フィジカルコンピューティング入門 USB-MIDIベースのPepper-Monakaを使う

Copyright (C) 2015 by Yoshitaka Kuwata All Rights Reserved
フィジカル・コンピューティング入門
USB-MIDIベースのPepper-Monakaを使う
August, 29, 2015
室蘭工業大学
桑田喜隆
室蘭工業大学　公開講座

自己紹介
2
桑田喜隆（くわたよしたか）
kuwata[at]mmm.muroran-it.ac.jp

・フィジカルコンピューティング用のプラットフォームを開発。
　CCライセンスで公開中
・エレキジャックのWebに記事を執筆中
・著書：「Gainer互換Pepperでフィジカルコンピューティング」
ホームページ
http://morecatlab.akiba.coocan.jp/

フィジカルコンピューティングとは
•  フィジカルコンピューティング（Physical Computing）は，「パソ
コンを外部の世界につなぎ，コンピュータと人間とのインタラク
ションのあり方を研究」する研究分野の一つ�
•  これまでのキーボード，マウス，ディスプレイなどを使ったグラ
フィカル・ユーザ・インターフェース（GUI）を越えた新しい形式
のインターフェースを作る取り組み�
•  パソコンと組み合わせた電子工作のプロトタイプ開発環境とし
てもお勧め�
3

本日の内容
•  第一部�導入編�
§  メイカームーブメント�
§  メイカームーブメントの背景�
§  プロトタイピング環境�
•  第二部�実践編�
§  基礎知識�
•  Processing�
•  Pepper�
§  ハンズオン�
§  まとめ�
4

メイカームーブメントとその背景を理解する
プロトタイピング環境を理解する
第一部　導入編
5

Maker movement
•  だれもがメーカーになれる時代
§  「Makers – 21世紀の産業革命」、クリス・アンダースン
•  デジタルツールを活用したものづくり
§  設計ツール
§  工作機械
§  外注
•  自宅にいながら、インターネットを介して創作活動を共
有することができる。
§  設計情報の共有
§  ノウハウの共有
6

メイカームーブメント
•  国内最大のDIYの展示会
•  2015年8月1日、2日　
•  東京国際展示場西ホールで開催
•  出展者数：380組
•  来場者数：１5,000人
•  主催者：オライリージャパン
•  参考：http://makezine.jp/event/mft2015/
7
Maker Faire Tokyo 2015

展示物の例 (MTF2014)
•  morecat_labでOSSとして
公開している「MocoLUFA」
をArduino Unoに入れると、
パソコンやiPadのDTMソフ
トからケーブル一本でつな
げることのできるUSB-MIDI
デバイスが作れます。
•  応用例としてミニキーボード、
monomeライクなデバイス、
PSGシンセ等を紹介します。
自分で試したい人向きに、
MocoLUFA入りのArduino
UnoやUSB-MIDI開発キット
も頒布します。
8
http://morecatlab.akiba.coocan.jp/lab/
index.php/2014/09/mft2014entry/

積層型3Dプリンタ
•  プラスチック(PLAやABS)を溶かして積層させて形状を構成する
•  金型が不要で容易に設計した形状の物体が作成できる
•  プロトタイプ作成などに最適
メイカームーブメントの背景
パーソナル（デスクトップ）ファブリケーション
9
RepRapPro Mendel (license: GPL)
RepRapWiki(reprap.org)より引用
MakerBot Replicator
　www.makerbot.comより引用

パーソナル（デスクトップ）ファブリケーション
10
Shapeoko – Open Source Hardware
Desktop CNC Milling Machine
http://www.shapeoko.com/より引用
KitMill Qt100　オリジナルマインド
http://www.originalmind.co.jp/products/kitmill_qt　よ
り引用
デスクトップCNC
•  パソコンから制御する工作機械
•  金属、木材などの加工が可能
•  手軽に利用できる

オープンソースハードウェア
•  オープンソースソフトウェア(OSS)のハードウェア版
•  ソース、回路図、ファームウェア、ソフトウェア、素材
一覧、パーツリスト、設計図、基板設計ファイルなど
のあらゆる開発情報を公開すると決めたプロジェクト
に対する総称
•  定められたライセンスの下に、中身を調べたり、自由
に変更したり、改善できるようにする。
•  オープンソース・ハードウェア（OSHW）の定義1.0
§  http://www.oshwa.org/definition/japanese/
11

クラウド・ファンディング
•  インターネットを使った資金集めの手段
•  ソーシャル・ファンディングとも呼ばれる。
•  インターネット上で出資を募り、資金集めを実施する。資金集
めが成功した場合、出資者に約束した報酬（初期ロット製品
など）を返す。
•  クラウド・ファンディングを元に企業したスタートアップも多数。
•  大企業のマーケティング手法としても使われる。
例
•  KickStarter　（https://www.kickstarter.com/, 米国）
•  Makuake （https://www.makuake.com/, 日本）
12

オンライン・コミュニティおよびSNS
•  一般向けだが、メーカ関連でも頻繁に情報交換に使われる
§  Twitter　　（電子工作クラスター（？）が存在する）
§  mixi　　　　（一般向けSNSだが、オンラインコミュニティがある）
§  Facebook　
§  ニコニコ動画　（工作物の動画を共有する。ニコニコ技術部はミーティ
ングを開催）
•  開発者向けのオンライン・コミュニティ
§  開発プラットフォームに特化したコミュニティサイト
•  Arduino, mbed,
§  ディストリビュータの提供するコミュニティサイト
•  Adafruit, sparkfun
§  Thingiverse （3Dデータの共有）
§  Github　（ソースコードのリポジトリ）
§  Hackaday.io （プロジェクトの共有サイト）
§  Instructables （www.instructables.com/ 作り方を共有するサイト）
13

thingiverse
•  3Dデータの共有サイト
§  データのプレビュー
§  データのダウンロード
§  3Dプリント方法
§  カスタマイズ方法
•  コミュニティ支援機能
§  LIKES
§  COLLECTIONS
§  MAKES
§  マッシュアップ
14

thingiverse
•  統計情報の提供
§  アクセス数
§  ダウンロード数
§  LIKES数
§  WATCH数
§  COLLECTS数
§  コメント数
§  RIMIX数
15

市民工房、Fablabなど
•  一般市民が誰でも利用出来る工房。工作のための道具、機
械や場所を提供する。
§  FabLab (ファブラボ）
§  Hackerspace (ハッカースペース）
§  はんだづけカフェ
16

FabLab (ファブラボ）
「ファブラボは、デジタルからアナログまでの多様な工作
機械を備えた、実験的な市民工房のネットワークです。個
人による自由なものづくりの可能性を拡げ、「自分たちの
使うものを、使う人自身がつくる文化」を醸成することを目
指しています。」　http://fablabjapan.org/whatsfablab/　
より引用
国内に13個　
17

Hackerspace (ハッカースペース）
「ハッカースペースとは、コミュニティによって運営されて
いる実際のスペース(場所)です。そこでは、いろんな人に
会ったり一緒にプロジェクトに取り組んだりすることがで
きます。東京ハッカースペース(THS)はオープンコミュニ
ティラボで、テクノロジーとか、科学、クッキング、ガーデ
ニング、デジタルアート、ソーイング等々に興味を持って
いる人たちが同じ趣味を持つ仲間を見つけ、プロジェクト
を開始し作業をすることができるインフラも備え持つ場所
です。」　http://quake.tokyohackerspace.org/　より引用
THSは東京都（乃木坂）日本人以外のメンバーが多いコ
ミュニティ。
　 18

はんだづけカフェ　
•  はんだづけカフェは、電子工作のための道具や場所をシェア
することができるオープン・スペースです。 LEDを光らせたこ
ともないような初心者から、電子回路を使ったインタラクティブ
な作品を作るアーティスト、自ら基板を設計してしまうような
ギークまで、様々な人が集まって、そこにいる誰かとちょっとし
た会話をしたり、買ってきたパーツをハンダ付けしたり、そうい
うことができる場所です。　
　　http://handazukecafe.com/　より引用
•  SwitchScience社の提供する電子工作のためのオープンス
ペース。秋葉原（東京）。半田ごてやネットワーク環境を提供。
19

プロトタイピング環境とその動向
電子回路のプロトタイプ環境
§  ラグ板
§  ユニバーサル基板
§  ブレッドボード
§  電子ブロック
マイコンベースのプロトタイプ環境
§  Arduino
§  Gainer
§  mbed
§  Raspberry Pi
§  littlebits
§  konashi
§  Scratch + センサーボード
20

電子ブロック
•  学習用に、ブロックに組み込んだ電子部品を組み合わせることで電子回
路を簡単に構成出来るようにしたもの。
•  ラジオや発信機など150種の電子回路が実験出来る。
•  2002年に学研から復刻版が発売された
21
"Gakken EX150". Licensed under CC 表示-継承 3.0 via ウィキメディア・コモンズ - https://commons.wikimedia.org/wiki/
File:Gakken_EX150.jpg#/media/File:Gakken_EX150.jpg
"Denshi blocks". Licensed under CC 表示-継承 3.0 via ウィキメディア・コモンズ - https://commons.wikimedia.org/wiki/
File:Denshi_blocks.jpg#/media/File:Denshi_blocks.jpg

プロトタイピング環境
Arduino（アーデュイーノまたはアルデュイーノ）
•  2005年にイタリアで開始されたロボット制御用のプロトタイピング環境
•  専用マイコンボードと開発環境(IDE)により、ハードウェア詳細を意識せずに簡単
に制御できる。
•  シールドと呼ばれる拡張ボードを接続することで、機能を拡張できる。
•  多くのライブラリや作例がインターネット上に公開されており、参考にできる。
•  各種の互換機が作成されており、◯◯duinoと呼ばれている。
ファイル:ARDU-03 02.jpg, Arduino Mega2560.jpg　クリエイティブ・コモンズ表示-継承 2.0 一般ライセンス
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:ARDU-03_02.jpg
公式ホームページ
https://www.arduino.cc/
22

Gainer （ゲイナー）
•  国産のフィジカルコンピューティング環境で、2006年発表
•  PCにつないだセンサーアクチュエータを制御する方式。
•  開発用言語としてProcessing, MAX/MSP, Flashがサポートされた
•  クリエイティブ・コモンズ・ライセンス「表示-非営利-継承 2.1 日本」
http://gainer.cc/
中央：Gainer
左：Gainer mini （互換機）
右：Ginger （互換機）
筆者撮影
23

mbed（エンベッド）
•  2005年に英ARM社のエンジニアによって開始されたプロジェクト
•  32ビットのARMプロセッサにより高速処理が可能
•  ブラウザで動作するオンラインIDEによって開発環境をクラウド化。USB
メモリとして認識されるmbedにコンパイル結果を書き込むことで開発が
行われる。
•  2013年に発表されたmbed2.0からオープン化された。
•  各社互換機を提供している。
“Mbed RapidPrototypingBoard with NXP LPC1768(ARM
Cortex-M3) MCU”. Licensed under CC 表示-継承 3.0 via
ウィキメディア・コモンズ
https://developer.mbed.org/
24

Raspberry Pi　（ラズベリーパイ）
•  英ラズベリーパイ財団によって学校教育向けに開発されたシ
ングルボードコンピュータ（2012年）
•  25ドルと低価格。最新版のRaspberry Pi2は35ドル。
•  HDMIディスプレイとキーボードマウスをつなぎ、SDカードか
らLinuxを起動することで、パソコンとして使える。
File:Raspberry Pi 2 Model B v1.1 top new.jpg アップロード者: Multicherry CC 表示-継承 4.0 https://ja.wikipedia.org/wiki/
%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Raspberry_Pi_2_Model_B_v1.1_top_new_%28bg_cut_out%29.jpg#/
media/File:Raspberry_Pi_2_Model_B_v1.1_top_new_%28bg_cut_out%29.jpg
https://www.raspberrypi.org/
25

littlebits　（リトルビッツ）
•  電子回路の学習用のキット
•  モジュールを磁石でつなげることで、電子回路を構成する
•  センサー、アクチュエータ。
•  シンセサイザー用のキット等もある。
写真は公式ホームページより引用
26
http://jp.littlebits.com/

•  2013年に発売されたiOSデバイス用のツールキット
•  BLE(無線環境)を使って、iPhoneやiPadから制御可能。
•  専用アプリを利用してJavaScriptでプログラムできる。
•  無線モジュール以外はオープンソース。
konashi　（こなし）
公式ホームページ http://konashi.ux-xu.com/
27
写真は公式ホームページより引用

•  MITメディアラボで開発された子供向けプログラミング言語
•  視覚的にプログラムを組むことができる、「ビジュアルプログ
ラミング言語」
•  センサーボードを利用たフィジカルコンピューティング環境
Scratch（スクラッチ） + センサーボード
28
「なのぼ～ど」 NanoBoard AGを利用した「なのか
～」 http://tiisai.dip.jp/?page_id=935　より引用

29
外部の世界
パソコンの世界
センサ
アクチュエータ
フィジカルコン
ピューティング
デバイスPPiinnAA == 11
PPiinnBB == 00;;;;
フィジカルコンピューティングのアーキテクチャ
フィジカルコンピューティングの構成要素
・フィジカルコンピューティング・デバイス
・ファームウエア
・関連するライブラリ
・ソフトウエアの開発環境
開発環境
ライブラリ
ファーム
ウエア

30
外部の世界
パソコン
ファームウエア
program
書き込み
パソコン
外部の世界
program
（共通）
変更型
(Arduinoなど）
外部制御型
(Gainerなど）
フィジカルコンピューティングデバイスの比較
よりシンプル、
より簡単
高い柔軟性

31
アーキテクチャの比較
ファームウエア変更型
外部制御型

実行形態

スタンドアロン
ＰＣとの連携

ＰＣとの連携

実装例

・Arduino
・Wiring[5]

・Gainer
・USB Bit Whacker[6]
・Arduino with Firmata[7]

ファームウエ
ア開発環境

Arduino
(Processing)

組込み済み(不要)

ホストＰＣ開発
環境

Processing, Adobe
Flash，Max/MSPなど

Processing， Adobe Flash，
Max/MSPなど

電気回路の基礎知識
Processingの基礎知識
基礎知識
32

Processingとは？
•  UCLAでBen Fryらによって設計された言語処理系（開発環
境）
•  Javaをベースとしてた、オープンソースソフトウエア
•  俗称: Proce55ing, p5
•  プログラマでない、アーティストやデザイナにも使い易いこと
を目指す。
•  対話的に美しいCGを作成したり、データのビジュアライズを
することが出来る。
•  Windows/MacOSX/Linux用アプリケーションとアプレットの
作成が出来ます。
http://processing.org/
参考文献：「Processingをはじめよう」　Casey Reas, Ben Fry
著、船田　巧訳、オライリージャパン
33

メニューバー
ツールバー
タブ
テキストエディタ
テキストエリア
メッセージエリア
Processingのユーザインタフェース
34

Processingのツールバーの動作
Run: プログラムのコンパイルと実行
Stop: 実行中プログラムの停止
New: 新規スケッチ作成
Open: 既存スケッチを開く
Save: スケッチを保存
Export: Applet形式に変換
35

Processingのプログラムの基本構造
36
/*
Hello World from pepper
*/
import monaka.*;
import themidibus.*;
monaka pepper;
int on = 0;
void setup(){
}
void draw() {
}
Void mousePressed() {
}

コメントは
/* */も
//も可能
ライブラリのインポート
大域変数の宣言と初期化
setup()
初期化のための関数
draw()
画面描画などの関数
マウスが押されたとき呼
ばれるコールバック関数

Pepper(もなか)について
•  フィジカルコンピューティング用の世界最小プラット
フォーム（基盤）
•  パソコンからUSB経由で4本のI/Oを制御できます。
•  Pepper(もなか）はMIDIベースで制御するソフトが
入っているバージョンです。
§  無印PepperはGainer互換の別物
•  オープンソースハードウェア（OSHW）として設計情
報はすべて公開されています。
•  Switch Scienceで販売されています。
37

Pepper(もなか)のソフトウェア
•  Pepperもなかは設計情報を全てgithubで公
開しています。
§  https://github.com/kuwatay/monaka
•  本日使うプログラムも同じ場所からダウンロー
ドできます。
§  https://github.com/kuwatay/monaka/tree/
master/Processing/monaka/Examples
38

Pepper（もなか）の動作モード
•  Pepper（もなか）には複数の動作モードが存
在します。
•  動作モードによって入出力ピンのしようが変化
します。
•  ホストからコマンドで動作モードを指定します。
•  一度設定した動作モードは電源を切っても保
持されます。
39

Pepper（もなか）の動作モード設定
モード１
モード２
モード３
モード４
モード５
モード６
モード７
モード８
特徴
デジタ
ル出力
コンビ
ネー
ション
トリガ
出力
アナロ
グ入出
力
デジタ
ル入力
アナロ
グ入出
力
マトリク
ス
サーボ
出力
アナロ
グ入力
０
０
０２
０
３
０
２
アナロ
グ出力
０
０
０
２
０
１
０
０
デジタ
ル入力
０
１０
０
４
０
０
０
デジタ
ル出力
４
２
２（トリ
ガ）
０
０
０
０
０
その他
０
TONE
START/
STOP
CLOCK
０
０
０
2x2 IN
2x2 OUT
2 x
SERVO
40

動作モードとピンの割り当て
41
USB
Tiny85
６番ピン
１番ピン
アナログ、デジタルとも
扱う電圧は５Vです。
それ以上の電圧を扱
いたい場合には別に
電子回路を追加する
必要があります。
ピン番号
モード１
モード２
モード３
モード４
モード５
モード６
モード７
モード８
6
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
5
D-Out 
(D#3)
D-In 
(D#3)
START/
STOP
A-In 
(CC#23)
D-In 
(D#3)
A-In 
(CC#24)
COL1
A-In 
(CC#23)
4
D-Out 
(D3)
TONE
MIDI
CLOCK
A-Out 
(CC#23)
D-In 
(D3)
A-Out 
(CC#22)
COL0
SERVO 
(CC#23)
3
D-Out 
(C#3)
D-Out 
(C#3)
Trig-Out 
(C#3)
A-Out 
(CC#22)
D-In 
(C#3)
A-In 
(CC#23)
ROW1
SERVO 
(CC#22)
2
D-Out 
(C3)
D-Out 
(C3)
Trig-Out 
(C3)
A-In 
(C#22)
D-In 
(C3)
A-In 
(CC#24)
ROW0
A-In 
(CC#22)
1
+5V
+5V
+5V
+5V
+5V
+5V
+5V
+5V

アナログ入力について
•  ０Vから５Vの電圧を入力できます。
•  ８ビットのアナログーデジタル(AD)変換をします。(128段階）
•  １個のAD変換ユニットを切換えて複数のチャンネルを読み取
ります。このため、全く同じ時刻のデータではありません。
42
出力データ
入力電圧(V)
0
0
127
5

アナログ出力について
•  アナログ出力はPulse Width Modulation (PWM)により得てい
ます。（128段階）
•  十分高い周波数で切換えていますが、雑音が問題になる場合
には、コンデンサなどで平滑化する必要があります。
43
０の場合
63の場合

実際にPepperを動かして
フィジカル・コンピューティングを体験しよう
ハンズオン
44

ハンズオンの実施手順
1. 部品の確認
2. パソコン接続の確認
3. 音出しによる動作確認
4. 出力
§  Lチカ
5. 入力
§  光センサ
§  加速度センサ
§  距離センサ
45

部品名
規格
数量
備考
部品名
規格
数量
備考
Pepper
micro
もなか版
1
光センサ
CdSセル
5mmタイプ
1
ブレッド
ボード
小
1
距離セン
サ
ＧＰ２Ｙ０Ａ２
１ＹＫ
1
ジャンパ
線
（15cm）
赤、青、
白、緑、
黒、各３
15
加速度セ
ンサモ
ジュール
KXR94-20
50
1
LED
赤、緑
各2
micro-
USBケー
ブル
Ａオス－マ
イクロＢオ
ス　１．５ｍ
1
抵抗
470オー
ム
４
ジョイス
ティック
2-Axis
Joystick
2
抵抗
10Kオー
ム
２
圧電ス
ピーカー
ＳＰＴ１５
１
圧力セン
サー
FSR-40
2
１
パーツリスト
46

ブレッドボードのしくみ
47
14a- 14e
14f – 14j
はそれぞれ内部でつ
ながっています。電源とグランド用にそ
れぞれの列は内部で
つながっています。
・リード線を穴に差し込ん
で回路を構成します。
・新しいBBは差し込みの
際に硬いことがあります。
・なるべく線の下を持って
折れないように真直ぐ差
し込んで下さい。

パソコン接続の確認（ケーブルを繋ぐ）
48
パソコンのUSBポートに接続する
表面の青色
LEDが点灯
する
注意点
・直接本体のUSBポートにつなぐ
・HUB経由だと認識されない
・基板の裏側が金属でショートしないようにする

パソコン接続の確認（Windowsの場合）
49
「STARTメニュー」→
「コントロールパネル」→
「デバイスマネージャ」選択
「サウンド、ビデオ、およびゲームコントローラー」に「Pepper-Monaka」があることを確認
Pepper-Monaka
をクリック

パソコン接続の確認（MacOSXの場合）
50
「Appleメニュー」→
「このMacについて」→
「システムレポート…」ボタン押下
「USB」→
「USB装置ツリー」→
「PEPPER-Monaka」
を確認する

パソコン接続確認
51
うまく行かない場合
・ディスクが動いているあら、しばらく待つ。
　認識に時間がかかる場合があるため。
・パソコン本体のコネクタにつなぐ。
・パソコン本体の別のUSBコネクタを試す。
　(USB2.0, USB3.0）
接続の確認が終わったら、一旦ケーブルを抜いて下さい。

Processingの準備　（1）
52
githubからProcessing用のライブラリをダウンロード。
https://github.com/kuwatay/monaka/tree/master/Processing/dist/libraries.zip
1. Rawを押してダウンロードする
2. libraries.zipをダウンロード
フォルダに保存する。

Processingの準備　（２）
53
Processing用のフォルダを作成　（既にあれば作成不要）
•  Windowsの場合
「ドキュメント-> Processing」
•  MacOSXの場合
「書類 -> Processing」
Githubからダウンロードしたlibraries.zipをProcessing用のフォルダに移動
libraries.zipを展開
３個のフォルダが作成されていることを確認

Processingの起動
54
Processingが導入済みであることが前提です。
1. WinsowsメニューからProcessingを選択
2. 画面中央にウインドウが出る

演習１：音階を出そう
パソコンからのMIDI出力
55
パソコン
Processing
圧電スピーカ
波形
（音階）
Processing
から
プログラム
Pepper
MIDIデー
タ
MIDIを扱える
DTMプログラムで
も大丈夫
簡易なMIDI音源になります。
（矩形波、単音出力）

演習１：音階を出そう（続き）
56
圧電スピーカをPepperにつなぐ。
実体配線図
回路図

57
配線の方法
実体配線図
ブレッドボード上で右の実体配線図よ
うに配線してください。
(1) ブレッドボードにPepperをさしこむ。
(2) 圧電ブザーのケーブルをPepper
の4番ピンと6番ピンにつなぐ。
（極性はないので、どちらでも良い）
(3) micro USBケーブルでPepperを
PCにつなぐ。

実行手順
・Processingを立ち上げる
・プログラムを開く
　Processing -> libraries -> monaka ->
Examples -> monaka_mode2.pde
・実行する（▶）
・PCのキーボードを押すと音が出る
（簡単な演奏できます）
58

59
ド
レ
ミ
ファ
ソ
ラ
シ
ド
ド#
レ#
ファ#
ソ#
ラ#
パソコンキーボードと鍵盤の対応
プログラムの中に、対応表を持っています。
プログラムを改造すれば、音程を拡張したり自分の好きな配
置にすることも出来ます。

演習１：応用アイデア
60
もなかはMIDI規格をベースに通信を行います。
DTMソフトから音程を出すことで、プログラムを使わずに制御
することもできます。
WindowsのDominioの例
http://takabosoft.com/domino
「もなかはMIDIベース」

演習２：LEDを点滅しよう
パソコンからのデータ出力
61
パソコン
Processing
アクチュエータ
アナログ
電圧
Processing
から
プログラム
Pepper
アナログ
データ
発光ダイオード
（LED)
ソレノイド
モーター
リレー
ランプ
．．．

62
演習２−１：LEDを点滅しよう　配線図
足の長い方が
プラス（＋）
Pepper
1番ピン
Pepper
６番ピン
実体配線図
抵抗は足を曲
げる
Pepper2番ピ
ンにつなぐ
LEDを１つだけつないで制御します。
回路図
【電流制限抵抗】
４７０オーム

Hello World !
001 //
002 // Pepper-monaka mode:1 test
003 // Four digital out
004 //
005
006 import monaka.*;
007 import themidibus.*
008
009 monaka pepper;
010
011 void setup() {
012 size(400,400);
013 background(0);
014
015 pepper = new monaka(1);
016 }
017
63
Monake_LED1.pde
018 void draw() {
019
020 if (mousePressed == true) {
021 fill(0);
022 pepper.digitalOutput(0, 1);
023 } else {
024 fill(255);
026 }
027 }
pepperを制御するオブジェク
ト（モード１）を設定します。
押されていなければ、
デジタル出力０に値を
出力します。
マウスが押されたら
デジタル出力1に値を
出力します。

Hello Worldの実行例
64
実行時には消灯して
います
マウス左クリックで
LEDが点灯します

65
演習２−２：LEDを点滅しよう　配線図
回路図
実体配線図
グランドの配
線を追加する
Pepper３番ピ
ンにつなぐ
もう一回路追
加する
１個LEDを増設して、２つのLEDを制御します。

002 import themidibus.*;
003
004 monaka pepper;
005
006 void setup() {
007 size(400,400);
008 background(0);
009
011 }
012
013 void draw() {
014 if (mousePressed == true) {
015 background(255);
016 fill(0);
017 if (mouseButton == LEFT)
019 if (mouseButton == RIGHT)
021 } else {
022 background(0);
023 fill(255);
024 if (mouseButton == LEFT)
026 if (mouseButton == RIGHT)
028 }
029 }
Hello World ! 2.0
66
monaka_LED2.pde
マウスのボタン（右）、ボ
タン（左）の状態によって
点灯するLEDを変更す
る

Hello World 2.0の動作
67
実行時には消灯して
います
マウス左クリックで赤
マウス右クリックで緑

演習２：応用アイデア
•  ナイトライダー
§  Pepperのモード1はデジタル出力が４個とれます。
§  LEDを4個を使って、ナイトライダーを作れます。
•  ルーレット
§  ナイトライダーの応用です。キーボードから回転を
止めましょう。
•  メールのお知らせアプリ
§  メールが来たらLEDが点灯する
§  メールサーバとの通信が必要になります。
68

演習２：センサで測ろう
パソコンへのデータ取り込み
69
パソコン
Processing
センサなど
アナログ
電圧
Pepper
アナログ
データ
光センサ
距離センサ
加速度センサ
温度センサ
ガスセンサ
．．．．
Processingから
プログラム

光センサ（CdS）とは
70
ＣｄＳセル（硫化カドミウムセル）
■光の量により抵抗値が変わります。
明るくなると抵抗値が小さくなります。
暗くなると抵抗値が大きくなります。
■価格が安く多用されていましたが、
近年環境への配慮から半導体のセ
ンサに置き換えられています。
明るい場合
暗い場合

演習３
71
実体配線図
Pepper２番ピ
ンにつなぐ
USB
CdSセルを使って明るさを測定します。
電源：Pepper
１番ピンにつ
なぐ
CdSセル
回路図
10Kオームで分圧して、
アナログ入力に入れる
・配線をする場合には、必ずパソコンからUSBを抜くこと
・USBを差し込む前に配線を十分確認すること

明るさの測定プログラム
003
004 monaka pepper;
005 PFont myFont;
006
007 void setup() {
008 size(250,250);
009 background(0);
010
012 myFont = loadFont("CourierNewPSMT-24.vlw");
013 textFont(myFont, 24);
014
015 frameRate(20);
016 }
017
018 void draw() {
019 background(0);
020 text("Analog[0] = "+ pepper.analogInput(0), 30, 125);
022 }
023
72
monaka_analogin2.pde
アナログ入力で読み込んだ
値を画面に表示する。
Monakaをモード4に設定
画面のフィレームレートを20
の設定

演習３：明るさの測定
73
Analog[0]が光センサの値。
明るいほど小さくなる。
monaka_analohin2.pde

光センサの応用
•  自動調光
§  光センサに応じてLEDの明るさを変える
•  音楽演奏
§  音楽演奏の入力装置として使う
§  テルミン風の楽器
•  データロガー
§  センサの記録を取る
§  インターネットサイトにログデータを送る
§  Twitterで呟く。
74

回路図
実体配線図
Pepper２番ピ
ンにつなぐ
CdSセルを使って測定した明るさでLEDを制御します。
光センサの応用：調光器
75
LED回路を増
設する
USB
LED回路を増
設する

調光器
003
004 monaka pepper;
005 PFont myFont;
006
007 void setup() {
008 size(250,250);
009 background(0);
010
012 myFont =
loadFont("CourierNewPSMT-24.vlw");
014 frameRate(20);
015 }
76
016
017 void draw() {
018 int v = pepper.analogInput(0);
019 background(0);
020 text("Analog[0] = "+
pepper.analogInput(0), 30, 135);
021 text("Analog[1] = "+
pepper.analogInput(1), 30, 155);
022
023 // LED Control
024 pepper.analogOutput(0, v);
025 }
026
アナログ入力で読み込んだ値
をそのままアナログ出力に出
している。
LEDautolight.pde

光センサの応用：SoundDemo
77
001 /* sound demo with soundclipher */
002
003 import arb.soundcipher.*;
006
007 PFont myFont;
008 monaka pepper;
009 SoundCipher sc = new SoundCipher(this);
010
011 int cnt = 0;
012
013 void setup() {
014 size(250,250);
018 frameRate(8);
019 }
020
SoundDemo.pde
021 void draw() {
022 int v;
023 v = pepper.analogInput(1); // read analog port
024 background(v*2); // Display Control
025 fill(255, 0, 0);
026 text("Analog[0] = " + v ,30, 135);
028 if (++cnt >= 8) {
029 sc.instrument(random(80));
030 cnt = 0;
031 }
032 // sc.instrument(1);
033 // sc.playNote(random(40) + 60 - v/2, random(50) +
70, 0.2);
034 // sc.playNote( 60 - v/4, random(50) + 70, 0.2);
035 sc.playNote( 60 - v/4, pepper.analogInput(0)/2 + 70,
0.2);
036
037 }
Soundcipherパッケージを使った簡単なデモ。
センサの値によって、音程が変わります。
http://explodingart.com/soundcipher/

距離センサとは
78
距離センサは測定した距離を電圧で出力します。
シャープの測距モジュール。
・赤外線ＬＥＤとＰＳＤ（position sensitive
detector) を使用して、非接触で距離を検出す
ることができます。
・測定した距離をアナログ電圧で出力します。

■測距範囲：１０〜８０ｃｍ
■出力：アナログ電圧出力
■寸法：２９．５×１３×１３．５ｍｍ
■用途：ロボット・アミューズメント等
■電源：４．５〜５．５Ｖ

距離センサを使う回路
79
回路図
実体配線図
付属のケーブ
ルの色に注意
距離センサを使って、物体までの距離を測定します。
極性を間違える
と、センサが壊れ
ます！！
USB
端子をつなぐだけ。ただ
し、ケーブルの色注意

距離センサを使うプログラム
80
付属のケーブ
ルの色に注意
測定結果が表
示される。
センサに手を
かざすと値
が変わる

81
加速度センサ
加速度センサは、携帯電話やゲーム機などで利
用されています。
X、Y、Zの３軸の加速度が測定できます。
出力はアナログ電圧で、電源電圧の半分のオフ
セットが付きます。
■カイオニクス社　ローノイズ３軸加速度センサ
■ＸＹＺ　±２g
■アナログ出力　感度：６６０ｍＶ／Ｇ
■オフセット　１．６５Ｖ（０ｇ：３．３Ｖ時）
■電源電圧：３．３〜５Ｖ（標準：３．３Ｖ）
■周波数範囲：５０〜１０００Ｈｚ

回路図
実体配線図
加速度センサの回路図
82
USB
1番ピンをこち
らにする
３軸加速度センサ
モジュール
　KXR94-2050
1
4
5
8

003
004 monaka pepper;
005 PFont myFont;
006
007 void setup() {
008 size(250,250);
009 background(0);
010
014
015 frameRate(20);
016 }
017
018 void draw() {
019 background(0);
023 }
024
加速度センサプログラム
83
アナログ入力を３個使う
ため、モード６を指定しま
す。
３個の値を読み込んで
表示します。

加速度センサの実装例
84
時間軸に沿って、値をプロット
すると面白いです。
Processingのライブラリを使っ
てプロットするのも良いと思い
ます。
SimpleScope3ch.pde

加速度センサの応用
85
ボールの動きを加速度セン
サーでコントロールできます。

マウスでクリックすると画面中
央にボールが戻ります。
rolling.pde

ジョイスティック
86
ジョイスティックは、携帯ゲーム機などで利用され
ています。
X、Yの２軸の位置（回転角）が測定できます。
抵抗体なので、片側を電源に片側をアースに接
続して利用します。
■PARALLAX社　2軸ジョイスティック
■電源仕様　0.01W 10VDC最大
■インタフェース　１０KΩポテンショメータ（グランド
共通）
■動作温度　０℃から７０℃
■大きさ　41.67mm x 25.56mm x 27.94mm
外観
接続図

実体配線図
ジョイスティック
87
回路図
加速度センサーと同じプロ
グラムが動作します。
（但し、２軸の情報のみ）

88
圧力センサ
外観
特性
内部構造
高分子厚膜フィルムを利用したセン
サーで、センサ部に圧力を加えると
抵抗値が減少する。
・厚さ：０．２０～１．２５ｍｍ 
・感圧範囲：０．２Ｎ～２０Ｎ 
・最小感度：２０ｇ～１００ｇ

圧力センサ
89
回路図
CdSと同じプログラムが動
作します。
実体配線図

まとめ
•  フィジカルコンピューティングの概要
•  Pepperの使い方
•  ハンズオン
§  LED制御(Lチカ)
§  光センサ
§  距離センサ
§  加速度センサ
•  次のステップ
§  他の言語処理系から使う(WebMIDI API, Ruby, VB…)
§  オリジナルのアプリケーション作成
90

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