技術科教育におけるステッピングモーター教材の開発

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(1)Title. 技術科教育におけるステッピングモーター教材の開発. Author(s). 秋葉, 治克. Citation. 北海道教育大学紀要. 自然科学編, 71(2): 23-36. Issue Date. 2021-02. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/11735. Rights. Hokkaido University of Education.

(2) 北海道教育大学紀要（自然科学編）第71巻第2号 Journal of Hokkaido University of Education（Natural Sciences）Vol. 71, No.2. 令和 3 年 2 月 February, 2021. 技術科教育におけるステッピングモーター教材の開発秋葉治克北海道教育大学旭川校電気研究室. Development of the Stepping Motor Teaching Materials in Technology Education AKIBA Haruyoshi Electric Laboratory, Asahikawa Campus, Hokkaido University of Education, Asahikawa 070-8621. 概要 In this paper, the stepping motor teaching materials which united the electric region and the information domain for the student of the department of technology were developed. Software used the Stepper library attached to Arduino IDE. In the electric region, the unipolar and bipolar stepping motor driver circuits for controlling by Arduino was manufactured. In the information domain, the programming education using serial communication, an analog input, a photosensor and an arm robot was developed. Thereby, in both sides of hardware and software, I think that students can understand the feature of a stepping motor.. 本研究では，技術科の学生を対象として電気領. 1．まえがき. 域と情報領域を融合した，Arduinoで制御するス. ステッピングモーターは中学校技術・家庭科の 1）. テッピングモーター教材を開発した。Arduinoで. 教科書でも取り上げられており，利用機器の例. ステッピングモーターを回す事例は数多くあ. と特徴および構造について簡単に説明がなされて. る4),. 2), 3). 5), 6), 7). 。しかし，これらの事例ではAllegro社. は，一般にステッ. のステッピングモータードライバー A4988を搭. パーまたはパルスモーターと呼ばれているが，こ. 載したモジュールを使用しており，その内部の回. のモーターの最大の特徴はパルスによってディジ. 路動作を理解することは難しい。そこで筆者は，. タル的に制御できるという点にある。これは. ユニポーラおよびバイポーラステッピングモー. フィードバックなしで決められた角度で回転し，. タードライバーを自作することにより電気回路づ. 高精度で停止することができる。また，停止時に. くりを学び，ソフトウェアとして Arduino IDE. おいても他のモーターとは異なり，大きな静止ト. を使用することによりプログラミングを学ぶこと. ルクを持っている。. を目的とし，授業例としてシリアル通信，アナロ. いる。ステッピングモータ. 23.

(3) 秋葉治克ステッピングモーター ST-42BYG0506H 5V、200ステップ. トランジスタはダーリントンダンパ内蔵しか使用できません。. Arduino uno. 2SD1195. D8. Ｘ. 赤. 3.3k JU41. 白 2SD1195. Ｘ. 3.3k. Ｙ. 3.3k. D11 Ｙ. 3.3k. D9. 緑. 2SD1195. D10. 黄. 黒. 青. 2SD1195 ACアダプタ 6V、2.8A ＋. GND. GND. －. 図1 図ユニポーラステッピングモータードライバー 1 ユニポーラステッピングモーターの回路図ドライバーの回路図. 図ユニポーラステッピングモーター図２ 2 ユニポーラステッピングモータードライバーの外観ドライバーの外観. グ入力，光センサー，アームロボを使ったプログることによりプログラミングを学ぶことを目的とラミング学習の導入を試みた。し，授業例としてシリアル通信，アナログ入力，. ターミナルブロック2個を基板にはんだ付 ③④ ニッパを使って分割ロングピンソケットを. 光センサー，アームロボを使ったプログラミング. 5けする。極にカットし，基板にはんだ付けする。 ④⑤ トランジスタ4個を基板にはんだ付けする。ターミナルブロック 2 個を基板にはんだ付. 学習の導入を試みた。. 2．ステッピングモータードライバーの製作. ⑥ カーボン抵抗4個を基板にはんだ付けする。けする。. ２図1および図2にユニポーラステッピングモー．ステッピングモータードライバーの製作. ⑤⑦ ダイオード4個を基板にはんだ付けする。トランジスタ 4 個を基板にはんだ付けする。. タードライバーの回路図および外観を示す。図１および図２にユニポーラステッピングモ製作に使用した部品および道具はダーリントン. ⑥⑧ カーボン抵抗 4 個を基板にはんだ付けする。はんだごてを使って，基板裏面を配線する。 ⑦ ダイオード 4 個を基板にはんだ付けする。分割ロングピンソケットに至る電線は潤フロ ⑧ はんだごてを使って，基板裏面を配線すンETFE電線を使用し，その他はAWG24を. ータードライバーの回路図および外観を示す。トランジスタ2SD1195（5A，100V），ファスト製作に使用した部品および道具はダーリントリカバリダイオード1JU41（600V，1A），カー. る。分割ロングピンソケットに至る電線は使用する。潤フロン ETFE 電線を使用し，その他は ⑨ 基板に金属製スペーサ4個をなべ小ねじ4 AWG24 を使用する。個でねじ止めする。 ⑨ 基板に金属製スペーサ 4 個をなべ小ねじ 4 ⑩ プリンターを使ってラベルシールに「赤白個でねじ止めする。緑黄黒青」と「GND/Y Y/X X」と印刷し ⑩ プリンターを使ってラベルシールに「赤白た後，基板に貼る。緑黄黒青」と「GND /Y Y /X X」と印刷し励磁方式として2相励磁方式8）を採用した。こた後，基板に貼る。の方式は2相を同時に励磁し，消費電力は大きい励磁方式として 2 相励磁方式 8)を採用した。こが，大きなトルクが得られる。図3にディジタルの方式は 2 相を同時に励磁し，消費電力は大きいオシロスコープを使用して観測した，Arduino が，大きなトルクが得られる。図 3 にディジタル. ントランジスタ 2SD1195(5A,100V)，ファストリカボン抵抗（3.3kΩ，1/4W），2.1mm標準DCジャッバリダイオード 1JU41(600V,1A)，カーボン抵抗ク（4A，基板取付用），分割ロングピンソケッ (3.3kΩ,1/4W)，2.1mm 標準 DC ジャック(4A,基板ト（2.54mmピッチ，42P，3A），ターミナルブ取付用)，分割ロングピンソケット(2.54mm ピッロック（3ピン，青，縦，小，15A/300VAC），チ,42P,3A)，ターミナルブロック(3 ピン,青,縦, 片面ガラスコンポジットユニバーサル基板めっき小,15A/300VAC)，片面ガラスコンポジットユニバ仕上Cタイプ（72×47mm，秋月電子通商），電ーサル基板めっき仕上 C タイプ(72×47mm,秋月電線AWG24（梅澤無線），潤フロンETFE電線子通商)，電線 AWG24(梅澤無線)，潤フロン ETFE 電（CSMW用0.32mm），10mm金属製スペーサ，φ 線(CSMW 用 0.32mm)，10mm 金属製スペーサ，φ3×. 3×5mmなべ小ねじ，卓上ボール盤，はんだご 5mm なべ小ねじ，卓上ボール盤，はんだごて，ハて，ハンダ，はんだこて台，ニッパ（ミニ），ランダ，はんだこて台，ニッパ(ミニ)，ラジオペン. から出力される2相励磁信号波形X（D8），/X オシロスコープを使用して観測した，Arduino か（D9），Y（D10），/Y（D11）を示す。振幅ら出力される 2 相励磁信号波形 X(D8)，/X(D9)，. ジオペンチ（ミニ），ドライバ（＋）である。チ(ミニ)，ドライバ(＋)である。製作手順は以下の①～⑩に従う。製作手順は以下の①～⑩に従う。. 5V，周波数25Hz，デユーティー比50％である。 Y(D10)，/Y(D11）を示す。振幅 5V，周波数 25Hz，. ① 卓上ボール盤を使って，基板にDCジャッ ① 卓上ボール盤を使って，基板に DC ジャック. Xと/X，Yと/Yはそれぞれ論理反転で，XとY デユーティー比 50％である。X と/X，Y と/Y はそ. を取り付けるための穴(φ3mm)を 3 か所あクを取り付けるための穴（φ3mm）を3か. れぞれ論理反転で， X と Y の位相差は 90°である。の位相差は90°である。なお，2相励磁停止中は. ける。所あける。. なお， 2 相励磁停止中は X と Y は 5V 一定に，/X と XとYは5V一定に，/Xと/Yは0V一定になる。. ② DC ジャックを穴に挿入しホットグールボン ② DCジャックを穴に挿入しホットグールボドで接着する。ンドで接着する。. /Y は 0V 一定になる。. 3．ソフトウェア. ③ ニッパを使って分割ロングピンソケットを 5極にカットし，基板にはんだ付けする。. 24. 2. インターネットブラウザを立ち上げ，下記にア.

(4) 技術科教育におけるステッピングモーター教材の開発. してもステッピングモーターは回転しない。 step（steps）この命令はsetSpeed命令で設定した速さで，指定したステップ数（steps）だけステッピングモーターを回転させる。逆回転させるにはステップ数を負の値にする。この命令を実行するとステッピングモーターは回転する。そして，止まるまで次の命令を実行せずに待ち続ける。図3 2相励磁信号波形. クセスしてフリーソフトであるArduino IDEをダウンロードする。 http://arduino.cc/en/Main/Software. 4．ステッピングモーター図4および図5に今回使用したユニポーラステッピングモーター ST-42BYG0506HとST-42BYG020 の外観を示す。. Arduino IDEにはユニポーラおよびバイポーラ. ST-42BYG0506Hは相数 4，基本ステップ角. ステッピングモーターをコントロールするための. 1.8°±5％，1回転ステップ数200，コイル抵抗. 9）. ライブラリが用意されている。 #include〈Stepper.h〉. 10±10 ％ Ω/相，入力定格電圧 5 V，定格電流 0.5A/相，静止トルク0.83kgf・cm，重量0.22kgで. ステッピングモーターをコントロールしようと. ある。使用に際しての注意は，感電するので手で. する場合は，この命令により最初にStepperライ. 軸を回してはならない。なお，このままでは回転. ブラリをインクルードする必要がある。. のようすがわからないので，ホットグールボンド. Stepper（steps, pin1, pin2, pin3, pin4）. を使ってステッピングモーターの回転軸にレゴブ. この命令はArduinoに接続するステッピング. ロック（Technic Brick 1×8）を，ステッピン. モーターのステップ数（steps）と接続ピン（pin1,. グモーターのボディにレゴブロック（4-Stud. pin2, pin3, pin4）を割り当てる。. Cross Axle）を接着した。. setSpeed（rpms）. ST-42BYG020は相数4，基本ステップ角1.8°. この命令はステッピングモーターの速さを毎分. ±5％，1回転ステップ数200，コイル抵抗20±. の回転数（rpms）で設定する。この命令を実行. 10％Ω/相，入力定格電圧12V，定格電流0.6A/相，. 図4 ST-42BYG0506H. 図5 ST-42BYG020. 25.

(5) 秋葉治克. 静止トルク1.6kgf・cm，重量0.21kgである。使用. 次に，Arduino IDEを立ち上げてスケッチを作. に際しての注意は，感電するので手で軸を回して. 成する。このステッピングモーターのステップ数. はならないのと，ハイパワー（高出力）仕様のた. は200である。つまり，200ステップすると1回転. め，DC12Vで使うと20分程度で触れられなくな. する。図10にステップ数を200一定にし，set. るほど熱くなる。連続使用を想定する場合は，. Speed（rpms）命令で回転の速さを変化させた. 9V程度で使うことが推奨されている。なお，ス. 場合の回転のようすを観察するスケッチ1を示. テッピングモーターの回転軸には物を載せて回転. す。スケッチ1の1行目はStepperライブラリを. できるように5mmモーターシャフト用ハブ（秋. インクルードする。2行目はStepper型の変数を. 月電子通商）を取り付けた。. stepperとして宣言し，Arduinoに接続するステッピングモーターのステップ数を200，接続ピ. 5．授業例 5－1．動かしてみる. ンとして8，9，10，11番ピンを割り当てる。スケッチ1の4行目でrpmsを1とするとステッピングモーターは1分かけて1回転する。同様に2. まず，接続を行う。図6に示すように，Arduino. とすると30秒かけて1回転，3とすると20秒かけ. のディジタル8番（D8），9番（D9），10番. て1回転，4とすると15秒かけて1回転，6とす. （D10），11番（D11），GNDピン（GND）とステッ. ると10秒かけて1回転，12とすると5秒かけて1. ピングモータードライバーのX，/X，Y，/Y，. 回転，30とすると2秒かけて1回転，60とすると. GNDをブレットボード・ジャンパーワイヤー. 1秒かけて1回転する。5行目はステップ数を. （オス―オス）で接続する。図7に示すように，. 200に設定する。. ステッピングモーター ST-42BYG0506Hのコイル. 図11に回転の速さを30一定にし，step（steps）. をステッピングモータードドライバーのターミナ. 命令でステップ数を変化させた場合の回転のよう. ルブロックにねじ止めする。図8に示すように，. すを観察するスケッチ2を示す。スケッチ2の5. ステッピングモータードライバーのDCジャック. 行目でstepsを200とすると1回転，400とすると. にスイッチングACアダプター（NP12-1S0523，. 2回転，600とすると3回転，100とすると1/2回. 5V，2.3A，100～120V，秋月電子通商）を接. 転，50とすると1/4回転する。逆回転させるには，. 続し，その電源プラグをコンセントに差し込む。. それぞれ－200，－400，－600，－100，－50とす. 図 9 に示すように，ArduinoとパソコンをUSB. ればよい。. ケーブルで接続する。. 図6 Arduinoとドライバーの接続. 26. 図12に正転・逆転を繰り返すスケッチ3を示. 図7 ドライバーとステッピングモーターの接続.

(6) 技術科教育におけるステッピングモーター教材の開発. #include <Stepper.h> Stepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); #include <Stepper.h> #include <Stepper.h> Stepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); Stepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); void setup() { stepper.setSpeed(1); void setup() { void setup() { stepper.step(200); stepper.setSpeed(1); stepper.setSpeed(1); } stepper.step(200); stepper.step(200); } } void loop() { void loop() { void loop() { } } } 図 10 スケッチ 1 図10 スケッチ1 図 10 スケッチ 1 （ステップ数を一定、回転の速さを可変）図 10 スケッチ 1 （ステップ数を一定，回転の速さを可変）（ステップ数を一定、回転の速さを可変）（ステップ数を一定、回転の速さを可変）. 図８ドライバーと AC アダプターの接続図8 ドライバーとACアダプターの接続図８ドライバーと AC アダプターの接続図８ドライバーと AC アダプターの接続. #include <Stepper.h> Stepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); #include <Stepper.h> #include <Stepper.h> Stepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); Stepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); void setup() { stepper.setSpeed(30); void setup() { void setup() { stepper.step(200); stepper.setSpeed(30); stepper.setSpeed(30); } stepper.step(200); stepper.step(200); } } void loop() { void loop() { void loop() { } } } 図 11 スケッチ 2 図 11 スケッチ 2 （ステップ数を可変、回転の速さを一定）図 11 スケッチ 2 図11 スケッチ2 （ステップ数を可変、回転の速さを一定）（ステップ数を可変、回転の速さを一定）（ステップ数を可変，回転の速さを一定）. 図９ Arduino とパソコンの接続図9 Arduinoとパソコンの接続図９ Arduino とパソコンの接続図９ Arduino とパソコンの接続ばよい。す。void setup（）関数はスケッチの実行開始時，ばよい。図 12 に正転・逆転を繰り返すスケッチ 3 を示ばよい。すなわち電源を入れた直後またはボードをリセッ図 12 に正転・逆転を繰り返すスケッチ 3 を示す。void setup()関数はスケッチの実行開始時，図 12 に正転・逆転を繰り返すスケッチ 3 を示トした後に一度だけ呼び出される。void loop（）す。void setup()関数はスケッチの実行開始時，すなわち電源を入れた直後またはボードをリセッす。void setup()関数はスケッチの実行開始時，関数はvoid setup（）関数が呼ばれた後に，繰りすなわち電源を入れた直後またはボードをリセットした後に一度だけ呼び出される。void loop() すなわち電源を入れた直後またはボードをリセッ返し呼び出される。このため正転・逆転を繰り返トした後に一度だけ呼び出される。void loop() 関数は void setup()関数が呼ばれた後に，繰り返トした後に一度だけ呼び出される。void loop() すことになる。8行目と10行目のdelay（1000）関数は void setup()関数が呼ばれた後に，繰り返し呼び出される。このため正転・逆転を繰り返す関数は void setup()関数が呼ばれた後に，繰り返はプログラムを1000ms，つまり1秒だけ止めるし呼び出される。このため正転・逆転を繰り返すことになる。8 行目と 10 行目の delay(1000)はプし呼び出される。このため正転・逆転を繰り返す命令である。ことになる。8 行目と 10 行目の delay(1000)はプログラムを 1000ms，つまり１秒だけ止める命令でことになる。8 行目と 10 行目の delay(1000)はプログラムを 1000ms，つまり１秒だけ止める命令である。ログラムを 1000ms，つまり１秒だけ止める命令である。 5－2．シリアル通信機能を使うある。図13にシリアルモニタからfを送信するとス５－２．シリアル通信機能を使う５－２．にシリアルモニタからシリアル通信機能を使う図２ 13． f を送信するとステッピングモーターを1回転，bを送信すると逆５－シリアル通信機能を使う図 13 にシリアルモニタから f を送信するとステッピングモーターを 1 回転，b を送信すると逆図 13 にシリアルモニタから f を送信するとス 1回転，hを送信すると1/2回転，qを送信するテッピングモーターを 1 回転，b を送信すると逆 1 回転，h を送信すると11/2 回転，q を送信するとテッピングモーターを回転，b を送信すると逆と1/4回転，1を送信すると1ステップ回転，－ 11/4 回転，h を送信すると 1/2 回転，q を送信すると回転，を送信すると 1 を送信すると１ステップ回転，－を送 1 回転，h 1/2 回転，q を送信するとを送信すると逆1ステップ回転するスケッチ4を 1/4 回転，1 を送信すると１ステップ回転，－を送 1/4 回転，1 を送信すると１ステップ回転，－を送示す。スケッチ4の3行目は文字型の変数nを宣. 言する。. #include <Stepper.h> Stepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); #include <Stepper.h> #include <Stepper.h> Stepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); Stepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); void setup() { stepper.setSpeed(30); void setup() { void setup() { } stepper.setSpeed(30); stepper.setSpeed(30); } } void loop() { stepper.step(200); void loop() { void loop() { delay(1000); stepper.step(200); stepper.step(200); stepper.step(-200); delay(1000); delay(1000); delay(1000); stepper.step(-200); stepper.step(-200); } delay(1000); delay(1000); } } 図 12 スケッチ 3（正転・逆転を繰り返す）図 12 スケッチ 3（正転・逆転を繰り返す）図12 スケッチ3（正転・逆転を繰り返す）図 12 スケッチ 3（正転・逆転を繰り返す）. 信すると逆１ステップ回転するスケッチ 4 を示す。信すると逆１ステップ回転するスケッチ 4 を示す。スケッチ 4 の 3 行目は文字型の変数 n を宣言する。信すると逆１ステップ回転するスケッチ 4 を示す。 6行目のSerial.begin（9600）はシリアル通信スケッチ 4 の 3 行目は文字型の変数 n を宣言する。 6 行目の Serial.begin(9600)はシリアル通信のデスケッチ 4 の 3 行目は文字型の変数 n を宣言する。のデータ転送レートを9600bps（ビット/秒）に 6 行目の Serial.begin(9600)はシリアル通信のデ 6 行目の Serial.begin(9600)はシリアル通信のデ設定する。9行目のSerial.read（）は受信データ 5 5 5. を読み込み変数nに代入する。10行目以降はif文. 27.

(7) 秋葉治克. #include <Stepper.h> #include <Stepper.h> Stepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); Stepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); char n; char n; void setup() { void setup() { stepper.setSpeed(10); stepper.setSpeed(10); Serial.begin(9600); Serial.begin(9600); } } void loop() { void loop() { n=Serial.read(); n=Serial.read(); if(n=='f') { if(n=='f') { Serial.println("FORWARD"); Serial.println("FORWARD"); stepper.step(200); stepper.step(200); } } if(n=='b') { if(n=='b') { Serial.println("BACKWARD"); Serial.println("BACKWARD"); stepper.step(-200); stepper.step(-200); } } if(n=='h') { if(n=='h') { Serial.println("1/2"); Serial.println("1/2"); stepper.step(100); stepper.step(100); } } if(n=='q') { if(n=='q') { Serial.println("1/4"); Serial.println("1/4"); stepper.step(50); stepper.step(50); } } if(n=='1') { if(n=='1') { Serial.println("1"); Serial.println("1"); stepper.step(1); stepper.step(1); } } if(n=='-') { if(n=='-') { Serial.println("-1"); Serial.println("-1"); stepper.step(-1); stepper.step(-1); } } } }. 図14 シリアルモニタの起動. 図 14. 図 14 シリアルモニタの起動シリアルモニタの起動. 図 15 シリアルモニタ画面図図15 シリアルモニタ画面 15 シリアルモニタ画面 1，－のいずれかの小文字を一つずつキー入力して 1，－のいずれかの小文字を一つずつキー入力してテッピングモーターが回転する。逆にArduinoか送信ボタンをクリックし，パソコンから Arduino 送信ボタンをクリックし，パソコンから Arduino らパソコンにfを受信するとFORWARD，bをに送信すると指定したステップ数でステッピングに送信すると指定したステップ数でステッピング受信するとBACKWARD，hを受信すると1/2，モーターが回転する。逆に Arduino からパソコンモーターが回転する。逆に Arduino からパソコン qを受信すると1/4，1を受信すると1，－を受に f を受信すると FORWARD ， b を受信するとに信すると－1というメッセージが送信される。 f を受信すると FORWARD ， b を受信すると BACKWARD，h を受信すると 1/2，q を受信すると BACKWARD，h を受信すると 1/2，q を受信すると 1/4，1 を受信すると 1，－を受信すると-1 という 1/4，1 を受信すると 1，－を受信すると-1 という 5－3．アナログ入力を使うメッセージが送信される。メッセージが送信される。アナログピンの入力値をもとにステッピング. 13 スケッチ 4（シリアル通信）図 13 図スケッチ 4（シリアル通信）図13 スケッチ4（シリアル通信）. モーターを回転させる。これまでの回路に図16に５－３５．－ア３ナ．ロアグナ入ロ力グを入使力うを使う示す回路を追加する。半固定抵抗器（10kΩ）をアナログピンの入力値をもとにステッピングモータ転送レートを 9600bps(ビット/秒)に設定すアナログピンの入力値をもとにステッピングモータ転送レートを 9600bps(ビット/秒)に設定すを使って受信した文字を判別し，Serial.println ブレットボード（6穴版，EIC-3901，秋月電子ーターを回転させる。これまでの回路に図る。9 行目の Serial.read()は受信データを読み込ーターを回転させる。これまでの回路に図 16 に 16 にる。9 行目の Serial.read()は受信データを読み込（データ）でデータの末尾にキャリッジリターン通商）上に配置し，ジャンパーワイヤーを使って示す回路を追加する。半固定抵抗器(10kΩ)をブレ n に代入する。10 行目以降は if 文を使っ示す回路を追加する。半固定抵抗器(10kΩ)をブレみ変数み変数 n に代入する。10 行目以降は if 文を使っとニューラインを付けてメッセージをシリアルモ Arduinoの5V，アナログピン（A0），GNDにットボード(6 穴版,EIC-3901,秋月電子通商)上にて受信した文字を判別し，Serial.println(デーットボード(6 穴版,EIC-3901,秋月電子通商)上にて受信した文字を判別し，Serial.println(デーニタに送信した後，指定したステップ数でステッ接続する。配置し，ジャンパーワイヤーを使ってのタ)でデータの末尾にキャリッジリターンとニュ配置し，ジャンパーワイヤーを使って ArduinoArduino のタ)でデータの末尾にキャリッジリターンとニュピングモーターを回転させる。図17にスケッチ5を示す。スケッチ5の3～4 5V，アナログピン(A0)，GND に接続する。ーラインを付けてメッセージをシリアルモニタに 5V，アナログピン(A0)，GND に接続する。ーラインを付けてメッセージをシリアルモニタに図14に示すように「ツール」→「シリアルモニ行目は整数型の変数valおよびpreviousを宣言す図 17 にスケッチ 5 を示す。スケッチ 5 の 3～4 送信した後，指定したステップ数でステッピング図 17 にスケッチ 5 を示す。スケッチ 5 の 3～4 送信した後，指定したステップ数でステッピングタ」の順にクリックしてシリアルモニタを起動する。 9 行目のanalogRead（0）はアナログピン行目は整数型の変数 val および previous モーターを回転させる。行目は整数型の変数 val および previous を宣言を宣言モーターを回転させる。る。図15に示すように入力エリアにf，b，h，（A0）から半固定抵抗器の出力電圧0V～5V 9 行目の analogRead(0)はアナログピン(A0) 図 14 に示すように「ツール」→「シリアルモニする。9する。行目の analogRead(0)はアナログピン(A0) 図 14 に示すように「ツール」→「シリアルモニ q，1，－のいずれかの小文字を一つずつキー入の電圧を読み取り，0～1023の数値に変換した後，から半固定抵抗器の出力電圧の電圧を読タ」の順にクリックしてシリアルモニタを起動すから半固定抵抗器の出力電圧 0V～5V 0V～5V の電圧を読タ」の順にクリックしてシリアルモニタを起動す力して送信ボタンをクリックし，パソコンから変数valに代入する。10行目はval－previousを計み取り， 0～1023 の数値に変換した後，変数 15 に示すように入力エリアに f，b，h，q，み取り， 0～1023 の数値に変換した後，変数 val に val にる。図る。図 15 に示すように入力エリアに f，b，h，q， Arduinoに送信すると指定したステップ数でス算してステップ数とし，ステッピングモーターを. 28. 6. 6.

(8) 技術科教育におけるステッピングモーター教材の開発. 5V5V. 半固定抵抗器半固定抵抗器5V 半固定抵抗器. GND GND GND A0A0 A0. A0 A0 A0 5V 5V 5V. CdSCdS CdS 図図16 1616 追加した回路（アナログ入力）追加した回路（アナログ入力）図16 追加した回路（アナログ入力）追加した回路（アナログ入力）図. GNDGND GND. 10ｋΩ 10ｋΩ 10ｋΩ. A5 A5 A5. CdSCdS CdS. 図 18 18 追加した回路（光センサー）図18 追加した回路（光センサー）図 18追加した回路（光センサー）追加した回路（光センサー）図. ーボン抵抗の接続部をジャンパーワイヤーを使っの光センサーとカーボン抵抗の接続部をアナログーボン抵抗の接続部をジャンパーワイヤーを使っーボン抵抗の接続部をジャンパーワイヤーを使って Arduino のアナログピン(A0)に，右側の光センのアナログピン(A0)に，右側の光センピン（A5）に接続する。光センサーのカーボンて Arduino て Arduino のアナログピン(A0)に，右側の光センサーとカーボン抵抗の接続部をアナログピン(A5) 抵抗と接続されていない側は2組ともArduinoのサーとカーボン抵抗の接続部をアナログピン(A5) サーとカーボン抵抗の接続部をアナログピン(A5) に接続する。光センサーのカーボン抵抗と接続さ 5Vに，カーボン抵抗の光センサーと接続されてに接続する。光センサーのカーボン抵抗と接続さに接続する。光センサーのカーボン抵抗と接続さ void setup() { れていない側は組とも Arduino Arduino のの 5V 5V に，カーに，カー void いない側は2組ともGNDに接続する。れていない側は 22 組とも voidsetup() setup(){ { れていない側は 2 組とも Arduino の 5V に，カー stepper.setSpeed(30); stepper.setSpeed(30); ボン抵抗の光センサーと接続されていない側は stepper.setSpeed(30); ボン抵抗の光センサーと接続されていない側は 22 2 図19にスケッチ6を示す。スケッチ6の3～4 ボン抵抗の光センサーと接続されていない側は }}} 組とも GND に接続する。に接続する。組とも GND 行目はアナログピンの番号0および5を整数型の組とも GND に接続する。 void loop() { void loop() { { 図 19 にスケッチ 66 を示す。スケッチを示す。スケッチ 66 のの 3～4 3～4 void 図 19 変数left_cdsおよびright_cdsとして宣言する。5 val = = loop() analogRead(0); 図にスケッチ 19 にスケッチ 6 を示す。スケッチ 6 の 3～4 val analogRead(0); val = analogRead(0); 行目はアナログピンの番号および 55 を整数型のを整数型の stepper.step(val previous); 行目はアナログピンの番号 00 および～7行目は整数型の変数nL，nRおよび文字型の stepper.step(val -- previous); 行目はアナログピンの番号 0 および 5 を整数型の stepper.step(val - previous); previous = val; 変数 left_cds left_cds およびおよび right_cds right_cds として宣言する。として宣言する。 previous = val; 変数変数frgを宣言する。11行目は変数frgに空白を代 previous = val; 変数 left_cds および right_cds として宣言する。 }} 5～7 行目は整数型の変数行目は整数型の変数 nL，nR nL，nR および文字型のおよび文字型の } 5～7 入し初期化する。14～15行目は左側の光センサー 5～7 行目は整数型の変数 nL，nR および文字型の変数 frg frg を宣言する。を宣言する。11 11 行目は変数行目は変数 frg frg に空白をに空白を図 17 17 スケッチスケッチ 5（アナログ入力） 5（アナログ入力）変数図から読み取った値を変数nLに，右側の光センサー図17 スケッチ5（アナログ入力）変数 frg を宣言する。11 行目は変数 frg に空白を図 17 スケッチ 5（アナログ入力）代入し初期化する。14～15 14～15 行目は左側の光センサ行目は左側の光センサ代入し初期化する。から読み取った値を変数nRに代入する。16～19 代入し初期化する。14～15 行目は左側の光センサーから読み取った値を変数 nL nL に，右側の光センに，右側の光セン代入する。10 10 行目は行目は val－previous val－previous を計算してスを計算してスーから読み取った値を変数代入する。回転させる。11行目は変数valの値を以前のアナ行目は変数nLおよびnRの値にメッセージを付けーから読み取った値を変数 nL に，右側の光セン代入する。10 行目は val－previous を計算してスサーから読み取った値を変数 nR nR に代入する。16 に代入する。16 テップ数とし，ステッピングモーターを回転させサーから読み取った値を変数テップ数とし，ステッピングモーターを回転させログピンの入力値として変数previousに代入しててシリアルモニタに送信する。20～29行目はif文サーから読み取った値を変数 nR に代入する。16 テップ数とし，ステッピングモーターを回転させ～19行目は変数行目は変数nL nLおよびおよびnR nRの値にメッセージをの値にメッセージをる。11 11 行目は変数行目は変数 val val の値を以前のアナログピンの値を以前のアナログピン～19 る。保存する。これにより，半固定抵抗器のつまみのを使って左右どちらの光センサーに手をかざした～19 行目は変数 nL および nR の値にメッセージをる。11 行目は変数 val の値を以前のアナログピン付けてシリアルモニタに送信する。 20～29 行目は行目はの入力値として変数 previous に代入して保存す付けてシリアルモニタに送信する。 20～29 の入力値として変数 previous に代入して保存す回転に追随してステッピングモーターが回転する。かを判別し，ステッピングモーターを1/2回転ま付けてシリアルモニタに送信する。 20～29 行目はの入力値として変数 previous に代入して保存す if 文を使って左右どちらの光センサーに手をか文を使って左右どちらの光センサーに手をかる。これにより，半固定抵抗器のつまみの回転に if る。これにより，半固定抵抗器のつまみの回転にたは逆1/2回転させる。その際，変数frgにはステッ if 文を使って左右どちらの光センサーに手をかる。これにより，半固定抵抗器のつまみの回転にざしたかを判別し，ステッピングモーターを 1/2 追随してステッピングモーターが回転する。ざしたかを判別し，ステッピングモーターを 1/2 追随してステッピングモーターが回転する。 5－4．光センサーを使うピングモーターが現在1/2回転し終えた状態にあざしたかを判別し，ステッピングモーターを追随してステッピングモーターが回転する。回転または逆 1/2 回転させる。その際，変数回転させる。その際，変数 frg frg 1/2 回転または逆 1/2 光センサーを2個使用して，左側の光センサーる場合は文字列Lが，逆1/2回転し終えた状態に回転または逆 1/2 回転させる。その際，変数にはステッピングモーターが現在 1/2 回転し終え回転し終え frg ５－－４４．．光光セセンンササーーをを使使ううにはステッピングモーターが現在 1/2 ５に手をかざすとステッピングモーターが1/2回転，ある場合は文字列Rが代入されており，これをif にはステッピングモーターが現在 1/2回転し終回転し終え５光センサーを－４．光セン2サーを使うた状態にある場合は文字列が，逆 1/2 1/2 個使用して，左側の光センサーた状態にある場合は文字列 LL が，逆回転し終光センサーを 2 個使用して，左側の光センサー右側の光センサーに手をかざすと逆1/2回転させ文を使って判別することによりgoto out命令でif た状態にある場合は文字列R Lが代入されており，が，逆 1/2 回転し終光センサーを 2 個使用して，左側の光センサーえた状態にある場合は文字列に手をかざすとステッピングモーターが 1/2 回転，回転，えた状態にある場合は文字列 R が代入されており，に手をかざすとステッピングモーターが 1/2 る。図16の回路を取り除き，図18に示す回路を追文から抜け出し，重複して同方向に回転しないよえた状態にある場合は文字列 R が代入されており，に手をかざすとステッピングモーターが 1/2 回転，これをこれを if 文を使って判別することにより文を使って判別することにより goto 右側の光センサーに手をかざすと逆 1/2 回転させ回転させ if goto 右側の光センサーに手をかざすと逆 1/2 加する。光センサー（CdS）とカーボン抵抗（10kΩ，うにしている。 goto 右側の光センサーに手をかざすと逆 1/2 回転させ outこれを命令でif if文を使って判別することにより文から抜け出し，重複して同方向に重複して同方向にる。図 16 の回路を取り除き，図の回路を取り除き，図 18 18 に示す回路をに示す回路を out 命令で if 文から抜け出し，る。図 16 1/4W）をブレットボード上に配置し直列に接続「ツール」→「シリアルモニタ」の順にクリッ回転しないようにしている。追加する。光センサー(CdS)とカーボン抵抗(10k out 命令で if 文から抜け出し，重複して同方向にる。図 16 の回路を取り除き，図 18 に示す回路を回転しないようにしている。追加する。光センサー(CdS)とカーボン抵抗(10k したものを左右2組作る。左側の光センサーとクしてシリアルモニタを起動する。図20に示すよ「ツール」→「シリアルモニタ」の順にクリッ Ω,1/4W)をブレットボード上に配置し直列に接続回転しないようにしている。追加する。光センサー(CdS)とカーボン抵抗(10k 「ツール」→「シリアルモニタ」の順にクリッ Ω,1/4W)をブレットボード上に配置し直列に接続カーボン抵抗の接続部をジャンパーワイヤーをうに，光センサーから読み取った値そのものがクしてシリアルモニタを起動する。図 20 に示すに示すしたものを左右組作る。左側の光センサーとカ「ツール」→「シリアルモニタ」の順にクリッ Ω,1/4W)をブレットボード上に配置し直列に接続クしてシリアルモニタを起動する。図 20 したものを左右 22 組作る。左側の光センサーとカ使ってArduinoのアナログピン（A0）に，右側時々刻々と表示される。左側の光センサーの値がクしてシリアルモニタを起動する。図 20 に示すしたものを左右 2 組作る。左側の光センサーとカ #include <Stepper.h> <Stepper.h> #include #include <Stepper.h> Stepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); Stepper Stepperstepper stepper= = Stepper(200,8,9,10,11); Stepper(200,8,9,10,11); int val; int intval; val; int previous previous = 0; int int previous= = 0;0;. 77. 7. 29.

(9) 秋葉治克. #include <Stepper.h> #include <Stepper.h> Stepper = Stepper(200,8,9,10,11); Stepperstepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); int =0;=0; intleft_cds left_cds int =5;=5; intright_cds right_cds int intnL; nL; int intnR; nR; char frg; char frg; void { { voidsetup() setup() stepper.setSpeed(30); stepper.setSpeed(30); Serial.begin(9600); Serial.begin(9600); frg=' '; frg=' '; }. }. 図 20. void loop() { void loop() { nL=analogRead(left_cds); nL=analogRead(left_cds); nR=analogRead(right_cds); nR=analogRead(right_cds); Serial.print("left="); Serial.print("left="); Serial.print(nL); Serial.print(nL); Serial.print(" right="); Serial.print(" right="); Serial.println(nR); if(nL < 900 ) { Serial.println(nR); if(frg <==900 'L') if(nL ) {{ goto out;} stepper.step(100); if(frg == 'L') { goto out;} frg='L'; stepper.step(100); } frg='L'; if(nR < 900) { } if(frg 'R') {{ goto out;} if(nR == < 900) stepper.step(-100); if(frg == 'R') { goto out;} frg='R'; stepper.step(-100); } frg='R'; out: } delay(200); out: }. り，シリアルモニタに表示された値を見てそのつ 5－5．アームロボを使うり，シリアルモニタに表示された値を見てそのつど決めなければならない。ステッピングモーターとサーボモーターを使っど決めなければならない。. て物を運び，物を容器に入れるアームロボ教材を５－５．アームロボを使う製作した。製作手順は以下の①～⑧に従う。５－５．アームロボを使うステッピングモーターとサーボモーターを使っ ① 図21に示すように，アーテックのサーボステッピングモーターとサーボモーターを使って物を運び，物を容器に入れるアームロボ教材をモーター3個とブロックを使用してアームロて物を運び，物を容器に入れるアームロボ教材を製作した。製作手順は以下の①～⑧に従う。ボ10）を組み立てる。 ①製作した。製作手順は以下の①～⑧に従う。図 21 に示すように，アーテックのサーボ ② 図22に示すように，支柱と接続するために ① 図 21個とブロックを使用してアームに示すように，アーテックのサーボモーター3 アームロボにブロック（基本四角，白）を差モーター3 個とブロックを使用してアームロボ 10) を組み立てる。 10) し込む。 ② 図 22 に示すように，支柱と接続するためにロボを組み立てる。 ③アームロボにブロック(基本四角,白)を差 ②図23に示すように，支柱を組み立てる。支図 22 に示すように，支柱と接続するために柱1および支柱2はアームロボを取り付けるし込む。アームロボにブロック(基本四角,白)を差ための支柱である。ブロック（ハーフA，薄 ③ 図 23 し込む。に示すように，支柱を組み立てる。支グレー）2個の上にブロック（基本四角，薄柱 2 はアームロボを取り付け ③1 および支柱図 23 に示すように，支柱を組み立てる。支. delay(200);. }. るための支柱である。 A,薄グレー）それを2列にした。柱を3個差し込み， 1 および支柱ブロック(ハーフ 2 はアームロボを取り付け. 図 19 スケッチ 6（光センサー）図19 スケッチ6（光センサー）. グレー)2 個の上にブロック(基本四角,薄グ支柱3はアームロボが運ぶ物を載せるためのるための支柱である。ブロック(ハーフ A,薄. 図 19 スケッチ 6（光センサー）ように，光センサーから読み取った値そのものが left，右側の光センサーの値がrightである。例え. レー)を 3 個差し込み，それを 2 列にした。支柱である。ブロック（基本四角，薄グレー）グレー)2 個の上にブロック(基本四角,薄グ支柱 3 はアームロボが運ぶ物を載せるためを4個差し込んだ。土台はブロック（18ベーレー)を 3 個差し込み，それを 2 列にした。の支柱である。ブロック(基本四角,薄グレス）を2個連結した。. 時々刻々と表示される。左側の光センサーの値がば，左側の光センサーに手をかざして数値の違いように，光センサーから読み取った値そのものが left，右側の光センサーの値が right である。例を見てみると，明るいと数値が大きくなり，暗い時々刻々と表示される。左側の光センサーの値がえば，左側の光センサーに手をかざして数値の違と小さくなることが確認できる。これにより，光 left，右側の光センサーの値が right である。例いを見てみると，明るいと数値が大きくなり，暗センサーの値がある値（閾値）よりも小さくなっえば，左側の光センサーに手をかざして数値の違いと小さくなることが確認できる。これにより，た場合に手がかざされたと判別するわけであるいを見てみると，明るいと数値が大きくなり，暗光センサーの値がある値(閾値)よりも小さくなっが，スケッチの20行目と25行目では900を使っていと小さくなることが確認できる。これにより，た場合に手がかざされたと判別するわけであるが，いる。この値は周囲の環境（室内照明灯のON/ 光センサーの値がある値(閾値)よりも小さくなっスケッチの 20 行目と 25 行目では 900 を使ってい OFF，外から入る太陽光など）により変化するた場合に手がかざされたと判別するわけであるが，る。この値は周囲の環境(室内照明灯の ON/OFF，ものであり，シリアルモニタに表示された値を見スケッチの 20 行目と 25 行目では 900 を使ってい外から入る太陽光など)により変化するものであてそのつど決めなければならない。る。この値は周囲の環境(室内照明灯の ON/OFF，. 支柱 3 はアームロボが運ぶ物を載せるため 4 個差し込んだ。土台はブロック(18 ④ー)を図24に示すように，アームロボを支柱に差の支柱である。ブロック(基本四角,薄グレベース)を 2 個連結した。し込む。サーボモーター servo5はアームをー)を 4 個差し込んだ。土台はブロック(18 ④ 図 24 に示すように，アームロボを支柱に差上下に振る。servo6はアーム先端を握る放ベース)を 2 個連結した。し込む。サーボモーターservo5 はアームをす。servo7はアームを左右に振る。 ④ 図 24 に示すように，アームロボを支柱に差上下に振る。servo6 はアーム先端を握る放 ⑤ 図25に示すように，厚さ2mmのダンボーし込む。サーボモーターservo5 す。servo7 はアームを左右に振る。はアームをル紙を直径190mmの円形にカットした後，はアーム先端を握る放 ⑤ 図 25 上下に振る。servo6 に示すように，厚さ 2mm のダンボール高さを1/2にカットした紙コップ4個を回転す。servo7 はアームを左右に振る。紙を直径 190mm の円形にカットした後，高角度90°間隔で配置し，ホットグールボンド ⑤ 図 25 に示すように，厚さ 2mm のダンボールで接着する。紙を直径 190mm の円形にカットした後，高. 外から入る太陽光など)により変化するものであ8 30. シリアルモニタ画面. 図20 シリアルモニタ画面図 20 シリアルモニタ画面. 8.

(10) 技術科教育におけるステッピングモーター教材の開発. servo7 servo7. 図 21. 図 24. アームロボを組み立てる. 基本四角を差し込む. 図22 基本四角を差し込む. 図 22. 支柱1. servo6 servo6. アームロボを支柱に取り付ける. 図図24 アームロボを支柱に取り付ける 24 アームロボを支柱に取り付ける. 図 21図21 アームロボを組み立てるアームロボを組み立てる. 図 22. servo5 servo5. 図 25. ダンボール紙に紙コップを接着する. 図 25. ダンボール紙に紙コップを接着する. 図25 ダンボール紙に紙コップを接着する. 基本四角を差し込む. 支柱2. 支柱1. 支柱2. 支柱3. 支柱3. 土台. 土台図 26 ステッピングモーターにねじ止めする図26 ステッピングモーターにねじ止めする. 図図23 支柱を組み立てる 23 支柱を組み立てる. 図 23 支柱を組み立てる 1/2 にカットした紙コップ 4 個を回転 ⑥ さを図26に示すように，⑤をユニポーラステッ. 図 26 ステッピングモーターにねじ止めするピングモーターST-42BYG020 の回転軸に取 8番， 9番，10番，11番，GNDピンとステッ. 角度 90°間隔で配置し，ホットグールボンピングモーター ST-42BYG020の回転軸に取さを 1/2 にカットした紙コップ 4 個を回転ドで接着する。り付けた5mmモーターシャフト用ハブにね角度 90°間隔で配置し，ホットグールボン ⑥ じ止めする。図 26 に示すように，⑤をユニポーラステッドで接着する。 ⑦ 図27に示すように，Arduinoのディジタル ⑥ 図 26 に示すように，⑤をユニポーラステッ. り付けた 5mm モーターシャフト用ハブにねピングモータードライバーのX，/X，Y，/ ピングモーターST-42BYG020 の回転軸に取じ止めする。 Y，GNDをジャンパーワイヤーで接続すり付けた 5mm モーターシャフト用ハブにね ⑦ る。Arduinoのディジタル5番，6番，7番図 27 に示すように，Arduino のディジタルじ止めする。ピンとサーボモーター servo5，servo6，servo7 ⑦ 図 27 に示すように，Arduino のディジタル 9. 9. 31.

(11) 秋葉治克. 図27 Arduinoとドライバーおよびサーボモーターの接続. 図28 サーボモーターと電池ボックスの接続. 13行目以降において，write（angle）はサーボの各SIG（制御信号）をジャンパーワイヤー. モーターの角度を0°～180°の範囲で設定し，シャ. で接続する。ステッピングモーターのコイル. フトをその方向に向ける。この命令を実行する. をステッピングモータードライバーのターミ. と，//の右側にコメントしてある通りにアームロ. ナルブロックにねじ止めする。ステッピング. ボは動作する。up，downはアームを上下に振ら. モータードライバーのDCジャックにスイッ. せる。left，rightはアームを左右に振らせる。. チングACアダプター（ 9 V，2.0A，100～. grip，releaseはアームを握る放つ。なお，. 120V，秋月電子通商）を接続し，その電源. rotationはステッピングモーターを1/4回転させ. プラグをコンセントに差し込む。Arduinoと. る。delay（t）はプログラムを500ms，つまり0.5. パソコンをUSBケーブルで接続する。. 秒だけ止める。19行のfor文は，4個の紙コップ. ⑧ 図28に示すように，ブレットボード上でサーボモーター servo5，servo6，servo7の. にブロックを3個ずつ入れるために波カッコで囲まれた命令を12回繰り返し実行する。. 各＋V（電源）およびGNDを電池ボックス（単. 図30に位置決めを完了したアームロボ教材の全. 3×4本，スイッチ付，XHコネクタ付）の. 体の外観を示す。位置決めおよび操作の仕方は以. ＋極および－極にジャンパーワイヤーで接続. 下の①～⑦に従う。. する。なお，電池ボックスはXHコネクタに. ① 土台のブロック（18ベース）を粘着テープ. 両端ロングピンヘッダ（2P）を差し込んで. （セロテープや両面テープなど）で机上に固. ブレットボードに接続した。. 定する。. 以上で，組み立て・配線作業は完成である。図29にアームロボを使ってブロック（基本四角）を運び，4個の紙コップにブロックを3個ずつ入. ② ステッピングモータードライバーのDC ジャックからACアダプターを外して回転しないようにする。. れるスケッチ7を示す。スケッチ7の2行目は. ③ プログラムを実行する。アームロボはブ. Servoライブラリをインクルードする。4～6行. ロックを運び，紙コップに入れる動作を12回. 目はServo型の変数をservo5，servo6，servo7と. 繰り返すので，この間に物を載せる支柱（図. して宣言する。7行目は整数型の変数tを宣言し. 23の支柱3）と紙コップ（つまり，ステッピ. 500を代入しておく。10～12行目のattach（pin）. ングモーター）の位置を調整する。. はサーボ変数servo5，servo6，servo7をArduino. ④ 位置決めができたら支柱を移動し，ステッ. のディジタル5番，6番，7番ピンに割り当てる。. ピングモーターを粘着テープで机上に固定す. 32.

(12) 技術科教育におけるステッピングモーター教材の開発. #include <Stepper.h> #include <Servo.h> Stepper stepper = Stepper(200,8,9,10,11); Servo servo5; Servo servo6; Servo servo7; int t=500; void setup() { stepper.setSpeed(30); servo5.attach(5); servo6.attach(6); servo7.attach(7); servo5.write(45); delay(t); servo6.write(60); delay(t); servo7.write(100); delay(2000); for(int i=1; i<=12; i++) { servo5.write(85); delay(t); servo6.write(130); delay(t); servo5.write(45); delay(t); servo7.write(170); delay(t); servo5.write(80); delay(t); servo6.write(60); delay(t); servo5.write(45); delay(t); servo7.write(100); delay(t); stepper.step(50); } servo5.write(45); delay(t); }. // up // release // left. 図図30 アームロボ教材の全体の外観 30 アームロボ教材の全体の外観. // down. ロックを持ち上げる。ブロックを左へ運ぶ。ブロッボを動作させ，物を載せる支柱の上でブロ. // grip. クを下げる。ブロックを放し紙コップに入れる。ックを手渡し運ばせる。. // up. アームを上げる。アームを右に移動し最初の状態図 31～図 39 にアームロボ教材の動作のようすにする。ステッピングモーターで紙コップを回転を示す。人の手によりブロックを支柱の上に載せ. // right. させる。以上の動作を12回繰り返すと図40に示する。上からアームが下りて来てブロックを握る。. // down. ように，4個の紙コップそれぞれに赤，黄，緑のブロックを持ち上げる。ブロックを左へ運ぶ。ブ. // release. ロックを下げる。ブロックを放し紙コップに入れブロックが1個ずつ入れられ終了となる。. // up. る。アームを上げる。アームを右に移動し最初の. // left. 状態にする。ステッピングモーターで紙コップを. // rotation. 回転させる。以上の動作を 12 回繰り返すと図 40. // up. に示すように， 4 個の紙コップそれぞれに赤，黄，ステッピングモーターにはユニポーラステッピ. 6．発展. 緑のブロックが１個ずつ入れられ終了となる。ングモーターとバイポーラステッピングモーターの2種類がある11）。前者は高速トルクが大きく，. void loop() {. ６．発展後者は低速トルクが大きい特長を持っている。. }. 図41および図42にバイポーラステッピングモータステッピングモーターにはユニポーラステッードライバーの回路図および外観を示す。. 図図29 スケッチ7（アームロボ） 29 スケッチ 7（アームロボ）繰り返すので，この間に物を載せる支柱(図る。の支柱 3)と紙コップ(つまり，ステッピ ⑤ 23ステッピングモータードライバーのDC ングモーター)の位置を調整する。ジャックにACアダプターを接続する。 ④ ⑥ 位置決めができたら支柱を移動し，ステッアームロボに運ばせるブロック（基本四角，ピングモーターを粘着テープで机上に固定赤4個，黄4個，緑4個）を用意する。 ⑦ する。 ArduinoのRESETボタンを押してアーム ⑤ ロボを動作させ，物を載せる支柱の上でブステッピングモータードライバーの DC ジ. ャックに AC アダプターを接続する。ロックを手渡し運ばせる。 ⑥ アームロボに運ばせるブロック(基本四角, 図31～図39にアームロボ教材の動作のようすを赤 4 個,黄 4 個,緑 4 個)を用意する。示す。人の手によりブロックを支柱の上に載せる。 ⑦ Arduino の RESET ボタンを押してアームロ上からアームが下りて来てブロックを握る。ブ. 図 31. ブロックを支柱に載せる. 図31 ブロックを支柱に載せる. 11. 33.

(13) 秋葉治克. 34. 図32 ブロックを握る. 図35 ブロックを下げる. 図33 ブロックを持ち上げる. 図36 ブロックを放し紙コップに入れる. 図34 ブロックを左へ運ぶ. 図37 アームを上げる.

(14) 技術科教育におけるステッピングモーター教材の開発. 図38 アームを右に移動する. 図 38. 図40 12回繰り返し終了. アームを右に移動する. 図 40. Arduinoへの接続の仕方とスケッチはユニポーラピングモーターとバイポーラステッピングモータの場合と同一である。ーの 2 種類がある 11）。前者は高速トルクが大き大学生または院生を対象とした授業では，スく，後者は低速トルクが大きい特長を持っている。テッピングモータードライバーの製作が容易なユ図 41 および図 42 にバイポーラステッピングモニポーラの方が導入しやすい。大学生なら90分でータードライバーの回路図および外観を示す。製作できる。しかし，バイポーラの方は部品点数 Arduino への接続の仕方とスケッチはユニポーラが2倍であり製作時間が長くなるのにともない配の場合と同一である。線ミスも多くなることが予想される。そこで，授大学生または院生を対象とした授業では，ステ業では回路図と実物を見せながら口頭で紹介するッピングモータードライバーの製作が容易なユニにとどめ，特に電気回路について豊富な知識と上ポーラの方が導入しやすい。大学生なら 90 分で達した技能を有する受講生だけに製作させること製作できる。しかし，バイポーラの方は部品点数. 図39 紙コップが回転する. 図 39. 12 回繰り返し終了. 紙コップが回転する. 黒. ステッピングモーター ST-42BYH1004 5V、400ステップ. 緑. トランジスタは2SC1815以外はダーリントンダンパ内蔵しか使用できません。. 赤. ACアダプタ 6V, 2.8A. 青. ＋ 2SB885 3.3k. 1JU41. 1JU41 2SB885 3.3k. 2SB885 3.3k 2SC1815 3.3k. 2SC1815 3.3k 2SD1195 1JU41 3.3k. 1JU41. Ｙ D10. －. 2SC1815 3.3k 2SD1195 1JU41 3.3k. Ｘ D9. 1JU41 2SB885 3.3k. 2SC1815 3.3k. 2SD1195 3.3k. Ｘ D8. 1JU41. Ｙ D11. 1JU41. 2SD1195 3.3k. GND. Arduino uno. 図 41. 図41 バイポーラステッピングモータードライバーの回路図. バイポーラステッピングモータードライバーの回路図. 13. 35.

(15) 秋葉治克. 000000l156.html（2020年8月12日参照） 3）ステッピングモータの基本的な構造と動作原理， https://www.moonsindustries.com/jp/article/ techschooljp-stepmotor-00006-step-motor-basics （2020年8月12日参照） 4）臨床工学技士の為の電子工作， https://electronic.tousekice.com/（2020年8月12日参照） 5）Arduino UNO＋A4988でステッピングモータを回す， https://blog.goo.ne.jp/snagai4500/e/ca8bbfca4c6c7f1 c772d129ea5ea4e65（2020年8月12日参照） 6）ArduinoとA4988でステッピングモーターを制御する. 図42 バイポーラステッピングモータードライバーの外観. 法，https://iot.keicode.com/arduino/arduino-steppermotor-a4988.php（2020年8月12日参照） 7）arduinoでステッピングモーターを回す実験， http://miha.jugem.cc/?eid=94（2020年8月12日参照）. を想定している。. 8）ステッピングモータの駆動運転，. 7．おわりに. 9）Arduino日本語リファレンス，. https://www.indexpro.co.jp/article/detail/2/8（2020 年8月15日参照） http://www.musashinodenpa.com/arduino/ref/. 筆者は，技術科の学生を対象として電気領域と情報領域を融合した，Arduinoで制御するプログラミング教材を開発し，2019年に院生を対象に授業実践を行った。授業全体の構成は第 1 章 LED，第2章 RGB LED，第3章ブザー，第 4章圧電サウンダ，第5章光センサー，第6 章温度センサー，第7章超音波距離センサー，. (2020年8月15日参照） 10）Studuino ブロックプログラミング環境入門ガイド後編，35-53，(2018）， https://www.artec-kk.co.jp/studuino/ja/studuino_ v2.php（2020年8月20日参照） 11）ユニポーラ駆動とバイポーラ駆動， http://www.mechatroidea.com/sekkei-seizu/ acutuater/s027-stepping-u-b.html（2020年8月28日参照）. 第8章人体検出赤外線センサーと外部割込み，第9章ボイスメモと外部割込み，第10章ソリッドステートリレーと外部割込み，第11章 DCモーターの制御，第12章サーボモーターの制御，第13章ステッピングモーターの制御，第 14章 SDカードシールド，第15章 XBeeである。本論文は第13章をまとめたものである。今後は難易度を調整の上，学部学生を対象に授業実践を行う。. 引用文献 1）文部科学省検定教科書，技術・家庭[技術分野]，開隆堂，106，(2016) 2）ステッピングモーターの基本， https://www.marubun.co.jp/service/mps/a7ijkd. 36. . （旭川校准教授）.

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