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ものづくり
2024年05月06日
「高専ロボコン2023 全国大会」 簡単そうで難しいフルーツの摘み取り! 努力の果実をつかんだチームは?(前編)~決勝では因縁の対決が再び
36年目を迎えた「アイデア対決・全国高等専門学校ロボットコンテスト」(以下、高専ロボコン)は、全国の高専生が知恵と努力で作りあげたロボットの技術と成果を競いあう「高専生の甲子園」ともいわれるロボット競技大会だ。今年の競技テーマは「もぎもぎ! フルーツGOラウンド」。障害物を乗り越えて、フルーツを収穫するというミッションをクリアし、高得点を取ってトーナメントに勝ち進んでいくというもの。これまでの努力が実を結び、有終の美を飾ったチームは一体どこだろうか?
まず1つ目のアプローチは、仙台高専、鶴岡高専、長野高専、長岡高専などのように低車高・低重心の機体を製作し、そのままロープの下をくぐり抜ける方法だ。これなら走行スピードを落とさずに走行できるためレース展開では有利だ。しかし全国大会では、さらにロープが低く張られたので、低車高への再設計が必要になったチームもあった。
2つ目はタイヤ(リム)のないスポークだけの車輪を製作し、ロープを跨ぐというアプローチだ。タイヤの設計と製作に工夫が求められるが、苫小牧高専、徳山高専、広島商船高専、鳥羽商船高専が採用していた。これらはスポーク数の違いや、タイヤ付きなどでチームごとに細かい違いがあった。
3つ目のアプローチは、高知高専、香川高専、熊本高専、沖縄高専、福島高専などのように、車輪付きの脚を交互に上げ下げしてロープを跨ぐものだ。脚を上下させる駆動源にはモータ、空圧、メカを採用するなど、各チームに特色が出ていた。この脚の上下方式は確実だが操作が面倒で、跨ぐときに時間が掛かるという弱点もあった。
また4つ目のアプローチとして、ロボットのスキマからロープをすり抜けるアイデアもあった。この方式には、小山高専や広島商船のようなギア式と、東京高専、鈴鹿高専、豊田高専、和歌山高専、北九州高専のように機体の連結部を順次開閉することでロープをする抜ける方式がある。こういった機構の設計は風雑で難しいのだが、あえて難関にチャレンジするチームが多く、「さすが高専生!」という印象を受けた。
大会唯一のロープ踏みつけという荒業を見せたのは産技高専(荒川)だった。この機体は見た目だとわからないが、足回りのユニットに大変な拘りをみせており、その機構設計と加工技術も含めて素晴らしいと感じた。また4輪から3輪にトランスフォームし、ロープ中央の弛みを踏みつけるという面白いアイデアを披露していた。
1周目だけでも大変な競技だが、見どころになるのは2周目からだろう。センターフルーツスポットに入って高得点のフルーツを採るために、各チームが工夫を凝らした「おたすけアイテム」を使うからだ。収穫するするフルーツの高さは種類によって異なり、最高得点のミックスフルーツは2500mmの高さに吊り下げられているので、その収穫にはアームやパンタグラフなどを利用してアクセスする必要がある。
また、おたすけアイテムは電動でなく、ロボット本体から糸、ベルト、ラック&ピニオン、リンクなどで機械的に動力を伝達することが基本になっている。ユニークなアイデアとしては、ダクテッドファンの風圧で果物を間接的に落とす佐世保高専(後編で紹介)や、同じくブロアから風を上向きに送って竿を伸ばして果物を採る長野高専、獅子舞の頭が複雑な動きをしながらフルーツをパクリと食べる沖縄高専のようなユニークなチームもあった。
試合に勝つための大きな戦略としては、1周目のフルーツゾーンで着実に果物に採って得点を積み上げていく方法と、1周目のフルーツは取らずに2周目のセンターゾーンにいち早く入って高得点のフルーツを稼ぐ方法に大別されていたようだ。ただし、1周目にフルーツを何も採らないで2周目のセンターゾーンに入ると、リトライがあった場合にスタートゾーンに帰還する時間がなくなり、高得点を取れなくなる可能性もある。そのため1周目で少しフルーツを採ってリスクヘッジしておくのも選択肢の1つになったようだ。
(準々決勝)【第二試合】
井上猛雄
産業用ロボットメーカーの研究所にて、サーボモーターやセンサーなどの研究開発に4年ほど携わる。その後、株式会社アスキー入社。「週刊アスキー」副編集長などを経て、2002年にフリーランスライターとして独立。おもにエンタープライズIT、ネットワーク、セキュリティ、ロボティクス、組込み分野などを中心に、Webや雑誌で記事を執筆。主な著書は、「災害とロボット」(オーム社)、「キカイはどこまで人の代わりができるか?」(SBクリエイティブ)など。
見た目よりも難しい「もぎもぎ! フルーツGOラウンド」のルールとは?
まずは今年の高専ロボコンのテーマ「もぎもぎ! フルーツGOラウンド」の競技内容について簡単におさらいしておこう。本競技は、障害物越えのクリアから始まり、複数のフルーツを収穫して高得点を競い合うという内容だ
まずロボットは基本的にコースを2周する必要がある。コースの途中に用意された角材の段差とロープをクリアし、フルーツスポットに吊り下げられた3種類の果物を摘んで、再びスタートゾーンに戻る。フルーツを1つ収穫した時点の得点は1点だが、スタートゾーンに戻って収穫カゴに入れると高点数が得られるルールだ(キウイ:10点、みかん:20点、もも:30点)。
2種目のスタートゾーンから、各チームが考案した独自のお助けアイテムをロボットに装着でき、より得点の高い3種類の果物があるセンターフルーツスポットに入れるようになる。こちらもスタートゾーンに帰還して、カゴに果物を入れたら高点数が得られる(ブルーベリー:40点、ぶどう:50点、ミックスフルーツ:70点)。これらのミッションを2分30秒の間にこなし、合計得点の高いチームが勝ちとなる。
各チームの個性が如実に現れる! 段差越えとフルーツ収穫の独自機構
競技自体は障害物を乗り越えて、果物を多く採ればよいので、一見すると簡単そうな課題にも見えるが、実はかなり難易度が高く、よく練られている設定という印象を受けた。全国大会では、地区大会よりも障害物のレベルがさらに上がり、段差の角材が2本増えて5本になったり、ロープの高さが低くなったりと、非常にやりづらく、意地の悪い? 設定になっていた。
段差の乗り越えには、もちろん走破性の高い足回りが必要になる。大きな車輪で突破した長野高専、車輪とクローラーのハイブリッド方式を採用した熊本高専や呉高専など、チームごとにさまざまな工夫を凝らす機体が登場した。
さらに難関だったのがロープのクリア方式だ。各チームは以下のように5つの方法で対処していた。ロープ下くぐり方式 | 仙台、鶴岡、長野、富山、大阪公大、近大、呉、阿南(ベルト持ち上げ)、佐世保 |
---|---|
リムレスホイール方式 | 苫小牧、広島商船、徳山、鳥羽商船(+前傾) |
脚の上下またぎ方式 | 高知、香川、熊本、沖縄、福島(+すり抜け) |
ロープすり抜け方式 | ギア式:旭川、小山 連結部開閉式:東京、鈴鹿、豊田、和歌山、北九州 |
ロープ踏みつけ | 産技 |
まず1つ目のアプローチは、仙台高専、鶴岡高専、長野高専、長岡高専などのように低車高・低重心の機体を製作し、そのままロープの下をくぐり抜ける方法だ。これなら走行スピードを落とさずに走行できるためレース展開では有利だ。しかし全国大会では、さらにロープが低く張られたので、低車高への再設計が必要になったチームもあった。
デザインや機構面で目をひく個性派ロボットの対決が見ものに!
ここからは全国大会の3回戦の試合からレポートしよう。第1回戦と2回戦で惜敗した個性的なロボットについては、後編レポートと別稿の高専ロボコン振り返りレポートで詳しく紹介する。実は第2回戦から登場したシード校の和歌山高専が、敗れてしまうという大波乱が起きた。同校は地区大会から高得点を連発し、前日のリハーサルでも他チームを圧倒しており、優勝候補として名前が挙がっていただけに非常に残念な出来事だった。本番までは何が起こるかわからない、まさに魔物が棲む国技館の戦いを垣間見る思いだった。
さて第3回戦まで勝ち進んだチームは以下の通りだ。まずは3回戦(準々決勝)の4試合の戦いを見ていこう。
(準々決勝)【第一試合】
高知高専「fruity bear」×香川高専(詫間)「Flawless」
準々決勝・第一試合は、奇しくも地区大会でも戦った四国代表の高知と香川の対決となった。障害物のロープのすり抜けは、両者ともロボットの脚を上下して跨ぐ方式だったが、詳しく見ると跨ぎ方が異なっていることがわかる。
高知高専の「fruity bear」は障害物をクリアする際に、中脚を利用して前輪と後輪の足を交互に上げる方式なのに対し、香川高専の「Flawless」は前後の4輪と中央の4輪が入れ子構造になっており、それらが上下する方式だ。最高クラスの車高を有する両ロボットは、走行中に倒れてリトライしないように注意しながら操作していた。
先に香川高専がセンターに到着したが、あとから高知高専も入って両並びでフルーツのモギ合いに。香川は折れ曲がった竿のアイテムでミックスフルーツを採った。一方、高知は2本のリフトを上下してブドウを狙った。いずれもフルーツを引っ掛けるS字フックを外せずに当初は苦戦したが、お目当てのフルーツを収穫した後に、ぎりぎりで帰還できた。審査の結果、香川が120点、高知が141点という僅差で高知の勝利となった。フルーツ1~2個の差で勝負が決まる大善戦だった。大阪公大高専「鴉」×鈴鹿高専「鈴鹿夜行」
大阪公大高専と鈴鹿高専は、両者とも高得点でトーナメントに勝ち上がってきた強豪チーム同士だ。大阪公大の「鴉」は、ロープの下から高速ですり抜けて通過できる低車高の折り畳み方式だ。折り畳みの構造が幾重にもなっていてハイレベルな機能美を感じさせる。駆動系には大型タイヤとクローラを採用し、段の高さに合わせたタイヤ径でスムーズに乗り超えられる。また、おたすけアイテムは上下と角度の展開機構を備えており、フルーツを素早い位置合わせでつかめる補正ガイドを付けていることもポイントだった。フルーツを地面に落としても回収できる機構を備えていた点も後の戦いで効いていた。
一方、鈴鹿高専の「鈴鹿夜行」は、巨大な自作メカナムホイールで角材の段差を乗り越える方式を採用。また、滑らかにロープを通り抜ける通称「おばけ機構」を採用している点が大きな特徴だ。おたすけアイテムのフルーツ把持部にスポンジを付けて確実に掴める工夫も凝らした。ちなみに全国大会に向けて車幅を縮める大改造を行ったそうだが、このとき機体を真ふたつに分断し、布にセメダインの接着剤を浸して固めたそうだ。「ほかにも接ぎ木やパテのように当社の接着剤をたくさん使って大変役だった」という嬉しい言葉ももらえた。
試合では、大阪公大高専に鴉が障害物をかわしながら、鈴鹿高専の鈴鹿夜行より10秒も早く外周を回り、センターゾーンを陣取る作戦を遂行。同校は斜め方向からアームを伸ばしてフルーツをモギとりながら、センターゾーンに入ろうとする鈴鹿高専の進路を巧妙に阻んでいた。センターゾーンの進路を阻まれた鈴鹿高専は外周のフルーツを採りながら、ようやく中央にアクセスでき、スポンジのグリップで高得点のクルーツをゲットしてゴールに戻って160点を取った。しかし、いち早くセンターゾーンに入った大阪公大高専が230点超となり勝ち名のりを上げた。
実力伯仲のなか、少しのミスによるリトライが勝負の行方を変えるか可能性も
(準々決勝)【第三試合】
長岡高専「ダブルラリアット」×小山高専「ワンダフルケーキ君」
長岡高専の「ダブルラリアット」は、コンパクトな低車高でロープをすり抜け、大径タイヤで高速に段差を越えられる構造になっていた。細くて長い2本のロボットアームを採用している。これがロボット名の「ダブルラリアット」の由来だ。おたすけアイテムのアームは、肩と肘部を回転できるため幅広い稼働範囲をカバーでき、アーム先の3つ爪でフルーツを把持できる。大阪公大の鴉と同様、床に落ちたフルーツを回収できる機構が足回りに付いている点も特長だ。
小山高専の「ワンダフルケーキ君」は、フルーツを収穫しながらケーキを完成させるというファンシーなコンセプトの機体だ。同校は毎年ユニークなデザインにこだわっているが、今年もひときわ観る者の目をひいた。段差やロープのすり抜けは、オペレータがすべてマニュアルで上手く操作している。ロープをすり抜ける際に本体が分離し、ふたたび磁石で着けるというアイデアもユニークだ。センターゾ-ンよりも、とにかく一周目から外周のキウイなどのフルーツをきっちり持ち帰る作戦を貫いてきた。
この試合では、低重心の長岡高専の機体があっという間に一周を走り抜けた。しかし、おたすけアームを付けてセンターゾーンに入ろうとするも、ロープに引っ掛かっりリトライになり出鼻をくじかれた。しかし時間がない中でも、同校はセンターゾーンに入って自慢の長尺アームでブドウを採って、ギリギリに帰還して50点をゲット。一方、小山もロープのリトライで競技時間を削がれものの、堅実に6つのキウイをもぎ、滑り込みセーフで60点超の得点を取って勝利をつかんだ。当初は長岡高専が優勢と見られていたが、リトライでセンターゾーンに入る時間が遅れたことが勝負の明暗を分けたようだ。
(準々決勝)【第四試合】
広島商船高専「風鈴崋山」×熊本高専八代「Highbrid」
第四試合は、段差の乗り越えやロープのすり抜けをクリアする方法に大きな特長がある機体同士の対戦だった。両チームとも高得点で勝ち進んできた経験が活きていた。
広島商船高専の「風鈴崋山」の特長は、なんといっても脚まわりの三輪リムレスホイールだ。リムがない大車輪で、スポーク間でロープを跨ぐように通過するため、速度を落とさずに走り抜けられる。中央にある後輪はオムニホイールなので、旋回性能にも優れていた。角材の段差は、階段を上るようにリムレスホイールが作用する。また外周の低いフルーツは2つのラック&ピニオン機構によって2個同時に採れる仕組みだ。センタ-ゾーンの高所のフルーツは、おたすけアイテムの長いアームでS字フックに引っかける方式を採用していた。
対する熊本高専の「Highbrid」は、2回戦で大阪公大高専に敗退したものの、ワイルドカードで復活して戦いに臨んだ。同校のロボットは、名前のとおりクローラーと、上下するメカナムホイールの2つの足回りを持つ「ハイブリッド」構造で、これらを使い分けながら障害物を攻略していた。たとえば段差はメカナムホイールを持ち上げてクローラーにして走破し、ロープのすり抜けは、ロボットの脚を順番に持ち上げて跨いで通過。またロボット後方部におたすけアイテムを取り付けて上下に揺らし、すべての高さのフルーツを収穫する仕組みだ。このアイテム自体はアームに横糸を張った簡単な構造だ。上下方向のみ動くため、フルーツを採るのに高度なテクニックが必要そうに見えた。
この試合では、広島商船がリムレスタイヤでロープをすり抜けて素早くスタート地点に戻り、2周目のセンターゾーンに入った。そこで多くのフルールをモギとったものの、地面にフルーツをいくつか落としたのが痛手になった。同校は最終的に90点を獲得。フルーツを確実に回収できていれば、勝負の流れが変わったかもしれない。その後、熊本高専も少し遅れてセンターゾーンに到着。ここまで外周のフルーツを堅実にゲットし、センターゾーンでもフルーツを採って無事帰還して192点をゲットして勝利をつかんだ。両者ともスピード感と安定感がある戦いで、観客の心を大いに躍らせた。
甲乙つけがたし! 準決勝にコマを進めた4チームが大健闘
(準決勝)【第一試合】
高知高専「fruity bear」×大阪公大高専「鴉」
高知高専「fruity bear」×大阪公大高専「鴉」
準決勝の一試合は、最後まで結果が本当にわからない好試合となった。大阪公専高専は、従来どおりセンターソーンを先取し、高得点のフルーツを狙う戦略を繰り広げた。外周を素早く周回し、40秒前後でセンターゾーンに入り、そつなくアーム展開後にミックスフルーツなどをすべてをモギ取って、落としたフルーツも回収して帰還した。
対する高知高専は、途中から戦略を変更して、あえてセンターゾーンに入らずに外周にあるフルーツ収穫のみに専念した。大阪公大高専との戦いにおいて、この判断は適切だったと思われる。結果的には大阪公大高専が230点で決勝のコマを進めたが、高知高専は最後の通信トラブルにも関わらず191点の高得点を弾き出した。もし大阪公大高専に何かミスがあれば、試合は一転ひっくり返った可能性もあった。まさに手に汗を握る試合だった。
(準決勝)【第二試合】
小山高専「ワンダフルケーキ君」×熊本高専「Highbrid」
準決勝2試合目は、回収開口の広い小山高専と熊本高専の戦いになった。いつもどおり小山高専は外周のフルーツを確実に収穫する作戦。通信状況は良くなかったが、同校は熟練の操作で何とかロボットを操縦していた。同校の凄い点は、やはりロボットをすべてマニュアルで動かしていること。ロープのすり抜けも目で確認しながら上手くクリアした。
先にセンターゾーンに入った熊本高専は、ブドウやミックスフルーツを収穫して高得点を積み上げ、少しタイムを残して確実に帰還し362点を獲得した。この戦いにおいては、余裕を見て早めにスタート地点に戻るという判断が大切だったと思われる。ワイルドカードから復活した同校は、本来の実力を如何なく発揮できたようだ。決勝までコマを進め、ついに大阪公専とのリベンジマッチを果たすことになった。
頂上決戦! 激闘の末、因縁のリベンジマッチで勝利をつかんだ大阪公大
決勝戦の模様は、大阪公大高専の鴉と、熊本高専のHighbridの戦いとなり、第二回戦のデジャブーのようであった。これまで鴉はセンターゾーンにいち早く入り、3桁得点で勝ち進んできたが、さらに決勝戦では最短の30秒台でセンターに到達し、ミックスフルーツやブドウをモギ取った。この機動性は決勝のために温存していたのかもしれない。一方、熊本高専のHighbridは外周のフルーツを確実に採る作戦に出た。同校は2周目で一旦帰還して161点の得点を獲得し、相手にプレッシャーを与えた。大阪公大高専の鴉がリトライし、スタート地点に戻れない事態になれば、熊本高専にも勝ち筋が見えてくるからだ。
大阪広大高専も、その点を気にしていたのかもしれない。制限タイムをいつもより少し残して帰還し、ロボットに蓄えたフルーツをカゴに吐き出した。その間も熊本高専は最後まで諦めずに外周にある残りのフルーツの収穫に集中。最終的に大阪公大高が400点をゲットし、彼らに勝利の女神が降臨した。一方の熊本高専はセンターゾ-ンには入れなかったものの、できる限りのベストな打ち手で戦い、195点という得点を積み上げて大健闘した。
大阪広大高専も、その点を気にしていたのかもしれない。制限タイムをいつもより少し残して帰還し、ロボットに蓄えたフルーツをカゴに吐き出した。その間も熊本高専は最後まで諦めずに外周にある残りのフルーツの収穫に集中。最終的に大阪公大高が400点をゲットし、彼らに勝利の女神が降臨した。一方の熊本高専はセンターゾ-ンには入れなかったものの、できる限りのベストな打ち手で戦い、195点という得点を積み上げて大健闘した。
栄えある今年の「ロボコン大賞」は長岡高専の手中に!
激戦を終えた表彰式では、優勝した大阪公大高専と準優勝の熊本八代高専、さらにロボコン大賞に長岡高専が選ばれた。
【優勝】大阪公大高専
【準優勝】熊本高専(八代)
【ロボコン大賞】長岡高専
そのほかの各賞を受賞した高専は下記の通りだ。こちらについても後編で詳しくご紹介する予定だ。
【アイデア賞】沖縄高専
【技術賞】鈴鹿高専
【デザイン賞】小山高専
【特別賞 ホンダ】産技高専(荒川)
【特別賞 マブチモーター】鶴岡高専
【特別賞 安川電機】北九州高専
【特別賞 東京エレクトロン】阿南高専
【特別賞 田中貴金属グループ】近大高専
【特別賞 ローム】苫小牧高専
【特別賞 セメダイン】旭川高専
【特別賞 デンソー】福島高専
【アイデア倒れ賞】佐世保高専
高専ロボコンはトーナメント方式で勝ち進むため、本番で予期せぬトラブルが起きて本来の力を発揮できないまま途中で敗退チームも多い。しかし、たとえ勝てなくても、その陰には機体の完成度の高さやロボットのオペレータの手練、1つのロボットをインテグレートするチームワークなどなど、ロボコンに打ち込んできた高専生の見えない努力があった。後編では、そういった影の部分にもスポットを当てていきたい。
井上猛雄
産業用ロボットメーカーの研究所にて、サーボモーターやセンサーなどの研究開発に4年ほど携わる。その後、株式会社アスキー入社。「週刊アスキー」副編集長などを経て、2002年にフリーランスライターとして独立。おもにエンタープライズIT、ネットワーク、セキュリティ、ロボティクス、組込み分野などを中心に、Webや雑誌で記事を執筆。主な著書は、「災害とロボット」(オーム社)、「キカイはどこまで人の代わりができるか?」(SBクリエイティブ)など。
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