携帯ゲーム機を利用したロボットプログラミングシステムの開発熊谷和志＊１今孝公＊２佐藤崇＊３ Kumagai Kazushi Kon Takayuki Sato Takashi １．はじめに最近のエレクトロニクスの発展により，ロボット教材「梵天丸」[1]のようなマイコン教材が販売されるようになった．このようなロボット教材は，深刻な問題である小中学生の理科離れを防止する有効な手段であると考えられている．ロボット教材は全国の小中学生をはじめとする入門者を対象にしているにも関わらず，パソコン利用を前提としている．パソコンによるプログラム開発や，相応レベルまでのパソコンの習熟は，小中学生にとってかなり高度であり，ロボットへの興味が冷めてしまうという問題がある．また，せっかくの手軽なロボットが教材の域を出ない要因の一つともなっている．そこで，パソコンに代わるプログラム環境を提供し，ロボットを教材から身近な玩具へと意識変化させることを狙い，多くの小中学生が所有していると思われる携帯ゲーム機を利用した，ロボットプログラミングシステムの構築を行った．２．システム概略携帯ゲーム機として，これまでの普及台数が最も多いと思われる任天堂のゲームボーイを選定し，ゲームボーイ上で動作するマイコンプログラムシステムを開発した．対象となるマイコンは，ロボットキットの梵天丸に使用されている PIC16F84 としている．ゲームボーイにはゲームの対戦などに使用される通信ポートがある．ゲームボーイ上でプログラムを記述し，コンパイルし，通信ポートを介してマイコンへの書き込みが可能な環境を構築した．また，パソコン上でソースコードの管理を行うために， USB インタフェースを利用して，ゲームボーイとパソコン間の通信システムを構築した．システム概略を図 1 に示す．３．開発環境の構築開発したプログラムをゲームボーイ上で動作させるには開発用カートリッジが必要である．ゲームボーイ用 *1 仙台電波工業高等専門学校電子制御工学科〒989-3128 宮城県仙台市青葉区愛子中央 4-16-1 *2 弘前大学理工学研究科知能機械ｼｽﾃﾑ工学専攻2 年〒036-8560 青森県弘前市文京町 1 *3 長岡技術科学大学機械創造工学課程 3 年〒940-2188 新潟県長岡市上富岡町 1603-1 書き込みケーブル梵天丸に書き込み大泉哲哉＊１ Oizumi Tetsuya ゲームボーイ上でプログラミング USB ファイル管理 USBアダプタエディタ，コンパイラユーザインタフェース図 1 システム概略図開発カートリッジはすでに市販されていないので，ゲームカートリッジを改造することにした．ゲームカートリッジに実装されている ROM を FlashROM に換装することで対応している．また，プログラムをカートリッジに書き込むための FlashROM リーダ・ライタと，ゲームボーイの通信ポートから PIC に書き込むための書き込みケーブルを製作した．４．チップ方式エディタの開発 PIC用のプログラムをゲームボーイ上で開発するためのチップ方式エディタを開発した[2]．チップ方式によるプログラムの作成は，プログラム自体の省スペース化やプログラムを視覚的に分かりやすくすることが可能であるが，その反面チップの詳しい情報を表示することが困難である．この問題の対策として，作成しているプログラム画面の右側に補足を加えるための説明表示部とチップ選択部を表示させるようにした．チップ選択部には作成するチップの一覧を表示するだけではなく，コンパイラ，プログラムの書き込み，プログラムの保存と読み出しなどのエディタ以外の操作へと移行できるようにしている．エディタのプログラム作成画面を図 2 に示す．エディタがチップを管理する方式としてリレーショナルデータベース（RDB）を採用した．エディタで作成されたチップはゲームボーイ内の RAM に 1 チップ当たり 8WORD のデータ構造で書き込まれる．このデータ構造にはチップの表示位置やチップの種類の他に，チップを識別する番号や前後のチップなどのデータが格納され，エディタはそのデータ構造を解析し，そのチップに該当する位置にチップの絵柄を表示するようにしている．前図 2 エディタ画面図 3 エラー出力後のチップをデータ構造に入れることで，画面上ではなく RAM 上でチップの前後関係を把握することが可能であるため，チップを編集することや，コンパイラなどの処理が容易になる．込まれていることが確認できた．図 4 に書き込み実行している様子を示す．５．コンパイラの開発エディタで作成されたチップ方式のプログラムをPIC の実行形式である機械語へとコンパイルする，コンパイラの開発を行った[3]．チップ方式はチップ 1 枚に対して複数の機械語が対応している．そのためコンパイラは，プログラムの先頭からチップを解析して RAM のデータからチップの種類を読み取り，それに対応する機械語を出力することでコンパイル処理を行っている．プログラムをたどっていく際には，チップデータ内の次チップ番号データを読み取り，そのチップを検索することでプログラムをたどるようにしている．図 2 のプログラムのように分岐しているプログラムをコンパイルする際は，まず分岐先のチップを全てキューに格納して分岐先を把握する．そして，その内の一つを取り出して分岐先を解析していき，その分岐先を解析し終えたらまたキューから分岐先のチップを取り出しコンパイルしていく．プログラムの終点で，かつ未解析の分岐先が存在しなければコンパイルを終了し，エラー出力を行う．エラーの表示はゲームボーイ画面に新たなウィンドウを表示して出力するようにしている．エラーの出力例を図 3 に示す．６．PIC への書き込みコンパイルされたプログラムをPICへ書き込むための書き込みプログラムを開発した[3]．書き込みケーブルにより，ゲームボーイと PIC 間のハードウェア上の問題は解消できている．書き込みプログラムは，コンパイルされた機械語を書き込みケーブルが認識できるように変換し，さらに PIC を最低限動作させるのに必要なヘッダプログラムを追加して書き込みケーブルへと送っている．サンプルプログラムをゲームボーイ上で作成し，PIC へと書き込み，梵天丸にて動作確認をしたところ，正しく動作し，PIC にプログラムが書き図 4 プログラムの書き込み以上より，ゲームボーイを用いたロボットプログラミングシステムに必要な機能のすべてを実現することができた．７．おわりに教育用ロボットの梵天丸を対象に，搭載マイコンのプログラミングをゲームボーイ上で行うシステムを開発するにあたり，システム設計，開発環境の構築と，エディタ，コンパイラの開発を行った．さらに PIC への書き込みプログラムも開発し，プログラミングシステムとして必要な機能のすべてが実現できた．今後は小中学生がこのシステムの検証を行える程度に使いやすくし，小中学生を対象にこのシステムの検証を行う予定である．最後に，本研究は文部科学省科学研究費萌芽研究 17650248 の補助を受けて行われていることを付記し，ここに謝意を表する．参考文献 [1]メカトロで遊ぶ会：梵天丸とは， http:/www.inrof.org/TORO/bonten/index.html [2] 今，熊谷：携帯ゲーム機を利用したロボットプログラミングシステムの開発（第 1 報），機学東北支部秋季講演会講論，041-2，2004.09，pp.231-232 [3] 佐藤，今，熊谷，大泉：携帯ゲーム機を利用したロボットプログラミングシステムの開発（第 2 報），機学東北支部総会講論，2006-1，2006.03，pp.149-150