2021年5月31日月曜日

2021年5月報

1.5月授業内容
2.5月の課題
3.4月の解答
4.今後の授業スケジュール
5.お知らせ
6.コロナ問題の理解 その2


1. 5月授業内容


1.0 <スタートアップ(全コース)>


 割愛します。


1.1 <プライマリーコース『ロボシーソー』>


 割愛します。

1.2 <ベーシックコース『ロボクリーン』>


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

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

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

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

《ギアの回る速さについて勉強したい人は、下記を読んでください》
 http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/bas/bas-1711.pdf

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

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

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

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

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

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

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

 他には、毛として、回転シャフトに輪ゴム結束バンドをくくり付けてはどうでしょう。
紙の短冊(たんざく)を巻き付けた人もいました(*3)。

内部の汚れが問題になるほどゴミが取れてしまうかもしれませんよ。

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

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

*3 アドバンスコース掃除ロボット『ロンボ』で同じ工作をします。


1.3 <ミドルコース『ロボゲーター』>


 1月~6月まで追加された新作テーマの第五弾!
第8回アイデアコンテスト全国大会(2018年)発表作品(当時小2)がベースの、ワニ型ロボットです。

 1日目のロボットは、後ろ足をシャフトドライブ方式で駆動する特徴はあるものの、4本足を同期動作させる上で特にメリットはありません(*1)。

2日目で下半身を“くねらせる”改造に意味がありました。

 下半身をくねらせることができるのは、上半身の背中で回るロッド3アナに挿(さ)したプレート(ユニバーサルジョイントを覆うカバー)が下半身を押したり引いたりするてこクランク機構」によります。

シャフトドライブは、1本の単なるシャフトから、「ユニバーサルジョイント」を介して伝達するようにしました。
ユニバーサルジョイントの採用は、2020年3月『ステアリングカー』に次ぐ2例目です。

ユニバーサルジョイントにより、下半身をくねらせて、上半身のモーターとは回転軸(シャフト)の方向が(一直線から)ずれても回転を伝えられるようになります。

これが無ければ乗り物が作れない程の大発明です(*2)。

 さらに、尻尾(しっぽ)の部分を“しならせる”工夫も施(ほどこ)しました。

後ろ足のギアボックスの背中でもロッド3アナの回転動力を取り出して、
尻尾を構成する4段(ビームの塊×3段 + Tロッド)のリンク(*3)とも「てこクランク機構」により折り曲げて、
尻尾の先ほど(胴体から見れば)曲がる角度を深くしています。

 このような多数の「てこクランク機構」によって胴体や尻尾をしならせる様子は、ロッド(3アナや7アナ)による伸縮作用を筋肉で、ペグを関節、その他のリンクを骨で考えれば、実物のワニに似て見えます。

口やデスロールの他に、ワニの攻撃技の一つが尻尾によるアタックですから、ワニロボットは、モーター1個の力で全体を動かすくらいが安心ですね。

 音センサーをワニの聴覚にして、そばに部品を散りばめれば、
ミドルコース恒例の「音に反応して動き出す」だけのプログラムで「ワニの守る杯から宝物を奪う」パニックゲームのできあがり!

音センサーの感度で難しさも調整でき、家族ゲームにオススメですよ!

*1 下半身を分離して収納したり、頭部を持ち上げて下半身を“デスロール”っぽく回転させて遊べることくらいでしょうか。

*2 さらに興味が湧いたら、インターネットで調べてみましょう。問題点もあります。
 自在継手 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E5%9C%A8%E7%B6%99%E6%89%8B

*3 リンク(節)とは、ジョイント(関節)ではない、変形しない棒や板のことです。
 ここでは、ジョイントはペグ類であり、リンクはその他のパーツの塊を指します。


1.4 <アドバンスコース『九九ボックス②』>


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

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

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

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

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

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

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

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

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

 9-4=5 → 9+6=15 → 2桁目を無視して 5

2桁目を無視する手順が気に入らなければ、下のような式にすると良いでしょう。

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

勝手に10を足したので、後から10を引いています。結果は変わりませんよね。

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

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

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


*1 ロボット教室で唯一。

*2 実際はスイッチを押している間に鳴る音の回数で指令します。

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

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


1.5 <プロ1年目コース『オムニホイールロボット②』>


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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

支点と作用点の間の距離を単に“長さ”と呼ぶと、

 [モーメント]=[長さ]×[力の大きさ]

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

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

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

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

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

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


2. 5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/RobotP2105-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/RobotB2105-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/RobotM2105-Q.pdf

 <アドバンスコース>
  - オリジナル課題プリント(見取図+設問)
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotA2104-Q.pdf (4月配信済み)

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


3. 4月の解答


 <プライマリーコース>
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotP2104-A.pdf
 <ベーシックコース>
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotB2104-A.pdf
 <ミドルコース>
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotM2104-A.pdf
 <アドバンスコース>
  翌テーマ1ヶ月目(来月)に配信します


4. 今後の授業スケジュール


中間6/12は【折尾商連会館】八幡西区折尾3-1-32(施設駐車場なし)で開催します。
小倉北・小倉南6月は【真鶴会館】小倉北区真鶴1-5-15(施設駐車場あり)で開催します。
◆8月は盆休み前後シフトあります。

――――――――――【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

 ⇒ 6/5, 19,  7/3, 17,  7/31※, 8/21

 ※8/7→7/31シフトします


[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/ロボプロ

 ⇒6/12※第1回 【折尾商連会館】2F
  6/26 第2回 ハーモニーホール3F会議室2(予定)
  7/10, 24,  8/7※, 28

 ※~6/20ハーモニーホール閉鎖につき【折尾商連会館】で開催します
 ※8/14→8/7シフトします


[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/ロボプロ
   - 15:00~ アドバンス

 ⇒6/ 6※第1回 北九州総合労働会館【真鶴会館】4F
  6/20※第2回 北九州総合労働会館【真鶴会館】4F
  7/4, 18,  8/1, 22※

 ※~6/20ムーブ閉鎖につき【真鶴会館】で開催します
 ※8/15→22シフトします


――――――――――【中野教室長】――――――――――

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

 ⇒ 6/5, 19,  7/3, 17,  7/31※, 8/21

 ※8/7→7/31シフトします


[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
   - 15:00~ アドバンス

 ⇒6/13※第1回 北九州総合労働会館【真鶴会館】4F
  6/27 第2回 北九州総合労働会館【真鶴会館】4F(予定)
  7/11, 25,  8/8, 29※

 ※~6/20農事センター閉鎖につき【真鶴会館】で開催します
 ※8/22→29シフトします


5. お知らせ

1) 5教室合同ロボットレース大会7/23(金・祝)参戦者 募集

 今年も、本部による全国(特にアドバンスレース)大会の開催が期待できないことから、
昨年に続き、弊5教室合同ロボットレース大会を独自企画することを決意しました。

 コンテストへの出品やレース出場は、創作力や理解力など、ロボットの総合力を一気に高める貴重なチャンスと考えており、特に卒業前のアドバンス生にとって、年1回の白熱する全国レース大会の中止による経験ロスは甚大なものでしょう。

 せっかくのオリジナル大会ですので、自作マシンレースの面白さ・挑戦価値をプライマリ~ミドル生にも体感して頂きたく、全コースに設定します。
マシン作りはカンタン、トップ狙いはムズイ」をコンセプトに、参加の敷居を低くしつつも、入賞は努力の証となるよう設定します。

アドバンス修了生・プロ生も、アドバンス部門で参加募集します。

 また、車好きのお父様にもムキになってもらい^^、家庭でも研究・練習できるよう、特別な機材・コースを使用しません。
但し、レース全般の特性として、本番コースでの予行練習・試走はヒントになります
参戦者は、6・7月テキストのロボットに優先して、レースマシン作りに注力しても構いません

 私設イベントにつき参加費を頂きますが、必ずおネダン以上の学習機会になりますので、ご家族行事として奮って参加下さい!


 【日時】
 ‐7/22(木・祝) 予行練習会(全5コマ・任意参加)
 ‐7/23(金・祝) 予行練習会(AM1コマ・任意参加)
 ‐7/23(金・祝) 大会本番 12:30-16:30
 【会場】
  ‐ユメニティのおがた 直方市山部364-4(JR直方駅すぐ)
  ‐7/22(木・祝) リハーサル室
  ‐7/23(金・祝) 小ホール
 【練習会スケジュール】
  ‐7/22(木・祝) 午前の部  9:30-11:30
  ‐7/22(木・祝) 昼 の部 12:00-14:00
  ‐7/22(木・祝) 午後の部 14:30-16:30
  ‐7/22(木・祝) 夕 の部 17:00-19:00
  ‐7/22(木・祝) 夜 の部 19:30-21:30
  ‐7/23(金・祝) 当日の部  9:30-11:30
 【競技(時間計測)】
  ‐プライマリ: 4mコース走行+障害物
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/contest/race2021-pri.pdf

  ‐ベーシック: 4mコース走行+パイロット取込み
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/contest/race2021-bas.pdf

  ‐ミドル  : 2m折り返し走行+パイロット置き去り
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/contest/race2021-mid.pdf

  ‐アドバンス: 2mコース走行+パイロット直立配置
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/contest/race2021-adv.pdf

 【対象(目安)】
  ‐プライマリ: 4月時点プライマリ生、~小3ベーシック生
  ‐ベーシック: 4月時点ベーシック生、~小4ミドル生
  ‐ミドル  : 4月時点ミドル生、~小5アドバンス生
  ‐アドバンス: 5月時点アドバンス生、修了生、プロ生
 【費用】
  ‐6・7月授業料: 通常分(修了生の方は9,900円/月)
  ‐延長指導料 : 550円/回(可能な授業日を都度ご案内)
  ‐予行練習会 : 7/22…1コマ2,200円※ 7/23…3,300円※
  ‐大会エントリ: 6,600円(早割5,500円)※

  ※弟妹は1,100円引き

 【表彰】
  ‐各コース1~3位表彰の他、景品授与
 【申込‐大会】
  ‐定員(60名)まで先着順
  ‐~6/20(日)まで早割1,100円引き
  ‐キャンセル料は6/21~30%、7/1~50%、7/15~80%
 【申込‐練習会】
  ‐定員・直前まで受付
  ‐満席時は受入を検討しますので「キャンセル待ち」予約下さい
  ‐キャンセル料は7/21(水) 0:00~100%
 【申込方法】
  ‐本メール記載の条件に同意の上、全て下記予約サイトより登録下さい

  使いにくいですが…「すべてのメニュー」のまま7/22-23の週までめくって下さい
  《予約サイト》 https://airrsv.net/robocobo/calendar

 【徴収方法】
  9月分月謝に加算して頂戴します
 【中止・変更時】
  ‐情勢により開催できない場合は、各教室での成績を集計し、表彰・景品授与を予定します
  (この場合、大会エントリ料を3,300円、割引・キャンセル0円とします)
  ‐中止した練習会または大会費用は徴収しませんが、授業料・指導料は返金できません
  ‐日程・会場・料金が変更になる場合はご予約を返上し、改めて募集します


2) ロボット教室オンラインサービス
 アカウント登録すると、毎月のロボットの製作手順を動画で見られるロボット教室オンラインサービスが利用できます。
 テキストでは分かりにくい箇所や遊び方などもご覧になれますので、ご活用下さい。
 (休会月は利用できません)

《オンラインサービスご案内PDF》
 http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/net/RobotOnlineService.pdf

《アカウント登録URL (PDF記載QRコード)》
 https://form.kintoneapp.com/public/form/show/00008e877a90d5dc03472c81611b94849f6b451581adb93b4b1e993b3fdb7b86


3) 4月課題 高得点者  []内は教室と学年

 ◆プライマリ【15名平均 図形4.1】
   5点…中川[中間2], 藤井[中間2], 翁[小倉北2], 土屋[小倉北1], 藤原[八幡東1], 有松[小倉南2], 古場[小倉南2], 眞所[小倉南2], 矢野 [小倉南2]

 ◆ベーシック【21名平均 図面2.2+設問2.3=4.5】
  10点…なし
   9点…なし
   8点…柴田[小倉北4], 渡辺[小倉南4]
   7点…江藤[小倉南3]
   6点…一ノ木戸[小倉南5]

 ◆ミドル【14名平均 図面3.1+設問1.2=4.4】
  10点…なし
   9点…なし
   8点…なし
   7点…林田[小倉南4]
   6点…中村[東福間6], 千葉[中間6], 中村[小倉北7], 武田[八幡東5]


6. コロナ問題の理解 その2


 ■コロナ閑話
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/CoronaOpinion'210531.pdf


東福間・中間・小倉北教室 佐藤 / 八幡東・小倉南教室 中野

2021年4月30日金曜日

2021年4月報

1.4月授業内容
2.4月の課題
3.3月の解答
4.今後の授業スケジュール
5.お知らせ
6.コロナ問題の理解 その1


1. 4月授業内容


1.0 <スタートアップ(全コース)>


 割愛します。


1.1 <プライマリーコース『ロビット』>


 割愛します。

1.2 <ベーシックコース『ケンドーロボ』>


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

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

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

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

衝突して押しこまれるバンパーを利用する点が、昨年9月の『う王さ王』と似ていますね。

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

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

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

案外、ノーマル仕様の小柄(こがら)なボディの方が、体格のいい先輩たちを打ち負かします。

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

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

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

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


*1 同じ大きさのギア同士は、回転速度が同じに保たれます。このことを「減速しない」と言います。昨年9月の『う王さ王』の改造例としても紹介しました。

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

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


1.3 <ミドルコース『ロボキャッチ』>


 1月~6月まで追加された新作テーマの第四弾!
第9回アイデアコンテスト全国大会(2019年)MVP賞作品(当時小3)がベースの、クレーンゲーム型ロボットです。
UFOキャッチャーを彷彿(ほうふつ)とさせる見た目からもワクワクするテーマですね。
ミドルコースの傑作(けっさく)選に加えましょう。

 しかし、このゲームには、ハンドを閉じて景品をキャッチし、引きずらないように持ち上げ、目標位置まで水平移動する3つの動作が必要です。

その後、景品を下ろし、ハンドを開いて放し、次の景品に向かって戻る動作も必要です。

これをミドルコースで、モーター1個で、掴(つか)んだり、持ち上げたり、移動したり、どうやって実現できたのでしょうか?

 これには、2020年9月の『ロボアーム』と同じ動作原理が使われています。

一言で言えば「差動装置」であり、特にギアを使った装置をディファレンシャル・ギア(differential gear=差動歯車)と呼びます。
ディファレンシャル・ギアとして最も有名なのが自動車の駆動軸に用いられるもので、通称「デフ」と呼ばれます(*1)。

これは、左右両輪の駆動軸(一般車は前輪、高級車・スポーツカーは後輪、一部は前後輪とも)の中央付近に設けられ、
カーブを曲がる時などに左右の回転数の差を許容しながらも、1つしかないエンジン/モーターの回転を絶えず分配するために使われています。

 『ロボキャッチ』では正に、このデフを模した機構を腐心(ふしん)して作り上げており、先生たちをも感嘆させました。

テキストp.7で、マイタギア4枚を対向させて組み上げたギアボックス“自体”を、裏返したタイヤLゴムで包んで回せるようにしています。

このような構造にすると、左右2本の出力軸(シャフト4ポチ)が無負荷(空回り)または等しい負荷(自動車の直進)の時には、中心のギアボックスと一体的に回るだけで、単に1本のシャフトで左右の回転軸を直結した(デフロック)状態と変わりませんが、
ひとたび負荷に差が生じる(片側の回転が重い/カーブを曲がる)と、左右の回転数が異なってきます。

このとき、回転数の比〔左軸:デフ:右軸〕は、デフロック状態を 100:100:100 とすると、
50:100:150 になったり、0:100:200 になったり、-100:50:200 になったりと、〔左軸 + 右軸 = デフ×2〕の関係になります。

つまり、エンジン/モーターでデフを定速回転させている時、左軸が +20 だけ変化すれば、右軸が -20 だけ変化し、その結果が逆回転になってもお構いなしです。
「差動装置」と呼ばれる所以(ゆえん)です。

なぜそうなるかは、デフをゆっくり手で回して観察すれば分かるでしょう。

 パーツによっては、マイタギア4枚で組むと回転が固くなる場合がありますので、
写真のように3枚でコの字に組み、シャフトペグ2本を対向させる代わりにシャフト4ポチを通すとスムーズになります。

パーツ形状の限界から、デフへの入力として自動車同様のシャフトドライブは採用できなかったため、輪ゴムによるベルトドライブを編み出しています。

タイヤLとSのゴムを裏返してできる溝に輪ゴムを掛けて伝達するあたり、小型車のトランスミッション(CVT=無段変速機)に多く採用されている金属ベルトドライブに似ており、これも自動車っぽいマニアックな機構です。

 では、なぜ、『ロボキャッチ』に差動装置が必要だったのでしょうか?

それは、モーターが回転し続けたままアーム/ハンド操作水平移動動力を振り分けるためです。
モーターにとっては「回せるならどっちが回っても構わない」リンク構造になっています。

力学的には、中心のマイタギアを介した「作用・反作用の法則」により、どちらにも同じ回転力(トルク)で出力されますが、その結果として、“楽に”回せる方が(多く)回ります(*2)。

 アームの上げ下げハンドの開閉もまた、マイタギア同士による差動装置になっています。
つまり、マイタギア同士が噛み合って回転を伝える(ハンドを開閉する)のか、
または、もう互いに回せなくなったマイタギア同士が一体となって一緒くたに回転する(アームを上げ下げする)のか、
楽な方の動きが選択されます。

かくして、スイッチを入れると、
1) ハンドが物を掴(つか)む
2) アームを少し持ち上げる
3) アーム全体が移動する
の順に作動します。

所望の位置で止め、今度はスイッチを反転させると、先程の逆順ではなく
4) 先ずはアームを垂(た)らし
5) ハンドを開いて荷物を離し
6) アーム全体を逆方向へ移動する
という一連のクレーン操作を滞(とどこお)りなくこなすのです。

スイッチを入れている間、モーターはずっと一方向に回り続けているだけです。
動作が切り替わるのは、動ける限界の位置に達した(ハンドを閉じ終わる)時や、動きが重くなった(アームを持ち上げて重力がきつい)時です。

マイコンも使わず、機械だけでこんなことができるのですね。

 プログラミングにより、スタートして強制的に移動するクレーンを声に反応させて停止した後、モーターを逆転することで景品を掴み、戻って来させるUFOキャッチャーさながらのゲーム性もナイスです。


*1 ウィキペディア「差動装置」
 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B7%AE%E5%8B%95%E8%A3%85%E7%BD%AE

*2 自動車のデフも同じで、これが裏目に出る場合があります。
 その典型が雪道や泥沼での“スタック”で、一方のタイヤが滑りやすい路面で空転し始めると、(その方が楽なので)反対側のタイヤに駆動力が伝わらなくなり、その場から抜け出せなくなります。
 この欠点を回避するため、「デフロック」や「リミテッド・スリップ・デフ=LSD」と呼ばれる追加機構が装備された車両もあります。


1.4 <アドバンスコース『九九ボックス①』>



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

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

ここは、文章よりも、興味深いYouTube動画で歴史遺産を学びましょう。


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

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

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


■タイガー計算機についての詳しい解説動画

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

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


■いろいろな計算機器

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

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

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


1.5 <プロ1年目コース『オムニホイールロボット①』>


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

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

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

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

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

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

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


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

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


2. 4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/RobotP2104-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/RobotB2104-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/RobotM2104-Q.pdf

 <アドバンスコース>
  - 上記授業内容に紹介した動画(YouTube)を視聴する
  - オリジナル課題プリント(見取図+設問)
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotA2104-Q.pdf (来月まで分)

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


3. 3月の解答


 <プライマリーコース>
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotP2103-A.pdf
 <ベーシックコース>
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotB2103-A.pdf
 <ミドルコース>
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotM2103-A.pdf
 <アドバンスコース>
  http://robocobo.sakura.ne.jp/blog/HW/RobotA2102-A.pdf


4. 今後の授業スケジュール


◆5月は一週ずつ遅れます。
◆【真鶴会館】小倉北区真鶴1-5-15(施設駐車場あり)
◆【折尾商連会館】八幡西区折尾3-1-32(施設駐車場なし)


――――――――――【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

 ⇒ 5/8, 22,  6/5, 19,  7/3, 17


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

 ⇒5/15※第1回 【折尾商連会館】2F
  5/29※第2回 【折尾商連会館】2F
  6/12, 26,  7/10, 24

 ※ハーモニーホール閉鎖につき【折尾商連会館】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/ロボプロ
   - 15:00~ アドバンス

 ⇒5/ 9 第1回 5F小セミ
  5/23※第2回 北九州総合労働会館【真鶴会館】4F
  6/6, 20,  7/4, 18

 ※ムーブ閉鎖につき【真鶴会館】で開催します


――――――――――【中野教室長】――――――――――

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

 ⇒ 5/8, 22,  6/5, 19,  7/3, 17


[小倉南]第2・4日原則<総合農事センター2F>
   - 10:30~ ベーシック/プライマリ
   - 13:00~ ミドル
   - 15:00~ アドバンス

 ⇒5/16※第1回 北九州総合労働会館【真鶴会館】4F
  5/30※第2回 北九州総合労働会館【真鶴会館】4F
  6/13, 27,  7/11, 25

 ※農事センター閉鎖につき【真鶴会館】で開催します


5. お知らせ

1) ロボプロ全国大会4/25(日)の延期

 全国から2部門13名が選出され、4/25(日)オンライン開催予定でした。
 ■テーマ部門「おうち時間を楽しく/便利にしてくれる作品」9名
 ■フリー部門「技術力やアイデアの奇抜さを競う自由作品」4名

 うち九州から唯一、山本蒼也君(中間教室 中3)がフリー部門で選出されています。

  作品名『ダンシング・チンアナゴ』
 タイトルも動きも“パーリナイ”な妖しい雰囲気を、高度なハード・ソフト技術と不屈の挑戦マインドで結実させたギャップが魅力的です。


 夏頃を予定しておりますが、開催日・追加応募は未定です。
 https://kids.athuman.com/robo/event/convention/rp2021/

 ロボプロ全国大会の様子は、過去のダイジェスト動画をご覧下さい。
  第1回(2017年)  https://youtu.be/j_2t1B8ic3g
  第2回(2018年)  https://youtu.be/51SNvvL4ubk
  第3回(2019年)  https://youtu.be/yLzbbIeQniM


2) 明るさセンサー式LED常夜灯はんだ付け講座 終了
 4/29(木・祝)北九州パレスにて、4組の方に参加頂きました。

 初めてのはんだ付けで、300℃で熔けたドロドロの金属にドキドキしながら練習を重ね、LED常夜灯の製作本番には全員が成功しました。

 型抜きパンチで紙袋に模様の穴を開け、自分だけの提灯(ちょうちん)にして持ち帰りました。

 暗くなると自動で灯(とも)り、朝日が射して消えるでしょう。毎夜が楽しみですね。


3) ロボット教室専用 電池チェッカーはんだ付け講座 終了
 4/29(木・祝)北九州パレスにて、4組の方に参加頂きました。

 はんだこてを使って電子部品やICのはんだ付け作業を練習した後、ロボット教室用の電池チェッカーとして使える実用品を製作しました。

 大きな失敗もなく、全員が完動品を持ち帰ることができました。

 これでもう、ロボットが動かなくても先生に診断してもらう必要は無いよね!?


4) 5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]5/22
 [八幡東]5/22
 [小倉北]5/23
 [中 間]5/29
 [小倉南]5/30


5) 3月課題 高得点者  []内は教室と学年

 ◆プライマリ【13名平均 図形3.5】
   5点…土屋[小倉北 年長], 原[小倉南1], 吉永[小倉南 年長]

 ◆ベーシック【20名平均 図面2.3+設問2.5=4.7】
  10点…なし
   9点…なし
   8点…柴田[小倉北3]
   7点…諭[小倉北2], 江藤[小倉南2]

 ◆ミドル【18名平均 図面3.2+設問1.3=4.5】
  10点…なし
   9点…なし
   8点…中村[小倉北6], 小牧[小倉南4], 林田[小倉南3]
   7点…藤津[中間4]

 ◆アドバンス【7名平均 図面8.3+設問4.4=12.7】
  19点…宮尾[八幡東7]
  18点…重藤[八幡東9]


6. コロナ問題の理解 その1


 「このままでは変異株が全国に広がってしまう…」
4/23夜、菅首相が4都府県に3度目の緊急事態宣言を決定する会見で放った言葉です。
一年超かけて学習しない無為無策ぶりに、改めてショックを受けます。

・緊急事態宣言に関係なく、第1波、第2派とさざ波を迎えては落ち着いてきた
・低毒ウイルスほど止められない = 次々に変異して感染の波が起こる
という事実をもう認識するべきでしょう。

いや、GoTo推進派の菅さんも本心ではないでしょう。そこがまた闇です。

 一年前より日本のコロナ対策は人災として、反対を表明してきました。
そう言えたのは、ひとえに、真のサムライ科学者・言論者らの分析の賜です。

第4波、マンボー、ワクチンとか言ってないで、新コロ問題を一瞬で終わらせる方法・・・
●感染症指定を1類相当(エボラ並み)→5類(インフル並み)へ
●PCR検査Ct値(陽性判定基準)を適正な30前後以下へ

どちらか一方だけでも医療リソースに数倍以上の余裕が生まれるのに、
風邪を封じ込める社会実験が失敗すると困る人がいるのでしょう。
 何の為の感染防止・・・感染防止の為の感染防止・・・
 一般病院に閑古鳥が鳴いて医療崩壊…
 例年より死者数が減って医療崩壊…

これで緊急事態宣言を発出する政治の問題解決能力を信じて、全国民が自粛に協力するようなら、それこそ日本は終わりでしょう。

 初期は仕方ないにしても、政府・行政の新コロ対策において、
問題は合理性を欠くこと以上に、批判かわしを優先してそれを放置すること。
科学的見解が分かれるなら、国民(どころか知事レベルまで)が正しく判断するに足る反証を封殺すること。
偏向報道のマスコミも、問題の元凶や本質を追及せず、400日連続で“コロナ脳”ウイルスをばら撒いています。


 今回は、皆様が支持する立場を問わず、知っておいて頂きたい視点を紹介します。
数多の言論に触れてきた中でも、とりわけ公平で、客観的で、科学的で、人道的なのに、不気味さを増すばかりの言論統制をギリギリかわしながら世の為に発信されている方々がいます。
本来、これくらいの見識を国民に開示せずに(自分なりの)正しい理解も何もありません。

ロボットやAIの未来を語る前に、日本の産業を守らず、技術や財産の侵食を許した将来に考えが及ばないお人好しが量産されては元も子もありません。
是非ご参考の上、お子さんと一緒にお考え下さい。


《井上先生が斬り込んでいる問題》
 ・PCR検査の誤用と市場原理
 ・ワクチン信仰の幻想
 ・実効性を欠く感染経路対策
 ・免疫を減退する自粛の逆効果
 ・政治のポピュリズムへの迎合

◆特番『井上先生質問シリーズ第2弾 視聴者からの『新型コロナ』疑問、質問に答えます!』
<前半>ゲスト:大阪市立大学名誉教授 井上正康氏
 松田政策研究所
 https://www.nicovideo.jp/watch/so38560514

◆特番『井上先生質問シリーズ第2弾 視聴者からの『新型コロナ』疑問、質問に答えます!』
<後半>ゲスト:大阪市立大学名誉教授 井上正康氏
 松田政策研究所
 https://www.nicovideo.jp/watch/so38560446


《結局、コロナ問題は、民族毎の体質(免疫性・肥満率など)もさることながら、
 国民性・政治の問題でもあることが分かる面白い談論》

◆松田学のニュース解説 実感なき緊急事態宣言延長の効果とドイツのコロナ死亡者解剖結果
 松田政策研究所チャンネル2
 https://www.youtube.com/watch?v=apKoTDfJN60


次回以降、まだ終わらなければ、PCR検査とマスクの問題を掘り下げたいと思います。


東福間・中間・小倉北教室 佐藤 / 八幡東・小倉南教室 中野