釧路高専子供開放プラン インテリジェントパッドで 玉投げロボットをコントロール ２００３．８．１１ 釧路高専 電気工学科 野口 孝文 植本 一二三 目 次 0. 今日の予定 ........................................................ 1 1. はじめに ........................................................ 2 2. コンピュータを操作しよう........................................... 3 ・電源を入れてみよう............................................... 3 ・ユーザ名とパスワードの入力....................................... 3 ・マウスを動かしてみよう........................................... 3 ・マウスボタンをカチッと押してみよう............................... 3 ・キーボードを操作してみよう....................................... 4 3. インテリジェントパッドってどんなプログラム......................... 4 ・インテリジェントパッドをスタート................................. 4 ・パッドに文字を入力してみよう..................................... 5 ・漢字を入力してみよう............................................. 5 ・パッドを移動してみよう........................................... 6 ・パッドの大きさを変えてみよう..................................... 6 ・パッドを消去してみよう........................................... 6 ・パッドの貼り合わせを作ってみよう................................. 6 ・貼り合わせたパッドを動作させてみよう............................. 7 ・パッドで時計を作ろう............................................. 8 4. レゴを配ります..................................................... 10 5. インテリジェントパッドでレゴを動かそう............................. 10 ・レゴコントローラの電源をつなごう................................. 9 ・レゴパッドをスタート............................................. 9 ・信号機を作ろう................................................... 11 ・プログラムのしくみ............................................... 12 6. 玉投げロボットってなに？........................................... 14 ピッチングマシン................................................... 14 ロボットの構造..................................................... 15 プログラムはどんなふうになるかな................................... 16 いよいよロボットの製作開始......................................... 18 配線をしよう....................................................... 23 うまく行ったかな................................................... 23 7. 後方付けもちゃんとやろう........................................... 24 8. おわりに 24 ........................................................ i 0. 今日の予定 午前の作業 10:00 講習会開始 スタッフ紹介 10:10 コンピュータの操作の仕方 インテリジェントパッドの起動 パッドの操作の仕方 時計を組み立てる 10:40 レゴ部品の配付 レゴコントローラを操作する 信号機の作成 11:00 休憩（10 分） 11:30 玉投げロボットの製作 12:00 昼食 午後の作業 12:40 玉投げロボットの製作（つづき） 13:40 休憩（10 分） 14:00 みんなで試してみよう 14:30 後片付け 15:00 講習会終了 ‑ 1 ‑ 1. はじめに きょうは，みなさんが遊んだことのあるレゴブロックを使ってロボットを作ります．で も，ちょっとちがうのは，このロボットは，コンピュータのプログラムでコントロールし て，動くことができるのです． はじめに，コンピュータにさわるのが初めて のお友達もいますので，コンピュータの簡単な 使い方を練習します． 次に，コンピュータを動かすためのプログラ ムを作ってもらいます．いっしょうけんめい勉 強すると，かっこいいゲームも作れるようにな ります．でも，そんなに難しくなく作れるプロ グラムもあります． きょう使うプログラムは，インテリジェントパッドという道具を使って作ります．イン テリジェントパッドでは，レゴと同じように部品を組み合わせて，いろいろな道具（プロ グラム）を作ることができます．組み合わせは，紙を貼り合わせるように，部品どうしを 重ねていくことによって作ります． そして，いよいよロボットの製作です．レゴの部品もたくさんあります．モータや歯車 をじょうずに組み合わせて，考えたものを作って下さい．できあがったら，ロボットを考 えたように動かしてみよう．プログラムと組み合わせるといろいろなことができます．う まく動くまで，何回もためしてみましょう． みなさんは，きょう一日で，機械をモータで動かす方法やコンピュータでコントロール する方法などたくさんのことを学ぶことができるでしょう． ‑ 2 ‑ 2. コンピュータを操作しよう みなさんの前にあるコンピュータは， 富士通という会社のコンピュータです． windows というソフトウエアで動作して います キーボードからは，文字を入力したり， ディスプレイ 数値を入力したりできます．マウスは， コンピュータ上にあるアイコンを指定し 本体 マウス て，プログラムを起動することができま す．また，絵を描いたり，写真を切り取 ったりするときにも使います． では，コンピュータを起動してみまし ょう． 起動ボタン キーボード ・ 電源を入れてみよう コンピュータの起動ボタンを押して，コンピュータをスタートします．起動ボタンは， 上の図に示した位置にあります．コンピュータは，起動ボタンを押してもすぐには使えま せん．使えるようにするには，ハードディスクに入っているいろいろなプログラムをコン ピュータの中のメモリというところに移動しなければなりません．１分ぐらい待って下さ い． 右上の図のような画面になるのを待ちます． ・ ユーザ名とパスワードの入力 はじめに， 「ユーザ名とパスワード」をキーボードから入力しなければ，いろいろなプロ グラムを使うことができません．指示にしたがって，順番に操作してください． この操作が終わると，コンピュータが使えます．さっそくマウスの操作から始めましょ う． ・ マウスを動かしてみよう マウスには，左右２つのボタンがついています．これを「マウスボタン」と言います． はじめに，このボタンを押さずに，マウスをテーブルの上につけたまま動かしてみまし ょう．ディスプレイ上のマウスカーソル（矢印）がマウスの動きに合わせて動きます． ・ マウスの左ボタンをカチッと押してみよう ‑ 3 ‑ マウスボタンを１回カチッと押すことを「クリック」と言います． マウスボタンを２回カチッカチッと押すことを「ダブルクリック」と言います． マウスカーソルをディスプレイ上の絵のないところに移動して，マウスの左ボタンを押 したままほんのちょっとマウスを移動してみましょう．この操作を「ドラッグ」と言いま す．マウスはおもに左ボタンを使います． ・ キーボードを操作してみよう キーボードには，たくさんのボタンがあります．これを，「キー」と呼びます． キーボードは，文字や数字を入力するほかに，マウスの操作と組み合わせて使うこともあ ります．特別なボタンの名前を下の図に示しておきます． 漢字 シフト コントロール オルト マウスボタン バックスペース デリート リターン スペース 3. インテリジェントパッドってどんなプログラム ・ インテリジェントパッドをスタート インテリジェントパッドのアイコン をさがして，このアイコンをマウスでダブ ルクリックしてみよう． 右の図のようなディスプレイになりましたか．このディスプレイに表示された四角いも のを「ウィンドウ」と呼びます．こ のウィンドウは，インテリジェント パッドのウィンドウです． それでは，このウィンドウの右上 複合ツールボックス 隣にある小さなウィンドウにある四 ツールボックス 角いボタンをマウスでクリックして みましょう．このウィンドウは， 「複 ウインドウ 合ツールボックス」と呼びます． マウスカーソルが「＋」になりま ‑ 4 ‑ す．ウィンドウの左上から数センチメ ートルほどマウスをドラッグしてく ださい．下の図のような四角いものが あらわれましたね．これは部品をくば るのに使う道具（ロードパッド）です． このロードパッドを使って，いろいろ な部品や道具を受け取ることができ ます．「では，説明者がパッドを送り ロードパッド ます．」 このロードパッドの上に，右の図の ような新しいパッドが現われました ね．このパッドは文字列パッドです． この文字列パッドには，文字を入力す ることができます． ・ パッドに文字を入力してみよう この文字列パッド上にマウスカー 文字列パッド ソルを移動してマウスをクリックし ます．「バックスペース」キーを５回 クリックして，文字を消去します． それでは，キーボードのキーを「a,i,u」と押してみましょ う．図のように，文字が表示されましたか．もし，ひらがな で「あ，い，う」と表示されたら，キーボードの「漢字」キ ーを１度押します． 「バックスペース」キーを３回クリックして，文字を消去 します． ・ 漢字を入力してみよう つぎに，キーボードの「漢字」キーを１度押して下さい． 先ほどと同じく，「a,i,u」とキーを押してみましょう．そし て，「スペース」キーを１度押します．「愛生」という漢字に なりましたか．さらに，スペースキーを押すといろいろな漢 字が表示されます． 「リターン」キーを押してみて下さい．漢字の色が変わり 決定しました． ‑ 5 ‑ ・ パッドを移動してみよう 文字を表示したパッドを移動させてみましょう．文字列パッドの上にマウスカーソルを 移動して，「コントロール」キーを押しながらマウスをクリックしてみましょう． 文字列パッドの四すみが黒くなりましたね． これを「セレクト」言います． セレクトされたパッドは，移動させることが できます．「コントロール」キーをはなして， 文字列パッド マウスをセレクトしたパッドの上に移動し，ち ょっとだけマウスをドラッグしてみて下さい． パッドは紙のようにつかみ移動することがで きます． 右の図のように，文字列パッドをロードパッ マウスカーソル ドの外に移動してください ・ パッドの大きさを変えてみよう セレクトされたパッドの黒い四すみの１つに，マウスカーソルを移動し，マウスボタン を押すとマウスカーソルの形が変わります．このとき，マウスをドラッグするとパッドの 大きさをかえることができます． ・ パッドを消去してみよう 今操作したパッドを消します． 文字入力パッドの上にマウスカーソルを置き，マウスの右ボタン をクリックします．メニューが表示されます．その中から「削除」 という項目をマウスでクリックします．パッドが消去されます．消 えたパッドは，もう出すことができません． ・ パッドの貼り合わせを作ってみよう パッドは，貼り合わせることによって，いろいろ な道具を作ることができます． 数値パッド パッドを送ります．今度は，数字を入力する数値 パッド３枚と計算パッドが取り出されました． ２枚の数値パッドは，すでに計算パッドに貼って あります．まだ貼っていない数値パッドをセレクト して，計算パッドに貼ってみましょう． 「結合」と書かれたウィンドウが現れます．ウィ ‑ 6 ‑ 計算パッド ンドウの中のスロット一覧から「operand1(NUMBER)」を選んでクリックして下さい．つぎ に，「結合する」のボタンを押せば，数値パッドは計 算パッドに，データを伝えることができるようになり ます． この操作を「スロット結合」と言います．数値パッ ドと計算パッドが同じ値を共通に持つことができま す． ゲーム機をテレビにつなぐのと同じです．接続する ことによって，ゲーム機の信号がテレビに送られるの です． ・ 貼り合わせたパッドを動作させてみよう 数値パッドにマウスカーソルを移動し，マウスをク リックしよう．つぎに，数値をキーボードから入力し， 「リターン」キーを押します．２枚の数値パッドに数 値を入力すると，足し算の結果が残りの１枚の数値パ ッドに表示されます． では，パッドを消去して下さい． ‑ 7 ‑ ・ パッドで時計を作ろう いくつかのパッド部品を使って時計を作ります． はじめに，時計を作るのに必要な部品を送ります． タイマパッド 数値パッド ボタンパッド 日付パッド 文字列パッド 日付パッドに数値パッドを貼り，<hour>，<min>，<sec>のスロットとスロット結合をす る．また，文字列パッドも貼り，これらは，スロット結合しません． ここまでできると，ほぼ完成です．時計は，現在の時刻を表示しています． <hour>に結合 結合しない <min>に結合 結合しない <sec>に結合 しかし，表示が変わりませんね．これは，日付パッドから各数値パッドへ表示の値が変 わったという連絡が伝わらないために，新しい時刻が表示されません． この連絡をするようにするために，日付パッドにボタンパッドを貼ります．スロットを <now>にスロット結合します． ボタンを押してみて下さい．時刻が更新されますね．でもこれでは，指が疲れてしまい ます．ボタンの変わりに自動的に，ボタンを押してくれるものはないですか． それが，タイマパッドです．タイマパッドを日付パッドに貼り，スロットを<now>にスロ ‑ 8 ‑ <now>に結合 <now>に結合 ット結合します．そして，タイマパッドに貼ってある数値パッドの値を１にしましょう． １秒ごとに時刻表時が変わる時計ができましたね． これで時計は完成です．ボタンパッドやタイマパッドが見えなくなるように，日付パッ ドの大きさを小さくします． 値を１に 大きさの変更 完 成 ここでちょっと休憩しましょう 時計パッドは，文字の色や文字の大きさをかえることができます． 次の作業のじゃまにならないように，時計パッドを片付けておきましょう． ‑ 9 ‑ 4. レゴを配ります レゴブロックを配ります．次のことに注意して下さい． ① 他の人の部品と自分の部品が混ざらないようにして下さい． ② 後方付けのとき，部品をもとの位置に戻して下さい． たくさん部品がありますね．レゴコントローラにモータや電球を接続するときに，間違 うと壊してしまうことがありますので，接続の仕方は，良く説明を聞いて下さい． 5. インテリジェントパッドでレゴを動かそう ・ レゴコントローラの電源をつなごう レゴコントローラの電源をコンセントに接続して下さい． ・ レゴパッドをスタート レゴコントローラパッドを送ります． プログラムの起動ボタン プログラム ここをつかんで移動 レゴコントローラパッド プログラムの入力 このパッドは，少し大きいので，台紙パッドからはがして使います． このパッドがレゴコントローラパッドです． このパッドは，コンピュータに接続してあるレゴコントローラと通信し，プログラムを 実行するパッドです．はじめに，レゴコントローラが使えるようにつぎの順にボタンパッ ドをクリックします．その前にレゴコントローラの中央に赤いランプが点灯しているのを 確認して下さい． ‑ 10 ‑ ① プログラム起動ボタンを１，２，３と押す． これらの２つのボタンを順に押すと，レゴコントローラの中央の赤いランプが消えまし たね．これで，レゴコントローラパッドからレゴコントローラをコントロールできるよう になりました． ためしに，レゴコントローラに信号を送ってみましょう．プログラム入力の右から４つ 目の表パッドをマウスでクリックして，キーボードから１から８の好きな数値を入力して みましょう．または，下のパッドの黒い三角 をクリックして数値を選択してくださ い． ② プログラムの「A」に対応する入力に「8」を入力する． レゴコントローラの緑色のランプが点灯しましたか．この数値が大きいほど，明るくラ ンプが点灯します．しかし，８より大きな数値は，入力しないで下さい． ③ ストップのボタンを押すとランプが消えます． ・ 信号機を作ろう いまレゴコントローラパッドに次のような値を入力してください．値を入力したあと， 「１，２，３」とボタンを押すと，レゴコントローラのランプが順番につきますね．この データは，信号機をコントロールするプログラムです． プログラムを入力する位置をクリックする １はキーボードから プログラムを入力する ‑ 11 ‑ 入力する では，さっそくレゴで信号機を作りましょう．レゴの押しボタンスイッチ，ランプ，赤 青黄色の透明なブロックを用意しましょう． 上の図のような信号機を作って，レゴコントローラの「Output」の「A」， 「B」， 「C」にラ ンプを接続してみましょう．押しボタンスイッチをレゴコントローラの「Input」の「１」 に接続して，スイッチを押してみて下さい．本物の信号のようにランプがつきましたか． 本物の信号もコンピュータを使って同じようにコントロールしています． ・ プログラムのしくみ 上の信号機のプログラムは， 「ランプをつけること」に名前を付け，その名前を順番に指 定しています．その様子を下の図に示します．この図は，「あお」のとき 50 だけ時間がた ったら，黄色のランプをつける．「きい」のとき 20 だけ時間がたったら，赤色のランプを つける．「あか」のとき 50 だけ時間がたったら，青色のランプをつける．ということをあ らわしています． 20/赤をつける 50/黄をつける きい あお あか 50/青をつける ‑ 12 ‑ 「あお」や「きい」や「あか」の名前の付け方は自由です． つぎに，ランプが点灯している時間や，押しボタンスイッチを押すことで点灯の仕方を かえる方法を説明します． レゴコントローラパッドに入力する数値によって， 「てんめつ」時間や電球の明るさが変 わります．A,B,C の値に「−」の記号をつけると電圧の向きが変わります．モータがつな がっていると回転する方向を変えることができます． 「今行っている仕事」に同じ名前を入力すると，入力によって異なる動作をさせること ができます．次のようなプログラムを作ると，手押し信号機（自動車側）になります． 50/消す 20/赤をつける あか はじめ 5/消す きい 5/黄をつける あお きい１ 20/黄をつける 青をつける １はキーボードから 入力する つぎは，ロボットを製作します． 信号機を分解して片付けて下さい． ‑ 13 ‑ 6. 玉投げロボットってなに？ ・ ピッチングマシン 世の中にはいろいろなロボットがあります．ロボットの働きの一つとして，人の代わり に，単純な仕事を繰り返し正確に行ってくれるという働きがあります．今回は，玉を一つ ずつ受け取り，打ち出すという動作を自動的に行うロボットを作ります．同じ動作を繰り 返し行うために，コントロールをコンピュータのプログラムで行います． 玉を投げる機構（きこう）には，野球の練習に使う「ピッチングマシン」が使っている 方法を使います．ピッチングマシンでは，ボールを投げるのに，２通りの方法が使われま す．その例を下に示します． 回転する車輪の間にボール を通してとばす． バットのように，ばねに 蓄えた力でボールをはじく 製作するロボットでは，玉を飛ばす部分の機構に，左のピッチングマシンで使っている 方法を使います．ばねの替わりに輪ゴムを使い，飛ばす方向を自由に変えられるロボット にします． ‑ 14 ‑ ・ ロボットの構造 ロボットの全体図と，玉を打ち出す方向を決めるしくみ，玉を１つだけ取り出すしくみ， 玉を打ち出すしくみを下に示します．ロボットには，いろいろな歯車が使われています． 歯車の使い方を調べてみましょう． あとで時間があったらロボットを改造に挑戦してみましょう． 玉投げロボット モータ ウォームギャ 打ち出し部回転のしくみ 回転すると，ここが 押されます ここがとびだし玉を押します 玉を１つ取り出すしくみ 押されると，軸が回 転します 輪ゴム 回転すると，ここが 押されます 玉の打ち出しのしくみ ‑ 15 ‑ ・ プログラムはどんなふうになるかな ロボットをコントロールするプログラムは，ロボットのはじめの位置から，センサーや 時計の値によって，どんなふうに動くか想像しながら決めます．下にその例を示します． みなさんも絵を描いてみて下さい． ボタンが押されたら/左に回転 玉をとったら/右に回転 もどる はじめ ねらう うつ 15/とまる 50/玉をうつ ボタンを押すと自動的に玉をとり，打つプログラム ‑ 16 ‑ ボタンが押されたら/左に回転 玉をとったら/右に回転 もどる はじめ ねらう うつ うつ１ 50/とまる ボタンをはなしたら/とまる ボタンが押されたら/玉を打つ ボタンを押すと自動的に玉をとり，打つ位置にくると待つ． もう一度ボタンを押すと玉が打ち出されるプログラム ‑ 17 ‑ ・ いよいよロボットの製作開始 右の図は，ロボットの製作例です． 回転きのう，打ち出しきのう，玉の取 り出しきのうの順に製作します．各部 品の横に書いた数字は突起の数です. 16 4 打ち出し部とモータの製作 モータ スイッチ 8 玉の取り出し部 打ち出し部 11 15 部品の取り付け位置 3 2 ウォームギャ 4 8 ‑ 18 ‑ 8 モータの取り付け 10 6 4 輪ゴム 12 8 10 6 4 16 １つずらす 12 ２つ目の穴 約 2cm ‑ 19 ‑ 8 8 6 12 6 ウォーム ギャ ウォームギャ まわすと前後に移動する ‑ 20 ‑ 8 表面が滑らかな板 2 輪ゴムを通して 止める 6 4 6 8 3 10 12 3 3 ‑ 21 ‑ スイッチと玉の取り出し部の製作 6 4 2 11 12 10 8 4 4 5 2 16 8 8 8 8 6 4 16 4 8 6 8 表面が滑らかな板 6 ‑ 22 ‑ 完成と微調整 ゴムの強さを変えます． 車輪がスイッチに対しやや右よりにします． 指で押すと，玉が押し出されることを確かめます． 動かしたとき，車輪が滑らかに 押されることを確かめます． ・ 配線をしよう ロボットができたら，コントローラと結線をします． スイッチは，番号１のポートです． 回転のモータは，Ａのポートです． 打ち出しのモータは，Ｂのポートです． プログラムを起動してください． ・ うまくいったかな どうですか，うまくいきましたか．プログラムの中の数値を変えて，飛ぶ方向を変えた り，プログラムを変えて，連続打ちに変えたりしてみましょう． ‑ 23 ‑ 7. 後片付けもちゃんとやろう そろそろ，終了の時間が近付いてきました． 何となくこわすのがもったいないと思いますが，つぎに利用するひとのために，レゴブ ロックを元通りに戻して下さい． 8. おわりに 今回のロボット製作はおもしろかったですか．良く遊んだことのあるおもちゃのレゴが， コンピュータで制御することによって，いろいろな動きをする機械を作ることができるこ とがわかったと思います．わたしたちの身の回りにもコンピュータで制御されている機械 がたくさんあるます．調べてみるといいね． きょうのロボット作りの様子は，ホームページから見ることができます． http://www.kushiro‑ct.ac.jp/ipad/index.shtml また機会がありましたらお会いしましょう．みなさんさようなら． ‑ 24 ‑
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