ロボカップジュニア サッカーロボット作成講習会 第⼆回 ソフトウェア編1 1 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. スタッフ紹介 澤⼭ 博幸 森 省三 川野 壮⼀ ⽔川 信之 稲⽑ 順 松繁 ⼀輝 三輪 昭⽣ 吉⽥ 浩治 澤⼭ 恵⼦ 2 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. ロボカップの⽬的 • ⽬標 – 「 FIFAルールに従い2050年までにワールドカップ チャンピオンチームに11台のヒューマノイドロボッ トで勝利する」 • ⽬的 – この過程で開発される多くの技術が様々な分野に応⽤ されることにより、より豊かな社会が実現されること を期待する 3 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. ロボカップジュニアの⽬的 • 最終⽬標に向けた次世代研究者の育成 • ロボカップを通じたものづくり教育 – 次のことを期待 • 科学知識の習得（次⾴参照） • 科学的、論理的な考え⽅を⾝につける • ⾃ら⼯夫し挑戦する • だれとでも（⼤⼈・外国⼈）会話できる 4 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. 本講習会の⽬的 ロボカップジュニアの⼤会に出場するために 1. ロボットの基本的なしくみを理解する 2. ロボットを思いどおりに動かせるように プログラミング 3. ルールと戦略(どう戦えばいいか)を理解 4. ロボットの改造 5 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. 講習会の進め⽅ • 第⼀回 ロボット作成 • 第⼆回 ソフトウェア⼊⾨編 • 第三回 ソフトウェア基礎編 • 第四回 ソフトウェア応⽤編 – ロボットを動かす – 外界の情報をもとにロボットの動きを変える – 試合に勝つ⼯夫をプログラムする 6 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. 第⼆回のスケジュール • • • • • • • 10:30〜11:00 11:00〜12:00 12:00〜13:00 13:00〜13:45 13:45〜15:00 15:00〜15:30 15:30〜 講義 LEDの点滅/プログラムの保存 昼休憩 ⾳を出してみる 課題演習 講義/質疑応答 解散(フィールドで⾃由にロボットを動かしてみてください) 7 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. 学習のポイント1 • メモする – – – – – ⽬的、⽬標 やること、やったこと(計画) 観察したこと（事実） ひらめいたこと、思いついたこと（思い） 聞いたことなど 何でも 8 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. 学習のポイント2 PDCAサイクル 9 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. はじめる前に • 紳⼠的に – 静かに話を聞く、礼儀正しく – 接する⼈（両親、友達）に敬意を持つ – ロボット・道具・会場設備を⼤切に • ⾃分の⾏動に責任を持つ • 主体的に – ⾃分で考え、わからない点は⾃分で聞く・調べる – ⾃分で⼿を動かしてやってみる 10 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. サッカーロボットのしくみ 11 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. ロボットとは? • ⼈間に類似した形態をもち、 ⾃動的に作業を⾏う機械装置 • 感じる、判断する、動くの三つが そなわっている⼈⼯物」※ • 環境に溶け込み⼈の役に⽴つもの (インビジブル ロボット) – 例：エアコン、洗濯機、テレビ、⾞ ※出典 12 東嶋和⼦著『ロボット教室』光⽂社 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. ⾃律ロボットって? こっち 13 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. ⾃律⾏動 外界の 状態を 知る ボールの位置を 調べる 指示された通り 移動する 進むべき方向と 速度を決める 状況を 判断 動く 14 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. ロボットに⾃律⾏動をさせるには? • 課題を解くための⼿順を考える ⇒ アルゴリズム • ⼿順をロボットにわかる⾔葉に書き換える ⇒ プログラムミング 15 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. ロボット⼯学 Wikipediaより 16 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. ロボカップジュニアに参加するロボットのたち EV3 NXT ⾃作 TJ3 e-Gadget 17 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. ORJAロボ2016 コントローラボード Arduino互換機 ギアードモータ ボールセンサ ラインセンサ 18 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. Arduinoとは • イタリア発祥の教育⽤マイコンとその開発環境 – 専⾨家を利⽤者の対象としていないため ⼀般⼈から⾒て⾮常識な部分が(割と)少ない – Hardware/Softwareとも設計が無料で公開されている • 知りたいことがインターネットで⾒つかる • 多彩な増設ボードが販売されている 19 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. コントローラボード • Arduino互換機 DFRobot社RomeoV2 – Arduino Leonard互換 • Arduinoのソフトウェア・増設ボードを利⽤可能 – 標準機から強化されている点 • • • • DCモータドライバ（２個） ステップモータドライバ（1個） ボタン（5個） 外部接続ピン – 各信号線に5V/GNDを増設 – I2C⽤専⽤ピン増設（２セット） • Bluetooth増設ポート • xBee増設ポート 20 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. コントローラボード デジタル⼊出⼒ピン 0〜13 アナログ⼊⼒ピン 0〜5 21 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. 事前準備 スピーカの取り付け • スピーカを~10とGNDをまたぐように差し込む 22 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. 事前準備 LEDとボタン デジタル13番ピンに 繋がったLED アナログ0番ピンに 繋がったボタン アナログ0番ピンと ボタンを接続するか 否かの切替スイッチ 23 リセットスイッチ 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. アルゴリズム 24 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. アルゴリズムとは? • コンピュータで計算を⾏うときの「計算⽅法」 • 何か物事をやるときの「やり⽅」 • 「やり⽅」を⼯夫して、よりよいやり⽅を ⾒つけていきます 国⽴情報学研究所のホームページ http://research.nii.ac.jp/~uno/algo_3.htm 25 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. より良いアルゴリズムとは 星形にんじんを30枚作るには、 何回包丁を使う? 国⽴情報学研究所のホームページ http://research.nii.ac.jp/~uno/algo_3.htm 26 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. より良いアルゴリズムとは 30枚作るには? 輪切り : 31回包丁をいれる 星型切り: 1枚づつ10回包丁をいれる 合計 331回 包丁をいれる(31回+10回×30枚) 27 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. より良いアルゴリズムとは 30枚作るには? 星型切り: 10回包丁をいれる 輪切り: 31回包丁をいれる 合計41回 包丁をいれる(10回 + 31回) 方法1(331回)に比べ、290回少ない 28 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. ロボットへのプログラムの⼊れ⽅ 29 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. プログラム⾔語 Arduino (C⾔語/C++⾔語) Ardublock 30 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. プログラム実⾏までの流れ 1. パソコン上でプログラムを作成 – ⼈がわかる⾔葉・図形で表現 2. コンパイル ・リンク – ロボットがわかる⾔葉に変換 – あらかじめ⽤意されているプログラムと合体 3. ロボットへダウンロード – PCからロボットへプログラムを送る 4. ロボット上でプログラムを実⾏ 31 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. プログラム実⾏までの流れ プログラム コンパイル 機械語 32 ダウンロード 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. ロボット取扱上の注意点 • USBケーブルのロボット側コネクタを 抜き挿しするときは、無理な⼒をくわえないこと • 机の上では、動かさないこと – 落ちて壊れることがあります 33 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. プログラムをロボット⼊れる ロボットとパソコンをつなぐ 「マイコンボードに書き込んでいます」と 表⽰されたら、リセットボタンを押す [Arduinoにアップロード] ボタンを押す このメッセージが出たらOK 34 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. プログラミング LED点滅 (Lチカ) 35 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. LED • LED(Light Emitting Diode)：発光ダイオード 36 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. LEDの原理 • 励起発光 • エネルギー変換効率 – – – – – LED照明 ⽩熱電球 蛍光灯 HID（⾼圧放電）ランプ 北⽶産蛍 25〜30％ 10〜15％ 25％ 20〜40％ 41% 37 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. LEDのしくみ • 発光ダイオード(Light Emitting Diode) • 動画(Panasonic ) 発光ダイオードのしくみ動画 (Panasonic) (http://www2.panasonic.biz/es/lighting/led/led/ movie/index.html) 38 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. プログラムを作ってみよう プログラム コンパイル 機械語 39 いらすとや ダウンロード 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. Arduino IDEとArdublock起動 ←メニューのArduinoを選択するか デスクトップのアイコンをダブルクリック 40 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. LEDを点灯するアルゴリズム • 動きを細かく分析、分解する はじめ LEDをつける 時間を測る LEDを消す おわり 41 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. LEDを点灯するプログラム • LEDを1秒間点灯するプログラム はじめ LEDをつける 時間を測る LEDを消す おわり 42 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. LEDを点灯するプログラム LEDを⼀秒間点灯するプログラム 処理の流れ プログラムは上から順番にひとつずつ実⾏される 43 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. プログラム解説 13番デジタルピンを HIGHに設定 1000ミリ秒待つ 13番デジタルピンを LOWに設定 『デジタル回路』は“0ボルト”と“電源電圧値”の2つの電圧値だけを扱う 0ボルトをLOW、電源電圧値(RomeoV2は5ボルト)をHIGHと呼ぶ 44 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. 単位の接頭辞について • セント • %(パーセント) – cm(センチメートル) – 100分の1 – パーとは割ることを 意味している – セントで割る →百で割る • ミリ – mm(ミリメートル) – mg(ミリグラム) – 1000分の1(1/1000) • ‰(パーミル) – 千で割る • マイクロ – – – – μm(マイクロメートル) μg(マイクログラム) μ秒(マイクロ秒) 100万分の1 （1/1000000） 45 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. コンパイル・ダウンロード プログラム コンパイル 機械語 46 いらすとや ダウンロード 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. コンパイル・ダウンロード • PCとロボットをケーブルで繋ぐ • [Arduinoにアップロード]ボタンを押す – Arduino IDEにプログラムコードが⽣成される – Arduinoへのダウンロードされる – ダウンロードされたプログラムはすぐに実⾏される リセットボタンを押すとプログラムが 再起動されます 47 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. 動作確認 ⾃分の思ったとおりの動きをしましたか？ 48 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. デバッグ ⾃分の思いとは違う動きをした場合はプログラムを 修正する→ これを「デバッグ」という Arduinoはプログラムを繰り返し実⾏する 49 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. LEDを点滅するプログラム • LEDを1秒間隔で点滅するプログラム はじめ LEDをつける 時間を測る LEDを消す 時間を測る おわり 50 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved. プログラムの保存 [保存]または[名前をつけて保存]で プログラムを保存します 51 岡⼭ロボット技術⼦供育成協会 Copyright ORJA AllRightsReserved.
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