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箕面市立北小学校の教室でミニドローンをScratchプログラミング飛行(第一時間目)

10/4(水)箕面市立北小学校のパソコンクラブの皆さんとScratchプログラミングでミニドローン(63グラム、ガード付き)を飛ばしました。
箕面市立北小学校のパソコンクラブのメンバーは4年生が4名、5年生が5名、6年生が3名の計12名です。
ノートPC3台、タブレッド3台、ミニドローン3台、ゲームパッド3台を持参し講師3名でお邪魔しました。

パソコンクラブのメンバーはWebGLのゲームで歓声があがり、ミニドローンの操縦で大歓声、最後のプログラミング飛行では本当に目を輝かせてドローンが飛ぶ姿を見ていました。
学校のブログで紹介していただいています。
箕面市立北小学校の校長先生を始め、担当の先生方、教育研究所の先生方には企画段階から当日の会場準備にまでご配慮いいただき心より感謝いたします。

学習ステップ

Step1.WebGLを使い3Dで描かれたドローンをゲームパッドで操縦しゲーム感覚でドローンの動きを体験します。
※本物のミニドローンを操縦する前に、以下イラストの注意事項を徹底します。
Step2.本物のミニドローンをゲームパッドで操縦(モード2)し動作を体験します。
Step3.Scratchで課題をプログラミングしミニドローンを飛ばします。

終了後に、先生方とお話をして「ぜひ、またやりましょう!」となり第2時間目をおこなうことになりました。

システム構成

名称
KidsDrone for Scratchと名付けました。
WindowsPCをWiFiでAndroid端末と接続し、そのAndroid端末からParrot社の各種ミニドローンをBluetoothで接続しコントロールします。
(macOS,iOS用は開発中)

配布について
今月中に無償で配布します。(商業利用、業務利用は不可)
・Scratch用コマンド拡張ファイル
・WindowsPC用ブリッジアプリ
・Android端末用制御アプリ
の構成です。

システム構成の背景
・スクラッチでプログラムを作ってドローンを飛ばしたい。
・スクラッチだと制御の周期が長い(百数十〜数百ミリ秒)ので細かく微妙な制御を行うのは困難。
・小学生〜高校生の学習用途と考えると、機体が飛ぶ仕組みやどのように制御して前後左右上下に動くとかを意識せず、地面を走るラジコンのように方向とどれだけ動かしたいかだけが動くのがよい。
・細かな機体の制御をしなくても安定して飛行できること。
・手動で飛ばす場合には大きい機体の方が安定して飛ぶが室内限定・子どもが扱うとなると、大きな機体は危険、うまく制御できなかった時の危険性を下げるためには小さくて安定した機体が有利。
・どこでも飛ばせる200g以下の機体(おもちゃ扱い)
=>ということで手動操縦でも手を離せば自動でホバリング&前後上下左右に容易に飛ばせるParrotのミニドローンを選択。

WindowsのBluetoothの問題
・Windowsからパロットのミニドローンを制御するのは難しい。
・Parrot社からの公式SDKはWindowsに対応していない。
・Bluetoothアダプタのドライバーをハックしてプロトコルスタックを自前のプロトコルスタックに置き換えることで、WindowsからParrot社の機体を制御している事例はあるが使用可能なBluetoothアダプターが限定されている。(例:node.js)
・現在使用可能なBluetoothアダプタが将来も入手可能とは保証できないし、将来発売されるBluetoothアダプタが使用可能かどうかは不明。
・Windows自体のセキュリティーが高くなっているので、Bluetoothアダプタのドライバーのハック自体がいつまで可能かわからない。
・現状はタブレット(Android/iOs)では公式にはスクラッチは実行できないのでWindows上でスクラッチを実行。
・ロードマップとしてはタブレット端末(Android/iOs)のみで動くようにする予定。

=>スクラッチの実行自体は別のPCで、実際の飛行制御は専用のアプリで行う。

Scratch2 Offline Editorを選択
・Scratch2 Offline Editorを拡張ファイルのみで対応せずにAdobeAIRを用いてUIを拡張し実装するのは現行のScratch2 Offline Editorそのものは随分と古いバージョンのSDKでコンパイルされているのでセキュリティの問題や予想外の不具合があった場合のリスクは避け、独立したアプリで実現する方が賢明と判断。
・Scratch3 βバージョンがリリースされているので検証したが、まだまだ完成度が低くハードウェアをコントロールするにはかなり不安。

システム概念図

構成の詳細

ScratchDroneBridge④では作成したプログラムの3Dシミュレーションが可能です。(リリースまでに)

今後は

体育館でのプログラミングによるタイムレースや、飛行軌跡でクリスマスツリーを描きたいと考えています。

大阪府下で実施してみたい小学校がありましたらご連絡ください。
無償で実験させていただきます。(写真や動画は公開させていただければ嬉しいです。)

追加:音声で操縦(操縦してるのはオレンジ色のシャツを着た女の子)

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・子ども用ドローンの開発と販売
・Scratchによる児童向けドローン制御プログラミング書籍の発行
・ドローン制御技術に関する情報を発信し制御技術書籍を発行
・ミニドローンによるレースイベントの開催
・WebGLによるドローンシミュレーターの開発
・ドローン女子講習会の運営

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