東海大学付属熊本星翔高等学校 様

清掃ロボットの製作と検証


ご担当

指導教員:情報科) 阿部守勝
アドバイザー:東海大学熊本キャンパス) 中嶋卓雄研究室

対象科目

課題研究(サイエンスコース3年で開講、大学の卒論に相当、週4コマ)

対象

サイエンスコース3年 情報分野選択者8名
(2名ずつのチームで、それぞれの研究テーマに取り組む。
今回紹介するのは、これら4テーマのうちの1テーマについて)

利用教材

教育用NXTインドストーム 基本セット・拡張セット

テーマ

seisorobo清掃ロボットの製作と検証

最近、家庭にも「ルンバ」などの自動清掃ロボットが登場し注目されている。そこでNXTレゴマインドストームでも自動的に掃除するロボットが作れるのではないかと思い研究を始めた。今回の研究では障害物をよけながらフローリングの拭き掃除や、モーターを使用したブラシ掃除を自動的に行うロボットを製作し、その清掃効率を検証する。また、毎日の清掃スケジュールも含めた全自動で清掃させるための管理機構も検証していく。

内容

【課題研究の概要】

サイエンスコース第2学年開講科目「科学実験」(週2コマ)の前期で、物理分野・化学分野・生物分野・情報分野の実施内容についてのオリエンテーションや簡単な実習・作業を行い、所属する分野を決定する。第2学年後期より、各分野に分かれ、さらに各分野内でテーマに応じ1~2名のグループを作り研究活動を行い、2月に中間発表会でそれまでの研究成果の発表を行う。2年後期の研究テーマ・内容は、3年次の研究内容の準備的なものもあれば、3年次にそのまま発展・継続させるグループもある。

情報分野選択者は、2年後期の科学実験で、WRO中学生大会や高校生大会で用いられたコースを自作ロボットで走破する取り組みを通じ、LEGOマインドストームの組み込み型システム(自律型ロボット)と組み込みソフトウェアについて理解を深め、ハードウェアを自動制御する技術を習得した。

3年生の課題研究では、夏までに主に各種センサの理論値と実測値の補正について研究(予備実験)を進めるとともに、SPPの取り組みとしてWROJapan2011高校生部門九州・山口大会への参加の準備も進めた。結果的に、2011年度高校生用コース走破のために、カラーセンサの利用や、車体の構造を考えていくことでロボットを自動制御する技術がさらに高まり、また研究テーマとなりうる題材も見つかった(今回紹介してはいないが、他のグループの研究で、カラーセンサ1つでブロックの色とサイズを同時に認識する仕組みを確立した。一方WRO九州・山口大会では、2010年度4位の好成績を収めていたので、2011年度は全国大会を目指したが、残念ながらその夢は果たせなかった…)。 ※サイエンスコースの課題研究においては、本校と東海大学熊本キャンパスや阿蘇キャンパスとが学術的に連携するケースも多く、この連携が東海大学への進学のきっかけとなる生徒も少なくない。実際に、サイエンスコースの東海大学への進学率は他コースに比べて高く、また、ほとんどの生徒が4年制大学への進学を果たしている。

【「清掃ロボットの製作と検証」の研究紹介】

※詳細は下記リンクをご参照ください。 ○発表要旨 ○『清掃ロボットの製作と検証』 ○動画:直進パターン・落下回避 2011年12月20日に行われた、サイエンスコース3年 課題研究発表会において、優れた研究内容であることから「優秀賞」を受賞した。

【活動の様子】

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 課題研究に取り組む様子(1) 課題研究に取り組む様子(2)
WRO高校生大会への参加準備中です
課題研究発表会で優秀賞を受賞した、酒井君(左)と森本君(右)。自動清掃ロボットと賞状を手に笑顔でパチリ。

 

生徒の感想

・自分たちの能力の限りを尽くし、考えうる限り高性能なロボットを作ることができた。達成感は大きかった。

・完成形ができるまで試行錯誤しながら何度もロボットを作り変えてきた。失敗を繰り返し大変時間もかかったが、その分理想とする形ができた時の満足感は何とも言えなかった。

・2人での共同作業で、何度も意見がぶつかることもあった。しかし、そのような経過があったからこそ、満足のいく成果が得られたのだと思う。ただ仲の良い関係であったらここまでのものはできなかった。ぶつかり合い、意見を闘わせたことはプラスに作用した。

・周囲の協力なくしては為しえなかった成果だったと思う。他のグループの研究成果を参考にしたり、東海大学熊本キャンパスの中嶋先生や大学生の先輩方のご指導やアドバイスのおかげもあって素晴らしいものができたと感じている。

・課題研究への取り組みで経験したことすべてが、今後、卒業後の進路で待ち受けているさまざまな困難を乗り越えられるのではないか、という自信につながった。特にチームワークの大切さを身をもって知り、一人で乗り越えられない困難も、チームなら克服できるはずだという確信を持った。

指導教員からのコメント

幼少から慣れ親しんだLEGOブロックは、生徒にとって何の抵抗もなく手に取り、楽しみながら創造的な活動を広げていくのに非常に適した教材と言える。実際、教員の出番は少なく、教えると言うよりは一緒に考える時間のほうが長かったように思う。 昨今理数離れを憂う声が多く聞かれるが、このLEGOマインドストームを利用した活動を通じて生徒は、組み込み技術に触れその仕組みを理解し、課題に挑戦することで問題解決能力を高めていくことができた。 この教材は、生徒の創造性に比例して、無限の可能性と夢を創出してくれるものであろう。

※ご案内 2012年4月1日から学校名が変わります。 現:東海大学付属第二高等学校 新:東海大学付属熊本星翔高等学校 また、コース制ではなくクラス制となるため、本課題研修を行った「サイエンスコース」も「サイエンスクラス」に変更となります。 なお、現時点ではサイエンスクラスでの本課題研究は開講されない予定となっております。

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