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【研究ホワイトボックス】

研究を楽しく「追体験」! 真っ白のキャンバスに虹色の未来を描く方法、教えます。



[3106]

【自由研究】タミヤ「ミニモーターセット」で学ぶ

自由研究 キット 共立エレショップ 電子回路 絶縁 石膏 コネクタ ハサミ 直列


回路を学ぶ
「2回路2接点」のスイッチを使う
「配線引き回し」のケイにショする
「光る!」オプション
いろいろなスイッチ
「しゃべる!」オプション
速度制御オプション、そして「対象年齢」
外装そして「法務ごっこ」で学ぶ
「製品開発ごっこ」としても学ぶ
表 「リモコンロボット!(仮)」材料リスト


 さて、8月も24日です。今年は運よく、カレンダーの曜日の並びのため、なんと、夏休みが8月30日まであります!(関東地方など)喜びましょう。ということで、あと1週間で、さあ、何がどこまでできるんでしょうか…いえいえ、締切直前までベストを尽くす、あるいは締切当日(の早朝)にも「がんばる」というのが、「普段はできない体験」のハイライトのようなものともいえましょう。本当でしょうか。

[3102]
 > 「家の材料だけで買わないで作れるリモコンロボット」

 > 「リモコンロボットじゃないとヤダーイ」…ありふれた(安価で、そして入手もしやすい=安いだけでは不十分で、販路が身近にあることが重要です)部品だけで、本気でつくってみましょうか。難しい機構やマイコンなどは使わず、当然ながらワイヤードで、ボタンを押せば、ボタンと1対1で対応する「しかけ」(右に回るモーター、左に回る同※、赤く光る、緑に光る、スイッチをオンにしている間だけメロディーが鳴る等)が駆動する、それだけでも「リモコンロボット」と呼べましょう。

 ロボットといって、スタコラと自走したり、ヒト型といってひきつった「(自称)笑顔」で受付したり、あるいはドンパチと「実戦」したり…いえ、ブッソウなのは日本(特に学校)ではやらないこととしましても、いろいろな種類がありますね。

・簡易な受付ロボットの例
 http://blogs.yahoo.co.jp/koroshi2008/11523200.html

※ロボットはあくまでロボットに見えることが大事で、不自然にヒトっぽくする(ましてや「自然に見えるように」とクロウする)よりは、うんと「カワイク」すればいいんだと、思わされます。そちらのほうが簡単なことで、このことについては簡単なほうで済ませればいいことだと思います。他方で、ヒトの顔を模すほうの研究開発は、やけどなど大けがの治療での人工的な顔の再現(再生)などにつながっていく、あくまで人が人として使うための技術として活きていきそうに見受けられます。

 もっとも、(子どもが)「リモコンロボット!」(という言葉に興味を示した)といって、その実、形や動作よりも、向こうに人がいるかのような、あるいはその場にいない遠くの人がそこにいるかのような、という「テレ・プレゼンス」(tele-presence)や、そのための「テレ・マニピュレーション」(tele-manipulation)への興味であるのかもしれません。

・Wikipedia「Telepresence」
 https://en.wikipedia.org/wiki/Telepresence

・「a telemanipulation prototype」
 https://en.wikipedia.org/wiki/Telepresence#/media/File:Anybots_robot_monty.jpg

・「遠隔握手」
 http://smg.ams.eng.osaka-u.ac.jp/~nakanishi/hnp_2015_ipsj.pdf

・「遠隔会食」
 http://www.taf.or.jp/report/27/index/page/P579.pdf

 あくまで自分でつくる、しかも材料費も限られるという中では、たいへん絞り込まなければ実現できません。

 ▼「自走」はあきらめる、▼「空も飛べるはず」なわけがない、▼何かを「発射」もしくは「照射」するのはもってのほか(電波法的にも製品安全的にも航空法などその他の法規上も)、▼自律的な動作もできない、…などと、挙げていくほどに何かがしぼんでいく感があります。

 それでもなお、「リモコン」、すなわち遠隔で何かができるという点で、ヒトに代わって、ヒトにはできないことができれば、ロボットらしいといえるのではないでしょうか。

 あくまで「自由研究」としては、高度な通信や制御ができなくてもよいですから、しかし、テレプレゼンスとは何か、リモートコントロールとは何か、その本質的な部分にはきちんと迫れることが要件となりましょう。

 たいへん理想だけをいえば、2対のロボットをつくって遠隔で置き、糸電話ならぬ糸電信、いえ、モールス通信…、いえ、こちらでボタンを押せば向こうで光る、そういうものを何対か用意しておいて、そこに符号を割り当てて、まさに「電信」を実現するような「追体験」ができるといいなぁ、と思いつつも、うーん、(子どもが)それに興味をもって取り組まれるか(子どもにおかれまして取り組まれる、の意)は難しいなぁ、とも想像します。

・Wikipedia「Telegraphy」
 https://en.wikipedia.org/wiki/Telegraphy

・ウィキペディア「電信」
 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E4%BF%A1

・「車掌ブザー(電鈴)」
 http://www.hanshin.co.jp/kidzania/conductor.html
 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%99%BA%E8%BB%8A%E3%83%99%E3%83%AB#/media/File:ElectricBellOparationList.JPG

 いえ、あくまで「ロボット」に見えないと、(子ども本人の)首が縦には振られないんですよねぇ。子どもの年齢にもよりますが、かなりの部分は「想像力」で補いつつ「ロボットごっこ」ができる、そして、中学生になってから「ロボコン」を目指すときの基礎になるような、電気、電子、機械の入門となるような何かが学べればよしとする、そういう何か的なものをしたい(そして、なるべく低予算で)ということ、ですよねぇ。


☆回路を学ぶ


 半導体は1つも使わず、配線とスイッチだけでモーターの回転の向きの切り替えまでできれば、とりあえず最初の目標(正しく動く回路をつくる、スイッチを複雑に組み合わせた回路へ応用する)は達成としてよいのではないでしょうか。

 そして、同様に、漠然と「何か『ハイテク』っぽい」と思っている(※)身近な製品などが、実は案外、かんたんな仕組みで動いている(ものもある)ということを調べてまとめれば、実体験をともないつつ、電気回路(ただし電子でない)はバッチリ、といって小学校を卒業でき、そして中学校で電子回路に進んでいけましょう。

※その裏返しとしては、ちょっとした工夫で簡易に実現できるものを、いきなりラズベリーなパイでどうだおいしいだろう的にして(不釣り合いに高価で高機能なモジュールを使って)しまったり、何をするにもPICで(ちょっと回路を組めばいいものですら、何でもかんでもPICで制御してしまう)といったこと(PICの勉強としてはよいですが、これだけをもって「電子回路を勉強した」とはいえません)になってくるでしょう。どちらも、きちんとセンセイがついている限りは避けられることだと思いますが、センセイなく独習で、あるいは趣味でとなると、陥りやすそうに見受けられます。(見解は個人です。)

・「はじめてのPICマイコン」
 http://www.marutsu.co.jp/pc/static/large_order/begin_pic

・(参考)ウィキペディア「3回路スイッチ」
 https://ja.wikipedia.org/wiki/3%E5%9B%9E%E8%B7%AF%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81

 どこのご家庭にもありそうな「3回路スイッチ」を、きちんとホワイトボックスとして理解しておきたいですね。「回路=(難しそうな)電子回路」というイメージもあるかもしれませんが、まずは「電気(だけの)回路」をしっかりと学ばなくてはなりません。

※「電気」を学ぶことと「電気回路」を学ぶことは、ちょっと(かなり)別のことで、電圧や電流など電気そのものの性質を学ぶことと、電源と負荷とスイッチだけを含む回路を、しかし回路のバリエーションをいろいろ考える(ただし電池の直列と並列は電気の性質でもあるので別として)、パズルのような話としては、後に電子回路でICの等価回路を理解できるかといったところにも効いてくる、基礎的な何かのように思えます。(見解は個人です。)

※そして、スイッチをたくさん並べて複雑な回路をつくるということの延長に、▼人が操作するスイッチに代わって、電気でスイッチを切りかえる「リレー(継電器)」を使う、▼配線とスイッチだけで「計算機」をつくる、といった方向で「歴史的計算機」の「追体験」をば、という、東京・神楽坂にある大学もびっくりな何かも考えることはできますが、これをきちんと「自由研究」の枠内でマネージしようなどというと、え゛ー(略…、の意)、といって「にげる」を選びたくなります、ごめんなさい。そして、これはあくまでコンピューター・サイエンス(CS)の方向性ですので、目指すのがメカトロニクス系(電気・電子・機械)であるのなら、ちょっと(かなり)「畑違い」でもありましょう。

・「東京・神楽坂にある大学」での計算機の常設展
 http://www.tus.ac.jp/info/setubi/museum/main/permanent.html

 モーターについてもホワイトボックスとして学ぶ単元が小学校の理科にありますので、年齢によっては学習の順序が前後してしまうかもしれませんが、「電圧」などを「先取り」するほどには深刻な影響はないと見込まれます。学年によって、モーターはブラックボックスでもよいでしょう。

 さて、手元にモーターと電池、そして電線があります。いかに接続すれば、右回りそして左回り(※)が実現されるでしょうか。手を動かして(実際にやってみて)確かめましょう、などと「ねらい(めあて)」されます。

・(参考)「モータの正転/逆転を制御するには?」
 http://www.marutsu.co.jp/contents/shop/marutsu/mame/81.html

・(参考)もう少し平易な説明
 http://homepage1.nifty.com/rikiya/electronics/4dcmotor.htm

※ワー! 回った! 回った! はかせー! 回ってますよ見て見て! …といっている段階では、回る「向き」までは意識されません。これを意識させるべく、「自走」させて前進や後退をば…ということでもあるのでしょうけれども、そこをなんとか、卓上での右回転と左回転で済ませたく、というのが前回の趣旨でございました。…机から落ちるんですよ。

・「ミニモーターセット」(206円)
 http://eleshop.jp/shop/g/gB2S11E/

 モーターだけあっても地味に困るところ、とりあえずギヤと動力伝達用ゴムパイプがついてくるので、簡易な工作で適当なもの(底が丸い炭酸飲料のペットボトルの一部やら、みその空き容器やら)をモーターにくっつけて回転させることができましょう。

 モーターの適正電圧は3.0Vとのこと。エネループ(後述)で2.4Vでも、20gほどまでのものなら、それなりに回せるのではないでしょうか。また、ここで重さを変えながら実験…ということもできましょう。…といって、軽いものほど重さがよくわからないので手近なものをキッチンスケールで測ってみたところ、キャップを外し外装ラベルは取らない状態の250mlペットボトル(もちろん洗って乾燥)が、約20gでした。なお、外れて飛んで行って人の顔に当たってもケガをしないよう、回すものについて、とがった部分をつくらないようにしてください。どんなものをつくったのか大人が確認するまでは動かせないよう、それまで電池を大人が預かるなど、安全に万全を期してください。

・「単3(UM-3)×2本用電池ケース」(44円)
 http://eleshop.jp/shop/g/g268454/

※ご家庭に単3のエネループが事実上、『無尽蔵』に転がっていると仮定します。教科書的にはマンガン乾電池を使うことが推奨されますが、だからといって使用済み乾電池の山ができるのも困ります。エネループを含むニッケル水素電池は、大きな電流を連続して出せることから、ショートさせてしまったとき(回転するモーターを手で無理に止めた状態を含みます)にひたすら大電流が流れてしまい、モーターや電池が非常に発熱したり、電池の破裂などの恐れが出てくるとのことです。危険性と隣り合わせであるということを学ぶことはたいへん意義のあることですから、ご家庭のご方針や子どもの特性(きちんと安全を自分で守れるだけの注意力や判断力があるか)にあわせて、ご家庭で判断されたく思います。「わが社」…いえ、わが家では判断しかねるといって一種「(さじを)投げる」場合には、あきらめてマンガン電池のお徳用パックをどっさり買い込んで、しかし棚に隠して、自由研究の進捗にあわせて少量ずつ払い出すんですね、わかります。


☆「2回路2接点」のスイッチを使う


・「トグルスイッチ MS-500J-B 2回路2接点、(ON)-OFF-(ON) 中点OFF 両ハネ」(254円)
 http://eleshop.jp/shop/g/gD1F121/

※前進・後退や右回転・左回転を切り替えつつ、安全のため人がスイッチを前や後ろへ倒している間だけONになる(手を離すとOFFに戻る)「ハネ」、そして、切り換えの際にショートしないよう「中点OFF」、そしてモーターに、右回転用と左回転用の2系統の配線をするための「2回路2接点」の仕様を持つスイッチが必要です。

 (子どもにとって)最大の難関は、スイッチが4つあり、2つずつを一定の組み合わせで切り換えることでモーターの回転の向きを変える上述の回路を、このスイッチ(2回路2接点)を用いて完成させられるか、という点で、これはパズルのようなものです。

 モノ(ブツ)としては「1個」ながら、端子の数や、スイッチの中身(動作)をホワイトボックスとして理解した上で、このスイッチが回路図での「4つのスイッチ」と同じだと理解していけましょう(いけないと、完成できません)。逆に、理科の授業でたいへんシンプルな回路しか勉強できず物足りなさを感じているような子どもには、とってもワクワクする「魔法のパーツ」(いまならなんと、254円! …いえ、いつでも254円くらいですが)にもなりえましょう。

 そして、子どもには自力で苦戦いただくとしまして、オトナとしては涼しい顔をしながら、涼しい部屋でこっそり「正解」を見ておきましょう。

・(参考)
 http://keitetsu.ninja-web.net/circuit_md.html

 > トグルスイッチでモータ制御
 > 実際に2回路2接点タイプのトグルスイッチで回路を組むと,上図のようになります. 中立点のあるタイプを用いれば,DCモータの基本動作のうち「ストップ」,「正転」,「逆転」の3つが実現可能です. スイッチ1つだけで,かなり実用的な回路が組めることがわかります.

※「中立点のあるタイプ」というのが、共立エレショップさんの商品説明で「ON-OFF-ON」と記されるソレです。さらに、モーターが回りっぱなしにならないように、手を離せば中立点に戻ってくるのが「ハネ」で、2方向のどちらからも戻ってくる(どちらもロックされない)のが「両ハネ」です。この「両ハネ」であることもあわせて示すため「(ON)-OFF-(ON)」と商品説明では記されています。

※そして、上掲の引用中「スイッチ1つ」とあるのは「モノとしてのスイッチ1つ」で、回路としては「スイッチ4つ」ですから、(あまり詳しくないが指導しなければならなくなったという立場の)大人が、まず混同しないようにしてください。


☆「配線引き回し」のケイにショする


 「リモートコントロール」と称するためには、何メートル離れて操作できればいいんでしょうか。たぶん、操作者の身長より離れていればいいんではないでしょうか。手が届かなければ遠隔だ…ということですね、わかります。

・「耐熱絶縁ビニル電線2mx6色袋入」(370円)
 http://eleshop.jp/shop/g/gC3O13Q/

 そして、モーターの配線を、本体と「リモコン部」(と呼ぶ、スイッチを取り付けたコントローラふうの箱)との間で引き回すために、何本必要でしょうか。(※電線をあちこちへ引きずり回す=動かしたり曲げたりするには、電線がゴワゴワの「単芯」でなく「より線」を選びます。)

 モーター、スイッチ、電線の購入方法ですが、うーん、いまや電気部品だけを目当てに「子連れ」で電気街へ、というのは、なんといいましょうか、「副作用のようなもの」のほうが非常に大きいような気がしてハバカラレルかと思われます。ホームセンターやディスカウントストア、模型店などにもあるかなぁ、と思いましたが、まず、タミヤ製品を扱っていても「ミニモーターセット」などという、いったい誰が何に使いますねん、とお店側に思われるようなものは、なかなか置かれません。

 上掲のスイッチは、最初から共立エレショップさんなど通販に頼ると確実です。

 とりあえず、最初の目標に必要な部品はこれだけです(およそ874円、野口センセイ1人未満であります)。

 なお、電線の太さや種類はいろいろありますが、▼流す電流、▼曲げ、▼子どもが手作業で被覆を剥けるか(※)、▼耐熱(ハンダ付けする場合)などで選びます。

・共立エレショップ「UL規格:AWG <-> JIS規格:SQ 対応表」
 http://eleshop.jp/shop/c/c113001/

※電線むきむき…被覆を剥くのが、細いほど難しいので、子どもが自分でハサミやカッターで剥く限り、電流の心配とは別に、そこそこ太めの電線にしておいたほうがよいでしょう。

・「配線引き回し」のケイ
 http://minkara.carview.co.jp/userid/1521711/blog/34716554/

・「取り回し」のソレ
 http://www.gizmodo.jp/2009/08/lan_2.html

・「ケーブルさばき」にショせらる
 http://blog-imgs-30-origin.fc2.com/s/h/4/sh405/20070916233802.jpg
 http://blog-imgs-12-origin.fc2.com/g/i/a/giaba/P1000153.jpg

 > ヒーローインタビュー前に ケーブル捌きの手伝いをするレオ。
 > (「ドアラ」が)ゼッケン4番のお兄さんにケーブル捌きを猛アピール

 そして、本体や「リモコン部」の電線が引っ張られても大丈夫にするためには、それぞれの筐体の内側で結んでおくべしと、古くから説明されてきましたが、いま、結んでよいかは「高度な判断」が迫られます。

・「電源コードの固定方法に関しましての質問です。」
 http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1096535625

 最大でも3Vの回路ですし、高周波の信号を扱うわけでもありませんから、まあ、結んでいいんではないかと思いますが、判断はいたしかねます。

 ハンダ付けは中学校から、ブレッドボードは高い、といって、小学校でも使えそうなものといいますと、これからは「銀ナノインク」ですね!

・「銀ナノインク」
 http://wired.jp/2014/02/26/agic-sxsw/

 > このキットを使えば、研究者や開発者が簡単にプロトタイプをしたり、小さな子どもが電子工作を楽しんだりできる。通常の電子工作では、プラスチックの基板にハンダ付けなどをして電子回路を作るが、このキットではまず、市販のプリンターを使って紙に電子回路を印刷する。また導電性の接着剤などを使い、あたかも紙工作をするようにして、スイッチやバッテリー等の部品を貼り付ける。

・AgIC
 http://agic.cc/

 うーん、まだまだかなり、お高いです。お子さまが中学校に上がるのを待ってハンダ付けに「チャレンジ」されるほうがマシです。また、誤飲の心配はなくならないわけですから、(工作する子ども本人とは別に)小さすぎる子どもがいるご家庭では導入できません。ということは自動的に、「つくったものを持ち帰らせる」という扱い(児童1人ずつ買いきりの教材扱い)では、(たとえ安価になったとしても)学校でも導入できません。


☆「光る!」オプション

 「リモコンロボット!」としては、やはり何か光らないと光るものがない…いえ、おもしろくないとすれば、豆電球ですね。とはいえ、できればLEDを使いたく(※)、しかしハンダ付けも、いかなる抵抗も定電流ダイオードも使わず、脚の向きを間違える心配もないように…といいますと、いまはソケット型のLEDもあるようです。

・「E10タイプ低電圧LED電球 白色」(200円)
 http://eleshop.jp/shop/g/gF8K12A/

・「E10タイプ電球ソケット(リード付き)」(54円)
 http://eleshop.jp/shop/g/g55F13F/

・「単3(UM-3)×1本用電池ケース」(36円)
 http://eleshop.jp/shop/g/g268453/

 昔ながらのフィラメントの豆電球は、「あっ」といって、たちまち2つくらいは「球切れ」しますし、輝度は低く、「電球色」(電球ですからあたりまえですが)でしか光ってくれません。LEDでは白色で高輝度ですから、色つきのセロファンなどを使って好きな色にしたり、回転させて複数の色を切り替える「カラーホイール」(プロジェクターや舞台照明のアレ)を自作されたりと、いろいろ遊べましょう。腕に自信があれば、透明のプラスチック角材(タミヤ的には「プラ棒」)などを加工してプリズムを自作し、「ロボット!」の「両目」を1つのLEDでまかなうこともできましょう。

・(参考)「プラ棒」
 http://www.tamiya.com/japan/products/list/plates_beams/kit700M01.htm

※「タミヤセメント(87003)」(160円くらい)を使って接着します。揮発性の溶剤ですので、対象年齢が明記されていないようですが、事実上「15歳以上」(塗料に準じる)ですね。子ども(年齢というよりは、体重が少ない=揮発した溶剤の健康への影響が大きい)がいる場所では使ってはなりません。もっとも「○○製作所」とでも称して「受注生産」のプリズムをば用意して待ちつつ、あくまで「発注側(お子さま)」が「主体的」に「仕様を策定」して「発注」いただくという形式を(ご家庭の中で)とれば、それはそれで、キットなど既製品を買うのと同じ(だが特注しました)、などと言い訳ができましょう。

 「E10タイプ低電圧LED電球 白色」は、エネループ1本=1.2Vでしっかり点灯するようです。まさに昔ながらの豆電球の感触で使えますね。モーターの回路とは完全に独立して、豆電球の回路はそれだけで組めば、子どもがいたずらに混乱することなく進められそうです。そして、200円もする高価なパーツだからココロして使うように、そして、万一にも壊したらおやつ代から「補てん」しますよ、とオドシつつ、豆電球は「弱い」ので、電池が2本以上の(3Vや6Vの)「強い」電池ボックスをつないだら(「負けて」)壊れます、絶対だめですよ、と念を押しましょう。

※それでも壊したら、本当におやつ代から補てんするとともに、代わりの部品を追加で買うために、200円分の肩たたきでもしていただきましょうか。…怒ったり叱ったりする必要はまったくないですが、まず部品は大事だということ、そして大事な部品を壊すというのはどういうことか、さらに、壊してしまったからといって自分の仕事は終わらない(埋め合わせなければならない)、といったことを、体感的に学んでいただける機会にもなるでしょう。

 そして、LEDを使用したからには、しかるべきラベルを貼って「アピール!」したいですね。

・個人のブログ
 http://hidekikawa.at.webry.info/200912/article_20.html

 > 「環境にやさしい
 >  LEDを使用しています」

 豆電球を、スイッチを押している間だけ点灯するように、そして、気分を出すため、それなりに豪華なスイッチをつけましょうといえば、これでしょうか。

・「プッシュスイッチ 丸型 白」(86円)
 http://eleshop.jp/shop/g/g381137/

 > カラフルな操作部の小型プッシュスイッチです。OFF-(ON) モーメンタリ 1回路 1接点

※「オルタネイト(ロック式)」ではなく「モーメンタリー」を選ぶ意図はトグルスイッチと同じです。

 子どもの年齢にもよりますが、4年生くらいまでなら、これだけの仕組みでも、いろいろなごっこ遊びができるのではないかと期待されます。ボタンを押せば光り、離せば消えるという直感的な操作は、もう、それだけで楽しく、「点滅機能」も「タイマー消灯機能」もなくても、いいではないですか。…もっとも、これで「リモコンロボット!」という当初の要求を満たせるのかは、定かではありませんが。

 あるいは、制御すべき対象が増え、端的にはボタンやスイッチが増えるほど、一人では操作しきれなくなることが実感されましょう。中学校や高校でマイコン制御に進んでいく入口ですね、わかります。


☆いろいろなスイッチ

 応用編としては、お店で「いろいろなスイッチ」を見て、ワー! と感動し(最初のうちは、たいへん「感動」できると思います)、そして、何に使えるかなぁ、いえ、使ってやろうと思って先に買い、買ってからウンウンと楽しく悩む、というのが楽しいと思います。

・「ロータリースイッチ(1回路12接点)」(162円)
 http://eleshop.jp/shop/g/g3CF136/

 大昔のテレビのチャンネルを選ぶガチャガチャのダイヤルですね。回すのにかなり力が要り、したがって、しかるべき筐体にしっかり組み込まないと、回せやしません。「2回路6接点」「3回路4接点」…とバリエーションがあります。

 プラスチックやアルミのケースに組み込むことも含めての工作となり「自由研究」からははみ出しますが(後述)、スイッチとしては、いま、端的におもしろく、いろいろなことができるでしょう。

・スイッチを回すと、複数のLEDが順番に(または一定のパターンで)点灯する
※理屈としては配線だけで遊べますが、昔ながらの豆電球ではなく極性のあるLEDを使う必要があります。これをぜんぶソケットで、とすると割高になりすぎますので、事実上、「なま脚」のLEDを使い、定電流ダイオードも使い、ハンダ付けも必要になりましょう。配線も複雑になりますから、ユニバーサル基板も使いたくなります。

・スイッチを回すと、異なる高さの音が出る
※圧電ブザーと発振回路、抵抗が必要です。当然、ハンダ付けが必要ですが、キットの完成品もあるかもしれません。

 ラダー回路っぽいのとか、そういう話ですね。

・(参考)ラダー回路
 http://www.rlc.gr.jp/project/adconv/ladder/adv/adv.htm

※「分圧」を含みますと、中学校以上です。ただ、配線だけで遊ぶ「ラダーもどき」なら小学校でも遊べましょう。

・(参考)「1コモン」と「マトリックス」
 http://www.nagateku.co.jp/product/ptn.html

・(参考)
 http://cba.sakura.ne.jp/image_ex/kwpli1.gif

・(参考)「ダイオードマトリクス回路」
 http://homepage2.nifty.com/taba_railroad/dcc/ex_point3.gif
 http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q13107689478

 > 原理が最もわかりやすいのはダイオードマトリクスです。
 > 確かに配線も大変かもしれませんが、作った感が出るのと、原理がわかりやすいです。

※自分ではやってみてはいませんが、確かに最もわかりやすいと思われます。

・「3接点小型スライドスイッチ」(78円)
 http://eleshop.jp/shop/g/gE2H361/

 小さすぎて(小さなお子さまの)「工作」には使いにくそうではありますが、このスイッチに「ガワ」としての大きなバーを取り付けて、「(電車の)ワンハンドルごっこ(ただし3ノッチ)」などといって遊ぶこともできそうです。(おもちゃなどで、内部的には小型のスイッチを使いつつ、操作部としては大げさな「ガワ」をつけてソレラシク見せている構造のものはたくさんありましょう。)

・「グリップスイッチ WS4409H」(183円)
 http://eleshop.jp/shop/g/g42D131/

 聴力検査のアレですね、わかります!

・「丸型プッシュスイッチ WS3400WK」(270円)
 http://eleshop.jp/shop/g/g68B136/

・「操作用押釦 PB-2S露出形1a+1b(黒・赤)」(874円)
 http://eleshop.jp/shop/g/gDBD13A/

 …うーん、「説明」は、端折らせていただきたく存じますが、おもしろそうなのは確かです。ただ、それだけのために874円もかけるのは高いです。

・(ジャンク品:現品限り)「キーロックスイッチ」(150円)
 http://eleshop.jp/shop/g/gE2K411/

 ぬおー、はかせー! (悪役の)はかせー! 「つっ、ついに『このカギ』を使うときが来たようだなっ! ごっこ」ができそうです。(感想は個人です。)とはいえ、回路としては「スイッチ5つ(1回路5接点)」のロータリースイッチでしかありません。あくまで機構(メカ:電気的でなく機械的なしかけ)として「カギ」がないと回せないという付加価値がついているだけで…いえいえ、それが必要な場面もありましょう。

・「緊急停止スイッチ 小/エマージェンシーパネル付 LA128AY-11ZS」(411円)
 http://eleshop.jp/shop/g/gF81121/

 > 不測の事態が発生した場合に回路を遮断する緊急停止スイッチ。スイッチを押すとロックがかかり、矢印の方向にノブを回すと解除されます。接点構成は1a1bなので遮断の他、操作スイッチとしても使用可能です。

・(参考)「1a1b」
 http://www.monotaro.com/s/pages/productinfo/switch/

 > 1a・・・1つの回路を通電に切り変える
 > 1b・・・1つの回路の通電を切る
 > 1a1b・・・1回、ボタンを押すと、1個の回路をONにし、もう1方の回路をOFFにするということを同時に行う。

 ちょっと難しいスイッチですが、遊びにも使えるでしょうか。要は、押せばOFFになるオルタネイト(ロック式)でありつつ、そのままではもう1回押すことはできず(復帰できず=ONには戻らず)、「安全を確認」の上、矢印の方向に回せばONに戻せるという、たいへん大げさなスイッチですね。使い方(組み込み方)としては、遮断したい回路を1b側につなぎ、遮断している間に「非常」などと表示したランプを点灯させようという回路を1a側につなぐということですね、たぶん。

 ほかに「照光式」のスイッチも多数ありますが、乾電池ではいかんとも点灯させられませんので(低いものでもDC12V用、多くはAC100V用)あきらめてください。


☆「しゃべる!」オプション

 「リモコンロボット!」がしゃべらないはずがない! …などと、「買わないで作る」からはどんどん離れていってしまいますが、いま、もっとも安く、「しゃべる!(ふう)」の『ロボットのようなもの』をつくるには、いかほどかかりましょうか。

・「超薄型10秒ボイスレコーダーボード【基板完成品】 MK-108」(606円)
 http://eleshop.jp/shop/g/gDBR121/

 606円で、10秒しゃべることができるようです。ハンダ付けは不要ですが、スイッチを「リモコン部」へ引き延ばしたいといえば、ハンダ付けが必要です。


☆速度制御オプション、そして「対象年齢」

 どうしても「速度制御」をしたいとなれば、最初からそうしたキットをお求めになるとよいでしょうが、「自由研究」にはオーバースペックのようにも感じます。

・(参考)「DCモータ・コントローラキット」(780円)
 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00908/

 6Vもの「高電圧!」を扱うのは、ちょっと小学校では早いように感じます。タミヤの模型なども3Vで動くよう工夫されています。値段だけから想像しても、ご予算5000円くらいで、そこそこ本格的な機構部品(ギヤなど)も組み合わせて、しかるべき自走式の何かをつくるくらいでないと、割に合わないように思えます。

 とはいえ、そのちょっと手前には、これまたちょうどいいキットがありました。

・タミヤ「リモコンロボット製作セット (タイヤタイプ)」「アイデアを形にしよう! ロボット工作作例集」(4,104円)
 http://www.tamiya.com/japan/products/70162remocon_robot/
 http://www.tamiya.com/japan/cms/craftinfo/457-robotsample.html

 部品の細かさを見ますとわかりますように、中学校向けですね。小学校では早いです。当人は無事に組み立てられたとしても、学校に持って行った後に、同級生が粗雑な扱いをして壊してしまう、という「難しい問題」が発生しかねません。最初からやめておくことが推奨されます。

・同「小学生×タミヤ! 「夏の工作」コンテスト2013 作品発表!」
 http://www.tamiya.com/japan/cms/craftinfo/2579-2013kousakucontest.html

 > 小2
 > 恐竜たいじマン

※え゛ー(…略)、と驚嘆されます。ご家庭ごとにご方針はありましょうが、小学校2年生で、自分で構想したとは信じられず、ご予算も多すぎます。そして、見栄えはいいですが、その実、各キットがキット単位でブラックボックスになっており、いかにして動作が実現しているのか、本人が説明できないのではないか、と心配されます。

 現実にはメカトロニクス系(前述)、すなわち機構(機械)、電気、電子が組み合わさって複雑な製品やシステムができあがっているわけではありますが、学習の最初の段階では、なるべく、電気は電気だけで、そして機構は機構だけで、そして後から電子を学んで、最終的な応用へと進んでいくことが望まれます。

・(参考)
 http://www.chiba-muse.or.jp/SCIENCE/gako/photo/text/EL_09_zuko.pdf

 ギヤ(歯車)などの機構を(図工で)きちんと学ぶのは小学校5年生からとなっています。同時に、社会科でも水車や脱穀機などを見たりするでしょう。

 「一般的な電子工作」の参考書なり人に聞くなりしますと、なかば自動的に「タカチのプラケースに穴あけしてスイッチやランプをつける」というソレ、「1択」になりかねませんが、いえいえいえ、穴あけ加工(ねじ切りや面取りを含む)は中学校の技術科です。

・ケースの穴あけ
 http://www.ne.jp/asahi/shared/o-family/ElecRoom/ElecHint/CaseProcessing.html

 それなりに道具を揃える必要もありたいへんです。小学校の図工の範囲で、(空き箱などの)厚紙をハサミで切る(または厚紙で箱をつくる)、4年生くらいで初めてカッターを使う、そのあたりが限度で、カッターの場合は大人がついてみる必要があります。

※古くは学習雑誌で「お弁当やお惣菜のタッパー」とされますが、あれはあれでたいへん加工がしにくく、キリを使うなど、なかなか危なくあります。「カセットケース」は、それ自体が昔のものとなりました。いま神妙に、加工するのであれば紙が、そのまま使うのであれば(鋭利な断面が出ない、の意)ペットボトルというのが無難ではないでしょうか。


☆外装そして「法務ごっこ」で学ぶ


 さて、「ガワ」(外側、あるいは「皮」)とも呼ばれる、ロボットの外装をいかにして「工作」すればいいでしょうか。

・素材が何であるか感じさせない
・意図を持って加工をほどこす

 例えば牛乳パックが、ほぼ原形のまま、印刷もそのまま見える状態で何かを「つくった」といっても、いいえ、これは「つくった」うちには入れられません。

 牛乳パックをなぜ使うのか、▼防水性があるから、▼破れにくいから、▼光沢があるから、など、素材の特性をふまえて、どうしてほかの素材でなくこれを選ぶのか、(子ども)本人が説明できなくてはいけません。

 そして、形については、▼元が牛乳パックだから直方体、というのでは「設計の意図」がほとんどちっとも感じられません。⇒牛乳パックの紙を、あくまで素材として、自分の意図をもって加工する、例えば▼三角錐、▼円柱、▼六角形の箱、▼八角形の箱、▼フラーレン(サッカーボールで知られる多面体)などと、少なくとも元の形と別の形になっていれば、わかりやすく「意図」が伝わってきます。さらに、なぜ、その形にするのかも説明できることが望まれますが、これは必ずしも理詰めでなくてもよく、「そのほうがカッコイイから!」というのも、官能評価の一つとして正しく合理的といえます。(欲をいえば、それを1人で決めず、「たくさんの人が『そのほうがカッコイイから!』といいました」といえると、もっとよいですね。)

 そして、「球体(半球状の「ドーム」を含む)」を採用したいとなれば、ちょっと(かなり)手づくりするのは困難ですから、炭酸飲料のペットボトルを(形を理由として)使いましょうということになってきます。内側から塗装すれば、かなりカッコヨクなりそうです。(ただし、塗装は子ども本人では無理がありますね。あくまでオマケ、オマケとしては、大人が塗装を行なってもよいのではないでしょうか。キットなど既製品を買う代わりだといえば言い訳がつきます、たぶん。)

・カッコイイ=キラーン
 http://minkara.carview.co.jp/userid/17200/blog/7921824/

・「テロンテロンの光沢」
 http://ameblo.jp/a7730021/entry-11084197594.html

※透明のペットボトルを内側から塗装すれば、磨く苦労なしで(そこそこの)光沢が得られるのではないでしょうか。

・ペットボトルにメッキ調塗装(市販のスプレー塗料を使用)
 http://blogs.yahoo.co.jp/hyogozyuki/63522804.html

・ペットボトルに石目塗装(プロの仕事です)
 http://paint1111.jugem.jp/?eid=315

・ペットボトル「で」ペイント
 http://design.eestyle.net/graphic/cherry-blossom-art-from-pet-bottle/

 色、形、質感、素材を、(目の前のモノから離れて、一種「抽象化」して)すべてバラバラに考えることができるようになれば、グラフィックデザインや服飾など、そういった方面にも進んでいけるかもしれませんね。お子さまがどんなことに興味があるのかは、本当に、試してみるまでまったくわからないものです。いろいろなことを体験されたくあります。

※模型でも、素材は紙だろうが木だろうが石膏だろうがプラスチックだろうが、塗装をするのであれば最終的な質感は主に塗装で決まるので、質感という面では素材が何であっても大丈夫であるわけです。

・モリゾーとキッコロ的な何か
 http://promo.search.yahoo.co.jp/ranking/10years/column/04.html

 適当なプラスチック容器や、あるいは針金(ただし絶縁の被覆あるもの)で「骨格」をつくって、適当なぬいぐるみを切り開いてかぶせるという方法もあるでしょう。著作権(のうち人格権にかかる同一性保持)に注意の上(※)、もとのキャラクター設定に反するようなモーションや表現を加えないことが求められます。(例えば、モリゾーに銃を持たせて「ミリゾー」などといってはイケマセン! あるいはドラえもんの首が無限に回転するというのも、かなりアレです。黄色いフェルトで適当に目鼻をつけたら、何となくプ…、いえ、「『ハチミチ』の人」っぽくなったというのも微妙ではあります。)

・著作権情報センター「著作者にはどんな権利がある?」
 http://www.cric.or.jp/qa/hajime/hajime2.html

※もともとが造形物(作品)で、それをそのまま別の造形物(表現形式が同一である作品)の一部に使うということになるので、たいへんシビアだと思います。

・「ハチミチ」
 http://d.hatena.ne.jp/keyword/%A5%CF%A5%C1%A5%DF%A5%C1

※2015年8月時点での話です。TPPなどイカンによっては、もっと難しくなることも予想されます。本稿を2016年度以降に参照されるみなさまにあっては、必ず最新の状況をお確かめになってください。…部品の値段などは、大きく変わったりはしないでしょう、たぶん。


☆「製品開発ごっこ」としても学ぶ


 いま、「リモコンロボット!」などと称して、いわゆる「工作」だけで終わらせてはもったいなくあります。

 ▼材料費に絶対の上限を設けて、それを超過させないことや、▼「月産20台で立ち上げ、早期に同200台規模を目指す」=量産を意識させ、不必要に工数を増やさないようにシンプルな設計をさせること、▼誰でも同じものがつくれるように、つくりかたをきちんと文書化することなど、「メーカーの人」になったつもりで「製品開発」していただく(子どもに、していただく)というのも勉強になるでしょう。

・「月産20台で立ち上げ、早期に同200台規模を目指す」
 http://www.nikkan.co.jp/news/nkx0120150804aaar.html

 そのため、実際につくった「工作」はソレとして一度、脇に置き、製品開発について調べてまとめ、そして、自分の「工作」をふり返り、製品開発として見た時に十分であることと不十分だったことを取り上げて云々する、そういう「総合的な学習」(工作だけでも調査だけでもない:両方することで実感をともなった理解に至る)を目指せば、「自由研究」と呼べるでしょう。

 例えば、本体と「リモコン部」の間のケーブルを着脱できたいなぁ、などと考えたとしますと、適当なコネクタとプラグに、独自のピンアサインを決めて使う、ということにするのが(一般的な電子工作においては)一般的でしょう。

・DIN6ピン
 http://eleshop.jp/shop/g/gE9T312/
 http://eleshop.jp/shop/g/gE9T316/

 しかし、ご家庭に既にDIN6ピンな機器やケーブルがあるとしますと、誤接続を防ぐため、採用できないとわかります。また、材料費の全体の中で、コネクタとプラグだけでかなりの割合をとってしまうこともわかるでしょう。こうして、着脱方式はあきらめ、ケーブル直付けとすることを決めるわけです。

 これが最初から「直付け仕様でお願いします」と「上」から降ってくるのでは、(子どもとしては)勉強になりません。最終的には採用できない案も、きちんと自分で検討することが、たいへん勉強になることがわかります。このことを子どもにも理解いただくのが目標で、何かの具体的な方法をあれこれ覚えればいい、ということでは決してありません。参考にできるものがほとんどなくても、自分で検討できるようにならなくてはいけません。


■表 「リモコンロボット!(仮)」材料リスト

品名商品名・型番価格(※)個数
DCモーター「タミヤ ミニモーターセット」206円1個
電池ケース単3(UM-3)×2本用電池ケース44円1個
スイッチトグルスイッチ MS-500J-B(2回路2接点、
(ON)-OFF-(ON) 中点OFF 両ハネ)
254円1個
電線耐熱絶縁ビニル電線2mx6色袋入370円1袋
(小計)874円
LED電球E10タイプ低電圧LED電球 白色200円n個
電球ソケットE10タイプ電球ソケット(リード付き)54円n個
スイッチプッシュスイッチ 丸型 白86円n個
電池ケース単3(UM-3)×1本用電池ケース36円1個
(小計)340円×n+36円


※共立エレショップでの価格(税込、送料別)。外装に使うペットボトルや厚紙、部品の固定用の材料(割りばしや粘着テープなど)、乾電池は含まず。


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