Arduinoをビジュアルプログラミングする ~ Ardublock, BlocklyDuino, S4A, Scrattino, mBlock ~

Arduinoのプログラミングは、C/C++を学んだことがある人からすると、すんなりと入り込めると思います。しかし、多くの子供はキーボードを打つことさえ難しいのが現状です。そこで、登場するのがScratchのようにブロックを置いてプログラムする方法です。Arduino用にさまざまなツールが開発されていますので、それぞれの特徴について解説します。

なぜビジュアルプログラミング？

　初めてプログラミングをする子供に学んで欲しいことは、自分のアイデアを形にして、トライ＆エラーを繰り返し、より良いものを作り上げる楽しさです。プログラミングは、それを実現するための手段であり、習得することが目的では有りません。テキストベースのプログラムを学ぶためには、その前提知識として、「キーボードを打てる」「中学生レベルの英語がわかる」が必要です。その知識がなければ、「キーボードの文字探し」「よくわからない英字の羅列を記憶」というストレスを感じ、その上「コンパイルエラー」で嫌気が差して、２度とプログラミングをやりたくなくなってしまうかもしれません。プログラミングの障壁をできるだけ下げるためには、Scratchのようにブロックをドラッグ＆ドロップでビジュアルプログラミングできる環境が必要です。

各種開発環境の比較

開発環境	対応OS	ひらがな対応	コード生成	動作時の PC接続	PC画面と連携	更新頻度
ArduBlock	Win, Mac, Linux	☓	有り	不要	☓	☓
BlocklyDuino	Win, Mac, Linux (Chromeアプリ)	○	有り	不要	☓	○
S4A	Win, Mac, Linux	☓	無し	必要	○	☓
Scrattino 3	Win, Mac	○	無し	必要	○	○
mBlock	Win, Mac, iOS, Android	○	有り	不要	△	○

ArduBlock

ArduBlockは、Arduinoのコード生成を手助けするツールです。使用環境の準備は簡単で、 ArduBlockをダウンロードして、普段使用しているArduino-IDEのtoolsフォルダに移動させるだけです。これだけで、ブロックをドラッグ＆ドロップして、コードを生成することができます。ブロックは日本語化されていますが、一部のブロックは英語表記が残っています。また、ひらがな対応はしていないため、小学校低学年だと一人で操作するのは難しいかもしれません。 ArduBlockの最新版の日付を見ると、2017年１２月となっているため、今後の更新はあまり期待できません。

＜各ブロックの説明＞

制御： プログラムの論理フローを決定します。ブロックには、delay、loop、while、if / elseなどの構造が含まれます。
ピン： Arduino側のピンを制御します。デジタル・アナログ、プルアップ、PWMなどが設定できます。
テスト： 数値の大小関係の比較や、ANDやORが含まれます。
計算する： 加減乗除の数学演算、絶対値、三角関数などが含まれます。
変数/定数： さまざまなタイプの変数（整数、浮動小数点、文字）が含まれます。
Generic Hardware： サーボ、超音波センサ、LCDなどのよく利用されるモジュール制御が含まれます。
通信： シリアルまたはI2Cポートを介した通信が含まれます。

＜使用手順＞

ArduBlockをダウンロード　（ https://github.com/taweili/ardublock ）
Arduino-IDEのtoolsフォルダにファイルを移動。
Arduino-IDEを起動して、ツールメニューの「ArduBlock」をクリック。
ブロックを配置して、プログラムを作る。
「Arduino」にアップロードをクリック。

BlocklyDuino

　BlocklyDuinoは、Googleが作ったBlocklyをベースにして、ArduinoをScratchのようにブロックを並べるだけで、コードを生成してくれます。このツールは、日本人が開発したもので、日本の子供がもっと簡単にArduinoをプログラミングできるようにという思いで作成されたものです。BlocklyDuinoができるまでを説明したスライドが公開されていますので、興味のある方は見てください。
　このツールは、chrome拡張機能として提供されています。日本語にはもちろん対応していますが、それだけではなく、ひらがなにも対応しています。現時点の最終更新日は２０１９年３月なので、ある程度のメンテナンスはされているようです。いくつかのCoderdojoでも利用されているようです。さらに、開発者は Let’s Make With Arduino! というサイトでサンプルコードを公開しています。すばらしい！

＜使用方法＞

Chromeストアからインストール ( https://chrome.google.com/webstore/detail/blocklyduino-editor/ohncgafccgdbigbbikgkfbkiebahihmb?hl=ja )
BlocklyDuinoを起動 (http://code.makewitharduino.com/)。
日本語表示に切り替えたい場合は、右上の歯車をクリックして設定する。
「ブロック」タブでプログラムを書く。
サンプルプログラムを使用する場合は、 Let’s Make With Arduino!からコードをコピーする。BlocklyDuino画面右上の▼を押して、インポートをクリックして、ペーストする。
「arduino」タブでソースコードをコピーする。
Arduino-IDEにペーストして書き込む。

S4A

S4Aは、Arduinoにファームウェアを書き込んで、PCと接続して使うことが前提となりますが、Scratchのようにブロックを組み合わせてプログラミングできます。ArduBlockやBlocklyDuinoとは異なり、コードは生成されません。S4Aの最終更新日を見ると、２０１４年１２月となっており、今後の更新はあまり期待できません。しかし、Scratchをベースとしているため、Arduinoでコントローラを作成して、PC画面を制御する作品を作ることができるのが大きな利点です。対応OSは、Windows/Mac/Linuxといった基本OSは抑えており、日本語化もされています。Bluetoothを使えば無線で通信することもできます。

＜使用方法＞

S4A公式サイトからS4Aプログラムとファームウェアをダウンロードする。ファームウェアは「Download our firmware from here」と書かれたところにリンクがあります。
S4Aプログラムをインストールする。
S4Aを起動すると「Searching board……」と表示されており、まだArduinoが認識できていないことを確認する。
先程ダウンロードしたファームウェアを開くと、拡張子「ino」のファイルがあるので、これをArduinoに書き込めば、S4Aプログラムで認識される。
あとは、Scratchと同じ用にブロックを並べて動かす。

Scrattino

Scrattinoは、Scratchの拡張機能としてArduinoと接続することができます。現在は、Scratch3.0に対応したScrattino3が最新版です。S4Aとは異なり、公式のScratch3.0にあらかじめScrattino拡張機能が組み込まれているので、慣れた画面で手軽に始められます。対応OSはWinとMacです。Scratchと連携させるために、最初の１回はFirmataというプログラムの書き込みが必要です。現在の最終更新日は2019年4月なので、今後もメンテナンスは継続されると思われます。

＜使用方法＞

Arduino-IDEメニューから、「ファイル->スケッチ例->Firmata->StandardFirmata」を開いて書き込む。
Scrattino3を公式サイトからダウンロードする。
Scrattino Desktop.exeを起動し、左下の拡張機能の追加ボタンを押して、「scrattino」をクリックする。
PCに接続しているArduinoがリストに出てきたら、「接続する」ボタンを押す。
接続が完了したら「エディターへ行く」ボタンを押す。
ブロックを並べてプログラムし、動作させる。

mBlock

mBlockは、Makeblock社が開発した言語で、Scratchをベースにしています。MakeBlock社は、プログラミング教育用に「mBot」「mTiny」「Codey Rocky」などの製品を販売しています。mBlockはこれらの製品をプログラムするために特化した言語です。「Arduino Uno」や「Arduino mega2560」もプログラムできるようですが、使用できるブロックは少なく、融通が利かない感じがします。しかし、対応OSは多彩（Windows, Mac, iOS, Android）です。現在（２０１９年１２月時点）対応しているデバイスは下記のとおりです。

＜MakeBlock社製品＞

＜その他製品＞

試しにWindows版をインストールしたところ、その手順は簡単で、迷うところはありませんでした。ユーザーインターフェースは見やすく、日本語対応しており、ひらがな対応もしていますので、小学校低学年でも一人で操作できそうです。

＜mBlockの一般画面＞