ø È Óé yyy ¬åÛï¬ ´»^ µÖ³ßç H éØ³ß «péØ¿Äyw, Úµ» ` Oú Tbh w «½á¤ »...
Transcript of ø È Óé yyy ¬åÛï¬ ´»^ µÖ³ßç H éØ³ß «péØ¿Äyw, Úµ» ` Oú Tbh w «½á¤ »...
ロボット
人間
センサー
感じる
明るさ音
加速度など……
視覚聴覚触覚
など……
コントローラー
考える
ラズパイmicro:bit
スタディーノなど……
脳
アクチュエーター
動く
油圧シリンダーモーターソレノイド
など……
腕足指
など……
出力
入力
ロボシャークのキットも発売!詳しくはKoKa Shop! へ
※ジャンパーケーブルの色は写真とは異なります。
20 2019.7
ジャンパーケーブルの端子には、「オス」と「メス」がある。ピンが出ている端子がオス、ソケットになっている端子がメスだ。「オス−メス」は、片方がピン、もう片方がソケットになっているケーブル、「メス−メス」は、両側がソケットになっているケーブルのことだ。
上記の部品に加えて、ラズパイ本体、マウス、キーボード、ディスプレイ、GPIO テンプレートを切り抜くためのハサミやカッターなど。
ジャンパーケーブルの種類
図1●センサーとコントローラーとアクチュエーターの関係
SG-90
1kΩ(茶黒赤金)510Ω(緑茶茶金)HC-SR04オス-メスメス-メス
1個1個1個1個1個7本2本1枚
サーボモーターサーボホーン抵抗器
超音波距離センサージャンパーケーブル
ブレッドボード
部品を
用意しよう
部品表
オス
ジャンパーケーブル(オス-メス) ジャンパーケーブル
(メス-メス)
サーボホーン(サーボモーターに
ついてくる)
1kΩ抵抗器510Ω抵抗器
サーボモーター超音波距離センサー ブレッドボード
メス
メス メス
身の回りにロボットがある生活が当たり前になってきたね。部屋の中ではロボット掃除機が動き回り、お店では接客ロボットがおもてなしをしてくれる。イヌ型のペットロボットや、話し相手になってくれるソーシャルロボットもあるね。こうしたロボットに共通しているのが、外の様子を調べるためのセンサーと、物を動かすためのアクチュエーター、それらを制御するコントローラーを備えていることだ。今回から3回にわたって、サメ型のロボット「ロボシャーク」を実際につくりながら、そのしくみを学んでいこう。
はじめよう
ロボシャークでロボット の基本を3号連続プロ グラミング+工作スペシャル!
監修・原案/青山学院大学大学院 特任教授 阿部和広 Make 道場 田中さとし
人に ん げ ん
間は、視し
覚か く
や聴ちょう
覚か く
、触しょっ
覚か く
など、いろいろな感か ん か く
覚を通と お
して、世せ
界か い
の様よ う
子す
を知し
ることができる。 ロボットなどの機
き
械か い
も同お な
じように、明あ か
るさ、音お と
、温お ん
度ど
、加か
速そ く
度ど
、距き ょ
離り
など、いろいろな種し ゅ る い
類のセンサーを使
つ か
って、外そ と
の様よ う
子す
を調し ら
べているん
ラズパイでロボットを制御しよう
だ(図ず
1)。センサーが計け い そ く
測した値あたい
はコントローラーが受
う
け取と
り、物も の
を動う ご
かしたり、明あ
かりをつけたりといった制
せ い ぎ ょ
御を行おこな
う。実じ っ さ い
際に物も の
を動う ご
かす装そ う
置ち
がアクチュエーターだ。 今
こ ん か い
回つくるロボシャークには、センサーとして超
ちょう
音お ん
波ぱ
距き ょ
離り
センサー、アクチュエーターとしてサーボモーターを使
つ か
っている。コントローラーは、もちろんラズパイだ。
第28回
構成・文/塩野祐樹 写真/青柳敏史 イラスト/新保基恵
マスターしよう
510Ω1kΩ
Echo 4
5
6 7
5
489
28
79
31
6
GND
GND
♯26
3.3V
GND
#2#3#4
3.3V
#17#27#22
GND
#10#9#11
GND
#13#19#26
DNC#5#6
GND
GND
5V5V
#14#15#18
#23#24GND#25
GND
GND#12
#8#7DNC
#16#20#21
1
2
3
#17
GND
5V
T R
VCC
Trig
Echo
GND
5V#16
510Ω1kΩ
Echo 4
5
6 7
5
489
28
79
31
6
GND
GND
♯26
3.3V
GND
#2#3#4
3.3V
#17#27#22
GND
#10#9#11
GND
#13#19#26
DNC#5#6
GND
GND
5V5V
#14#15#18
#23#24GND#25
GND
GND#12
#8#7DNC
#16#20#21
1
2
3
#17
GND
5V
T R
VCC
Trig
Echo
GND
5V#16
510Ω1kΩ
Echo 4
5
6 7
5
489
28
79
31
6
GND
GND
♯26
3.3V
GND
#2#3#4
3.3V
#17#27#22
GND
#10#9#11
GND
#13#19#26
DNC#5#6
GND
GND
5V5V
#14#15#18
#23#24GND#25
GND
GND#12
#8#7DNC
#16#20#21
1
2
3
#17
GND
5V
T R
VCC
Trig
Echo
GND
5V#16
510Ω1kΩ
Echo 4
5
6 7
5
489
28
79
31
6
GND
GND
♯26
3.3V
GND
#2#3#4
3.3V
#17#27#22
GND
#10#9#11
GND
#13#19#26
DNC#5#6
GND
GND
5V5V
#14#15#18
#23#24GND#25
GND
GND#12
#8#7DNC
#16#20#21
1
2
3
#17
GND
5V
T R
VCC
Trig
Echo
GND
5V#16
実際のサイズで掲載しているので、このままコピーして、切り抜いて使ってね。GPIO 端子が左上に来るようにラズパイ本体を横向きに置き、テンプレートの「GPIO」と書かれた耳が向こう側になるようにして重ねよう。テンプレートの手前側をケースのすき間に差し込むと固定できる。写真を参考に、テンプレートの向きを間違えないように注意してね。
ホーン(horn)は
「角つの
」という意味だよ。
色がついている所は、ジャンパーケーブルを使ってブレッドボード、サーボモーター、超音波距離センサーと接続する端子だ。同じ色と番号同士を接続するので配線のときに参考にしてほしい。
ロボシャーク プロトタイプ完成版はデザインが変わることがあります。
テンプレートの使い方
ここで折る
ここで折る
サーボモーター
超音波距離センサー
GPIO
ジブン専用パソコン特設サイトprog.kodomonokagaku.com/jibun/index.htmlキットの情報はKoKa Shop!へ定期購読者特典割引あり
購入ページロボシャークでロボット の基本を3号連続プロ グラミング+工作スペシャル!
組く
み立た
てる前ま え
に、ラズパイをシャットダウンして、電
で ん げ ん
源のマイクロUSBケーブルを必かなら
ず抜ぬ
いておこう。電
で ん げ ん
源が入は い
ったままだと、配は い せ ん
線を間ま
違ち が
えたときにラズパイが壊こ わ
れる可か
能の う
性せ い
があるゾ。 他
ほ か
のケーブルも、作さ
業ぎょう
がしやすいようにすべて抜
ぬ
いておく。また、GPIO端た ん
子し
の配は い せ ん
線をするので、ケースの上
う わ ぶ た
蓋を外は ず
しておこう。
今こ ん か い
回は、センサーやアクチュエーターをつなぐために、ラズパイのGPIO(汎
は ん
用よ う
入にゅう
出しゅつ
力りょく
)という端
た ん
子し
を使つ か
っている。GPIOのピンには番ば ん
号ご う
が振ふ
られているけど、基き
板ば ん
に番ば ん ご う
号が書か
かれているわけではないので、とてもわかりにくい。そこで、GPIO端
た ん
子し
に重か さ
ねて使つ か
えるテンプレートを用
よ う
意い
したよ。特と く
設せ つ
サイトからダウンロードもできるぞ!
まずは、サーボモーターの配は い せ ん
線から始は じ
めよう。 最
さ い し ょ
初に、サーボモーターにサーボホーンを取と
注意
GPIO端子
組み立て前の準備
サーボモーターの配線
配線図
ブレッドボード
電源のマイクロUSBケーブルは必ず抜くこと!
22 2019.7
り付つ
ける。サーボホーンは何な ん
種し ゅ
類る い
かあるので、写し ゃ し ん
真と同お な
じものを選え ら
ぼう。あとで角か く
度ど
を調ちょう
整せ い
するために外
は ず
すので、軽か る
く差さ
し込こ
めばOK。取と
り付つ
ける角か く
度ど
も気き
にしなくていいよ。 次
つ ぎ
に、オス−メスのジャンパーケーブルを3本ぼ ん
用よ う
意い
する。何な に
色い ろ
でもいいけど、違ち が
う色い ろ
にした方ほ う
が見み わ
分けやすくなるよ。
オス メス
ジャンパーケーブルのオス型が た
の端た ん
子し
(ピン)を、サーボモーターのケーブルの先
さ き
についているメス型
が た
のソケットに差さ
し込こ
む。 サーボモーターのケーブルは、茶
ち ゃ い ろ
色(GND)、橙だいだい
色い ろ
(5V)、黄き
色い ろ
(今回は#17につなぐ)の3本ぼ ん
だ。何な に
色い ろ
のジャンパーケーブルを差さ
し込こ
んでもいいけど、あとでわかりやすいように、何
な に
色い ろ
のケーブルのソケットに、何な に
色い ろ
のジャンパーケーブルを差
さ
し込こ
んだかをメモしておこう。続
つ づ
いて、ジャンパーケーブルのメス型
が た
のソケットを、21ページの配
は い
線せ ん
図ず
の●①〜●③の通
と お
りに、ラズパイのGPIO端
た ん
子し
に差さ
し込こ
む。これでサーボモーターの配
は い
線せ ん
は完か ん
了りょう
だ。
配は い せ ん
線に間ま
違ち が
いがないことを確か く に ん
認したら、サーボモーターのテストをしよう。キーボードやマウス、ディスプレイをつないでから、電
で ん げ ん
源のマイクロUSBケーブルを差
さ
し込こ
み、ラズパイを起き
動ど う
する。しばらくしても起き
動ど う
しなかったり、煙けむり
が出で
たりと、普ふ
段だ ん
と何な に
か違ち が
うときは、すぐにマイクロUSBケーブルを抜
ぬ
いて電で ん げ ん
源を切き
ろう。 配
は い せ ん
線の間ま
違ち が
いを直な お
せば大だ い
丈じょう
夫ぶ
なこともあるけど、ラズパイ本
ほ ん た い
体が壊こ わ
れてしまうと、残ざ ん ね ん
念ながら直
な お
すのは難むずか
しい。そうならないためにも、配は い
線せ ん
の確か く に ん
認は念ね ん
入い
りにしてね。 GPIOを制
せ い ぎ ょ
御するプログラムは、スクラッチやパイソンなどで書
か
ける。今こ ん か い
回は扱あつか
いが簡か ん た ん
単なスクラッチ1.4を使
つ か
うよ。スタートメニューの「プログラミング」から「Scratch」を選
え ら
ぶ。 スクラッチの画
が
面め ん
が開ひ ら
いたら、以い か
下の手て
順じゅん
に従したが
って、サーボモーターのデモプロジェクトを
配線が間違っていないか、もう一度よく確認しよう!注意
「Scratch 2」ではないゾ!
間違えないでね。
サーボモーターのテスト
2019.7 23
ラズパイの電源が入っているときは、サーボホーンを手で回さないように! 無理な力が加わると、中のギアが壊れてしまうゾ!
注意
開ひ ら
こう。このプロジェクトを使つ か
うと、GPIOの17番
ば ん
ピン(#17)につないだサーボモーターのテストができるんだ。
「ファイル」メニューから、「開く…」を選ぶ。
「プロジェクトを開く」ダイアログが開いたら、「例」ボタンをクリックする。
「Sensors and Motors」をダブルクリックするか、選んでから「OK」ボタンを押す。
「gpio-servodemo」をダブルクリックするか、選んでから「OK」ボタンをクリックする。
プロジェクトが開ひ ら
いたら、緑みどり
の旗は た
をクリックしてから、キーボードのスペースキーを押
お
してみよう。
スクリプトエリアに表示されたブロックが、重なって見づらいことがある。こんな場合は、スクリプトエリアの灰色の部分を右クリックして、「きれいにする」を選ぼう。ブロックがきれいに整列するよ。
スペースキーを押お
すたびに、サーボモーターが約
や く
45°回ま わ
ったね。もし、回ま わ
らない場ば
合あ い
は、配は い
線せ ん
をもう一い ち
度ど
確か く
認に ん
しよう。半は ん
角か く
入にゅう
力りょく
になっているかも確
か く
認に ん
してね。 次
つ ぎ
に、「S」キーを押お
してみよう。今こ ん
度ど
は、ステージのネコの動
う ご
きに合あ
わせて、サーボモーターが約
や く
90°の範は ん
囲い
で往お う ふ く
復したはずだ。問も ん だ い
題なく動う ご
いたらテストは完か ん
了りょう
だよ。
チョイ技!
動ど う
作さ
が確か く に ん
認できたら、サーボホーンの角か く
度ど
を調ちょう
整せ い
する。 赤
あ か
ボタンでプログラムを止と
めてから、もう一い ち
度ど
緑みどり
の旗は た
をクリックしよう。すると、サーボモーターが中
ちゅう
立り つ
位い
置ち
になるので、その状じょう
態た い
のままスクラッチを終
しゅう
了りょう
し、ラズパイをシャットダウンする。シャットダウンしたら、マイクロUSBケーブルを抜
ぬ
いて電で ん げ ん
源を切き
ろう。
サーボホーンの角度調整
4
3
2
1
24 2019.7
抵抗器 1kΩ(茶黒赤金)
端子を曲げる
510Ω(緑茶茶金)
次つ ぎ
に、サーボモーターを回か い て ん
転させないように注ちゅう
意い
しながら、サーボホーンを上う え
に引ひ
き抜ぬ
く。そして、サーボモーターに対
た い
して直ちょっ
角か く
になるように、サーボホーンをもう一
い ち
度ど
差さ
し込こ
もう。このとき、ぴったり直
ちょっ
角か く
にならないこともあるけど、だいたい合
あ
っていればOKだ。
だいたい直角になればOK!
1kΩ
510Ω
コカねっと!「いまスグはじめる電子工作ガイド」
kodomonokagaku.com/denshi/beginner.html
抵抗器の色帯のことをカラーコードというよ。興味がある人は調べてみよう。
次つ ぎ
に、超ちょう
音お ん
波ぱ
距き ょ
離り
センサーを配は い せ ん
線する。サーボモーターのときと同
お な
じく、まずはラズパイ本ほ ん た い
体につながっているケーブルをすべて抜ぬ
こう。特と く
に、マイクロ USB ケーブルが抜ぬ
けていて、電で ん
源げ ん
が切き
れていることを必かなら
ず確か く に ん
認してね。 使
つ か
うのは、オス−メスのジャンパーケーブルを4本
ほ ん
、メス−メスのジャンパーケーブルを 2本ほ ん
、それに 510 Ωと1k Ωの抵て い
抗こ う
器き
を1つずつだ。抵
て い
抗こ う
器き
は、両りょう
側が わ
から出で
ている端た ん
子し
(足あ し
)を、カタカナの「コ」の字
じ
の形かたち
に曲ま
げておこう。
超音波距離センサー(HC-SR04)は、「T」と書かれた超音波スピーカーから、人間の耳には聞こえない40kHzの超音波を発信し、対象に当たって返ってきた音(反射波)を、「R」と書かれた超音波マイクで捉える。この時間を測って、対象までの距離を調べるというしくみだ。
超音波距離センサーのしくみ
21 ページのブレッドボードの配は い
線せ ん
図ず
を参さ ん こ う
考に、オス−メスのジャンパーケーブル4本
ほ ん
と抵て い
抗こ う
器き
を、ブレッドボードに差さ
し込こ
もう。抵て い
抗こ う
器き
の向む
きはどちらでも大だ い
丈じょう
夫ぶ
だよ。
続つ づ
いて、21 ページ配は い
線せ ん
図ず
の●④、●⑤の通と お
りに、ブレッドボードから超
ちょう
音お ん
波ぱ
距き ょ
離り
センサーにジャンパーケーブルをつなぐ。さらに、メス−メスのジャンパーケーブル2本
ほ ん
を、超ちょう
音お ん
波ぱ
距き ょ
離り
センサーのあいているピンに差
さ
し込こ
もう。
これで、ブレッドボードと超ちょう
音お ん
波ぱ
距き ょ
離り
センサーの配
は い せ ん
線は完か ん
了りょう
だ。ここまでで間ま
違ち が
いはないかな? いったんよく確
か く に ん
認しよう。
超音波距離センサーの配線
2019.7 25
最さ い
後ご
に、21 ページの配は い
線せ ん
図ず
の●⑥、●⑦と●⑧、●⑨の通
と お
りに、ブレッドボードと超ちょう
音お ん
波ぱ
距き ょ
離り
センサーから、ラズパイの GPIO 端
た ん
子し
にジャンパーケーブルをつなごう。 これですべての配は い
線せ ん
が完か ん
了りょう
だ。
最さ い
後ご
にもう一い ち
度ど
、よくよく配は い せ ん
線を確か く に ん
認しよう。間ま
違ち が
いがなければ、超ちょう
音お ん
波ぱ
距き ょ
離り
センサーのテストをするよ。キーボード、マウス、ディスプレイをつないでから、マイクロ USB ケーブルを差
さ
し込こ
んでラズパイを起き
動ど う
する。しばらくしても起き
動ど う
しなかったり、煙けむり
が出で
たりなど、普ふ
段だ ん
と何な に
か違ち が
うときは、すぐにマイクロ USB ケーブルを抜ぬ
いて電で ん げ ん
源を切き
ろう。
超音波距離センサーのテスト
「gpio-ultrasonicDemo」をダブルクリックするか、選んでから「OK」ボタンをクリックする。4
ラズパイが無ぶ じ
事に起き
動ど う
したら、サーボモーターのテストと同
お な
じ要ようりょう
領で、スクラッチを起き
動ど う
する。その後
あ と
も手て
順じゅん
❸までは、サーボモーターのテストと同
お な
じ。手て
順じゅん
❹で、超ちょう
音お ん
波ぱ
距き ょ
離り
センサーのデモプロジェクトを開
ひ ら
こう。 このプロジェクトを使
つ か
うと、GPIO の 16 番ば ん
ピ ン(#16) と 26 番ば ん
ピ ン(#26) に つ な いだ超
ちょう
音お ん
波ぱ
距き ょ
離り
センサーのテストができる。緑みどり
の旗は た
をクリックすると、ステージの「ultrasonic distance センサーの
値あたい
」に、センサーの前ま え
にある物も の
との距き ょ
離り
が表ひょう
示じ
されるゾ。単た ん
位い
はセンチメートル(cm)だ。 センサーをいろいろな方
ほ う こ う
向に向む
けて、距き ょ
離り
を測は か
ってみよう。メジャーや定
じょう
規ぎ
で測は か
った値あたい
と比ひ
較か く
してみてもおもしろいかも。スペースキーを押
お
すと、センサーが測
そ く て い
定した距き ょ
離り
に応お う
じてステージのネコの位
い ち
置が変へ ん
化か
するよ。 数
す う
値ち
が変へ ん
化か
しなかったり、おかしな値あたい
が表ひょう
示じ
されたら、配は い せ ん
線をもう一い ち
度ど
確か く
認に ん
しよう。
今こ ん か い
回はここまで。片か た
づけるときは、スクラッチを終
しゅう
了りょう
してからラズパイをシャットダウンして、マイクロUSBケーブルを抜
ぬ
いておこう。ジャンパーケーブルは抜
ぬ
けやすいので、保ほ
管か ん
するときは気
き
をつけてね。 これで、ロボシャークをつくる準
じゅん
備び
はできた。来ら い
月げ つ
はいよいよ、ロボシャークの組く
み立た
てに取と
りかかるゾ!
ラズパイの GPIO 端子、サーボモーター、超音波センサー、ブレッドボードを全部接続した。21ページの配線図と照らし合わせて、間違いがないか確認してね。
超音波距離センサーで測定した値が表示される