2020年1月28日火曜日

2020年1月報

1.1月授業内容
2.今月の課題
3.先月の解答
4.今後の授業スケジュール
5.お知らせ


1. 1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『ロボダック』>


 割愛します。

1.2 <ベーシックコース『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(いっさい)回しません
モーターの仕事は、親のうで(クランク)を回すことで子を引き寄(よ)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、付かず離れずをくり返すだけで全体としては進まず、下手(へた)な二人三脚のようで滑稽(こっけい)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(しか)けが何か必要です。
進まない親子ロボットを観察すると、うでの伸縮(しんしゅく)運動(*1)に合わせて、タイヤが前へ後ろへ交互(こうご)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(ほか)に道はありませんよね!

知る人ぞ知る、「ラチェット機構(きこう)による回転方向の制限(せいげん)」です。

2日目テキストの通り、タイヤの逆回転を阻止(そし)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」動作をくり返すようになり、今までが嘘(うそ)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、尺取虫(しゃくとりむし)の要領(ようりょう)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°くらいの急な坂道すら、ずり下がらずに上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、こんなにも有用なのですね(*2)。
テキストに頼らず、独自のすばらしい発明の数々も生まれていました。


 授業最後の競技は、上り坂チャレンジ!

長机を下記のレベルに傾け、ラチェット(ストッパー)の実装アイデアと性能を競います。
・レベル1 … 約10°;成功率70%の普通レベル
・レベル2 … 約15°;成功率30%のハイレベル
・レベル3 … 約20°;成功率5%の達人レベル
・レベル4 … 約25°;成功率1%の神レベル!


坂を上るためには、まず、後ろにずり下がらないことが大事です。
ストッパーがちゃんとタイヤに当たるようになっていれば、ほぼレベル1クリアです。

ですが、あまりにストッパーを強くすると、前進の抵抗(ていこう)にもなります。
レベル2のきつい坂をクリアするには、ロボットを軽く手で押しても進むスムーズさが必要になります。


 レベル3にもなると、重心が後ろの子ロボットに寄(よ)り、親ロボットのタイヤに掛(か)かる荷重(かじゅう)が軽くなって滑(すべ)ったり浮(う)いたりし、子ロボットを引き上げられなくなります

こうなると、「親ロボットを重くする」のが思い付くアイデアですが、ロボット全体が重くなるのも上り坂には辛(つら)いですよねぇ。

実は、『てこの原理』を応用すれば、「軽いおもりでタイヤに重い荷重を掛ける」なんて魔法も使えるのです。
親ロボットの鼻をピノキオみたいに長く伸ばして、その先に少しおもりを付けましょう。
25°くらいまで上れちゃいますよ。

*1 クランク機構を用いて、モーターからの回転運動を往復(おうふく)運動に変えて実現しています。

*2 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。


1.3 <ミドルコース『テケテケドリ』>


 第5回アイデアコンテスト全国大会(2015年)ベーシックコース最優秀賞作品(小3)がベースの、ダチョウロボットです。

その静的デザインのみならず、足取りや首振りなどの動的アクションに設計センスの高さが光ります。

隙(すき)あらば余剰パーツで武器を製造する過激派の男子には受けないかもしれない、実に可愛らしいだけのロボットに見えますが、高橋智隆先生のお眼鏡に適(かな)い、ミドルコースに登場したのには訳があると考えるべきでしょう。

 ダイナミックに動くダチョウ本体には、動力源のモーターが内蔵されておらず、回転する“長い”シャフトで動力を伝える点が斬新(ざんしん)です。

このような動力伝達装置をドライブシャフト(またはプロペラシャフト)と呼び、世の産業機械ではよく使われています。
道路に目を向ければ、トラックやスポーツカーが、前部のエンジンから遠い後輪を回すのに利用しています(*1)。
二輪車(自転車・バイク)ではチェーンで後輪を駆動するのが普通ですが、ドライブシャフトを利用する例もあります。

 ドライブシャフトを採用する最大のメリットは、可動部(車輪・脚)を、大きくて重たい動力源(エンジン・モーター)から切り離し、軽くコンパクトにできることです。

胴体の軽量化が、テケテケドリに軽快なステップを歩ませるのに貢献しています。

また逆に、テケテケドリの周回コースの中心に置く箱(土台)に、電池ボックスやモーターが内蔵され重くなることで、跳(は)ね回るテケテケドリを駆動しながらも安定して支えることが可能になります(*2)。

こうして、2足歩行ロボットにとって肝心の、
足を上げても倒れないこと
軽く作ること
の双方を実現しながら、さらに動力エネルギーまで伝える“一石三鳥”の働きを1本のシャフトが担(にな)っているのです。すばらしい機能美です。

 とは言え、戦車の砲塔(ほうとう)のように、土台の上でシャフトを振り回す旋回部(回転塔)の高さがテケテケドリと合わず、シャフトが水平でない場合は、躓(つまづ)きがちでしたね。

左右の脚に掛かる荷重のバランスが崩(くず)れたり、床材によっては、足裏のグロメット(ゴム)との摩擦力が過度に効いたりすることが原因です。

上手に歩む条件を探り出せば、かなり快調(怪鳥?)になります。

 写真は、何ともメカメカしい、中野先生の渾身(こんしん)の改造作(2017年1月)です。
ドライブシャフトを等速ユニバーサルジョイントに変えて、テケテケドリの上下動を吸収し、多少の段差も乗り越えられるようにしました(*3)。

もっとも、ユニバーサルジョイントの自由度の高さが、左右に倒れないよう支える機能を失わせるため、回転塔とトリの背中を平行リンクで結び、上下動しても常に直立させています。
テキストのままでは、ノート1冊分の段差を上ろうにも、すぐに後ろにコケてしまいますが、これは数cmの凹凸も平気です。

 さて、ダチョウ側に目を惹(ひ)かれがちですが、中央の回転塔にも、普段あまり見かけない面白い機構が備わっています。
ドライブシャフトからダチョウを取り外して、スイッチを右(プラグと反対)側に入れると、回転塔が時計回りに勢いよく回転します。

この回転が不思議なのは、ダチョウを取り付けて歩かせている時と比べると、逆回りで、しかもかなり高速なことです。
ここから、回転塔内のギアトレーンが、テケテケドリの歩むスピードや周回方向を決定付けている訳ではないことが分かります。

さらに、勢いよく回る回転塔を手で止めてみても、さもお構いなしと言わんばかりに、モーターは軽快に回り続けます。変ですね。
回転部(ギアやタイヤ)を無理矢理止めてしまえば、モーターも唸(うな)りを上げたまま止まってしまうのが常(つね)のはずです。

但し、このとき、ドライブシャフトは回転しており、これまで止めようとすると、さすがにモーターも苦しそうです。

 実は、これは差動歯車装置の一種であり、モーターの回転は、シャフトの回転でも、回転塔の旋回でも、どちらでも消費できる機構になっており、次の関係が成立しています。

 モーター回転数(スイッチ右) = シャフト回転数(ダチョウ前進方向) + 回転塔の時計回り回転数(ダチョウ後退方向)

だから、モーター回転数100%を使って、シャフトだけ回転しても、回転塔だけが旋回しても、50%ずつ分け合うのでも、合計100%になりさえすれば何でも可能なのです(*4)。面白いですね。

テケテケドリを外して、なぜ回転塔の方がほぼ100%で回ろうとするのかは、負荷(摩擦力)の差で決まります。
つまり、ドライブシャフトを回すよりも楽になっているからで、設計や部品が異なれば逆になっても不思議ではありません。


*1 トラックの荷台の下で、走行に合わせてクルクル回る鉄の棒を見たことがあるでしょう。

*2 テケテケドリが片脚を浮かしても立っていられるようになります。

*3 同一直線上に並ばない(回転軸がずれた)ドライブシャフト同士を繋ぐ継手(つぎて)として、ユニバーサルジョイント(自在継手)というジョイント機構が産業利用されていますが、これはミドルコースで別の機会に学びます。

*4 モーター100% = シャフト110% - 回転塔10%(反時計回り)の関係すら可能です。


1.4 <アドバンスコース『アルクンダーZ(2)』>


 《下記を参照下さい》
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/robot/adv1-1801.pdf

1.5 <プロ1年目コース『不思議アイテムI-2(1)』>


 3ヶ月間の多脚リンクロボットを終え、新しいタームに入りました。
1ヶ月目は、マイコンの入出力として、音と光を操ります。

 1日目のテーマは、「超音波距離センサーを使う」です。
超音波とは、人間の耳には聞こえない、概ね20kHz以上(*1)の高い周波数の音を指します。
自然界では、イルカ、コウモリ等の生物が利用し、人工物では、犬笛や、魚群探知ソナーが代表的な利用例です。

利用目的としては、コミュニケーション対象物・距離感知(反響定位/エコーロケーション)に分けられますが、今回のはセンサーですので、後者の方です。
知ってはいても、実際に活用したり、制御したりしたことは無かったでしょう。

 超音波センサーが感知した障害物までの距離をLEDマトリクスに表示するプログラムを試したところ、数cm離した手のひらから90cm超の壁まで、1cm単位で正しく判定することが確認できました。
“泥棒アラーム”など、実用性の高い電子機器がすぐにでも作れますね。

 ここで、超音波で距離を計測する仕組みを理解したでしょうか。
目玉のような2個セットの円筒は、同じように見えて(*2)、一方は超音波を出すスピーカで、他方は反射音を拾うマイクです。

340m/秒で音が伝わる空気中において、1/1000秒後に反射音をキャッチしたら、対象物までの距離は 0.34m÷2=17cm ですよ。

 1日目の最後は、“テルミンもどき”プログラムで遊びます。
超音波センサーが捉えた距離 dist を用いて、“play(dist*20, …)”と記述すれば、22cmのときにラの音(440Hz)を出し、手を近づければ低く、遠ざければ高い音に変化させることができます。

テルミンとは馴染みのない楽器だったでしょうが、空中の手の位置で音程を操る点は共通です(*3)。
超音波センサーは2つ繋いでいますので、1つは音程用で良いとして、もう1つは実物と同じく音の大きさを変えたいところ、その能力は無いので、音の間隔の変更(連続音~断続音)を司らせています。
こうすることで、音の停止(聞こえないほど小さくする代わりに、間隔を無限にあける)を実現しています。

2つのセンサーが担う機能をいろいろ変えて、面白い楽器に仕立てて遊んで欲しいと思います。

 2日目のテーマは、「色で遊ぶ」です。
カラーセンサーボードを接続して、フルカラーLEDを任意の色に光らせたり(出力)、カラーセンサー(1ドットカメラ)で外光を撮影したり(入力)できることを確かめます(*4)。

 ここで、全ての色は“光の3原色”の混ぜ合わせで作り出せることを実験します。
テレビ等の映像ディスプレイに採用されているRGBカラー方式の元になる原理です。

昔のパソコンが、モノクロ画面に代わり、カラー表示能力をもったばかりの頃は、の各色を1ビット(0/1)信号だけで制御したため、2×2×2=8色(デジタルRGB)表示から始まりましたが、メモリやCPU性能の向上に伴って、2ビット64色、3ビット512色、4ビット4096色、6ビット26万色と多色(アナログRGB)表示が進み、現在は8ビット1677万色(フルカラー)が標準です。

 ここで、各原色(RGB)を多ビットで駆動するということは、例えば2ビットなら4階調(0%, 33%, 66%, 100%)の明るさで光らせることであり、その制御方法として、下記の2方式があることを学びます。
A) アナログ方式 - 階調に応じた電圧や電流値に変える
B) デジタル方式 - 高速な0/1信号波形の時間幅の割合を変える

今回のフルカラーLED表示(*5)にも使われている B)方式パルス幅変調(PWM)方式と呼び、マイコンやプログラムとの親和性が高いので、デジタル制御回路において多用されています。

 ところで、色の再現方法には、RGB色モデルの他にも、色味(色相H)・鮮やかさ(彩度S)・明るさ(明度V)を指定して表すHSV色モデルもあり、これらの3次元色空間モデルのいずれでも同一色を表現したり、相互に変換したりできます。

 最後に、“光の3原色”について、付け加えておきます。
3原色と言われると、物理学的にが全ての色の元となる“純色”であって、などは“混色”に過ぎないとの錯誤に陥りそうですが、実は、人間の視覚の都合による決め付けに過ぎません。

人間の網膜には、の光(波長)に“良く”反応する3種の視細胞(赤錐体緑錐体青錐体)が高密度に分布しており、この錐体の興奮度合い(電気信号)が視神経を通して脳の視覚野に伝わり、その組み合わせ次第を“勝手に”色として感じているのです。

テレビやカメラがRGB方式を採るのも、この視覚特性に由来しており、人間が「実際の風景を忠実に再現した」と感じる4Kハイビジョン映像も、他の生物や宇宙人の目には、実物とは随分異なる映像色に映るかもしれません。

 また、赤と緑の間の単波長光が目に入っても、赤錐体緑錐体の両方が弱く反応して「黄色」と感じます。
つまり、人間は、黄色に感じる光が赤と緑の混合なのか、単色光(*6)なのかを区別できません

もっと言うと、0.01nm以下から100,000,000,000,000nm(百km)以上の波長まで連続的に存在する電磁波のうち、400~800nmの可視光というごく狭い帯域に人間の視覚が割り当てた“”という概念は、まやかしに過ぎないのです(*7)。

 閑話休題し、2ヶ月目は、カラーセンサーを利用したトレーサー(追跡)ロボットを組み立てます。


*1 何kHzの音まで聞こえるか試せる“耳年齢”アプリというものがありますが、悲しいかな、中年の先生には15kHz辺りが限界です。10代の皆さんには18kHz以上まで聞こえるようですが、先生にとっては既に超音波の域です…。

*2 いや、実は同一部品でしょう。スピーカ(出力)とマイク(入力)は、モーターと発電機の関係に似て、原理的に同じ構造です。
 パソコンやオーディオ用のイヤホンも、マイク端子に挿して話しかけると、立派にマイクとして働きます。

*3 実物は、アンテナと手との間の静電容量の変化を、発振周波数(音の高さ)の変調に利用しています。

*4 LED発光および撮影自体はフルカラーRGB色モデルで処理していますが、サンプルプログラム ColorSensor1 や OneDotCamera[Average] 中では、一旦HSV色モデルに変換し、彩度(S)と明度(V)の情報を捨て、色相(H)のみを残して再生するため、視覚とは異なる色に写りますが、色味としては正しいと信じましょう。

*5 サンプルプログラム ColorLED2 で各色を100段階に調整できることからすれば、7ビット(128階調)209万色相当なのでしょうか。

*6 オレンジ1色のナトリウムランプ(単波長590nmの光)が照らすトンネル内の世界では、もはや「色」は存在しないのです…。

*7 この世の物質にも“色”という実体は無く、単に電磁波の波長ごとの反射率や吸収率の違いによる波長分布(スペクトル)の変化と、感覚器官による勝手な解釈があるに過ぎません。


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
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotP2001-Q.pdf

 <ベーシックコース>
  - 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)
  - オリジナル課題プリント(3面図+設問)
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotB2001-Q.pdf

 <ミドルコース>
  - 上記授業内容を精読する
  - オリジナル課題プリント(3面図+設問)
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotM2001-Q.pdf

 <アドバンスコース>
  - 上記授業内容を精読する
  - オリジナル課題プリント(見取図+設問)
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotA2001-Q.pdf

 <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/記事より授業が遅れているので予習する)
  - 泥棒アラーム[USSApp1]をベースに、入退室判定(鳴り分け)チャイムに改造する
  《ヒント》
   US1→US2の順に検知したのか、US2→US1の順に検知したのかを判定する為に、
   適当なフラグ変数を宣言 int flag; し、以前に検知した番号を記憶しておく。
   検知順に応じてメロディを変える。(メロディ演奏方法は[ToneTest]を参考)
   チャイムを鳴らした後はクリア flag=0; しておく。


【重要】
 課題プリントの印刷/提出ルールについて、お知らせをご覧下さい。


3. 先月の解答


 <プライマリーコース>
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotP1912-A.pdf
 <ベーシックコース>
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotB1912-A.pdf
 <ミドルコース>
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotM1912-A.pdf


4. 今後の授業スケジュール


◆小倉北3/15→3/22へ一週ずれます。
◆小倉南3月は一週ずつ遅れます。

――――――――――【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~ アドバンス

 ⇒ 2/1, 15,  3/7, 21,  4/4, 18


[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~ アドバンス

 ⇒2/ 8 第1回 3F会議室2
  2/22 第2回 3F会議室2
  3/14, 28,  4/11, 25


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

 ⇒2/ 2 第1回 5F小セミ
  2/16 第2回 5F小セミ
  3/1, 22※,  4/5, 19

 ※教室都合の為、3/15→3/22へ一週ずれます。


――――――――――【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~ アドバンス

 ⇒ 2/1, 15,  3/7, 21,  4/4, 18


[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(/ロボプロ1年目)
   - 15:00~ アドバンス

 ⇒ 2/9, 23,  3/15※, 29※,  4/12, 26

 ※教室都合の為、3月は一週ずつ遅れます。


5. お知らせ

1) 課題プリントの印刷/提出ルール ※重要ポイント

 ・当月の課題プリントは2回目の授業日前後(月報より前)にメール配信します
 ・印刷はモノクロで問題ありませんが、カラーを推奨します
 ※なるべく両面印刷で、片面2枚の場合は「必ずホチキスで綴じて」下さい
  裏面には記名欄がなく、別紙では採点/返却できません
 ※提出期限は「次月1回目の授業日まで」とします
 ・提出者には従来通り採点して返却します
 ・点数分のポイント色カードを進呈し、3ヶ月毎の景品交換に使います
 ※正式な解答は「次月の課題プリント配信で公開」します
 ・自主性に任せ、強制しません


2) 2月景品交換会
 3ヶ月毎の宿題ポイント交換会を下記授業日に開催します。
 ポイントカードを忘れずに、早めに来て下さい。

 [東福間]2/1
 [小倉北]2/2
 [中 間]2/8
 [小倉南]2/9
 [八幡東]2/15


3) 第4回 IchigoJamプログラミング定期講座

 第1回 サウンド 編
 第2回 ゲーム工作編
 第3回 ハイパーオリンピック編 に続き、
 第4回 7セグLEDはんだ付けゲーム工作編 を2/11(火・祝)に開催いたします。

【1/18~26配布チラシ】
 http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/lab/IJ-B2002.pdf (おもて)

 「7セグLED」とは、数字を7本の棒で表わすデジタル表示器のこと。

 今回は、7セグLEDを電子基板にはんだ付けしてIchigoJamから光らせ、ゲーム制作に利用してみましょう。
 スロットマシン、早押しガンマン、フラッシュ暗算?!などなど…
たった一ケタでもアイデア次第で面白いゲーム機になるよ!


☆スタートアップ(SU)未受講の方は、2/8中間・2/9小倉南教室で承ります。
 SU講座7,150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://robocobo.sakura.ne.jp/blog/lab/IJ-B2002.pdf (うら)


【講座名】
 IchigoJam初級ゲームプログラミング ~7セグLEDはんだ付けゲーム工作編~
【内容】
 前半は、7セグLEDを電子基板にはんだ付け工作し、IchigoJamに繋ぎます。
 後半は、7セグLEDを利用したゲームをプログラミングします。
【講師】PCN北九州 中野・佐藤
【会場】北九州パレス(勤労青少年文化センター) 2F 第2研修室
【時間】2/11(火・祝) 10:00~16:00 (昼休み12:00-13:30)
【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(2/8中間・2/9小倉南教室)

   ※大文字アルファベットA~Zが読める(キーボードを打ちます)

【必須費用】
 a)の方  7,150円(受講料6,050+材料費550円+はんだセットレンタル代550円)
 b)の方 14,300円(a)+SU受講料3,850+キット代3,300円)

【オプション費用】
 A-1) 7インチモニター   4,400円(持込み必須/モデル不問)
 A-2) PS/2対応USBキーボード1,650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。2/2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(2/8中間・2/9小倉南教室)
 <希望オプション>
  A-1) 7インチモニター  A-2) キーボード  D-1) はんだセット持込(-550円)

【申込条件】
 - はんだセット持込品(こて・台)に不備がある場合は、レンタル品を使用頂きます。

 - 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、2月お引落し額(3月分)に加算して徴収させて頂きます。
  2/2~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)

 - 保護者の方・お子様ご同伴可(受講生+2名まで)


 ※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


4) 標準キット用バッグ/ケース リニューアル品の斡旋[再掲]

 収納性・強度などが改良されました。
 http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/goods/newBagCase.pdf

 特別価格で残り2セット(標準価格で随時)あります。ご希望の方はメールにて承ります。
 ・標準バッグ 3,500円⇒2,500円(税別)
 ・標準ケース 1,000円⇒  700円(税別)

 セット購入がお奨めです。お代はお引落しで頂戴します。


5) タブレット修理窓口[再掲]

 下記の通り、タブレット修理はご自身で手配して頂くことになります。
http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/Information%20on%20tablet%20repair%20service.pdf

 - 動作不良時は、先ず教室長までご連絡・お見せ頂く方が宜しいですが、
画面破損等、明らかな故障の場合は早々にご依頼下さい。

 - 窓口にはタブレット貸出を希望下さい。

 - タブレット貸出が次回授業に間に合わない場合は教室分を用意します。


6) 12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2.9】
   5点…稲積[八幡東1], 柴田[小倉北2], 土井[小倉南1]

 ◆ベーシック【21名平均 図面2.3+設問2.3=4.6】
  10点…なし
   9点…藤津[中間3], 中村[小倉北5]
   8点…なし
   7点…小牧[小倉南2]

 ◆ミドル【14名平均 図面2.8+設問2.3=5.1】
  10点…なし
   9点…林田[小倉南2]
   8点…森崎[八幡東4]
   7点…なし


東福間・中間・小倉北教室 佐藤 / 八幡東・小倉南教室 中野

2019年12月29日日曜日

2019年12月報

1.12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. 12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『アルペンくん』>


 割愛します。

1.2 <ベーシックコース『ロボモンキー』>


 手ながザルが綱(つな)を渡(わた)ります。

 重い本体をぶら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(そうおう)の負荷(ふか)が掛(か)かり、「ガリガリッ」と嫌(いや)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(か)み合わせが緩(ゆる)いために滑(すべ)っている音で、ギアの歯をどんどん削(けず)ってしまいます。
モーターに削れた黄色い粉(こな)が付いていたでしょう。

そうならないように、テキストp.6でワッシャーを3枚使うよう、青字の部品名・個数で書かれています。

写真だけを見てワッシャーを1枚しか入れないのは、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)結果です。
組み付ける部品には意味がありますので、常に追求しましょう。

ワッシャーが足りないと、ベベルギアとピニオンギアうすの間に隙間(すきま)が空き、ベベルギアがしっかり固定されない状態にあります。

すると、モーターからの強い回転力を受けた時に、写真のオレンジ矢印で示す方向にベベルギアがずれ、モーター軸(じく)のピニオンギアと噛み合わなくなってしまいます。
この状態がまさにガリガリ音の発生源となるのです。

 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。

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(つごう)よく、
右手で綱をたぐり寄(よ)せているときは、左手を浮(う)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(こうご)に繰(く)り返しています。

このような動きを変換(へんかん)する仕組みを“リンク機構(きこう)”と呼び、もっと上級のコースで改(あらた)めて研究しますが、まずは「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(ふ)れ幅(はば)を大きくしてスピードアップした改造(p.18)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。
てこの原理により、「速く動かそうとするほど、力が弱くなる」宿命(しゅくめい)がありますので、力の弱いモーター(電池)から欲張(よくば)って速い動きを取り出そうとしても、逆に遅(おそ)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?

まずは、2日目p.19~20の改造を「しない」ことですね。
ギアMをピニオンギアうすに替(か)えて、腕(うで)を動かすシャフト8ポチを速く回そうとしています。
さらに、p.18の改造とは逆に、手の振れ幅も小さくしてみましょう。

いつもはロボットを速くする改造に気を取られますが、遅くすることで得(え)られるメリットもあるのですよ。
ギアで減速(げんそく)するのでも、手足を短くするのでも、それを自分の手で実験して確かめてみてください。

1.3 <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(ゆ)らしても、摩擦(まさつ)のせいで時間と共に減衰(げんすい)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(べっと)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(そうかん)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=とうじせい)を利用した、時のリズムを正確に刻(きざ)むための肝要(かんよう)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、巻き上げたおもり(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、あっという間におも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=だっしんき)が必要です。

チクタクロックの脱進機は、実際の時計用とは少し違いますが、このシンプルな部品構成で脱進機の役割を立派(りっぱ)に果(は)たしています。
すでに脱進機を知っていた人も、この機構はなかなか思い付かなかったのではないでしょうか。

何しろ、おもり(タイヤL)が少しだけ下がる分の微弱(びじゃく)な位置エネルギーで、針の回転振り子の加勢(かせい)を滞(とどこお)りなく繰り返す、微妙(びみょう)なエネルギー収支(しゅうし)バランスが必要です(*1)。
テキストの設計はやはり絶妙(ぜつみょう)です。

 テキスト通りに組み上げると、随所(ずいしょ)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マシン、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(つ)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)
・おも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、おもりを重くするか、巻き付け半径を大きくする(*2)と有効です。

工夫すれば、160cmの紐で100秒以上のチクタク音を奏でることができます(*3)。
この音、レトロでいいですね。

*1 収支とは、出し入れのこと。おもりが出す位置エネルギーを脱進機に入れ、摩擦熱(音も含む)として消費していきますが、
このエネルギー(≒力)が必要以上に大きいと、振り子を無駄(むだ)に加勢してエネルギーを浪費(ろうひ)し、逆に小さいと、止まってしまいます。

*2 てこの原理により、おもりを重くするのと同様に回転力(トルク)が増しますが、その分速く垂れ下がります。

*3 2018年6月、*2とは逆に、巻き付け半径を小さくし(おもり降下速度を落とし)、弱くなったトルクでも動くよう脱進機のギアLをギアMに替えて(振り子の振れ幅を小さくして)、標準的な机上の高さにも拘(かかわ)らず100秒を超えたあっぱれな4年生もいました。


1.4 <アドバンスコース『アルクンダーZ(1)』>


 《下記を参照下さい》
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/robot/adv1-1712.pdf

1.5 <プロ1年目コース『リンクロボット(3)』>


 多脚リンクロボットの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。
円形ボード(頭部?)の左右にタッチセンサーを取り付け、そこから針金(触角?)を前方へ2本伸ばし、地面まで垂らします。
机上で前進中、針金の先が机の縁から垂れ下がるとタッチセンサーがOFFになって、これを検出するプログラムでロボットを後ずさりさせたり、旋回させたり、自由に設計できます。

瞬く間に、崖から落ちないインテリロボの完成です。

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、必要な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、『天下一ロボット武道会』と銘打ち、ラジコン操縦プログラムを転送したロボット同士で一騎打ちを繰り広げます。

ゲーム性を高めるために、ハード的・ソフト的に改造を加えます。
感じるタッチセンサー2個をロボットの前後に付け直し、打たれるとヒットポイント(HP)を失う“急所”に仕立てます。

相手の“急所”を突くための(ほこ)を装備します。

8×8ドットLEDマトリクスを装着し、ロボットのステータス(HP、スタミナ、無敵モード、勝敗宣言)を表示させます。

スピーカも繋ぎ、「敗北の悶絶」や「勝利の雄叫び」に備えます。

 各自で特性パラメータ(初期HP、スタミナ消費/回復速度)を割り振り、バトルフィールドに放って「勝負始め!」
一見単純そうで、パラメータ振りや、攻め・守り・スタミナ回復のための時間/HP消費などの戦略要素が効いてか、これがなかなか面白い!
ゲーム内の戦闘ロボットを現実界に持ち出した感、いや、リアリティはそれ以上(当たり前)です。

この3ヶ月間、多大な時間を費やして組み上げては分解調整を繰り返した末、苦労してスムーズな動きを獲得したロボットは、最後の戦闘を楽しませてくれる堅牢性を見せました。

 ハード・ソフトを問わず、様々な面において思い通りに動かず、苦汁を味わうのは、巷の“ロボコン”でも同じです。
いや、全くこの程度では済まされません。
純デジタルのゲーム世界と異なり、現実の闘いは泥臭い作業の積み重ねであることの片鱗も伺えたのではないでしょうか。


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)
  - 2018年12月アドバンスコース『モゾット(1)』で紹介した動画(YouTube)を視聴する
   http://higashi-fukuma-robot.blogspot.com/2018/12/


3. 今後の授業スケジュール


◆中間・小倉北1月アドバンス進級の方は、従来のミドル時間でスタートアップ授業させて頂きたくご協力下さい。
◆中間1/25は『中間市生涯学習センター』で開催予定です。
◆小倉北3/15→3/22へ一週ずれます。
◆小倉南3月は一週ずつ遅れます。

――――――――――【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~ アドバンス

 ⇒ 1/4, 18,  2/1, 15,  3/7, 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/アドバンスSU
   - 17:30~ アドバンス

 ⇒1/11 第1回 なかまハーモニーホール3F会議室2
  1/25※第2回 中間市生涯学習センター(予定)
  2/8, 22,  3/14, 28

 ※1/25はハーモニーホール利用不可の為、代替施設で開催します。


[小倉北]第1・3日原則<ムーブ>
   - 10:30~ ベーシック/プライマリ
   - 13:00~ ミドル/アドバンスSU/ロボプロ1年目
   - 15:00~ アドバンス

 ⇒1/ 5 第1回 5F企画1・2
  1/19 第2回 5F企画1・2
  1/5, 19,  2/2, 16,  3/1, 22※

 ※教室都合の為、3/15→3/22へ一週ずれます。


――――――――――【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~ アドバンス

 ⇒ 1/4, 18,  2/1, 15,  3/7, 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(/ロボプロ1年目)
   - 15:00~ アドバンス

 ⇒ 1/12, 26,  2/9, 23,  3/15※, 29※

 ※教室都合の為、3月は一週ずつ遅れます。


4. お知らせ

1) 標準キット用バッグ/ケース リニューアル品の斡旋[再掲]

 収納性・強度などが改良されました。
 http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/goods/newBagCase.pdf

 1/19(日)まで特別価格で斡旋します。ご希望の方はメールにて承ります。
 ・標準バッグ 3,500円⇒2,500円(税別)
 ・標準ケース 1,000円⇒  700円(税別)

 セット購入がお奨めです。お代はお引落しで頂戴します。


2) 宿題プリントA4化と各自印刷のお願い[再掲]
 下記理由により、全員配布しておりましたA3図面用紙の全員配布を廃止し、
段階的にA4化と各自印刷へ移行したく、ご理解・ご協力お願い申し上げます。

【廃止理由】
 - 本部からのA3図面用紙の支給廃止
 - 宿題の(任意)提出率に鑑みた、紙資源の節約
 - プリント・解答の迅速な開示と、支給洩れの解決

【移行措置】
 - 12月までA4化したプリントを全員配布します
 - 来年1月から月報等に記したプリントを各自印刷して頂きます


3) タブレット修理窓口

 下記の通り、タブレット修理はご自身で手配して頂くことになります。
http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/Information%20on%20tablet%20repair%20service.pdf

 - 動作不良時は、先ず教室長までご連絡・お見せ頂く方が宜しいですが、
画面破損等、明らかな故障の場合は早々にご依頼下さい。

 - 窓口にはタブレット貸出を希望下さい。

 - タブレット貸出が次回授業に間に合わない場合は教室分を用意します。


4) 11月課題 高得点者  []内は教室と学年

 ◆プライマリ【12名平均 図形2.8】
   5点…柴田[小倉北2], 仲井[小倉北2]
   4点…諭[小倉北1]

 ◆ベーシック【25名平均 図面2.8+設問1.5=4.3】
  10点…なし
   9点…なし
   8点…なし
   7点…貞末[中間4], 千葉[中間4], 古賀[八幡東3], 武田[八幡東2], 小牧[小倉南2]

 ◆ミドル【13名平均 図面2.8+設問2.7=5.5】
  10点…なし
   9点…森崎[八幡東4], 林田[小倉南2]
   8点…なし

 ◆アドバンス【10名平均 図面6.3+設問4.6=10.9】
  14点…桑村[中間5], 橋本[小倉南5]


5) 今月のオモシロ語録

 講師: 今年、サンタさん来た?
 生徒: んーん、うちお寺やし、セコムあるし。(中間教室3年生)


東福間・中間・小倉北教室 佐藤 / 八幡東・小倉南教室 中野