(57)【要約】【課題】ロボット教材を使用した教育においては児童の興味をそそる事が重要であり、タイヤを使った駆動方式では、動きが単調な動きとなり、利用者の興味を引きにくいと言った問題がある。ロボット教材のプログラミングにおいて、パーソナルコンピューターなどのプログラミング装置が必要になり、ものづくり教室などの運営に必要な設備が多くなり運営の必要経費が高くなる。【解決手段】複数の毛状体推進装置を使用して移動することでユーモアがある動きができる教材用自走ロボットを作成した。本発明は手書きが可能な二次元バーコードの書式と、教材用自走ロボット自体にバーコードリーダーを搭載することで、パーソナルコンピューターなどを使用しなくても、教材用自走ロボット本体だけでプログラミングを行う事を可能とした。【選択図】  図３
2011147467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロコンピューターと、電池と、スピーカーと、複数のＬＥＤと、複数のセンサーを持ったプリント基板を本体とした教材用ロボットであって、振動モーターと弾力性を有する毛状体をＬ字断面を持つ剛体の板片に結合した毛状体推進装置を本体の左右に弾性体を使って接続されており、プリント基板の本体の裏面にはセンサーを配置し、センサーは赤外線を照射して反射した赤外線から白黒を見分ける事ができ、紙片に書かれた手書きのバーコードを読むバーコードリーダー機能を持っており、手書きのバーコードはロボットを制御するための命令を手書きで書き込む事ができ、本体の裏面に搭載されているセンサーとバーコードリーダーで読み込みマイクロコンピューターにプログラムとして記憶して、記憶されたプログラムを元に地面の色の変化をセンサーで読み取ることで進行方向を変化させたり、音を変えたりする事ができる事を特徴とする、教材用ロボット。
【請求項２】
マイクロコンピューターと、電池と、スピーカーと、複数のＬＥＤと、複数のセンサーを持ったプリント基板を本体とした教材用ロボットであって、振動モーターと弾力性を有する毛状体をＬ字断面を持つ剛体の板片に結合した毛状体推進装置を本体の左右に弾性体を使って傾斜角を持って本体の左右に接続し、振動モーターでＬ字断面を持つ剛体の板片を振動させることで毛状体が瞬間的に地面から離れ、毛状体が斜めに地面に再度接地した時に生じる弾力で推進力を発生させ、毛状体推進装置の長手方向の前後にあるネジの締め付け量によりＬ字断面を持つ剛体の板片の傾斜角度を変更する事で毛状体と地面との接地角度を変更して左右の推進力を調整する事ができ、本体に搭載されているマイクロコンピューターに記憶されているプログラムに従い、左右の振動モーターを別々に振動させることで、毛状体推進装置を別々に振動させ、前進、右回転、左回転、左カーブ、右カーブと進行方向を制御する事ができる事を特徴とする教材用ロボット。
【請求項３】
赤外線ＬＥＤから紙片に照射した赤外線の反射量から白と黒を見分ける事ができるセンサーと、マイクロコンピューターと、電池と、スピーカーと、複数のＬＥＤと、複数のセンサーを均等間隔に配置したプリント基板を本体とした教材用ロボットであって、紙片にはセンサーの数と同じ幅で縦列の線を印刷し、縦一列目にはセンサーの間隔と程度の高さの白黒パターンを印刷し、縦二列目以降は一列目にある白黒パターンの縦方向の中間位置から横線を印刷し、二列目以降の升目の中を黒く塗りつぶす事ができる二次元バーコードであり、紙片に書かれたバーコードの一部を切り取って貼り付ける事でバーコードの内容が変更できる物であり、教材用ロボットは二次元バーコードの上を動かすことで紙片に書かれている一列目の色が変化した時に、横の列に書かれている白黒パターンをセンサーで読み、読み込んだ白黒パターンを元に数値化を行いマイクロコンピューターにプログラムとして記憶するバーコードリーダー機能を持つ事持つことを特徴とする、教材用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロコンピューターにより、複数ある毛状体推進装置を個別に振動させ推進方向を制御できる機構をもち、手書き可能な二次元バーコードとバーコードリーダー機能を有した教材用ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
毛状体推進装置を使った教材用ロボットでは推進方向を制御する事ができない問題がある。
【０００３】
タイヤを使い駆動する教材用ロボットではタイヤや車軸や減速装置など機構を必要とし、動きが単調になる問題がある。
【０００４】
一方で特許文献３のように振動移動装置もあるが、特許文献３の図１（２４）では接地面に織物片（２３）を使用しているために、毛状部分の角度を調整する事ができない為に推進力の調整ができない問題がある。
【０００５】
教材用ロボットの制御を行うために特許文献１においてプログラム片を用いて、切り込みなどの物理的手段により走行経路をプログラムする事が可能な走行玩具もあるが、センサーの状態に応じて動作を変更する事ができないという問題がある。
【０００６】
センサーの状態に応じて動作を変更する事ができる様な制御を行うためには、教材用ロボットに搭載されたマイクロコンピューターを搭載し、パーソナルコンピューターや、ポケットコンピューター、もしくは携帯電話などの装置および、さらにプログラミングを行うためのソフトウエアーを用いて、ロボットに搭載されたマイクロコンピューターのプログラミングを行う必要がある。
【０００７】
教材用ロボットを使ったものづくり教室などを行う場合、教材用ロボットとは別にプログラミングを行う装置とソフトウエアーが必要であり、ものづくり教室の運営の必要経費が高くついてしまう問題がある。
【０００８】
教材用ロボットを使ったものづくり教室で、複数の生徒が同じ教材用ロボットを製作した場合、同じ教材用ロボットが出来上がり、生徒の興味を引きにくい問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２４５４７６
【特許文献２】特開２００１−２７６２９７
【特許文献３】特開２００９−１２５４０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
毛状体推進装置を使って移動する教材用ロボットにおいて推進方向を制御する事ができない問題と、タイヤを使って移動する教材用ロボットは動きが単調になる問題と、教材用ロボットのプログラミングを行う時に、外部装置が必要になる問題を解決する教材用ロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
マイクロコンピューターと、電池と、スピーカーと、複数のＬＥＤと、複数のセンサーを持ったプリント基板を本体とした教材用ロボットであって、振動モーターと弾力性を有する毛状体をＬ字断面を持つ剛体の板片に結合した毛状体推進装置を本体の左右に弾性体を使って接続されており、プリント基板の本体の裏面にはセンサーを配置し、センサーは赤外線を照射して反射した赤外線から白黒を見分ける事ができ、紙片に書かれた手書きのバーコードを読むバーコードリーダー機能を持っており、手書きのバーコードはロボットを制御するための命令を手書きで書き込む事ができ、本体の裏面に搭載されているセンサーとバーコードリーダーで読み込みマイクロコンピューターにプログラムとして記憶して、記憶されたプログラムを元に地面の色の変化をセンサーで読み取ることで進行方向を変化させたり、音を変えたりする事ができる事を特徴とする、教材用ロボット。
【００１２】
マイクロコンピューターと、電池と、スピーカーと、複数のＬＥＤと、複数のセンサーを持ったプリント基板を本体とした教材用ロボットであって、振動モーターと弾力性を有する毛状体をＬ字断面を持つ剛体の板片に結合した毛状体推進装置を本体の左右に弾性体を使って傾斜角を持って本体の左右に接続し、振動モーターでＬ字断面を持つ剛体の板片を振動させることで毛状体が瞬間的に地面から離れ、毛状体が斜めに地面に再度接地した時に生じる弾力で推進力を発生させ、毛状体推進装置の長手方向の前後にあるネジの締め付け量によりＬ字断面を持つ剛体の板片の傾斜角度を変更する事で毛状体と地面との接地角度を変更して左右の推進力を調整する事ができ、本体に搭載されているマイクロコンピューターに記憶されているプログラムに従い、左右の振動モーターを別々に振動させることで、毛状体推進装置を別々に振動させ、前進、右回転、左回転、左カーブ、右カーブと進行方向を制御する事ができる事を特徴とする教材用ロボット。
【００１３】
赤外線ＬＥＤから紙片に照射した赤外線の反射量から白と黒を見分ける事ができるセンサーと、マイクロコンピューターと、電池と、スピーカーと、複数のＬＥＤと、複数のセンサーを均等間隔に配置したプリント基板を本体とした教材用ロボットであって、紙片にはセンサーの数と同じ幅で縦列の線を印刷し、縦一列目にはセンサーの間隔と程度の高さの白黒パターンを印刷し、縦二列目以降は一列目にある白黒パターンの縦方向の中間位置から横線を印刷し、二列目以降の升目の中を黒く塗りつぶす事ができる二次元バーコードであり、紙片に書かれたバーコードの一部を切り取って貼り付ける事でバーコードの内容が変更できる物であり、教材用ロボットは二次元バーコードの上を動かすことで紙片に書かれている一列目の色が変化した時に、横の列に書かれている白黒パターンをセンサーで読み、読み込んだ白黒パターンを元に数値化を行いマイクロコンピューターにプログラムとして記憶するバーコードリーダー機能を持つ事持つことを特徴とする、教材用ロボット。
【発明の効果】
【００１４】
複数の毛状体推進装置を個別に振動することで推進力を得て移動することで、単調ではない動き方をするために児童の興味をそそる事ができる。
【００１５】
教材用ロボット本体にバーコードリーダーと、手書き可能な二次元バーコードの紙片を使用する事でプログラミング装置が不要となり「ものづくり教室」の運営に必要な経費を下げる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の二次元バーコードを含む紙片面図である。
【図２】本実施形態の二次元バーコードの図面である。
【図３】本実施形態の教材用ロボットの外観を示す上面傾斜図である。
【図４】本実施形態の教材用ロボットの外観を示す下面傾斜図である。
【図５】本実施形態の教材用ロボットに搭載されている、マイクロコンピューターのプログラムが起動した時のフローチャートである。
【図６】本実施形態の教材用ロボットの命令パターン表である。
【図７】本実施形態におけるＰ Ｗ Ｍ 制御の具体例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
まず図１を用いて、手書き可能な二次元バーコードの構成について説明をする。
【００１８】
図１において、手書き可能な二次元バーコードを含む紙片であり、二次元バーコードを書き込むための領域（２）および、作動内容を利用者が自由にフローチャートやイラストを記入する領域（３）、二次元バーコードのデーター領域の意味を書き込むための表（４）、手書き可能な二次元バーコードを読み込むときに、教材用ロボットを置く為の領域（５）からなる。
【００１９】
図２においては、二次元バーコードを記入部分の領域を拡大した図面である。
二次元バーコードのデーター領域を書き込む領域（６）は後述するセンサー（２３）の幅と同じ幅で縦の線を描いておく。
【００２０】
データー領域を読み込むためのタイミングを決定するために白黒を繰り返す列（７）を予め印刷しておく。
【００２１】
データーを書き込むためのガイドラインとなる横線（１０）は白黒を繰り返す列（７）の模様の高さの半分の位置から書かれている。
【００２２】
縦の太い線（８）は教材用ロボットを手動で動かし二次元バーコードを読み込む場合、後述する目視用の穴（１６）を使い目視用のガイドラインである。
【００２３】
データー領域に書き込んだデーターパターンの例（９）であり、白黒パターンとなる。
【００２４】
データー領域に利用者が書き込んだ後、一部を切り取るためのガイドライン（１１）であり、切り取った紙片を貼り付ける為の目印となる。
【００２５】
教材用ロボットを置く位置（１１）で教材用ロボットの外形と同じ形状のガイドラインを書いておく。
【００２６】
図３は教材用ロボットの上面部を現す図である。
【００２７】
図３において、角度を調整できる弾力性を有する毛状体を使用した毛状体推進装置はＬ字断面を持つ剛体の板片に（１２）及び振動モーター（１３）及び毛状体（１８）、後部弾性体（１９）、後部調整用ネジ（２０）、前部弾性体（２１）、前部調整用ネジ（２２）より構成されている。
【００２８】
毛状体推進装置は、本体基板（２４）の両側に傾斜角をつけて配置され、
Ｌ字断面を持つ剛体の板片に（１２）には毛状体（１８）と振動モーター（１３）が結合されている。
【００２９】
毛状体推進装置の振動モーター（１３）でＬ字断面を持つ剛体の板片に（１２）と毛状体（１８）が振動し、毛状体（１８）が瞬間的に地面から離れ、毛状体（１８）が斜めに地面に再度接地した時に生じる弾力で推進力が生じる。
【００３０】
毛状体推進装置の一方が振動させた場合、本体基板（２４）が振動して、さらに、もう一方の毛状体推進装置が振動しないように、長手方向の前部弾性体（２１）と後部弾性体（１９）には弾力性を持たせながら固定する前部調整用ネジ（２２）及び後部調整用ネジ（２０）で本体基板（２４）に接続されている。
【００３１】
毛状体（１８）を使用した毛状体推進装置の傾斜角度は、前部調整用ネジ（２２）及び後部調整用ネジ（２０）の締め付け具合で角度が調整できるようになっている。
傾斜角度を変更する事で推進力を調整する事ができる。
【００３２】
毛状体（１８）をＬ字断面を持つ剛体の板片に（１２）は両面テープなどを使い結合し、毛状体（１８）の交換を容易にしている。
【００３３】
毛状体（１８）は、毛の長さを調整し推進装置を斜めにしても、本体基板（２４）は地面に対して水平の位置を保つことが出来るようにする。
【００３４】
教材用ロボットは本体に搭載されている電源（２９）を搭載し、電源スイッチ（２６）を通電するときに、スイッチ１（２５）および、スイッチ２（２７）が押されていない場合は、マイクロコンピューター（１４）はあらかじめ組み込まれているプログラムが作動を開始する。
【００３５】
マイクロコンピューター（１４）に組み込まれているプログラムで左右の振動モーター（１３ａ,１３ｂ）を振動させる事で教材用ロボットを前進させる事ができる。
【００３６】
マイクロコンピューター（１４）に組み込まれているプログラムで右側の振動モーター（１３ｂ）を振動させる事で右側だけ推進力が生じ、教材用ロボットは左回転を行う事ができる。
【００３７】
マイクロコンピューター（１４）に組み込まれているプログラムで左側の振動モーター（１３ａ）を振動させる事で左側だけ推進力が生じ、教材用ロボットは右回転を行う事ができる。
【００３８】
マイクロコンピューター（１４）に組み込まれているプログラムで左右の振動モーター（１３ａ,１３ｂ）を短い時間でオン・オフを繰り返すＰＷＭ制御（図７）で回転数を調整することができる。
【００３９】
マイクロコンピューター（１４）に組み込まれているプログラムで左側の振動モーター（１３ａ）の回転数を変える事で左側と右側の推進力に差を生じさせ、教材用ロボットは右カーブを描きながら前進する事ができる。
【００４０】
マイクロコンピューター（１４）に組み込まれているプログラムで右側の振動モーター（１３ｂ）の回転数を変える事で左側と右側の推進力に差を生じさせ、教材用ロボットは左カーブを描きながら前進する事ができる。
【００４１】
マイクロコンピューター（１４）に組み込まれているプログラムでセンサー（２３）を使って地面の白黒の変化を捕らえ左右の振動モーター（１３ａ,１３ｂ）の回転数を変えることで、左右の推進力に差を生じさせ教材用ロボットの推進方向を左右に変更する事ができる。
【００４２】
マイクロコンピューター（１４）に組み込まれているプログラムでセンサー（２３）を使って地面の白黒のパターンを捕らえプログラムによりスピーカー（１７）から、任意の音階を出す事ができる。
【００４３】
マイクロコンピューター（１４）に組み込まれているプログラムによりＬＥＤ（１５）を任意に点滅する事ができる。
【００４４】
マイクロコンピューター（１４）に組み込まれているプログラムによりセンサー（２３）を使って地面の白黒のパターンを捕らえプログラムによりＬＥＤ（１５）を任意に点滅する事ができる。
【００４５】
図４は教材用ロボットの下面部を現す図である。
【００４６】
図４において、センサー（２３）が複数個あり、二次元バーコードのデーター領域（６）と読み込みタイミング決定部領域（７）と同一の間隔に配置している。
【００４７】
ネジ（２８）は本体基板（２４）と地面との隙間を一定に保つ事で基板本体と地面が直接触れる事を防いでいる。
【００４８】
電源スイッチ（２６）を通電すると、スピーカー（１７）から音がして通電した事を知らせる事ができる。
【００４９】
通電している時にスイッチ１（２５）を押した回数により、ＬＥＤ(１５)が光るパターンを二進数と同じにする事でスイッチ１（２５）を何度押したかを表す事ができる。
【００５０】
通電している時にスイッチ１（２５）を押した回数で予めマイクロコンピューター（１４）に組み込まれているプログラムを選択し、スイッチ２（２７）を押すことで、組み込まれているプログラムを実行する事ができる。
【００５１】
電源がオフの時に、スイッチ１（２５）を押しながら、電源スイッチ（２６）を通電するとマイクロコンピューター（１４）に組み込まれているプログラムは、二次元バーコードリーダーとして機能し、二次元バーコードを読み込む状態になる。
【００５２】
二次元バーコードリーダー機能の時、利用者は紙片に書かれた二次元バーコード（１１）の上に、教材用ロボットを置き、さらに、スイッチ１（２５）を押しながら、二次元バーコードに書かれている目印（８）を本体の穴（１６）を見ながら移動させることにより、二次元バーコードの一列目の色が変化した時に、横の列に書かれている白黒パターンをセンサーで読み、白を１、黒を０として二進数として、数値化を行いマイクロコンピューター（１４）にプログラム命令として記憶する事ができる。
【００５３】
図６は教材用ロボットの命令をあらわす命令パターン表である。
【００５４】
プログラム命令には、待ち時間を制御する命令群（３０）、モーターを制御する命令群（３１）、音を制御する命令群（３２）、変数を制御する命令群（３３）、変数に定数を代入する命令群（３４）、変数の比較命令群（３５）、変数の比較命令群（３６）、無条件ジャンプ関連命令群（３７）からなる。
【００５５】
生徒は命令パターン表（図７）を元に、二次元バーコード（図２）、データー領域（６）に命令パターンを書き込む事で教材用ロボットの制御プログラムを作る事ができる。
【００５６】
紙片に書かれている制御プログラムの一部を切り取り、貼り付ける事で組み合わせる事でも教材用ロボットの制御プログラムを作る事ができる。
【００５７】
電源がオフと時に、スイッチ２（２７）を押しながら、電源スイッチ（２６）を通電するとマイクロコンピューター（１４）は利用者が定義したプログラムの選択状態になる。
【００５８】
利用者が定義したプログラムの選択状体の時に、スイッチ１（２５）を押した回数でユーザーの定義したプログラムを選択する事ができ、スイッチ２（２７）を押すとプログラムが実行される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
複数の毛城体推進装置を個別に振動させる事で推進方向を調整できる技術を使い軽量の物を効率的に移動させる事が出来る。
また、手書きのバーコードを使うことで外部装置を使わずプログラムをする事で教材の応用範囲が広がる。
【符号の説明】
【００６０】
１  手書き可能な二次元バーコードを含むプログラムシート面図
２  手書き可能な二次元バーコード本体
３  プログラムシート  タイトル領域
４  プログラムシート  コメント領域
５  プログラムシート  注意書き領域
６  二次元バーコード、データー領域
７  二次元バーコード、読み込みタイミング決定領域
８  二次元バーコード、中央ガイドライン
９  二次元バーコード、データー部に書き込まれている命令パターン
１０  二次元バーコード、切り取りガイドライン
１１  二次元バーコード、教材用ロボットの初期位置案内エリア
１２  Ｌ字断面を持つ剛体
１３  振動モーター
１４  マイクロコンピューター
１５  LED
１６  目視用穴
１７  スピーカー
１８  毛状体
１９  後部弾性体
２０  後部調整用ネジ
２１  前部弾性体
２２  前部調整用ネジ
２３  センサー
２４  本体基板
２５  スイッチ１
２６  電源スイッチ
２７  スイッチ２
２８  ネジ
２９  電池
３０  待ち時間を制御する命令群
３１  モーターを制御する命令群
３２  音を制御する命令群
３３  変数を制御する命令群
３４  変数に定数を代入する命令群
３５  変数の比較命令群
３６  変数の比較命令群
３７  無条件ジャンプ関連命令群
３８  PWM制御においてモーターがOnの時間
３９  PWM制御においてモーターがOffの時間
【図１】
2011147467.tif 000003
【図２】
2011147467.tif 000004
【図３】
2011147467.tif 000005
【図４】
2011147467.tif 000006
【図５】
2011147467.tif 000007
【図６】
2011147467.tif 000008
【図７】
2011147467.tif 000009