ロボットの実体性とマンガの想像性を融合した創造性育成法の開発
Development of creativity education used robot's reality and manga's imagination〜感性、創造性の向上を目的とした教材としてのロボットの開発〜
Development of teaching material robot improving on kansei and creativity

高知工科大学大学院基盤工学専攻
野村
学籍番号

和寿

１０５５０５４

i

目次

目次

第１章

第２章

第３章

第４章

序章
1.1

はじめに・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１

1.2

論文の構成・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１

創造性の育成法
2.1

創造性の育成プログラム・・・・・・・・・・・・・・・・３

2.2

現実性と感性・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３

2.3

空想性・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４

2.4

創造性・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」
3.1

概要・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５

3.2

ロボットの構成と機能・・・・・・・・・・・・・・・・・７

3.3

移動機構・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１３

3.4

システム構成・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１６

3.5

運用実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１８

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」
4.1

概要・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２２

4.2

メカニカルパーツ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２４

4.3

システムパーツ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３０

4.4

パーツリスト・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３４

ii

目次

4.5

作成例・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３５

4.6

運用実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４１

第５章

結論
5.1

まとめ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４４

5.2

問題点の対応策・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４５

5.3

今後の課題・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４６

参考文献
謝辞

第１章

第１章
1.1

1

序章

序章

はじめに

近年，問題解決や物づくりに対するアイデアの発想，その実現に対する実行する力である創造性の育成が注目されている．その手段として体験教室や工作などが挙げられるが，何か物を作らせるという現実性を強調する反面で，オリジナルのアイデアの発想や表現といった空想性を軽視する傾向がある．創造力は，豊かな感性から生れ，空想できる空間で高められ，そして現実世界で発揮されるものである．また，感性は
現実の世界からしか得られない．よって，創造性育成は空想と現実の間で行うべきであると考えている．本研究では，ロボットの実体性とマンガの空想性を融合した創造性教育法を開発することを目的する．
本論文では，現実の実体験から得られる感性の向上を目的とした，子供が乗り込み，操縦が可能な UFO 型ロボットと，創造性の向上を目的とした，子供が容易かつ自由に組み合わせて作ることができ，実際に乗って操縦することができるロボットの作成ツールの開発について記述する．

1.2

本論文の構成本論文は５章からなり，具体的な内容は次のとおりである．
第１章では現在の教育のあり方と，創造性教育の現状を述べた上で，本研究の意義を説明する．
第 2 章では創造性の育成プロブラムを提案した．創造性育成の要素として，現実性，感性，空想性，創造性をあげ，それぞれの要素に対するプログラムをサイクルとして繰り返すことにより，創造性の育成を図ることを提案する．
第 3 章では現実のロボットによる実体験をもたらし，物理現象への疑問や興味，思考と理解を促し，感性の向上を図る「UFO 型ロボット」の開発について述べる．まず「UFO 型ロボット」についての概要を述べ，ロボットの構成と機能について説明する．
次に移動機構において球型アクチュエータによる全方向移動機構を適用し，そのメカ
ニズムについて解析をおこなう．次に制御システムの構成を紹介して，制御仕様を示
す．つづいて，小学校の総合化授業に採用してもらい，小学 1 年生 1 クラスを対象に運用実験をおこない，その効果を示す．
第 4 章では現実性，「UFO 型ロボット」に感性で触れ，自分の作りたいロボット，
夢のロボットについて空想し，「マンガ」で表現をした子ども達の次のステップとして，創造性の向上を目的とした「ロボット作成教室」を提案する．そして，その際に使用する「ロボット作成ツール」の開発について述べる．まず，「ロボット作成教室」の概

第１章

序章

2

要について説明し，「ロボット作成ツール」を提案する．次にロボットのボディと機構部分を形成させるメカニカルパーツについて説明し，制御システムを構成させるシス
テムパーツについて述べ，ロボットの作成例とその動作について紹介する．つづいて，
小学生２人組みを対象に運用実験を行い，その効果を示す．
第 5 章ではまとめと今後の課題について説明する．

第２章

第２章
2.1

3

創造性の育成法

創造性の育成法

創造性の育成プログラム

創造性

現実性

空想性

感性

Fig2-1-1

創造性育成プログラム

Fig2-1-1 に示すように，創造性育成プログラムの要素として，現実性，感性，空想性，創造性をあげる．これらの要素は環状に関係しており，現実のもの（道具や材料，他の創造物）を見たり触ったりすることで実体験をし，その現象や原理について深く理解し，イメージを膨らませて，何かを創り出すという「もの作り」考え方から生まれている．具体
的な創造性の育成手段として，現実性においてロボットの実態を体験する．感性において物理現象を深く理解する．空想性においてマンガの表現力で夢を描く．創造性において今までに無い新型ロボットを創り出す．この一連の作業をサイクルとして繰り返すことにより，創造性の育成を図ることを提案する．

2.2

現実性と感性本研究に当たって最終的な目標は，子ども達自身がロボットを製作し，その発展や工夫，運用についてマンガで表現し，現状で実現が可能な物は子ども達自身が改良を重ねるというサイクルの中で，物作りに対する自由な発想や，夢を人に伝え，実現に向けて検討の出来る表現力を身につけてもらうことである．しかし，実際には子ども達はロボットを漫画やアニメの世界でしかイメージしたことのなく，いきなり自分で作るロボットを考えよう，
作ってみようと指示されても，およそ現実に実現できるものが提案されるとは思えない．
現在はロボットブームということもあって，Sony の「AIBO」に代表される動物型ロボッ
トや HONDA の「Ｐ３」といった人型ロボットを，見たりさわったりする機会がある．しかし，それらのロボットは人が乗り込むということを想定して設計された物ではないので，本研究が目指す「子どもが乗れるロボット」に結びつけるには，現実の技術が追いついていないといえる．そこで本研究の提案する創造性育成モデルにおけるサイクルの最初の一

第２章

4

創造性の育成法週目に，ロボットを作ったことのない子ども達の感性に刺激し，ロボットについての具体的な認識を与えるために，現実にさわることができ，乗り込んで操縦をしたり，観察をしたりできる理想のロボットを我々が用意する必要がある．子ども達に，実態としてのロボットの認識をあたえ，なおかつロボットに対する自由なイメージを拘束しないものとして，宇宙を飛び回る「UFO 型ロボット」テーマというテーマで開発をする．具体的には第 3章

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」に示す．

2.3

空想性

空想性は子供がほしい，創りたい夢（空想）のロボットを描く．言うなれば，ロボットの仕様，イメージ，設計図をつくってもらうということである．そこで，子供たちの夢を表現する手段として，マンガの手法を取り入れる．マンガには物の形や特徴をうまく強調
したり，目に見えない物理現象をも表現する表現方法があり，紙の上に自由な夢を描く手段として最適である．
「マンガ教室」をおこなう．これには共同研究者で京都精華大学のマンガ学科の講師である牧野圭一が中心となって，子供たちにマンガの表現を学んでもらう．
同時に絵のテーマとして「UFO ロボット」によって得た実体験もとに創りたいロボットを描いてもらい，創造性の向上を目的とした「ロボット作成教室」のロボットの設計図とし
て使う．

2.4

創造性

我々の用意した現実「UFO 型ロボット」に感性で触れ，自分の作りたいロボット，夢のロボットについて空想し，「マンガ」で表現をした子ども達の次のステップとして，「ロボット作成教室」を提案する．これは実際に子ども達が自分たちで形や構成を設計してロボットを作り，空想を具現化する力である創造性の向上を目的としている．その際，既存のロボット作成キットではなく，我々の提案するロボットのパーツセットを使用する．その理由として，従来のキットでは技術的なしきいが高く，子どもが短時間で理解しながら作業をするのが困難であること．一部のものを例外として，その多くは説明書のとおりにしか作れないこと．作った物の規模はあくまでおもちゃの域を出ず，何かに役立てる物をつくる方法が学べたという達成感が薄い事などが上げられる我々の用意するロボットのパー
ツセットの狙いは，プラモデルのように与えられた説明書をなぞるのではなく，子ども達
自身が自分で考え，設計し，組み立て，遊び方を考え，特徴を理解することで創造性を高めるツールを目指す．具体的には第 4 章に示す．

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

第３章

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

第３章
3.1

5

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

概要

子ども達に，実態としてのロボットの認識をあたえ，なおかつロボットに対する自由なイメージを拘束しないために，以下の条件でロボットの設計とデザインをおこなう．
・テーマは宇宙を飛び回る「UFO 型ロボット」
子どもの夢のような自由なイメージが拘束せずに，ロボットの実体験を与えるために，
宇宙飛行士を除くほとんどの人間にとって，映像や写真などでしか見たことのない「夢の空間」である宇宙を飛び回るようなデザインにする．ただし機構としては実際にロボットが「飛ぶ」ということは難しいため，実際には「飛ぶように自由に走り回れる」
ロボットを目指す．
・子どもが乗ることができること
子どもにとってアニメのイメージでしかなかったロボットに乗るという体験を実際に与えるために，本ロボットは操縦者が乗ることが出来るようにする．ロボットに乗っているという感覚を強調するために，コックピットは操縦者が密閉された空間にする．
・容易に操縦ができること
本ロボットは子どもが操縦をおこなうため，操縦にあたって複雑な手続きは排除し，説明されなくても直感的に操縦が行えるようにする．具体的にはジョイスティック一つで操縦することができ，ジョイスティックを傾けた方向にダイレクトに移動する．
・非日常的な走行機構を用いること
どんな仕組みで動いているのだろう？という興味の対象であるロボットの走行機構に，自動車の車輪のように日常的にありふれている機構を用いると，「UFO のようなロボット」ではなく「UFO のような車」というイメージとなってしまう．よって本ロボッ
トでは一見して走行の仕組みが分からない複雑な機構と，自動車の車輪では実現できない動きを擁する全方向移動機構を採用する．
・安全設計をおこなうこと
本ロボットは子どもが操縦をおこなうため，センサによって操縦者の見えない方向に障害物がある場合，一定の間隔でその方向へは進めないようにする．起動スイッチをロボットの外側に置き，勝手に動かせないようにするといった安全対策をおこなう．
以上の点をふまえて，ロボットの原案としてデザインしたものを Fig3-1-1 に示す．これ

第３章

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

6

は宇宙を飛び回る「UFO 型ロボット」というテーマを基に，ＳＦ映画の宇宙作業用ポッドを参考にデザインをおこなった．ただし，実際の作成においては構造の必要性や，製作困難であるパーツなどの問題から，このデザインから大幅に変更を加えている，走行機構としては，全方向移動機構のなかでも，最も車輪からかけ離れており，複雑で一見して走行の仕組みの理解が難しい球型アクチュエータを採用する．

Fig3-1-1

UFO 型ロボットデザイン原案

第３章

3.2

7

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

ロボットの構成と機能製作した UFO 型ロボットの写真を Fig3-2-1 に，外観図を Fig3-2-2 に示す．球型アクチ
ュエータ４個を擁する土台はアルミ製の中空フレームを使用．操縦者の乗り込むボディは
ＦＲＰで成形している．移動機構として，球型アクチュエータ４個による全方向移動機構（3.3 移動機構

参照）を採用．正面の窓による視界は狭いため，CCD カメラ３台で視角補助をおこなう．また，両サイドから後方にかけて対物センサを配置し，壁の接触などに対する安全対策をおこなっている，以下，その他の機能と詳細を記述する．

Fig 3-2-1

UFO 型ロボット写真

正面

背面

側面

上面
Fig3-2-2

外観図

第３章

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

8

・操縦者の搭乗と座席
ロボット内部の構成と操縦者が乗り込むためのハッチ開閉の仕組みを Fig3-2-3 に示す．
ハッチはロボット内部のフレームにブランコのような形でつながっており，ハッチを閉める際には，ハッチ上部３カ所のパチン錠で外側からロックをかける．座席は乗用車の助手席を流用しているので，少々窮屈ではあるが，大人でも乗ることが出来る．

パチン錠

内部フレームハッチ

シート
Fig3-2-3

内部構成とハッチ開閉の仕組み

・視角補助カメラ
Fig3-2-4(Ａ)の（α）で示す範囲が，ハッチの窓から直接外が見える範囲である．この正面の窓による視界は非常に狭いため，前方の視角補助に２台の CCD カメラと後方の視角補助に自動車用のバックカメラで視角補助をおこなう．補助された視角範囲を
Fig3-2-4(Ａ)の（β）の範囲で示す．Fig3-2-4(Ｂ)はそれぞれのカメラが対応するモニターの位置である．前方を確認するモニターは，視点の高さで左前と右前の位置に配置．後方を確認するモニターは足下の位置に配置する．
（β）

（β）

（β）
（α）

（Ａ）視角補助カメラの位置と補助範囲
Fig3-2-4（Ｂ）カメラに対応するモニターの位置

視角補助カメラ第３章

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

9・対物センサ
狭い視界を補うために，３台のカメラによる視角補助をおこなったが，このロボットは
３６０度全ての方向に移動が出来るため，全ての移動方向に対して視角をカバー仕切れていない．それらの確認できない死角への移動に対して，障害物に衝突しない工夫が必要となる．本ロボットには両サイドから後方にかけて５方向に対物センサとして PSD 素子距
離センサを配置して，一定距離に対して障害物がある場合，その方向に移動が出来ないよ
うにしている．Fig3-2-5 に PSD 素子距離センサの位置と方向を示す．
補足として，PSD（Position Sensitive Detector）とは，半導体位置検出素子といい，
光の入射位置によって出力が変化するフォトダイオードの一種である．今回使用した PSD
素子距離センサ GP2D12(㈱Sharp 製)(Fig3-2-6)は発光素子，PSD 素子，信号処理回路が１つに組み込まれている光学測距方式センサユニットである．距離測定の原理は，三角測量であり，反射光の位置情報を基に対象の距離を測定する(Fig3-2-6 および式 3.2.1)．この方法には，反射物の色や反射率，使用環境の明るさによる影響が少ないというメリットがある．

Fig3-2-5

Fig3-2-6

PSD 素子距離センサの位置と方向

PSD 素子距離センサ GP2D12(㈱Sharp 製)

第３章

10

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

障害物：Ｃ

距離：Ｄ

PSD：Ｂ

LED：Ａ
Ｌ

Fig3-1-1

D=L

sinH+cosI(3.2.1)sin(H-I )UFO 型ロボットデザ

・電源
電源は，㈱ユアサコーポレーション製小型シール鉛蓄電池 12v（NPH5-12）（Fig3-2-8）をモータ駆動用主電源して２つ，モータドライバ回路電源として１つ，カメラ，モニター用電源として２つの計５つを使用．CPU 回路用電源としてラジコン用 7.2v バッテリー(Fig3-2-9)を２本使用．

Fig3-2-8

12v 小型シール鉛蓄電池 NPH5-12

Fig3-2-97.2v ラジコン用バッテリー

公称電圧

12v

公称電圧

7.2v

定格容量

5Ah/10HR

定格容量1400ｍAh

重量

2kg

重量

330g

第３章

11

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

Fig3-2-10 に示すように，モータ駆動用主電源は 12v バッテリー２個を並列につないで安定化を図り，モータドライバ回路電源は 12v からモータドライバに必要な 5v と±15v にDC-DC コンバータで変換を行っている．又，カメラ，モニター用電源は Fig3-2-11 に示す
ように自動車用 AC-DC インバータで AC100v にしてから各カメラ，モニターの AC アダ
プタでそれぞれの電圧を供給する．この方法は直流電源を交流電源に変換して，また直流電源に戻すため，エネルギー的には非効率である．しかし AC 電源は電源タップ等で容易に電源ジャックを増設できるため，測定器やノートパソコンといった機器の一時的な搭載や機能の増設が容易に行えるという利点がある．また，各機器にたいしてそれぞれの電圧に合わせた DC-DC コンバータを用意する必要がないため，配線もすっきりし，なおかつ経済的である．

DC-DC Converter
Motor Driver

Cosel
ZUS251205

12v

Motor

GND(0v)

Robot

5v

Driver

+15v

Cosel
12v

12v

ZUW151215

Driver Power Spray

-15v

12v

Motor Power Spray

Fig3-2-10

モータドライバ及びモータ駆動電源

Back

CCD

CCD

CameraCameraCameraMonitorMonitor

AC-DC Inverter

Monitor12v
GND(0v)
AC100v

12v
Monitor and Camera Power Spray

Fig3-2-11

Multi Tap

カメラ，モニター用電源

第３章

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

12

バッテリー位置は Fig3-2-12 に示すようにロボット後部の土台の部分に配置，起動用のスイッチも同位置に配置している．起動用スイッチは Fig3-2-13 に示すように，①CPU ボ
ード電源，②ドライバ電源，③モータ電源と３つに別れており，起動時には①，②，③の順番でスイッチを入れる．終了時はその逆の手順で③から電源を落としていく．特に②ドライバ電源を入力しないで③のモータ電源を入れた場合，モータドライバが暴走，破損の恐れがあるので起動及び終了時の手順では注意が必要である．
バッテリーの駆動時間はフル充電の状態で，モータ用主電源が約３０分，カメラ，モニ
ター用電源と CPU 回路用電源は約１時間であった．

バッテリー

Fig3-2-12

起動スイッチバッテリー，起動スイッチの位置③モータ電源②ドライバ電源
OFF①CPU ボード電源

ON

Fig3-2-13 起動スイッチ

第３章

3.3

13

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

移動機構

球型アクチュエータの機構，動作について Fig3-3-1，Fig3-3-2 を示し述べる．本機構ではモータを駆動させることにより，ギアによってローラリングに回転動力を伝え，ローラ
リング接している駆動球を回転させて路面に力を伝えることにより，移動に必要な動力を得ることが出来る構造となっている．ローラリングの駆動球へと接する部分を，Fig3-2-15に示すようにフリーローラにすることで，駆動球が路面に力を加える方向以外にかかる負荷を逃がし，スムーズな全方向移動が出来る機構となっている．また，本体の荷重を駆動
球より支えている上部固定リングもフリーローラとなっており，全方向移動にたいする負荷を逃がす工夫がなされている．

上部固定リング
ローラリング

モータ
駆動球

Fig 3-3-1

球型アクチュエータ概略図

フリーローラFig 3-3-2

下から見たローラリング概略図

第３章

14

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

球型アクチュエータの本体への実装として Fig3-3-3 に示すように，４つの球型アクチュ
エータを斜め方向に十字に配置する．この４つの球型アクチュエータがそれぞれ駆動して路面に加えた力のベクトルを合成することにより，前後左右，斜め，その場での回転という全方向への移動が可能となる．

球型アクチュエータ

土台フレームFig3-3-3

球型アクチュエータの配置

ロボットの移動方向と速度の導出について Fig3-3-4，Fig3-3-5 を用いて，式 3.3.1〜3.3.
に示す．

Vxi VyiＹΨ球
Vxu Vyv
Φi

・
Φi

L

Vxi

Vyi

：

球速度

Vxu

Vyu

：

ロボット中心速度

Vai：active 方向速度

Ov

：ロボットの中心速度

Ｌ：ロボットの中心から球中心までの長さ

Ov：ロボットの中心

Ψ ：梁の角速度・Φi ：球回転方向と梁のなす角度

Ov
Ｘ

Fig3-3-4

球移動速度

第３章

15

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

Vxi

１

０

ＬsinΦi

Vyv

＝
Vyi

Vai

Vxv

０

１

ＬcosΦi（3.3.1）Φi＝

Vxi cos（Φi＋Ψ）＋Vyi sin（Φi＋Ψ）＝

Vxu cos（Φi＋Ψ）＋Vyv sin（Φi＋Ψ）＋

・
Φi Ｌ sinΨ

（3.3.2）

Ｙ

Xv
Va1

Va1

Yv
Va4
Φv
Yv

Va2

Va2

Va3

Va4

：

球速度

Ｌ

：ロボットの中心から球中心までの長さ

2Φ：X 軸と Xv のなす角度

Φi：２梁間の角度

2Φ
Ｌ
Va3

Ｘ

Xv

Fig3-3-5

ロボット移動速度

Φ1＝Φv＋ΦyΦ2＝Φv−Φy＋πΦ3＝Φv＋Φy＋π

Φ4＝Φv−Φy（3.3.3）式 3.3.3 を式 3.3.2 に代入

Va1cos（Φ＋Ψ） sin（Φ＋Ψ） ＬsinΦi

ＬsinΦicos（Φ＋Ψ）−sin（Φ＋Ψ） ＬsinΦi−ＬsinΦiVa3−cos（Φ＋Ψ）−sin（Φ＋Ψ） ＬsinΦi

ＬsinΦiΦv

Va4−cos（Φ＋Ψ） sin（Φ＋Ψ）−ＬsinΦiΦ

Va2＝

ＬsinΦi

Vxv
Vyv （3.3.4）

第３章

3.4

16

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

システム構成Fig3-4-1 に本ロボットのシステム構成図を示す．CPU ボードは AD8ch，DA4ch のアナ
ログ入出力ボードを通して信号のやり取りをおこなう．ジョイスティックからの信号はＸ
軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向を AD3ch から入力．又，PSD 素子距離センサを AD5ch から入力している．モータの制御はロボットドライバボードを通して行い，４つのモータに対して DA4ch で信号を出力，制御を行っている．
JoystickZ

XY

CPU Board

AD-DA Board

JS-DOS

AD-8ch

Robot
Robot
Robot
DriverDriver
Robot
DriverDriverDA-4chMotor ①
Motor ②Motor ③Motor ④

PSD sensor
PSD sensor
PSD sensor
PSD sensor
PSD sensor

Fig3-4-1

システム構成図本システムの CPU ボードには㈱日本システムデザイン製ＪＰＣ１０−Ｖ２５ＣＰＵボードを使用している．このＣＰＵボードは 104 バス規格に準じているので，必要なインターフェイスボードを重ねることでコンパクトにシステムを組むことが出来る．104 バス基準のインターフェイスボードは多数有るので，開発環境が整いやすい．他の工業用 CPU ボードと比べると安価．振動に強いといった特徴がある．写真を Fig3-4-2 に，主な仕様を
Fig3-4-3 示す．

Fig3-4-2

Ｖ２５ＣＰＵボード

第３章

17

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

ＣＰＵ

９．８３０４ＭＨｚ

入出力ポート８ＣＨ（フラットケーブルコネクタ）

入力ポート

４ＣＨ（ＰＣ／１０４バス）

コンパレータ入力

８ＣＨ（フラットケーブルコネクタ）

シリアルポート

ＣＨ０：ＲＳ−４８５レベル
ＣＨ１：ＲＳ−２３２Ｃレベル
通信速度：１１０〜１１５．２Ｋｂｐｓ

ボードサイズ９６ｍｍ×９０ｍｍ×１５ｍｍ

重量

約７５ｇ

消費電流

５Ｖ±５％

Fig3-4-3

２００ｍＡ（標準）Ｖ２５ＣＰＵボード

仕様

モータ制御を行うロボットドライバボードは㈱岡崎産業製 TITech Driver PC-0121-1 を使用．特徴として，小型，軽量，高出力（750W），低自己消費型(PWM 駆動)，であり，
電流制御，速度制御，位置制御の３つのモードがある．また，タコジェネレータ無しでの速度制御や同じくタコジェネレータ無しの即応性の良い位置制御を実現している．写真をFig3-4-4 に，主な仕様を Fig3-4-5 示す．

Fig3-4-4

TITech Driver PC-0121-1

定格出力電圧±３８ｖ

定格出力電流±８A

最大出力電圧±４５ｖ

最大出力電流±１６．７A

主電源電圧

DC１２〜４８ｖ

回路電源電圧５ｖ

指令入力電圧±１０ｖ

Fig3-4-5±１５ｖ

TITech Driver PC-0121-1 仕様

第３章

3.5

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

18

運用実験

「UFO 型ロボット」の運用実験を，想像性を育成するマンガ教室と合わせて行った．対象は片地小学校の 1 年生 1 クラス２８名．実施要領を Fig3-5-1 に示す．
実
１．実験テーマ：施

要

領

ロボットの実体性とマンガの想像性を融合した創造性育成法の開発

２．学校名：

片地小学校（鏡野公園の横にある）

３．クラス：

２８の１年生＝１３男の子+１５女の子

４．実験日：

11/7（木）

５．時間：

11：25〜12：10

マンガ教室

12：10〜13：00

給食

13：10〜１5:30

実験（５分間/１人の予定ですが、班分けは担任の深川先生と相談要）

15:30〜16:15
６．場所：

アンケート、夢のロボットを描く

マンガ教室、アンケート、お絵かきは教室にて
走行実験は片地小学校の体育館にてお願いします。

７．アンケート：
８．

機材：

別紙ご参照

ロボットは簡単な故障がある場合、直せる程度のツールを用意。
バッテリーはフルチャージ。

子供用のヘルメット。

ビデオカメラ２台（一台定点撮影、一台はトラキング撮影）、
デジ カメ１台。以上は工科大にて準備します。
子供のお絵かき道具として---鉛筆、クレオン、机、椅子などの準備はお願いします。

９．マスコミ：（予定）NHK、SUNSUN テレビ、高知放送、高知新聞、
朝日新聞、読 売新聞

１０．役割分担：子供達の世話は岡林校長先生と深川担任先生にお願いします
牧野先生＝マンガ教室＋マスコミへの連絡
浜口さん、野村さん＝ロボット製作＋実験＋アンケート作成
研究室の皆さん＝ロボット運搬＋レンタカ＋実験の手伝い
王＝連絡＋撮影＋実験の手伝い＋アンケート印刷＋牧野先生の出迎＋研究プロジェクト申請＋報告書作成＋報告会＋マスコミへの配布資料作成＋他大 学との調整

Fig3-5-1

実施要領

第３章

19

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

実験ではロボット操縦に目的を持たせる為に，Fig3-5-2 に示す競技を行った．2 本のポールの間を８の字にくぐりぬけるというだけの競技だが，「UFO 型ロボット」は視界が狭く，補助のカメラでは感覚がつかみにくいので，自動車を運転したことが無く，車幅感覚を持っていない小学生にとっては，難しい競技だった．実験時の様子を Fig3-5-3，Fig3-5-4，
Fig3-5-5 に示す．

ロボット走行スペース
見学スペース

Φ４５ｃｍ

ポール
１２ｍ
８ｍ

スタート

４ｍ
全方向移動ロボット

１２ｍ

１８０ｃｍ

１６ｍ

競技内容

全方向移動ロボットを操り、ポールの間を８の字にくぐり、タイムを競う。

競技対象

小学１年生（満６歳）

競技スペース

１6m×１２ｍ（見学スペースを 2m 取ったとき）

競技コース

８の字に２週

競技時間

１回約５分

ねらい

ロボットで競技を行うことにより、楽しさだけでなく、ロボットの特徴や利点、欠点を体

１クラス（約３０名）

交代もあわせ、約３時間（３０名）

験し、走行させるときの工夫やロボットの改良点、他の利用法。自分で開発するならどのようなロボットを作るか、などの創造的な思考をうながす。

Fig3-5-2

競技：全方向ロボット８の字トライアル第３章

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

Fig3-5-3

実験風景①

Fig3-5-4

実験風景②

Fig3-5-5

実験風景③

20

第３章

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」

21

感想
提案した競技については，出来るだけ単純で理解しやすいものにしたつもりだったが，ロボットの動きをはじめて知る子供たちにとっては想像以上に難しい競技であったようだ．
長い時間待たされて 1 回しか乗れなかったにもかかわらず，また見学のみで乗ることが出来なかった子供たちも，ロボットにきらきらした目で興味を持ってくれたのが印象的であった．この研究にあたって我々がロボットを用意してしまうと，ロボットとはこういうものだという思考が固まってしまうのでは無いか，発想が逆にしにくくなるのではないかという懸念があったが，乗った後の発想として動物ロボット，怪獣ロボット，潜水ロボットなどに乗りたい，と言う様々な発想のロボットのイメージが子供たちから帰ってきたので杞憂に終わった．また，どの様にして動いているのか？何で造っているのか？こういったことに使えるのではないか？というような様々な疑問，質問が返ってきたので，子供たちが物理現象の理解にたいして第 1 歩を踏み出したと感じることが出来た．よってこの「UFO 型ロボット」に乗ることが感性たいして有効であると考えている．

問題点・ジョイスティックが接触不良を起こした．ＣＰＵボード側のコネクタが弱かった様である．
・移動速度が遅い．競技時間がかかってしまう原因のひとつ．
・通気性が悪い．暑いという感想が多かった．
・対象の人数が多かった為，１人１回，３分程度しか乗ることが出来なかった．その時間
で子供が十分満足できたかは疑問である．
・ロボットの操縦方法を，１人１人ロボットに乗るたびに説明したので時間がかかった．
・競技を目の前で見ていたにもかかわらず，ロボットに乗ったとたんに何をしたら良いのか解らない子が多く，競技時にはロボットの前で指示を出してジョイスティックの傾ける方向を指示しなければならなかった．
・ロボットの運搬が困難．運搬には軽トラックが必要であり，持ち抱えるのに 4 人が必要．

第４章

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

第４章
4.1

22

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

概要

我々の用意した現実「UFO 型ロボット」に感性で触れ，自分の作りたいロボット，
夢のロボットについて空想し，「マンガ」で表現をした子ども達の次のステップとして，ロボット作成教室を提案する．実際に子ども達がロボットを作り，空想を具現化する
創造性の向上を目的としている．その際，既存のロボット作成キットではなく，我々の提案するロボットのパーツセットを使用する．その理由として，従来のキットでは技術的なしきいが高く，子どもが短時間で理解しながら作業をするのが困難であること．一部のものを例外として，その多くは説明書のとおりにしか作れないこと．作った物の規模はあくまでおもちゃの域を出ず，何かに役立てる物をつくる方法が学べたという達成感が薄い事などが上げられる．特に今回の我々のターゲットは小学校低学年生，実施を１日以内と考えているので，小学生が集中力を維持できる２〜３時間の間で興味と理解を示し，ロボットを作り上げるという達成感を持つことが望ましい．
我々の用意するロボットのパーツセットの狙いは，プラモデルのように与えられた説
明書をなぞるのではなく，子ども達自身が自分で考え，設計し，組み立て，遊び方を考え，特徴を理解することで創造性を高めるツールを目指す．
・ 組み立て，分解の容易なフレーム材
組み立て，組み合わせが容易なフレーム材を各長さ複数用意し，ロボットのボディを自由に作ってもらう．そのボディにモータ付き駆動輪やキャスターを固定して移動ロボットを作成させる．汎用性の高いパーツを数種類用意することで自由度を高める．
・ 子どもが乗って遊べること完成したときの大きな満足度と，さまざまな遊びへの可能性を持たせるために，フレームや駆動輪は頑丈で子どもの等身大の大きさに組み上げることが可能なパーツを用意し，作ったロボットに子どもが乗っても十分安全かつ余裕を持って遊ぶことができるよう設計する．具体的に最大長のフレーム材の長さは８０ｃｍとし，６０ｋｇの荷重でも駆動できる駆動輪を用意する．
・ 汎用性の高い駆動輪
駆動輪はフレームのどこにでも，任意の場所に取り付けることが出来るようにする．
また，力学の概念をもっていない子どもが駆動輪の配置を設計するので，普通の車輪では機構的に負荷がかかり，走ったり曲がったりすることが出来ないということがおこりえる．よってその事態をなるべく回避するため，車輪の軸方向に対する負荷を逃がすことの出来るオムニホイルを採用する．この車輪は普通の車輪としても利用でき第４章

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

23

るが，組み合わせにより全方向移動が実現できたり，操舵輪として利用できたりと，非常に汎用性が高く，組み合わせのバリエーションも多い．
・ ブラックボックスを作らない
組み合わせを行うメカニカルな部分が，見てさわっただけで理解できる様な物にするのは当然として，子どもが興味を持った場合に，十分な理解をうながす説明をするのが難しい電気回路も，なるべく単純化して，小学生が理解できる物にする．具体的にはモータの正転逆転回路に，半導体を利用した複雑な回路は避け，機械的なメカニ
カルリレーで実現する．これにより電磁石とスイッチの関係を説明するだけで，電気回路を理解させることが出来る．
・ 量産が容易であること
本論文の段階では，このロボット作成ツールは１組しか用意していないが，最終的には小学校の１クラス，約３０名を対象にロボット製作教室を開く．その際，４人〜
５人に１組ロボット作成ツール用意する必要があるので，なるべく安価で，量産が容易な必要がある．
以上の条件を基に，ロボット製作教室に必要な「ロボット作成ツール」を開発する．

第４章

4.2

24

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

メカニカルパーツ

・フレーム
ロボットのボディの作成に使用するフレームは，㈱ミスミのカバー用溝幅８・３０mm 角アルミフレーム（HFS6-3030）（Fig4-2-1）を使用する．長さが２０ｃｍ・４０
ｃｍ・６０ｃｍ・８０ｃｍのものをそれぞれ８本ずつ，合計３２本のフレームを組み合わせでロボットの形を形成させる．

Fig4-2-1

フレーム（HFS6-3030）

フレームを組み立てる部品として L 字の厚型ブラケット（HBLTSW6）（Fig4-2-2）
を３２個，専用の先入れナット（HNTT
M6

M6）（Fig4-2-3），六角穴つきボルト（CBN

L15）をそれぞれ１５０個，長ナット（HNTLG

M6）（Fig4-2-5）を１６個用意す

る．Fig4-2-6 に用意したフレームと組み立て部品の写真を示す．

Fig4-2-2厚型ブラケット（HBLTSW6）

第４章

25

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

Fig4-2-3

Fig4-2-4

先入れナット（HNTT

M6）

六角穴つきボルト（CBN

M6

Fig4-2-5

長ナット（HNTLG

L１５）

M6）

第４章

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

Fig4-2-6

26

フレーム及び組み立て部材

フレームの組み立て方を Fig4-2-7 に示す．本フレームは溝に専用のナットを入れることができ，L 字のブラケットによりフレーム同士を任意の場所で直角に接続することができ，容易に四角形や立方体，直方体を作ることができる．

Fig4-2-7

フレームの組み立て方

第４章

27

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

・キャスター
M8

ロボットの支えに使用するキャスター（HCHA

W60）を Fig4-2-8 に示す．

図のようにキャスターを本体と同じフレーム材につなぎ，地面から３０ｃｍの高さでボディと組み合わせることができるようにする．個数は四本用意する．

Fig4-2-8

キャスター（HCHA

M８

W６０）

・駆動輪
駆動輪には「4.1

概要」で前述した様に，オムニホイルを使用する．Fig4-2-9 に示

すように，オムニホイルとは樽状のフリーホイルを環状に組み合わせて車輪にしたもので，駆動用に使用した場合，軸の垂直方向，すなわち車輪が地面を蹴る方向に対してはグリップが発生するが，軸の方向に対する負荷はフリーホイルの回転によって逃がしてしまう作用がある．作成した駆動輪のパーツを Fig4-2-10 に示す．用意した個数は４個．キャスターと同様に地面からの高さ３０ｃｍでボディと組み合わせることができるようにしている．モータは車軸と垂直に配置し，傘歯ギアによって駆動を伝達する．ギア比は１：３で設計をおこなった．

力が伝わる

力が逃げる

Fig4-2-9

オムニホイル

第４章

28

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

Fig4-2-10

駆動輪パーツオムニホイルには㈱富士製作所製オムニホイル（TYPE2571）（Fig4-2-11）を使用した．ただし，地面に駆動を伝える樽状のフリーホイルがナイロン製のため，摩擦が弱く，滑って地面に力がうまく伝わらないため，素材をウレタンで作りなおしている．

Fig4-2-11

オムニホイルTYPE2571

仕様

第４章

29

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

モータは日邦電機株式会社製

型式 MM−26EH HIGH SPEED MOTOR（Fig4-2-12，

Fig4-2-13）を使用．高速，高出力で頻繁な起動・停止動作をおこなう電動工具用モータのため，苛酷な使用に耐えられるようにつくられている．また，このモータは減速機付きのモータであり，７．８kg･cm という大トルクを出力することができる．

Fig4-2-12

Fig4-2-13

モータ

モータ

MM−26EH

MM−26EH

仕様

第４章

4.3

30

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

システムパーツ

・モータ制御 BOX
ロボットの駆動輪は最大４つまでの範囲で個数を自由に選択させるため，１つのモータ（駆動輪）に対して１つの正転逆転回路を擁するモータ制御 BOX を用意する．全てのモータの駆動，モータ制御 BOX の制御を１つの電源でおこなうために，モータ制
御 BOX 同士がコネクタで電源部を接続して，電源を共有できる様にしている．また，コントロールスイッチはコントローラーベースにマジックテープで固定，駆動輪の配置に合わせて，操縦がしやすいように自由に配置できるようにする．Fig4-3-1 には駆動輪を２つ用いた場合のモータ制御ボックスの構成例を示す．

コン トロ ール スイ ッチ

モー タ制 御 BOX

コネ クタ
コン トロ ーラ ーベ ース
駆動 輪
１２ ｖ

Fig4-3-1

バッ テリ ー

モータ制御 BOX 構成

Fig4-3-2 にモータ制御 BOX の回路原案を示す．3 接点のレバースイッチとメカニカ
ルリレー２つでモータの正転逆転を行う．スイッチとリレー2 つの計 3 つの部品しか使用していない単純な回路なので，電気とモータ，リレーの電磁石の原理説明と，シーケンシャルな ON/OFF の回路をたどるだけで小学生にも回路の意味がわかるようにしている．リレーは㈱松下電工製 ST2-L2-DC12V を使用．31×14×11mm と小型ながら，８Ａと高容量なのが特徴である．

第４章

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

Fig4-3-2

31

3 接点レバースイッチによるモータ正転逆転回路

しかし，実際の試作にあたって，ちょうど良い 3 接点のレバースイッチを見付けることができなかったため，プッシュスイッチ 2 つでモータの正転逆転を行うこととした．その際，そのままの回路で製作した場合，プッシュスイッチ 2 つが同時に押されたとき電源がショートしてしまうため，Fig4-3-3 に示す回路となってしまい，小学生に説明するには複雑となってしまった．またリレーは駆動電圧を５ｖとし，
ST2-L2-DC12V から ST2-L2-DC５V へ変更している．

Fig3-3-3モータ制御 BOX 実回路

第４章

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

32

Fig4-3-3 に示すモータ制御 BOX 実回路を，機能別に Fig4-3-4，Fig4-3-5，Fig4-3-6の回路図を用いて説明する．

Fig4-3-4

５ｖ電源回路Fig4-3-4 に５ｖ電源回路を示す．Logic IC の電源に５ｖが必要なため，レギュレー
タで１２ｖから５ｖを作る．

Fig4-3-5

モータ正転逆転回路

第４章

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

33

Fig4-3-5 にプッシュスイッチ 2 つによるモータ正転逆転回路を示す．S1，S2 のスイ
ッチと，U2，U3 のリレーの駆動がそれぞれ対応している．リレーの信号入力部にはプルダウンとダイオードによるリーク電流からの保護をおこなっている．この回路のモータ用電源供給に１２ｖの電源を直接つないでしまうと，S1，S2 の両方のスイッチを押した場合，電源がショートしてしまうので，Fig4-3-6 に示す電源ショート回避回路が必要となる．これはモータ用電源供給にリレースイッチをつけ，ナンド回路によって S1，S2 の両方のスイッチを押した場合にモータ用電源供給をカットしてしまうというものである．

Fig4-3-6

電源ショート回避回路

・電源
Fig4-3-7 に示すように，電源には㈱ユアサコーポレーション製小型シール鉛蓄電池 12v（NPH5-12）を１つ用いる．ロボットのボディに電源ケースにより固定をする．

Fig4-3-7

電源

第４章

4.4

34

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

パーツリストFig4-4-1 にロボット作成ツールのパーツリストを示す．

パーツ名

個数

溝付きアルミフレーム

２０ｃｍ

８本

溝付きアルミフレーム

４０ｃｍ

８本

溝付きアルミフレーム

６０ｃｍ

８本

溝付きアルミフレーム

８０ｃｍ

８本

L 字ブラケット
六角ねじ

３２個

M6

１５０個

ナット

１５０個

長ナット

１６個

フレーム付きキャスター

４本

駆動輪

４個

モータ制御 BOX

４セット

コントローラーベース

１枚

１２ｖバッテリー

１個

電源ケース

１個

六角ねじ締め人数分
Fig4-4-1

パーツリスト

第４章

4.5

35

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

作成例

ロボット作成ツールのキャスターと駆動輪を組み合わせて作ることができる基本的な足回りの構成例と，その動きについて解析する．
・2 輪差動型
重心を通る同軸上に駆動輪を並列に配置したもの．前後進，左右旋回，左右回転を行うことができる．Fig4-5-1 に構成を，Fig4-5-2 に移動パターンを示す．

：駆動輪

重心

：キャスタ

Fig4-5-1

重心

2 輪差動型

構成

重心

重心

重心

重心

重心

Fig4-5-2

2 輪差動型

移動パターン

第４章

36

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

・やまびこ型①

重心の後方，同軸上に駆動輪を並列に配置したもの．前後進，左右旋回を行うことができる．Fig4-5-3 に構成を，Fig4-5-4 に移動パターンを示す．

重心

Fig4-5-3

やまびこ型①

重心

構成

重心

重心

重心

Fig4-5-4

やまびこ型①

移動パターン

第４章

37

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

・やまびこ型②

重心の前方，同軸上に駆動輪を並列に配置したもの．前後進，左右旋回を行うことができる．Fig4-5-5 に構成を，Fig4-5-6 に移動パターンを示す．

重心

Fig4-5-5

やまびこ型②

構成

重心

重心

重心
重心

Fig4-5-6

やまびこ型②

移動パターン

第４章

38

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

・操舵輪型
前後進用駆動輪（図では 2 つだが，1 つでも可能）に対して垂直の向きに操舵用として駆動輪を配置したもの．前後進，左右旋回を行うことができる．Fig4-5-7 に構成を，Fig4-5-8 に移動パターンを示す．

重心

Fig4-5-7

操舵輪型

構成

重心

重心

重心

重心

Fig4-5-8

操舵輪型

移動パターン

第４章

39

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

・全方向移動型
重心に対して十字に４つ駆動輪を配置したもの．前後左右，斜め，回転を行うことができる．Fig4-5-9 に構成を，Fig4-5-10 ，Fig4-5-11 に移動パターンを示す．

重心

Fig4-5-9

全方向移動型

構成

重心

重心

重心

Fig4-5-10

重心

全方向移動型

移動パターン①

第４章

40

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

重心

重心

重心

重心

重心

Fig4-5-11

重心

全方向移動型

移動パターン②

第４章

4.6

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

41

運用実験

「ロボット製作教室」の運用実験にあたって，指導教員である王碩玉教授の小学生のお子さん 2 名に協力をしてもらった．製作の手順としては，フレームや駆動輪の組み立て方を理解するために，我々が仮組みして動きを見せたロボット（Fig4-6-1）を子供自身にばらしてもらう．次に紙や黒板などでロボットのイメージや，設計，組み立て手順を話し合わせる（Fig4-6-2）．つづいて実際の組み立てに移らせる．

Fig4-6-1

仮組みしたロボット

Fig4-6-2

設計

第４章

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

42

子供が設計，組み立てをしたロボットを Fig4-6-3，Fig4-6-4 に示す．コンセプトは2 人で乗って遊べるもの．特徴はロボット中央にある子供が二人並んで座れる腰掛で，はしご状に短いフレームを並べることでお尻が痛くならない工夫がなされている．駆動輪の配置は Fig4-6-5 に示す形で，前後進と左右旋回がおこなえる．その場での回転は駆動輪に無理な負荷がかかるのでスムーズに行うことが出来なかった．

Fig4-6-3

製作したロボット

Fig4-6-4

製作したロボット

重心

Fig4-6-5

製作したロボットの足回りの構成

第４章

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」

製作所要時間約 3 時間

製作人数

子供２名

＋

43

野村，浜口

感想
製作に 2 時間以上もかかってしまったので，子供たちが飽きてしまうのではないかという懸念があったが，3 時間で組み立てを終えた後，1 時間以上も乗って遊んでもらえた為，子供に気に入ってもらえる教材であるという確信が持てた．また，今度はこんなロボットが作りたい，こんなパーツがほしいという話から，このタイヤを回したらどうなるのだろう？どれぐらいの重さがあるのかな？測って見よう．といったか科学的な疑問に対して興味を持ち，その場で検証を行ったりしたことから，この教材の有効性が示せたと考えられる．

問題点
・駆動輪のパーツのフレームが弱い．この為，ロボット本体と子供を支える為にキャスターの取り付けが必須であり，ロボットのボディ形状のバリエーションの幅を狭めている．また，回転等の負荷にたいしてねじれていた．
・駆動輪の速度が遅い．本実験では大学研究室の入り口という狭い空間で遊んでもらった為，子供たちからの不満の声は無かったが，小学校の教室や体育館で実施した
場合競技等を行うのに適した速度を得ることができない．
・フレームを組んだときナットを入れる溝がふさがれるフレームがでる為，後からパーツを付け加えたり，フレームを追加したりする為には，組んだフレームの一部をばらさなければならない．この作業は割と時間がかかる上，フレームとねじ，ナットの関係がきちんと理解していないと子供は混乱してしまい，集中力を切らしてしまう恐れが有る．

第５章

第５章
5.1

44

結論

結論

まとめ

今回、ロボットの実体性とマンガの想像性を融合した創造性教育法の開発研究における、感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」の開発と、創造性の育成を目的とした「ロボット作成教室」の提案、およびそれに使用する「ロボット作成ツール」の開発を行った。
第１章では現在の教育のあり方と、創造性教育の現状を述べた上で、本研究の意義を説明した。
第 2 章では創造性の育成プロブラムを提案した。創造性育成の要素として、現実性、感性、空想性、創造性をあげる。具体的な手段として、現実性においてロボットの実態を体験する。感性において物理現象を深く理解する。空想性においてマンガの表現力で夢を描く。創造性において今までに無い新型ロボットを創り出す。この一連の作業をサイクルとして繰り返すことにより、創造性の育成を図ることを提案した。
第 3 章では現実のロボットによる実体験をもたらし、物理現象への疑問や興味、思考と理解を促し、感性の向上を図る「UFO 型ロボット」の開発について述べた。まず「UFO 型ロボット」についての概要を述べ、ロボットの構成と機能について説明した。
次に移動機構において球型アクチュエータによる全方向移動機構を適用し、そのメカ
ニズムについて解析をおこなった。次に制御システムの構成を紹介して、制御仕様を示した。つづいて、小学校の総合化授業に採用してもらい、小学 1 年生 1 クラスを対象に運用実験をおこない、その効果を示した。
第 4 章では現実性、「UFO 型ロボット」に感性で触れ、自分の作りたいロボット、
夢のロボットについて空想し、「マンガ」で表現をした子ども達の次のステップとして、
創造性の向上を目的とした「ロボット作成教室」を提案した。そして、その際に使用する「ロボット作成ツール」の開発について述べた。まず、「ロボット作成教室」の概要について説明し、「ロボット作成ツール」を提案した。次にロボットのボディと機構部分を形成させるメカニカルパーツについて説明し、制御システムを構成させるシス
テムパーツについて述べ、ロボットの作成例とその動作について紹介した。つづいて、
小学生２人組みを対象に運用実験を行い、その効果を示した。

第５章

結論

45

5.2 問題点の対応策
第３章

感性の向上を目的とした「UFO 型ロボット」の 3.5 運用実験であげられたの問題点についての対策を示す．
問題

ジョイスティックが接触不良を起こした．ＣＰＵボード側のコネクタが弱かった
様である．

対策

配線，コネクタについて再検討を行う．

問題

移動速度が遅い．競技時間がかかってしまう原因のひとつ．

対策

モータ主電源の電圧を１２ｖから２４v に上げる．ただし，同じに消費電力も上がってしまう為，実験環境によって選択を行う．

問題

通気性が悪い．暑いという感想が多かった．

対策

夏に運用する場合，ロボットの中に小型扇風機を入れる．

問題

対象の人数が多かった為，１人１回，３分程度しか乗ることが出来なかった．その時間で子供が十分満足できたかは疑問である．

問題

ロボットの操縦方法を，１人１人ロボットに乗るたびに説明したので時間がかかった．

問題

競技を目の前で見ていたにもかかわらず，ロボットに乗ったとたんに何をしたら良いのか解らない子が多く，競技時にはロボットの前で指示を出してジョイステ
ィックの傾ける方向を指示しなければならなかった．

対策

対象人数が３０名だと，どうしても流れ作業的に対応せざるをえないので，創造性育成プログラムの１度に対応するの対象人数を１０名とするのが望ましい．競技をもっと単純化して全員の前で１度に説明しても理解できるようにする．ロボットの操縦方法を簡潔にまとめたものを配布する．

問題７

ロボットの運搬が困難．運搬には軽トラックが必要であり，持ち抱えるのに 4
人が必要．

対策

ロボットのフレームに取っ手などをつけて持ち運びを楽にする．

第５章

結論

第４章

46

創造性の向上を目的とした「ロボット製作教室」の 4.6 運用実験であげられたの問題点についての対策を示す．
問題１

駆動輪のパーツのフレームが弱い．この為，ロボット本体と子供を支える為にキャスターの取り付けが必須であり，ロボットのボディ形状のバリエーシ
ョンの幅を狭めている．また，回転等の負荷にたいしてねじれていた．

対策

駆動輪パーツのフレームに L 材などを溶接して強度を上げる．

問題 2

駆動輪の速度が遅い．本実験では大学研究室の入り口という狭い空間で遊んでもらった為，子供たちからの不満の声は無かったが，小学校の教室や体育館で実施した場合競技等を行うのに適した速度を得ることができない．

対策

モータと駆動輪のギア比を１：３から１：２，または１：１に換える．

問題３

フレームを組んだときナットを入れる溝がふさがれるフレームがでる為，後からパーツを付け加えたり，フレームを追加したりする為には，組んだフレームの一部をばらさなければならない．この作業は割と時間がかかる上，フレームとねじ，ナットの関係がきちんと理解していないと子供は混乱してしまい，集中力を切らしてしまう恐れが有る．

対策

ナットを後はめ式の物に換える．ただし，組み合わせたボディの強度が落ちたり，先入れ式ナットとは組み立てのコツが違う為，検証が必要．

5.3

今後の課題

本論文中では，創造性育成プログラムの現実性，感性，空想性，創造性の項目の中
で，現実性，感性，空想性の運用実験と創造性の運用実験を分けて行ったので，実施対象を定めて，一貫したプログラムの実施を行い，数回のサイクルの中での創造性育成に対する効果を測ることが今後の課題となる．

参考文献

参考文献

[1] 森正弘：ロボコン博士のもの作り遊論，オーム社，1999．
[2]油田信一：ロボット通した工学教育，ロボット学会誌, vol.16, no.4,pp21‑22,1998.
[3]Wada Masayoshi ･ Haruhiko H Asada ： Design and Control of a Variable Footprint
Mechanism for Holonomic Omnidirectional Vehicles and its Application to
Wheelchairs, IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND AUTOMATION, vol15, No6 , 978‑989 ,1999.
[4] M．Wada，H．Asada：Design and Control of a Variable Footprint Mechanism for Holonomic
Omnidirectional Vehicles and its Application to Wheelchairs，IEEE Trans．Robot．
Automat．，vol．15，no．6，pp．978‑989，Dec．1999．
[5] E．Nakano et al：1983 Int．Conf．on Advanced Robotics，pp．277‑284，1983．

謝辞

謝辞

本論文は筆者が高知工科大学基盤工学専攻修士課程において行った研究をまとめたものであります．
本研究を行うにあたって終始ご指導ご鞭撻を下さった，高知工科大学知能機械システム工学科王碩玉教授に深く感謝いたします．そして，本研究の共同研究者として，研究分野の壁を超えて貴重なご意見を下さった，京都精華大学芸術学部マンガ学科牧野圭一先生に深く感謝いたします．
また，本研究の共同研究者として共にロボット開発を行った，高知工科大学知能機械コース修士課程浜口和洋氏，忙しい中時間を割いて実験の手伝いをしてくださった高知工科大学ロボット倶楽部の皆さんに深く感謝と御礼を申し上げます．
そして，同研究室員として様々なご助言，ご指導を下さった，高知工科大学知能ロボテ
ィクス研究室員，博士課程の陳貴林氏，溝渕宣誠氏，修士課程の菅野正人氏，隅田由紀氏，
伊藤淳氏に深く御礼を申し上げます．
最後に，筆者のために大学院での２年間の研究生活を支えてくださった両親に深く感謝いたします．
２００３年１月３０日