ロボット

人間

センサー

感じる

明るさ音

加速度など……

視覚聴覚触覚

など……

コントローラー

考える

ラズパイmicro:bit

スタディーノなど……

脳

アクチュエーター

動く

油圧シリンダーモーターソレノイド

など……

腕足指

など……

出力

入力

ロボシャークのキットも発売！詳しくはKoKa Shop! へ

※ジャンパーケーブルの色は写真とは異なります。

20 2019.7

ジャンパーケーブルの端子には、「オス」と「メス」がある。ピンが出ている端子がオス、ソケットになっている端子がメスだ。「オス−メス」は、片方がピン、もう片方がソケットになっているケーブル、「メス−メス」は、両側がソケットになっているケーブルのことだ。

上記の部品に加えて、ラズパイ本体、マウス、キーボード、ディスプレイ、GPIO テンプレートを切り抜くためのハサミやカッターなど。

ジャンパーケーブルの種類

図1●センサーとコントローラーとアクチュエーターの関係

SG－90

1kΩ（茶黒赤金）510Ω（緑茶茶金）HC－SR04オス－メスメス－メス

1個1個1個1個1個7本2本1枚

サーボモーターサーボホーン抵抗器

超音波距離センサージャンパーケーブル

ブレッドボード

部品を

用意しよう

部品表

オス

ジャンパーケーブル（オス－メス） ジャンパーケーブル

（メス－メス）

サーボホーン（サーボモーターに

ついてくる）

1kΩ抵抗器510Ω抵抗器

サーボモーター超音波距離センサー ブレッドボード

メス

メス メス

身の回りにロボットがある生活が当たり前になってきたね。部屋の中ではロボット掃除機が動き回り、お店では接客ロボットがおもてなしをしてくれる。イヌ型のペットロボットや、話し相手になってくれるソーシャルロボットもあるね。こうしたロボットに共通しているのが、外の様子を調べるためのセンサーと、物を動かすためのアクチュエーター、それらを制御するコントローラーを備えていることだ。今回から3回にわたって、サメ型のロボット「ロボシャーク」を実際につくりながら、そのしくみを学んでいこう。

はじめよう

ロボシャークでロボット　の基本を３号連続プロ　　　グラミング＋工作スペシャル！

監修・原案／青山学院大学大学院 特任教授 阿部和広　Make 道場 田中さとし　

　人に ん げ ん

間は、視し

覚か く

や聴ちょう

覚か く

、触しょっ

覚か く

など、いろいろな感か ん か く

覚を通と お

して、世せ

界か い

の様よ う

子す

を知し

ることができる。　ロボットなどの機

き

械か い

も同お な

じように、明あ か

るさ、音お と

、温お ん

度ど

、加か

速そ く

度ど

、距き ょ

離り

など、いろいろな種し ゅ る い

類のセンサーを使

つ か

って、外そ と

の様よ う

子す

を調し ら

べているん

ラズパイでロボットを制御しよう

だ（図ず

１）。センサーが計け い そ く

測した値あたい

はコントローラーが受

う

け取と

り、物も の

を動う ご

かしたり、明あ

かりをつけたりといった制

せ い ぎ ょ

御を行おこな

う。実じ っ さ い

際に物も の

を動う ご

かす装そ う

置ち

がアクチュエーターだ。　今

こ ん か い

回つくるロボシャークには、センサーとして超

ちょう

音お ん

波ぱ

距き ょ

離り

センサー、アクチュエーターとしてサーボモーターを使

つ か

っている。コントローラーは、もちろんラズパイだ。

第28回

構成・文／塩野祐樹　写真／青柳敏史　イラスト／新保基恵

マスターしよう

510Ω1kΩ

Echo 4

5

6 7

5

489

28

79

31

6

GND

GND

♯26

3.3V

GND

#2#3#4

3.3V

#17#27#22

GND

#10#9#11

GND

#13#19#26

DNC#5#6

GND

GND

5V5V

#14#15#18

#23#24GND#25

GND

GND#12

#8#7DNC

#16#20#21

1

2

3

#17

GND

5V

T R

VCC

Trig

Echo

GND

5V#16

510Ω1kΩ

Echo 4

5

6 7

5

489

28

79

31

6

GND

GND

♯26

3.3V

GND

#2#3#4

3.3V

#17#27#22

GND

#10#9#11

GND

#13#19#26

DNC#5#6

GND

GND

5V5V

#14#15#18

#23#24GND#25

GND

GND#12

#8#7DNC

#16#20#21

1

2

3

#17

GND

5V

T R

VCC

Trig

Echo

GND

5V#16

510Ω1kΩ

Echo 4

5

6 7

5

489

28

79

31

6

GND

GND

♯26

3.3V

GND

#2#3#4

3.3V

#17#27#22

GND

#10#9#11

GND

#13#19#26

DNC#5#6

GND

GND

5V5V

#14#15#18

#23#24GND#25

GND

GND#12

#8#7DNC

#16#20#21

1

2

3

#17

GND

5V

T R

VCC

Trig

Echo

GND

5V#16

510Ω1kΩ

Echo 4

5

6 7

5

489

28

79

31

6

GND

GND

♯26

3.3V

GND

#2#3#4

3.3V

#17#27#22

GND

#10#9#11

GND

#13#19#26

DNC#5#6

GND

GND

5V5V

#14#15#18

#23#24GND#25

GND

GND#12

#8#7DNC

#16#20#21

1

2

3

#17

GND

5V

T R

VCC

Trig

Echo

GND

5V#16

実際のサイズで掲載しているので、このままコピーして、切り抜いて使ってね。GPIO 端子が左上に来るようにラズパイ本体を横向きに置き、テンプレートの「GPIO」と書かれた耳が向こう側になるようにして重ねよう。テンプレートの手前側をケースのすき間に差し込むと固定できる。写真を参考に、テンプレートの向きを間違えないように注意してね。

ホーン（horn）は

「角つの

」という意味だよ。

色がついている所は、ジャンパーケーブルを使ってブレッドボード、サーボモーター、超音波距離センサーと接続する端子だ。同じ色と番号同士を接続するので配線のときに参考にしてほしい。

ロボシャーク プロトタイプ完成版はデザインが変わることがあります。

テンプレートの使い方

ここで折る

ここで折る

サーボモーター

超音波距離センサー

GPIO

ジブン専用パソコン特設サイトprog.kodomonokagaku.com/jibun/index.htmlキットの情報はKoKa Shop!へ定期購読者特典割引あり

購入ページロボシャークでロボット　の基本を３号連続プロ　　　グラミング＋工作スペシャル！

　組く

み立た

てる前ま え

に、ラズパイをシャットダウンして、電

で ん げ ん

源のマイクロUSBケーブルを必かなら

ず抜ぬ

いておこう。電

で ん げ ん

源が入は い

ったままだと、配は い せ ん

線を間ま

違ち が

えたときにラズパイが壊こ わ

れる可か

能の う

性せ い

があるゾ。　他

ほ か

のケーブルも、作さ

業ぎょう

がしやすいようにすべて抜

ぬ

いておく。また、GPIO端た ん

子し

の配は い せ ん

線をするので、ケースの上

う わ ぶ た

蓋を外は ず

しておこう。

　今こ ん か い

回は、センサーやアクチュエーターをつなぐために、ラズパイのGPIO（汎

は ん

用よ う

入にゅう

出しゅつ

力りょく

）という端

た ん

子し

を使つ か

っている。GPIOのピンには番ば ん

号ご う

が振ふ

られているけど、基き

板ば ん

に番ば ん ご う

号が書か

かれているわけではないので、とてもわかりにくい。そこで、GPIO端

た ん

子し

に重か さ

ねて使つ か

えるテンプレートを用

よ う

意い

したよ。特と く

設せ つ

サイトからダウンロードもできるぞ！

　まずは、サーボモーターの配は い せ ん

線から始は じ

めよう。　最

さ い し ょ

初に、サーボモーターにサーボホーンを取と

注意

GPIO端子

組み立て前の準備

サーボモーターの配線

配線図

ブレッドボード

電源のマイクロUSBケーブルは必ず抜くこと！

22 2019.7

り付つ

ける。サーボホーンは何な ん

種し ゅ

類る い

かあるので、写し ゃ し ん

真と同お な

じものを選え ら

ぼう。あとで角か く

度ど

を調ちょう

整せ い

するために外

は ず

すので、軽か る

く差さ

し込こ

めばＯＫ。取と

り付つ

ける角か く

度ど

も気き

にしなくていいよ。　次

つ ぎ

に、オス−メスのジャンパーケーブルを３本ぼ ん

用よ う

意い

する。何な に

色い ろ

でもいいけど、違ち が

う色い ろ

にした方ほ う

が見み わ

分けやすくなるよ。

オス メス

　ジャンパーケーブルのオス型が た

の端た ん

子し

（ピン）を、サーボモーターのケーブルの先

さ き

についているメス型

が た

のソケットに差さ

し込こ

む。　サーボモーターのケーブルは、茶

ち ゃ い ろ

色（GND）、橙だいだい

色い ろ

（5V）、黄き

色い ろ

（今回は#17につなぐ）の３本ぼ ん

だ。何な に

色い ろ

のジャンパーケーブルを差さ

し込こ

んでもいいけど、あとでわかりやすいように、何

な に

色い ろ

のケーブルのソケットに、何な に

色い ろ

のジャンパーケーブルを差

さ

し込こ

んだかをメモしておこう。続

つ づ

いて、ジャンパーケーブルのメス型

が た

のソケットを、21ページの配

は い

線せ ん

図ず

の●①〜●③の通

と お

りに、ラズパイのGPIO端

た ん

子し

に差さ

し込こ

む。これでサーボモーターの配

は い

線せ ん

は完か ん

了りょう

だ。

　配は い せ ん

線に間ま

違ち が

いがないことを確か く に ん

認したら、サーボモーターのテストをしよう。キーボードやマウス、ディスプレイをつないでから、電

で ん げ ん

源のマイクロUSBケーブルを差

さ

し込こ

み、ラズパイを起き

動ど う

する。しばらくしても起き

動ど う

しなかったり、煙けむり

が出で

たりと、普ふ

段だ ん

と何な に

か違ち が

うときは、すぐにマイクロUSBケーブルを抜

ぬ

いて電で ん げ ん

源を切き

ろう。　配

は い せ ん

線の間ま

違ち が

いを直な お

せば大だ い

丈じょう

夫ぶ

なこともあるけど、ラズパイ本

ほ ん た い

体が壊こ わ

れてしまうと、残ざ ん ね ん

念ながら直

な お

すのは難むずか

しい。そうならないためにも、配は い

線せ ん

の確か く に ん

認は念ね ん

入い

りにしてね。　GPIOを制

せ い ぎ ょ

御するプログラムは、スクラッチやパイソンなどで書

か

ける。今こ ん か い

回は扱あつか

いが簡か ん た ん

単なスクラッチ1.4を使

つ か

うよ。スタートメニューの「プログラミング」から「Scratch」を選

え ら

ぶ。　スクラッチの画

が

面め ん

が開ひ ら

いたら、以い か

下の手て

順じゅん

に従したが

って、サーボモーターのデモプロジェクトを

配線が間違っていないか、もう一度よく確認しよう！注意

「Scratch 2」ではないゾ！

間違えないでね。

サーボモーターのテスト

2019.7 23

ラズパイの電源が入っているときは、サーボホーンを手で回さないように！ 無理な力が加わると、中のギアが壊れてしまうゾ！

注意

開ひ ら

こう。このプロジェクトを使つ か

うと、GPIOの17番

ば ん

ピン（#17）につないだサーボモーターのテストができるんだ。

「ファイル」メニューから、「開く…」を選ぶ。

「プロジェクトを開く」ダイアログが開いたら、「例」ボタンをクリックする。

「Sensors and Motors」をダブルクリックするか、選んでから「OK」ボタンを押す。

「gpio-servodemo」をダブルクリックするか、選んでから「OK」ボタンをクリックする。

　プロジェクトが開ひ ら

いたら、緑みどり

の旗は た

をクリックしてから、キーボードのスペースキーを押

お

してみよう。

スクリプトエリアに表示されたブロックが、重なって見づらいことがある。こんな場合は、スクリプトエリアの灰色の部分を右クリックして、「きれいにする」を選ぼう。ブロックがきれいに整列するよ。

　スペースキーを押お

すたびに、サーボモーターが約

や く

45°回ま わ

ったね。もし、回ま わ

らない場ば

合あ い

は、配は い

線せ ん

をもう一い ち

度ど

確か く

認に ん

しよう。半は ん

角か く

入にゅう

力りょく

になっているかも確

か く

認に ん

してね。　次

つ ぎ

に、「Ｓ」キーを押お

してみよう。今こ ん

度ど

は、ステージのネコの動

う ご

きに合あ

わせて、サーボモーターが約

や く

90°の範は ん

囲い

で往お う ふ く

復したはずだ。問も ん だ い

題なく動う ご

いたらテストは完か ん

了りょう

だよ。

チョイ技！

　動ど う

作さ

が確か く に ん

認できたら、サーボホーンの角か く

度ど

を調ちょう

整せ い

する。　赤

あ か

ボタンでプログラムを止と

めてから、もう一い ち

度ど

緑みどり

の旗は た

をクリックしよう。すると、サーボモーターが中

ちゅう

立り つ

位い

置ち

になるので、その状じょう

態た い

のままスクラッチを終

しゅう

了りょう

し、ラズパイをシャットダウンする。シャットダウンしたら、マイクロUSBケーブルを抜

ぬ

いて電で ん げ ん

源を切き

ろう。

サーボホーンの角度調整

4

3

2

1

24 2019.7

抵抗器 1kΩ（茶黒赤金）

端子を曲げる

510Ω（緑茶茶金）

　次つ ぎ

に、サーボモーターを回か い て ん

転させないように注ちゅう

意い

しながら、サーボホーンを上う え

に引ひ

き抜ぬ

く。そして、サーボモーターに対

た い

して直ちょっ

角か く

になるように、サーボホーンをもう一

い ち

度ど

差さ

し込こ

もう。このとき、ぴったり直

ちょっ

角か く

にならないこともあるけど、だいたい合

あ

っていればＯＫだ。

だいたい直角になればOK！

1kΩ

510Ω

コカねっと！「いまスグはじめる電子工作ガイド」

kodomonokagaku.com/denshi/beginner.html

抵抗器の色帯のことをカラーコードというよ。興味がある人は調べてみよう。

　次つ ぎ

に、超ちょう

音お ん

波ぱ

距き ょ

離り

センサーを配は い せ ん

線する。サーボモーターのときと同

お な

じく、まずはラズパイ本ほ ん た い

体につながっているケーブルをすべて抜ぬ

こう。特と く

に、マイクロ USB ケーブルが抜ぬ

けていて、電で ん

源げ ん

が切き

れていることを必かなら

ず確か く に ん

認してね。　使

つ か

うのは、オス−メスのジャンパーケーブルを４本

ほ ん

、メス−メスのジャンパーケーブルを 2本ほ ん

、それに 510 Ωと１k Ωの抵て い

抗こ う

器き

を１つずつだ。抵

て い

抗こ う

器き

は、両りょう

側が わ

から出で

ている端た ん

子し

（足あ し

）を、カタカナの「コ」の字

じ

の形かたち

に曲ま

げておこう。

超音波距離センサー（HC-SR04）は、「T」と書かれた超音波スピーカーから、人間の耳には聞こえない40kHzの超音波を発信し、対象に当たって返ってきた音（反射波）を、「R」と書かれた超音波マイクで捉える。この時間を測って、対象までの距離を調べるというしくみだ。

超音波距離センサーのしくみ

　21 ページのブレッドボードの配は い

線せ ん

図ず

を参さ ん こ う

考に、オス−メスのジャンパーケーブル４本

ほ ん

と抵て い

抗こ う

器き

を、ブレッドボードに差さ

し込こ

もう。抵て い

抗こ う

器き

の向む

きはどちらでも大だ い

丈じょう

夫ぶ

だよ。

　続つ づ

いて、21 ページ配は い

線せ ん

図ず

の●④、●⑤の通と お

りに、ブレッドボードから超

ちょう

音お ん

波ぱ

距き ょ

離り

センサーにジャンパーケーブルをつなぐ。さらに、メス−メスのジャンパーケーブル２本

ほ ん

を、超ちょう

音お ん

波ぱ

距き ょ

離り

センサーのあいているピンに差

さ

し込こ

もう。

　これで、ブレッドボードと超ちょう

音お ん

波ぱ

距き ょ

離り

センサーの配

は い せ ん

線は完か ん

了りょう

だ。ここまでで間ま

違ち が

いはないかな？ いったんよく確

か く に ん

認しよう。

超音波距離センサーの配線

2019.7 25

　最さ い

後ご

に、21 ページの配は い

線せ ん

図ず

の●⑥、●⑦と●⑧、●⑨の通

と お

りに、ブレッドボードと超ちょう

音お ん

波ぱ

距き ょ

離り

センサーから、ラズパイの GPIO 端

た ん

子し

にジャンパーケーブルをつなごう。　これですべての配は い

線せ ん

が完か ん

了りょう

だ。

　最さ い

後ご

にもう一い ち

度ど

、よくよく配は い せ ん

線を確か く に ん

認しよう。間ま

違ち が

いがなければ、超ちょう

音お ん

波ぱ

距き ょ

離り

センサーのテストをするよ。キーボード、マウス、ディスプレイをつないでから、マイクロ USB ケーブルを差

さ

し込こ

んでラズパイを起き

動ど う

する。しばらくしても起き

動ど う

しなかったり、煙けむり

が出で

たりなど、普ふ

段だ ん

と何な に

か違ち が

うときは、すぐにマイクロ USB ケーブルを抜ぬ

いて電で ん げ ん

源を切き

ろう。

超音波距離センサーのテスト

「gpio-ultrasonicDemo」をダブルクリックするか、選んでから「OK」ボタンをクリックする。4

　ラズパイが無ぶ じ

事に起き

動ど う

したら、サーボモーターのテストと同

お な

じ要ようりょう

領で、スクラッチを起き

動ど う

する。その後

あ と

も手て

順じゅん

❸までは、サーボモーターのテストと同

お な

じ。手て

順じゅん

❹で、超ちょう

音お ん

波ぱ

距き ょ

離り

センサーのデモプロジェクトを開

ひ ら

こう。　このプロジェクトを使

つ か

うと、GPIO の 16 番ば ん

ピ ン（#16） と 26 番ば ん

ピ ン（#26） に つ な いだ超

ちょう

音お ん

波ぱ

距き ょ

離り

センサーのテストができる。緑みどり

の旗は た

をクリックすると、ステージの「ultrasonic distance センサーの

値あたい

」に、センサーの前ま え

にある物も の

との距き ょ

離り

が表ひょう

示じ

されるゾ。単た ん

位い

はセンチメートル（cm）だ。　センサーをいろいろな方

ほ う こ う

向に向む

けて、距き ょ

離り

を測は か

ってみよう。メジャーや定

じょう

規ぎ

で測は か

った値あたい

と比ひ

較か く

してみてもおもしろいかも。スペースキーを押

お

すと、センサーが測

そ く て い

定した距き ょ

離り

に応お う

じてステージのネコの位

い ち

置が変へ ん

化か

するよ。　数

す う

値ち

が変へ ん

化か

しなかったり、おかしな値あたい

が表ひょう

示じ

されたら、配は い せ ん

線をもう一い ち

度ど

確か く

認に ん

しよう。

　今こ ん か い

回はここまで。片か た

づけるときは、スクラッチを終

しゅう

了りょう

してからラズパイをシャットダウンして、マイクロUSBケーブルを抜

ぬ

いておこう。ジャンパーケーブルは抜

ぬ

けやすいので、保ほ

管か ん

するときは気

き

をつけてね。　これで、ロボシャークをつくる準

じゅん

備び

はできた。来ら い

月げ つ

はいよいよ、ロボシャークの組く

み立た

てに取と

りかかるゾ！

ラズパイの GPIO 端子、サーボモーター、超音波センサー、ブレッドボードを全部接続した。21ページの配線図と照らし合わせて、間違いがないか確認してね。

超音波距離センサーで測定した値が表示される