TRCP：玉川大学/学園におけるロボット活動の活性化
Development of Robot Related Activity at Tamagawa Gakuen and University

大森 隆司
工学部機械情報システム学科教授
194-8610 東京都町田市玉川学園 6-1-1
Department of Mechanical Systems, Tamagawa University
6-1-1 Tamagawagakuen Machida-shi Tokyo 194-8610

1. はじめに玉川大学脳科学研究所知能ロボット研究の活動についても大学から学園に知識・機センターは学術研究所の一施設として設立材を転移していく必要があるものと考える．

されて以来，玉川大学の特徴を活かしたロ

表１は 2009 年時点での玉川学園におけボットの開発を目標として掲げて研究・開るロボット関連活動の一覧である．現時点

発を行ってきた．児童から大人までを対象

でも大きくは変わっていない．学園の低学とした夏休みイベント「触れてみよう！脳年，中学年，高学年のそれぞれでロボットとロボット」は 2010 年で 9 回を数え，知を題材に活動があり，興味のある生徒はそ能ロボット研究センターの開発しているロの成長の間に何回かロボットというものにボットの展示として大学周辺の子供たちについて体験することができる．

定着し，毎年約 300 人の参加者を得ている．

しかしその実際をより細かく見てみると，また研究と並行した活動として毎年ロボカ改善の余地があるように思われる．一つは，ップ世界大会に出場し，家庭用ロボットのこれらの活動の多くは教員のボランティア

機能を競う@home 部門では 2008 年優勝，に支えられたサークル活動である点であろ2009 年準優勝，2010 年優勝という世界レう．そのため，教員はロボットを用いた活ベルでのすばらしい成績を残している．

動を実施するのに必要とされた技術の訓練

知能ロボット研究センターは教育への寄を受けておらず，多くの場合は独学と試行与も熱心に行ってきた．玉川学園には表 1

錯誤で生徒の活動を支援している．その熱のような個別のロボット関連活動があるが，意と努力はすばらしいものであるが，ここそれらについての主催・技術支援・出張講はやはりロボットに必要な技術的な知識を義など様々な形での教育活動へ関与してき持つ専門家の支援を受けるか，あるいはそた．それらは，後に述べるように一定の効のような知識・技能の訓練を受ける必要が果があったものと考える．一方で，大学教あるように思われる．大学教員がロボット員が玉川学園の教育に直接に寄与すること活動の指導をすればこの問題は回避できるはある面では望ましいことであるが，いつが，いつまでもそのようなサービスを継続までも直接の関与を続けることはできないすることは困難である．という指摘もある．いずれ，教育の内容のもう一つは，個々の活動の間の連携が取高度化の一つの過程として，ロボット関連れていない点であろう．個々のサークル活

玉川大学工学部紀要 第 46 回(2011)

動や臨時の活動は教員の優れたアイデアでうける．表 1 のうち正規の科目に組み入れ実施されるものではあるが，個々の教員のられているのは大学の PBL・特別課外演習努力には限界があり，全体として生徒の成のみである．これらの問題の原因は，ロボ長に合わせて組織的に企画されたものとはットを使った活動の内容が正規のカリキュいえないであろう．そのため，活動内容にラムや教育課程と対応していないことが大一貫性が見られないと同時に，機材などもきいように思われる．

サークル活動などの限られた予算の制約を
表１． 玉川学園／大学で現在行われている／企画されているロボット関連活動
組織活動

対象・学年

低学年

ひらめきときめきサイエンス(体験)小学校希望者

Science Partnership Program (SPP:体験)

４年生全員

ひらめきときめきサイエンス(体験)希望者World Robot Olympic(WRO:競技会)

希望者

Robocup 日本 Jr レスキュー部門(競技会)

希望者

ひらめきときめきサイエンス(体験)高校生希望者

World Robot Olympic(WRO:競技会)

高校生希望者

大学

PBL(Project Based Learning) (体験)

工学部 1～2 年

大学院

Robocup 日本大会，世界大会(競技会)

工学部四年～修士

研究所

脳とロボット(8 月)

中学年

高学年

(展示)

小学生～一般テクノフェスタ(11 月) (展示)大学生～一般このような玉川大学・玉川学園でのロボ教育コースや教材は多くはない．その理由

ット活動の現状を踏まえ，我々は玉川大として，ロボットを使用した学校理科には，学・玉川学園全体でのロボット活動の連携

正規教科の内容としての吟味，それを使いを通じた，理科・技術教育及び教育技術のこなす教員の訓練，日常的な授業体系の中向上を目指す．

での時間枠の確保，コストなど考えなけれ理科教育の成否は，優れた技術をもってばならない点がおおいことが挙げられよう．

その特色とする日本という国の未来を左右

これは，単にロボット教材会社の努力で越する重要な問題である．同時に，児童・生えられるものではなく，教育機関が組織と徒の年齢を対象としたロボット関連活動のして努力するべき問題であるように感じる．

レベルの高さもまた日本の特色である．でそこで我々は，玉川大学/玉川学園においてあるならば，ロボットを教材とした理科教

玉川ロボットチャレンジプロジェクト

育は時代の必然的な流れである．しかし現(TRCP)を検討・実施したのでその成果を報

在，民間の講習会や塾で使う教材は多く開告する．

発されていても，教育機関である学校において正規のカリキュラムに組み込み可能なMemoirs of The Faculty of Engineering, Tamagawa University, No.46 (2011)

2. 玉川ロボットチャレンジ
プロジェクト
前章で述べた背景により，我々は玉川大学／玉川学園におけるロボットの理科教育への導入可能性を検討することとした．幸い，脳科学研究所知能ロボット研究センタ
ー／工学部ロボット工房はロボカップ世界大会にて 2008 年優勝という実績があり，それを評価されて 2009 年度の小原教育研究奨励基金(2009～2010 年度)をいただくことができた．これを原資として，玉川学園の日常的な教育として持続可能な活動とするには，ロボットに対する児童の興味を活かしつつ，教育単元やカリキュラムに対応して日常教育に取り込み可能なコンテンツを開発していくことが望ましい．
そこで，ロボット体験学習の材料を工夫し，例えば，てこ，歯車，滑車，電気，電池，モーター，パソコンなどの理科や算数・数学の教育単元にみあう教材と教授法を開発する活動を行うことで，学園全体の教育に資する．

におけるロボット教育活動へ以下の構想で

以下，実施された TRCP の玉川学園におけの支援を計画した．

る活動についてまとめた．

活動 1 ： 競技会チャレンジ
WRO(World Robot Olympiad)，ロボカ

3. 玉川ロボットチャレンジプログラ
ム 2009～2010 の成果

ップなど外部のロボット競技会に参加す

3-1. 低学年での TRCP：SPP ロボット工作
低学年は理科というよりは遊びや暮らしを作る過程を通じてチームを育てることの中で科学技術の産物に触れ，結果としてで，理系に興味を持つ児童・学生を育成
その背後にある理科的な考え方になじむこする．競技会は，参加者が情熱を傾けてとが教育の一つの目標であると考えられる．
自主的に活動することで，理系活動の面そのため，TRCP では小学四年生を対象に，白み，さらにはチームワークの力をまざロボットの工作とそれを使っての遊び的なまざと体験することができる．TRCP は活動に焦点を絞った活動を行った．文部科
その体験をプロモートすることで，理系学省系の独立行政法人科学技術振興機構は，教育・人間力教育に貢献する．大学は，児童生徒の科学技術、理科・数学に対するロボット制作の技術支援，教員のサポー
興味・関心と知的探求心等を育成することトをする学生の派遣，機材の提供などでを目的として、学校等と大学との連携によ支援を行う．
り、科学技術、理科・数学に関する観察、活動２ ： 教材開発活動
実験、実習等の体験的・問題解決的な学習活動に対して支援するサイエンスパートナ
ロボット競技会は面白く教育効果も大ーシップ・プロジェクト(SPP)を行っている。
きいが，単発で終わってしまうし，参加我々はこれに応募し，2009 年，2010 年の者も限られている．玉川学園のより広い
11 月に玉川学園小学校の 4 年生全員を対象
生徒・学生に理系教育活動の効果をおよとして，事前の工学部ロボット工房の見学，ぼすには，より広い活動プログラムの確
ロボット工作と競技会，事後のまとめをセ立が必要である．その一つは著名な研究ットとした体験活動を実施した．
者などによる講演会や体験授業であるが，この実施のポイントは，どれだけの時間これも単発で終わる傾向が強い．学園でをかけて，どれだけの内容を，どのようなる希望者を募り，力を合わせてロボット

玉川大学工学部紀要 第 46 回(2011)

教材を用意して実施するか，という大学教の感動はひとしおである．これまでも，田員も小学校教員も経験したことのない内容

原剛二郎先生（中学年）の指導のもとで自であり，試行錯誤であった．しかしその成由研究とサイエンスクラブでロボット製作果は確実にあり，2009 年についてはロボッの活動が行われ，ロボカップ大会のジュニト工房を見学した後日，参加した小学四年

ア競技に中学年の児童・生徒が参加してき生がロボット工房に自主的に遊びに来た，た。

2010 年に玉川学園中学年で 5 年生(前年に 42009 年に TRCP の活動が始まって，工年生として SPP を体験)でのロボットサー

学部の教員が自由研究とサイエンスクラブ

クルへの参加希望者が倍増した，といったで行われているロボット製作に技術支援を実績がある．その実施の実際については他行い，これまでと比較して多様なセンサーの原稿に詳細に書かれているのでそれを参が使えるようになってきた．その結果，2010照されたい．

年のロボカップジュニア大会では神奈川県予選を勝ち抜き，関東大会に進むことがで

3-2. 中学年 ： 自由研究とサイエンスクラブへの支援
玉川学園 K-12 では，自由研究やサイエンスクラブでロボットを使用した活動が２種類，行われている．一つは組み込み用マイコンを使用して部品からロボットを組み立ててソフトウェアも開発するロボット（部品ロボット）であり，もう一つはレゴマインドストームを使用したレゴロボットです．
どちらも国内の競技会してよい成績を収めており，成績次第では海外の競技会などへの参加も夢ではない．サイテックセンターには 2010 年９月に K—１２ロボット工房が完成し、恒常的な活動の場ができ、効率の良いロボット開発が行えるようになった。
以下，それぞれの活動の成果について説明
していく．

3-2-1. 部品からのロボット製作
ロボットの一つの作り方は，土台にタイヤ・ギア・モーター・センサー・それらの制御回路，さらには全体を動かすマイコン（制御用の超小型コンピュータ）といった部品を組み合わせ，全体を作っていく方法がある．工作の技術も必要で手間もかかって大変ですが，大変勉強になり，動いた時た。また、センサーの感度や使用方法の工夫についてレポートをまとめた中学年８年生の矢澤さんの研究が、日本学生科学賞で入賞した。
現在は、ロボットの製作は自由研究の時間にのみ行なってきているが、それに加えて中学年の情報や技術の時間に授業として取り組めるように教材開発を行なっている。
自由研究に所属する５年生にも簡単に製作できるよう、工学部のスタッフが基板を製作したりセンサーの処理プログラムをしたりすることで、ロボット製作を中学生の授業に取り入れていくことが現実になりつつある。図１に今年度から使用できるようになったセンサーや部品を図 1 に示す。

3-2-2. レゴマインドストームによる
5～12 年生のロボット活動
レゴロボットは，有川 淳 先生の指導のもと，自由研究とサイエンスクラブの活動として実施されている．高校生チームが、レゴマインドストーム発売初年度から開催されているロボット大会「電子ロボと遊ぶアイデアコンテスト」で 2009 年度は第２位、2010 年度は第３位に入賞した。入賞チームの９割は工業高校が占める中、玉川学園は入賞の常連校となっている。

Memoirs of The Faculty of Engineering, Tamagawa University, No.46 (2011)

(a) モータードライバー用の基板(d) 加速度センサー(b) タッチセンサー(c) 超音波レンジファインダー

(e) デジタルコンパス(f) 現時点のロボット

図１ 工学部と中学年の連携で製作された各種部品とセンサー
中学年生チーム「玉川学園 STC」は、ファ東京大会を小学生部門・中学生部門に分けーストレゴリーグ大会に焦点を絞って練習て開催した。また、高等部在学中から活躍をしている。５年生で結成し、初年度からしていたチーム「wish」が大学生になり、全国大会出場をはたし、７年生となった今WRO Japan や FLL ロボット大会のスタッ年、３年連続全国大会出場となった。2010

フとしての参加したことや、低学年学園展

年６月には、レゴの教育用新製品「エネル用に制作したマシンがテレビ番組に取り上ギーセット」の記者発表会の場で、新製品げられるといった出来事もあった。

を用いたプレゼンテーションを玉川学園に行ってもらいたいという依頼を受け、「玉川学園 STC」チームを中心に７〜８年生が宇3-3. 高学年情報科 12 年選択 「プログラミング」

宙エレベーターをイメージしたマシンを発

高学年では，2011 年 1 月 7 日(金)から 2 月

表し、質疑応答の見事さとともに好評を博

4 日(金)までの全 16 時間を使用して、四足歩した。この模様はテレビ東京「ワールドビ

行ロボットの組み立てと、プログラム制作を課ジネスサテライト」や「Japana Times」な題とした授業が登本洋子先生を中心により行どで取り上げられた。

われた。対象は 12 年生(高３)のうちプログラミ

2009 年からは工学部との連携ができ、大ングを選択した生徒で、2010 年 4 月から 12 月学生が定期的に指導に来るようになった。

まで、計算機言語 Visual Basic を一通り学習しまた、2010 年度のファーストレゴリーグ大た生徒 16 名である．このうち 6 名は玉川大学会では，プレゼンテーション準備のため脳工学部に進学が決定した。

科学研究所の木村先生、松田先生の指導があった。

授業 1 時間目に授業の主旨を説明した後、3 名を 1 チームとして、ロボットのキットとマニュその他の対外的な活動としては、毎年夏アルを配付した。最終授業で競技を行い、ロボ休みを利用して WRO Japan 公認予選会西ットレースでは速さを競うこと、ロボット一芸披

玉川大学工学部紀要 第 46 回(2011)

露では高度な技を披露することを目標とした。

紛失ゆ細かな作業のミスも心配されたが、その共同作業におけるものづくりも体験してほしような心配をよそに生徒はいつもよりも静まり返かったため、教材としては必ずしもネジを使うって作業に熱中していた。教員の心配が生徒必要はなく、両面テープでも代用できるようにの体験の機会を奪っていることもあるかもしれ考えられているが、ネジでの作成を選択した。

ないと思うほど、どのチームも難なく組み立て制御基板、モーター、電池ボックス等を細かなてくれた。

ネジで組み立てていく（図２(a)）。当初、部品の(a) 熱中 ： ロボット組み立て中(b) 試行錯誤 ： どうやったら歩くの？

(c) 気合い ： 「歩けぇ」，ロボット
図2

12 年生によるロボット制作授業

ロボットの動作は、首、前右足、前左足、後めた者も少なくなかった。首の動きが大切なこ右足、後左足の計 5 ヶ所の間接の動きをプロとにも気づかされる。これこそがモノを作ることグラムすることで決まる。「歩く」という動作も、によってその背後にあるものを理解する過程

私たちは日常は特に意識せずにおこなっていであり、簡単そうでなかなか思うようにいかないるが、実際にロボットにスムーズな四足歩行を動作に生徒は夢中になり、最終日の競技ではさせようとすると、意外と難しい（図２(b)）。「え手に汗を握る戦いとなった（図２(c)）。

～、いつもどうやって歩いているんだろう？」と私たちの身の回りにある多くのものは，私たハイハイの姿勢を取り、「歩く」動作の分析を始

ちが触れる前から高度な技術が使われていて，Memoirs of The Faculty of Engineering, Tamagawa University, No.46 (2011)

ブラックボックス化している。使い方はわかるし、ントへの参加を行っている．この具体的な便利に活用しているのだが、その仕組みはわ

姿については本紀要の別稿にて紹介されてからないことが多い。そのようなものに囲まれているのでここでは述べない．

育っている生徒だからこそ、一から組み立て、ロボット工房での活動は，PBL だけでな

自分で書いたプログラムで動かすことで原理をく，工学部及び工学研究科全体のロボット理解する体験をしてほしいという願いから今回関連の活動の活性化を狙っている．その一の教材を導入し、2 年目の実践であった。

つが，脳科学研究所知能ロボット研究セン

本来技術は、何かを実現するためのものでターとの共同活動としての RoboCup 参加ある。目的に向かって、持っている技術を駆使である．RoboCup には日本国内で開催されして、試行錯誤を繰り返してくれたところで、今る Japan Open と世界的な規模で行われる回の授業は成功であった。計算機のプログラ世界大会があり，玉川大学のチームは過去ム作成の基礎を学んできた生徒にとっては、5 年間両方に参加してきた．その努力の成実際にロボットをプログラムで動かしたことで、果として，2008 年と 2010 年には家庭用ロプログラミングの実際の利用場面を体験するこボットの競技を行うアトホーム部門で世界とにつながったと考えている。

チャンピオンとなった実績がある．この履2010 年度に関しては 12 年生のプログラミン
グを対象に、かつ 1 月以降に授業に出席する歴・詳細については本紀要の別稿にて紹介されているのでこれ以上は述べない．

限られた生徒での試みであったが成功と考え脳科学研究所知能ロボット研究センターられるので、来年度は普通コース及びプロアクは，TRCP の教育関連活動とはまた別に研ティブラーニングコースの情報の必修授業にも究活動を行っている．毎年，工学研究科のこの教材を導入したいと考えている。クラスの大学院生が研究目的でロボット工房を使用

人数が約 3 倍になるので、どのように授業を展しつつ，学会発表，論文執筆を行い，学位開するかが課題である。

を取得してきた．TRCP の参加者のうち工学部のメンバーは知能ロボット研究センタ

3-4. 大学でのロボット関連活動ー教員と実質的に重なっており，両者の活動は密接につながっている．

大学での教育は理科教育とは一線を画す

工学部以外では，教育学部の富永ゼミがものであるが，より進んだ技術の学習，あロボット関連の技術を小学校の教材としてるいは将来は教員となることが期待される利用するための手法の開発を，TRCP の一学生のロボット関連の技能の学習，という環として行っている．具体的には，2010 年

意味で TRCP として位置づけられる活動がについては工学研究科の博士課程学生であ行われている．

った横山絢美さんが教育学部の 3 年生のロ一つは，工学部機械情報システム学科のBased

先生の教育としてのロボット利用の課題設Learning)である．工学部に入学後の一年の定と，それを実現する工学技術としての課春学期から二年の秋学期まで，さらにはそ題設定がうまくかみ合った活動が行われた．の後も継続してロボットやソーラーカーにその成果は 2010 年 8 月の「触れてみよう！

かかわる活動に参加するもので，ロボット脳とロボット」展およびコスモス祭にて展の場合は工学部に設けされたロボット工房示された．

授 業 と し て のPBL(Project

ボットプログラミングの支援を行い，富永にてロボット製作や各種ロボット関連イベ
玉川大学工学部紀要 第 46 回(2011)

4. まとめ

術教育の進展がみられ，さらにそれ以外の教育学部や学園の低学年・中学年・高学年

以上，2009 年と 2010 年度に小原教育研でそれぞれ新しい展開の萌芽がみられた．

究奨励基金による活動として行った玉川ロ

そしてなにより，これらの活動が相互に連ボットチャレンジプロジェクト(TRCP)の携して玉川大学/学園全体の理科教育にロ活動の全体像を説明した．TRCP には工学ボットを取り入れていこうという機運がで部および工学研究科，さらに脳科学研究所きたことがうれしい展開である．

知能ロボット研究センターと学術研究所

今後の展望として，玉川大学のプロジェ

K-16 一貫教育研究センターが深く関与しクトとして 2011 年から 5 年間，教育開発をており，結果として大学という枠にも囚わ目的とした新しい玉川チャレンジプロジェ

れない幅広い活動が行われた．成果をみるクトが開始されることとなった．今後の展と，これまでもロボットに親しんでいた工開を注目されたい．

学部についてはより深いロボット利用の技

Memoirs of The Faculty of Engineering, Tamagawa University, No.46 (2011)