福間]５月授業スケジュール
4. [小倉北]５月授業スケジュール
5.  ひと言

1. ４月授業内容

＜ベーシックコース『ぐるぐる進む君』＞

（初月スタートアップ講座の内容は割愛します）
　二足歩行ロボットです。左右の足が交互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足に前も後ろもなく、その場で摺り足をするだけでうまく進みません。
本来、１日目のロボットがこの形態であり、ここまでで２日目を終わった人もいましたが、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如く頭から生えた角(?)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（カウンターウェイト＝重り）に揺り回されるわけですから、足の動きとの同調（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よ！

もっともっと速く歩かせるために、電圧アップ（電池4→6本）したり、脚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（重いほど、角を長くするほど効く）で相殺。
さらに、足裏を広げて転びにくくします。
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。

 

＜ミドルコース『シャクロボ』＞

　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。

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？
力学的には、やはり、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が良いでしょう。
より尺取り虫っぽく見えますね！

 

＜アドバンスコース『ステップチャレンジャー』＞

　２ヶ月目の授業です。
２日目に製作した、４輪駆動の台車の“上”のエレベーターに４本脚を取り付け、
一旦上昇させたエレベーターを下降させることで４脚を直立させ、台車を浮き上がらせるアイデアです。

４本脚で立ったロボットは、
1) 安定した姿勢で立ち、特に、横や後方へ倒れないこと
2) 前脚を後方へ蹴り、前方へ倒れる初動（動作の契機）を遠隔操作で与えること
3) ４脚が前方へ倒れることで、台車を前方の段差の上面へ水平に落とし込むこと
が実現されています。

各機構がどのように実装されているかについては十分承知のことと思いますが、
それぞれが高度で、特に重要な意味をもつ仕組みと考えるのではなく、
ただの４輪車では乗り越えられない段差を克服するためのロボットとして、
アイデアを寄せ集めた一例に過ぎないと捉えてください。

どんな複雑な機械も、論理も、プログラムも、１つ１つは単純な構成要素を組み合わせて成立しています。
但し、目的の機能を達成するために、個々の要素アイデアに分解して統合し、実現するプロセスこそが高度なのであり、人間の尊い知的営みなのですから、毎回、何か一つでもオリジナルアイデアで代替し、改良し、同等以上の機能を実現してみましょう。
それらの試行が集積して君の本当の力となりますから、難しくても、遅れても、先ずはテキストに紹介された機能を再現してみましょう。
ロボット教室なのですから、苦しくは、ないでしょ？

 

＜ロボプロコース『オムニホイールロボット(1)』＞

　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、めったに経験できない作業なので、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したり、その場でぐるぐる旋回したり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、全てプログラム（あなた）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 調整値“0.9f”などは、数学でいう実数（連続量）に相当し、細かな小数を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

　次回授業日までに完了してください。
　◎は必須、〇は推奨、△は任意です。〇△は能力に応じ、個別に指示しています。

＜ベーシックコース＞
　　◎ テキストp.14の空間図形問題にチャレンジ（１日目）
　　〇 専用方眼紙にロボットの４面図をスケッチ（１日目）
　　〇 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）
　　◎ 上記授業内容を印刷する等して音読する

　＜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）
　　〇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）
　　◎ 上記授業内容を印刷する等して音読する

　＜アドバンスコース＞
　　◎ 上記授業内容を印刷する等して音読する

　＜ロボプロコース＞
　　◎ テキストp.16以降を読み、サンプルプログラムRemote1の概要を理解する
　　◎ 上記授業内容を印刷する等して音読する

3. [東福間]５月授業スケジュール

　・5/ 9  9:00～ 理科実験・初級　第１回
　・5/ 9 10:30～ ロボ・ミドル　　第１回
　・5/ 9 13:30～ ロボ・ベーシック第１回
　・5/ 9 18:30～ ロボ・アドバンス第１回

　・5/ 9 15:30～ ロボ・プロ　　　第１回
　・5/17 10:00～ ロボ・プロ　　　第２回

　・5/30  9:00～ 理科実験・初級　第２回
　・5/30 10:30～ ロボ・ミドル　　第２回
　・5/30 13:30～ ロボ・ベーシック第２回
　・5/30 18:30～ ロボ・アドバンス第２回

4. [小倉北]５月授業スケジュール

　・5/10 10:00～ ロボ・ベーシック第１回

　※5/24 10:00～ ロボ・ベーシック第２回
　※5/31 10:00～ ロボ・ベーシック第２回

　※いずれか一方に出席

5.  ひと言

　ＧＷは如何お過ごしでしたか？　宗像市在住で、実家が大分県別府市の佐藤は、いつも通り、行橋～宇佐を経由した一般道メインで帰省したのですが、道中やたらと「東九州自動車道」の案内標識が目立ちます。
GoogleマップやAppleマップにも載っていませんし、開通はまだ先のことと思っていたのですが、ほんの一部区間を除いて北九州～大分が３月にほぼ開通していることを初めて知りました。
いち早く掲載したYahoo!マップをナビ代わりに、帰りは本当に快適でした。

東福間教室　佐藤

３月授業内容

1. ３月授業内容＜ベーシックコース＞
2. ３月授業内容＜アドバンスコース＞
3. 今月の課題
4. [東福間]４月授業スケジュール
5. [小倉北]４月授業スケジュール
6. ５月授業スケジュール（保留）
7. その他

1. ３月授業内容＜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る結果、タイヤＬの方が引きずられますが、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？　それと同じです。
タイヤＬも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。

　最後の競技は６人（体験生１人）で“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。本来は、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が、結局は、新し目の電池を６本フルに充填した普通のロボット構成が強かったですね。やはり電池パワー、ものを言います。

2. ３月授業内容＜アドバンスコース『ステップチャレンジャー』＞

　１ヶ月目の授業です。高い段差を乗り越えられる究極の４輪車を目指します。

　１日目は台車となる４輪車を製作し、前輪駆動（現在の自動車の主流）と４輪駆動（オフロード車、雪国で主流）とで乗り越えられる本の高さを比較しました。当然、前輪が浮いても後輪で後押しできる４輪駆動車の方が能力が高かったですが、さほど大きな違いが見られなかったのは何故でしょうか。

スポーツカーばりに車体底面の地上高（ロードクリアランス）が低すぎて、段差の角に当たり易いからです。雪道はまあまあイケますが、凸凹道はムリですね。ジープの車高が高いのはこのためです。
（そういえば先生は昔、軍用ジープを乗り回す怪しい大学生でした）

　２日目は、台車の“上”にエレベーターを製作しました。アドバンスコースで増えたラックギア６個を並べた２本のギザギザレールがいい感じですね。
それにしても、このエレベーターは何を持ち上げるのでしょうか？
台車は高い段差を乗り越えられるようになるのでしょうか？
２ヶ月目のお楽しみです。

3. 今月の課題

　次回授業日までに完了してください。
　◎は必須、〇は推奨、△は任意です。〇△は能力に応じます。

　＜ベーシックコース＞
　　◎ テキストp.16の空間図形問題にチャレンジ（１日目）
　　◎ 専用方眼紙にロボットの４面図をスケッチ（１日目）
　　〇 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）
　　◎ 上記授業内容を印刷する等して音読する

　＜アドバンスコース＞
　　◎ ２日目のエレベーター部分まで完成させる
　　△ 上記授業内容を印刷する等して音読する

4. [東福間]４月授業スケジュール

　・4/ 4 10:00～ ロボ・プロ　スタートアップ

　・4/11  9:00～ 理科実験・初級　第１回
　※4/11 10:30～ ロボ・ミドル　　第１回
　※4/11 13:30～ ロボ・ベーシック第１回
　・4/11 18:30～ ロボ・アドバンス第１回

　・4/12 10:00～ ロボ・プロ　　　第１回

　※4/25 14:00～ ロボ・ベーシック第２回
　※4/25 15:45～ ロボ・ミドル　　第２回
　※4/25 17:30～ 理科実験・初級　第２回
　※4/25 19:00～ ロボ・アドバンス第２回

　・4/26 10:00～ ロボ・プロ　　　第２回

　※進級と時間帯にご注意！

5. [小倉北]４月授業スケジュール

　事前ご連絡の上、振替授業に利用下さい。

　・4/ 5 10:00～ ロボ・ベーシック第１回
　・4/19 10:00～ ロボ・ベーシック第２回

6. ５月授業スケジュール（保留）

　学校の年間行事予定表（運動会の日）を入手次第ご提出いただき、
決定させてください。

7.  その他

　お花見されましたか？　先週土曜日の宮地嶽神社はまだ三分咲きでしたが、
今週は天候が悪く、4/2(木)が最後の日和でしたね。
　小倉北教室３月開講に続き、ロボ・プロコースを４月開講します。
ロボット教室とはまた別の、新鮮なカリキュラムで、
指導する方としても非常にワクワクしております。
　アドバンス修了生向けの説明会は別途ご案内しますが、
見学ご希望の方はお知らせください。


東福間教室　佐藤

２月授業内容

1. ２月授業内容＜ベーシックコース＞
2. ２月授業内容＜アドバンスコース＞
3. 今月の課題
4.その他

1. ２月授業内容＜ベーシックコース『クルリン』＞

　でんぐり返りロボットです。モーターで回す長い腕が地面を突くから
でんぐり返るんです。単純ですし見ていて当たり前、何が面白いんだ!?
と言うとそれで終わります。しかし、座って静止させた状態から
このロボットの動きを予測するのは難しく、先生も最初は分かりませんでした。

　事実、腕を後ろ向きに回すと前転し、前向きに回すと後転するという、予想外な動きを見せます。
実際は、前転はできますが、（人に似せて）前方向にしか曲がらない脚（もも）のせいで後転はできません。
後転時は重力などで脚がまっすぐなままになり、腕の回転半径をはみ出るのででんぐり返るまでは至らず、ちょうど脚をピンと伸ばした腕立て伏せかバタフライのような状態に陥ります。

　長い腕の先を地面に突かせて重い本体を起こすには、
回転軸に強大な力（トルク）が必要です。
もうお馴染みの1/9減速ギア機構がモーターのトルクを９倍に上げていますが、
腕が長い分、何かの拍子に本体や持ち手に引っ掛かると（イタタタ…）、
てこの原理で強大な逆向きの力が回転軸を止めようとし、
ギヤに負担が掛かってガリガリ音とともに噛合せが外れ、
修理することもしばしば。

　また、でんぐり返り時の衝撃が激しいので、頭蓋骨が割れないよう
ロッドとペグでつなぎ留めたり（フランケンシュタイン？）、
包帯（輪ゴム）を巻いて緩衝策を立てたりしておくことも
耐久性を左右する秘策でした。

　それにしても、今回のロボットは元気いっぱいというか、
バッタンバッタンと動きが激しく、音も騒がしいロボットでした。
顔面が外れちゃうね！

2. ２月授業内容＜アドバンスコース『バグモジョラ』＞

　２ヶ月目の授業です。３日目は、戦車型リモコン（手動操縦）に代わり、
光センサー（自動操縦）を実装しました。
これで黒いラインを自動的に辿ることができるようになりました。
このようなロボットを“自律型ロボット”といいます。
「自分で律する（コントロールする）」という意味です。
「自立（自分の稼ぎで生計を立てる）」ではありませんよ。

　一口に黒いラインを辿るといっても、どのようなメカニズムでしょうか？

光センサーの構造と機能をおさらいします。裏面にある２つの“目”は、
一方が発光ダイオード（赤外線）で、他方がフォトダイオード（受光部）です。
家電リモコンの送信部と受信部がセットになったようなもので、
赤外線が白地で反射するか黒地で吸収されるかに応じて、
２つの出力プラグ（今回は左右モーター２個を接続）のいずれか一方に
入力電流を通すよう切り替えます。

だから出力の“オフ”期間はなく、
“白でオン”になるモーターと“黒でオン”になるモーターが
絶えず交互に動作する状況を利用してコントロールしているはずです。
コントロールとは、状況を判断しながら複数の状態を切り替え続けること
だからです。

　ということは、黒いラインのどこを辿るのか？
端（白と黒の境界）ですね。２つの出力プラグを差し替えることで、
左端が好きなロボットと、右端が好きなロボットに性格が分かれますよ。

　４日目は、最後の競技に向けたロボットの最終調整です。
黒いライン上で出くわした２匹のバグモジョラ（♂）が、
そこのけそこのけ、パワーバトルを繰り広げます。
進路を脱線した方が負け。７体がトーナメント形式で闘いました。

　我こそが勝たんと、様々な工夫が見られましたが、
その効果について考察します。

1) 重くする
　　しっかり歩けるよう重心バランスに注意すれば、摩擦力・慣性力を
　上げるので吉でしょう。慣性(かんせい)力は説明していませんが、
　バイクが車に弾き飛ばされるのは、この力のためです。

2) 足裏にゴムを付ける
　　今回この点の強化が見られませんでしたが、摩擦力を上げるので吉です。

3) 長い角を付ける
　　「相手に早くリーチできる」という理由から何体か見受けられましたが、
　「相手から見ても自分に早くリーチする」こと（相対性）になりませんか？
　　これだけなら“おあいこ”ですが、寧ろ自分にとって“凶”です。
　てこの原理により、相手の力が軽く角先にかかるだけで、
　自分の進路が容易に変えられてしまうからです。

　　このように、観念的アイデアが物性的効果に結び付かないことは
　よくありますので、もっと深く考えてみましょう。そのためには
　経験と失敗から学ぶ（このまとめを熟読する！）姿勢が大切です。

　今月は長いですね…。まだ続けます。なぜ４本脚を６本脚に増やしたか？

a) ムシだから（ごもっとも！）

b) 左３脚と右３脚とは独立駆動（モーター２個、つまり自由度２）であり、
　特に旋回中は片側の脚だけで推進力を生む必要があるところ、片側２脚では、
　前に戻る脚を浮かせて後方へ蹴る足の推進力を妨げないように
　姿勢を安定させることが難しいから

c) 直進時においても、下記２点に起因して、左右の脚の角度（位相）が
　固定的な相関関係をもたない（いつも同位相とか逆位相とは言えない）ため、
　やはり片側の脚ごとに推進力の確保が必要となるから
　（４脚のまま左右が同位相だと、EXILEダンスするだけ）
　・手動操縦または自動操縦による左右モーターの非同期的オン／オフ
　・左右モーターの個体差や負荷変動

　ちょっと難しいですが、「なぜ？」という疑問を突き詰めると、
これだけの言葉が出てきます。先生もかなり頭をひねって書いていますので、
「本当かな？」「どういうことかな？」と疑問をもちながら、一字一句を
貪(むさぼ)るように読んで、言葉を調べたり質問をまとめたりしてください。

　自分の言葉で授業まとめを書いたり、ロボット解説書を作成してみると、
頭が良くなって成績が上がりますよ。（学校の宿題より楽しくない？）
今月は宿題を出しておきます。

3. 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（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）
　　◎ 上記授業内容を印刷する等して音読する

　＜アドバンスコース＞
　　◎ 上記授業内容を印刷する等して音読する
　　◎ 下記A. B.のいずれかを提出する（テキスト最終ページを使うとよい）
　　　A. ロボットの見取図をスケッチする
　　　B. 次の３点について各100文字程度でまとめる
　　　　1) ４脚から６脚にした理由を述べよ
　　　　2) 光センサーがバグモジョラに果たす役割を述べよ
　　　　3) 周回コースを脱線しにくいのは、ラインの外回りと
　　　　　内回りのどちらか、その理由とともに述べよ

4. その他

　3/15～小倉北教室を開講することになりました。
先ずはベーシックコース７～８名からスタートし、
早めにミドル・アドバンスコースも開設して、
互いに振替授業などで利用・交流して頂けるようにしたいと存じます。


東福間教室　佐藤