日本産業技術教育学会（第66回全国大会）発表資料「画像認識AIを活用した枝豆選別機の授業実践」

1 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   画像認識AIを活用した枝豆選別機の授業実践  ◦千石一朗1，古内利明2，板垣翔大3，安藤明伸4
1NPO法人みんなのコード　 2宮教大附属中　3宮教大　4広島工大

2 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   発表の流れ  1. はじめに（授業実践の背景）  2. 枝豆選別機の概要  ◦
ハードウェア  ◦ ソフトウェア  3. 授業実践  4. 結論と今後の課題 

4 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   D(3)計測と制御のプログラミングによる問題の解決  H29年学習指導要領  H20年学習指導要領  （3）
計測・制御のプログラミングによる問題の解決  (ア)　計測・制御システムの仕組み，安全・適切な制作，動作の確認，デバッグ等  (イ)　問題の発見と課題の設定，計測・制御システムの構想と情報処理の手順の具体化，制作の過程や結果の評価，改善及び修正  （3）プログラムによる計測・制御  (ア)コンピュータを利用した計測・制御の基本的な仕組み  (イ) 情報処理の手順と，簡単なプログラムの作成 

5 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   画像認識AIの活用事例  • 運転支援システムや自動運転  日本電気株式会社 https://jpn.nec.com/techrep/journal/g19/n01/190118.html 株式会社モルフォ
https://www.morphoinc.com/news/denso-morpho-cooperate-adas-ai • コンビニなどでの画像認識POS 

6 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   D(4)社会の発展と情報の技術  （ア）生活や社会，環境との関わりを踏まえて，技術の概念を理解すること。（イ）技術を評価し，適切な選択と管理・運用の在り方や，新たな発想に基づく改良と応用について考えること。  【解説】人工知能の活用について，人間の労働環境や安全性，経済性の視点から，その利用方法
を検討するなど〜（省略）〜提言をまとめさせたりする活動が考えられる

7 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   D(3)計測と制御のプログラミングによる問題の解決  1. 周囲の物理量を取得  イラストAC https://www.ac-illust.com/ 入力
出力株式会社ソラコム https://users.soracom.io/ja-jp/resources/icon-set/ 2. コンピュータが判断  3. アクチュエータが作動  フリーアイコン素材 icon-pit https://icon-pit.com/pictogram

8 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   D(3)計測と制御のプログラミングによる問題の解決  Loose Drawing https://loosedrawing.com/ 入力出力
1. カメラで画像取得  2. 画像認識AIが形状を判断  3. コンピュータが判断  4. アクチュエータが作動  イラストAC https://www.ac-illust.com/

11 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   枝豆選別機の概要  • Windows PC  • アーテックロボ2.0 
• Webカメラ（USB接続）  • ベルトコンベア    ※選別機は完成した状態で  班ごとに配布 

12 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   アーテックロボ2.0  • 赤外線センサ×1  • サーボモータ×2  •
DCモータ×1  P1  赤外線センサ  To PC  アーテックロボ2.0  https://www.artec-kk.co.jp/artecrobo2/ja/ 

13 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   Webカメラ  • ロジクール C270n をUSB接続  •
ベルトコンベアの直上から枝豆を撮影  ロジクール https://www.logicool.co.jp/ja-jp/products/webcams/hd-webcam-c270n.960-001265.html カメラからの映像 

14 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   基本的な動作原理  1. 赤外線センサで通過を検知  2. Webカメラで形状を判断  3.
2粒の枝豆を弾く  4. 3粒の枝豆を弾く  ※2〜3粒の枝豆以外はベルトコンベアの　端から落ちる 

15 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   ベルトコンベア (指導者が製作)  • 3DCAD（Shaper3D）で設計  • アーテックブロックと組み合わせて軸を作成 
• フィラメントの消費量、出力時間に課題あり  株式会社アーテック https://www.artec-kk.co.jp/artecrobo/ja/product/product_07.php

16 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   ベルトコンベア (指導者が製作)  • 3Dプリントの部品を縮小  • 水道パイプの部品を流用 
• ゴムシート（0.5mm厚）   

18 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   アーム  • アーテックロボのサーボモータ  • アーテックブロックで腕を作成  •
サーボモータの角度を制御  • 対象物をアームで弾き飛ばすしくみ 

20 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   プログラミング環境（studuino:bit）  • 様々なOSに対応  • 今回はブラウザ版  •
Scratchと同じ操作    ※基本となるプログラムは　こちらから提示 

21 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   画像認識AI（ML2Scratch）  • TensorFlow.jsを使った機械学習をScratchから簡単に利用できる  • Scratchの拡張機能として用意されている 
• Webカメラからの画像を識別させる  • 学習履歴をJSON形式のファイルで保存できる 

23 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   単元の目標  (1) アクティビティ図を用いてシステムを構成する技能を身に付ける。また、画像認識プログラムを作成・実行することで、プログラムをデバッグする技能を身に付ける。  (2) 画像認識させるための計測・制御システムを考え、解決策を構想し、制作図に表現
し、試作を通じて具現化することで、課題を解決する力を養う。  (3) 栽培装置を制作する体験やAIを用いた自動選別機を導入した農家の話を聞くことで、AIの意義や可能性を考える。 

24 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   指導計画（全6回）  時数学習活動 1 自動化の必要性を考える。また何を人間がやるべきかを考える。 2
機械学習を体験させる。 3 実際の社会からの要求から，問題点を見いだし，課題を設定する。また，条件を踏まえて課題の解決策を構想する。 4 構想した計測・制御システムを基に，実際に動作させながら適切なものへと制作する。自動で枝豆を選別する学習モデルを作成する(機械学習をさせる)。 5 制作したプログラムの動作確認及びデバッグを行い，枝豆選別装置を制作する。 6 身近な不便さから，問題点を見いだし，課題を設定するまた，条件を踏まえて課題の解決策を構想する。

33 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   結論について  • 画像認識AIを用いた分別作業を自動化するシステムを作れた  ◦ 分別したいものを学習させれば他に流用可能  •
社会でのAIの活用を模擬的に体験して学ぶことができた  • 正確さ、効率については検証できなかった  ◦ 正しく・効率よく識別させるために必要なもの、条件等の比較     

34 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   今後の課題  • 宮教大附属小ではTeachable Machineを用いた画像認識AIの学習を行っている。今後は...  ◦小学校で画像認識AIの基礎的な理解 
◦中学校で画像認識AIを用いた課題の解決  　　といった学習を行うと、より深い理解が図れるのではないか。 

35 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   今後の課題  • センサを用いた計測について  ◦ 衝突を回避するための自動ブレーキのシステム  ◦
赤外線センサなどで障害物との距離を計測    イラストAC https://www.ac-illust.com/

36 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   今後の課題  • 画像認識AIを用いた計測・制御について  ◦ 画像を認識してハンドルやブレーキを制御している   
東芝 https://www.toshiba-clip.com/detail/p=152 日産自動車 https://www.nissan-global.com/JP/INNOVATION/TECHNOLOGY/ARCHIVE/PPNL/ 標識を認識して減速  

37 ©2023 特定非営利活動法人みんなのコード   今後の課題  • 画像認識AIを用いた計測・制御について  ◦ 姿勢と目の様子から居眠り検知   
Automagi株式会社 https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000030.000012535.html

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