Weekend Mathematics／情報／「ロボット入門」の授業(2004年)


「ロボット入門」の授業（2004年)

「ロボット入門」の指導計画



第１５回・ライントレーサの製作実習(1)

県立磯子工業高校にて、同校電気科の先生方（佐々木先生、梶本先生、松井先生、栗田先生、内田先生）のご指導のもと、ライントレーサの製作に取り組みました。全体の説明と、安全に気を付けて取り組んでほしいという注意を受けています。

*ギアボックスの組み立て *

２つのグループに分かれて作業を開始します。Ｂ班は、まずギアボックスの組み立てからです。プラモデルを作る要領で、解説書を見ながら組み立てていきます。

*プリント基板加工（穴あけ） *

ボール盤を使って、プリント基板の穴あけ作業です。あける穴の数はおよそ１００個、集中して作業をしますので、目がかなり疲れます。

*アルミ（シャーシ）加工 *

一方、Ａ班は、アルミ板にけがき針でけがき（アルミ板に図面を書き写す）をします。そして、センターポンチで位置を定めた後、ボール盤で穴をあけていきます。

シャーという足踏み式切断機で、アルミの板を切断しているところです。見事な切れ味にびっくり！
これは、アルミの板を折り曲げているところです。実にきれいに見事に折り曲げてくれます。

*プリント基板加工（はんだ付け） *

午後からはんだ付け作業に入ります。はんだ付けのコツを教えてもらい練習をした後、メイン基板のはんだ付けです。
場所や部品の向きを間違えないように、慎重に作業をしていきます。
午前最後の時間帯には、県立磯子工業高校設計製作部の活動を見学させていただきました。ロボット競技会に出場するマシンの最終調整をしているところということで、ピンポン玉を集めてゴールに入れるというマシン、コースを周回するライントレーサを見せてもらいました。カーブをあざやかにきってすごいスピードでトレースしていくのにはびっくりしました。

 

* 生徒の感想 *

　１日目の実習を終えての生徒の感想です。



　

第１６回・ライントレーサの製作実習(2)

 県立磯子工業高校の山下校長から、「工業高校ならではの授業を是非体験していってください。」と挨拶を受けて今日の授業が始まりました。

*プリント基板加工（はんだ付け） *

昨日の続きで、センサー基板のはんだ付けをしています。
作業の合間に、「ねじ切り」も体験させてもらっています。なめらかなねじを作るのは、なかなか大変。

*シャーシ等の組み立て *

メイン基板とセンサー基板をケーブルでつないでいきます。
ケーブルのはんだ付けがなかなか大変。

基板と電池ボックス、モーターなどをつなぎます。そして、シャーシ（本体）に、キアボックス、基板などを取り付けていきます。
最後に、センサー、ＩＣを取り付け、電池をつなぎ完成です。
基板のチェックをしていただいています。

コースを走らせてみます。きちんとトレースできたかな？

完成！！

これが、今回作ったマシンです。

*プログラミング *

マシンが完成したら、いよいよプログラミングです。ＩＣの各ポート番号と接続回路についての説明を受けています。入力と出力それぞれのイメージを持ちましょう。

最初は、ledを点灯させるという簡単なものからトライします。メモ帳を使ってコードを入力しています。

*電気実験 *

午前、最後の時間に、電気実習室をいうところで、高電圧の電気実験を見せていただきました。絶縁体であるガラス板に数万ボルトの電圧をかけたり、１０万ボルトの電気を一気に放電して雷を起こしたりと、迫力のある実験でした。

 

* 生徒の感想 *

　２日目の実習を終えての生徒の感想です。




第１７回・ライントレーサの製作実習(3)

 

*プログラミング *

最終日は、コンピュータ教室にて、Ｃ言語によるプログラミングの学習です。最初は３つあるｌｅｄを順次点滅させる、次はモーターを動かす、そしてセンサーの白黒判定に応じてモーターを動かす・・・とどんどん課題がむずかしくなっていきます。
スペル間違いなどのちょっとしたミスでも、コンパイルはうまくいきません。その度にやり直しです。デバッグ作業もなかなか大変。
うまくコンパイルできたら、それをマシンに転送します。さあ、実験です。思ったとおりの動きをしてくれるでしょうか？
いろいろと試行錯誤しているうちに、マシンの不具合がでてきます。はんだづけを確認したり、タイヤをつけ直したり、ギアボックスを組み立て直したり・・・・。
白地に黒のラインでうまくトレースできるかどうか、試しています。これができたら、今度は黒地に白ラインのトレースにプログラムを変更します。

別室に用意された大きなコースで試しています。カーブはきれいにトレースしていきますが、十字とクランクが思うようにいかないようです。センサの位置をずらしたり、プログラムを変更したりして調整をしていきます。
いよいよタイムトライアル！　１台ずつコースを走ります。皆が見守る中、完走するたびに拍手が起こります。一番早いマシンは、このコースを１分３６秒で１周しました。
マシンが、カーブをきれいにトレースしていきます。
県立横浜清陵総合高校の石川校長から、「皆さんが生き生きとロボット製作に取り組んでいる姿を見て、素晴らしい授業だと感動しました。磯子工業高校の先生方に深く感謝するとともに、この授業で学んだことを次へとつなげていってほしいと思います。」を挨拶がありました。
県立磯子工業高校の桐野教頭から、「工業高校では、今回皆さんが学んだような物づくりを中心に学習をしています。この機会に学んだことを今後の学習に是非生かしてください。」ということばをいただきました。

３日間の講習を終えて、満足げな生徒たちです。磯子工業高校電気科の先生方には本当にお世話になりました。どうもありがとうございました。

  

* 生徒の感想 *

　３日目の実習を終えての生徒の感想です。




第１８回・国際レスキューシステム研究機構　川崎ラボラトリー見学

*IRS川崎ラボラトリー見学 *

川崎にある国際レスキューシステム研究機構（IRS)川崎ラボラトリ−を見学させていただきました。

*レスキューロボットに関する講演 *

電気通信大学　電気通信学部知能機械工学科　松野文俊教授から、ロボット研究、特にレスキューロボットの研究に関するお話をしていただきました。

*生徒の感想*

アクロバットロボットの蹴上がり制御では、ロボット自身に学習させているというお話があり、すごいなあと思いました。

９月１１日のテロが起きた際に、救助しようと中に入った人が犠牲になってしまった。危険な場所に人間がいかなくてもすむように、レスキューロボットの開発に期待したい。

いろいろな技術を使って、ロボットが人間を助けたり、救助したりできるようになってほしい。また、ネジの原理を使ったロボットは本当にすごいと思った。ロボットを作るには、普通の発想ではとてもむずかしいと思った。

*レスキューロボットのデモンストレーション*

レスキューロボットが実際に動く様子を見せていただきました。

「ローラーウォーカー」
（東京工業大学広瀬研究室とIRSの共同研究）

４足歩行ロボットですが、足先に車輪がついていて、これを用いてローラスケートをするように前進することもできます。足先にモーターなどを付ける必要がないため、軽量化がはかられていて、スムースな移動を実現しています。
「４輪惑星探査ローバー」
（東京工業大学広瀬研究室とIRSの共同研究）

球形の車輪が、ひし形に配置されていて、どんなでこぼこでも乗り越えていきます。宇宙で使用することを考えると、運搬のことも考慮しなければいけないということでした。宇宙環境を想定して開発したロボットは、災害現場でも応用できます。

*生徒の感想*

どれを見てもすごいなあーというものばかりでした。ローラーウォーカーのアイディアがとてもおもしろいと思います。

ビデオで見たのとは違い、予想以上の動きだった。

キャタピラをつなげるという発想は、自分にはとうてい思いつかないと思った。タイヤの配置などもよく考えられている。足をタイヤにしてしまうというアイディアはすごいと思った。

「恐竜型ロボット」
頭としっぽを振ることでバランスをとって２足歩行をします。大きさもこぶりで、かわいい動きをします。
「IRS蒼龍」
（東京工業大学広瀬研究室とIRSの共同研究）

災害現場などで、瓦礫の下に残された人を探しだすために開発された蛇型ロボットです。３つの節に分かれていて、蛇のように瓦礫の中をずんずん入っていって、頭につけたカメラで中の様子を映しだします。

*生徒の感想*

ヘビ型ロボットがあんなに高い段差をこえるのを見た時にはかなり驚いた。有線・無線の問題など今後の課題となる部分についても理解ができた。

実際にへび型ロボットが動いているのを見てすごいと思った。長い体なのに、ひっくり返っても元に戻ることに驚いた。

*展示ロボットの見学*

東京工業大学　広瀬研究室で開発されたものを中心に、展示ロボットの説明をしていただきました。

*生徒の感想*

壁を歩くことができるロボットがあったことに驚いた。ロボットに壁を歩かせようというアイディアがあり、かつそれを実現させてしまうなんて凄いとしか言いようがないです。

レスキューロボットだけでなく、月面用のロボットや危険な場所へ行けるロボットもあり、いろいろなことを知ることが出来ました。実際に動いているところを見てみたいと思いました。

* 生徒の感想 *

見学を終えて、生徒の感想です。


清陵祭にて

９月１８日〜１９日に、第１回清陵祭が行われました。「清陵ロボットフェスティバル」 と題して、授業での取り組みを発表しました。

制作したロボットを展示、デモしたり、ロボットに関して調べたことなどを発表しました。



第１９回・まとめ

　最後の授業になりました。夏休みに取り組んだロボラボにもう１度取り組みました。清陵祭に出品したりして、壊れてしまったマシンを復活させ、きれいにライントレースできるようにチューニングし直したということです。それでもやり始めるといろいろなことを試してみたくなり、あっという間に時間は過ぎていってしまします。磯子工業高校で本格的なライントレースをした後ということもあり、生徒たちの理解も前回よりずっと深まっていました。

　講座を終えるにあたって、この授業に対するアンケートに協力してもらいました。　→　アンケート結果

　特に１年次生は、総合学科ということですので、３年次に「課題研究」が控えています。せっかく今回ロボットのことを学んだのだから、是非こういったテーマ設定も視野にいれてほしいとしました。

　何だか名残惜しいような気がしています。そんな中、生徒の１人が、「ロボット部を作りたいと思うのですが、一緒にやろうという人いませんか？」言い出しました。実現するといいなあと思っています。



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