現場のエンジニアのためのロボティクス・フィールドガイド
最初の座標系から全身制御までを体系立てたレッスン、テーマ別の深掘りハブ、率直なプラットフォーム・ロボットのリファレンス、そして出典付きで平易に書かれた毎日のニュース。
すべてのレッスンは2027年1月31日まで無料で読めます。アカウント登録は不要です。
学習トラック
すべてのレッスン →ここから始める
入門トラックの全体 →ロボットとは何か：センス・プラン・アクト
すべてのロボットが回しているループ、自由度の数え方、コンフィギュレーション空間と作業空間の違い、仕事で出会う主なロボットの種類を解説します。
numpyで学ぶ座標系・回転・変換
回転行列、右手の法則、回転の合成、4x4の同次変換、座標系間での点の変換、変換の逆を、すべてnumpyで扱います。ROSが採用するREP 103の規約も紹介します。
2リンクアームの順運動学
平面2リンクアームの先端位置を関節角から、三角法と同次変換の連鎖という2通りの方法で求め、両者が一致することを確かめます。さらに関節を掃引して、到達可能な作業空間を描きます。
逆運動学：解析解と数値解
余弦定理と減衰最小二乗ソルバの2通りで、2リンクアームの先端を目標に置く関節角を求めます。到達不能な目標の扱い方と、特異点が数値に与える影響も確かめます
ロボット関節のPID制御
numpyで負荷付きのDCモータ関節をシミュレーションし、P・PI・PID制御でループを閉じます。電圧飽和による積分ワインドアップを再現してクランプで抑え、微分を測定値に対して取る方法も扱います。
センサ、ノイズ、そして初めてのカルマンフィルタ
エンコーダ、IMU、距離センサに共通する3種類の誤差、平均化がフィルタリングではない理由、そしてノイズを含む位置測定からロボットを追跡する、numpyで書いた1次元の等速カルマンフィルタを扱います
トピックハブ
全20トピック →ロボティクスの基礎
ロボットとは何か、センス・プラン・アクトのループ、自由度、作業空間、ロボットの種類
空間の数学
回転・四元数・座標変換・座標系の慣例・リー群
運動学
順運動学・逆運動学、DH法とPoE、ヤコビ行列、特異点
動力学
運動方程式、ニュートン・オイラー法、ラグランジュ法、同定、接触
制御
PID、状態空間、LQR、MPC、インピーダンス制御、力制御、全身制御
アクチュエータと駆動系
モータ、減速機、準ダイレクトドライブ、エンコーダ、ドライバ、流体動力
センサ
IMU、エンコーダ、力覚センサ、カメラ、深度カメラ、LiDAR、レーダ、触覚、キャリブレーション
状態推定
ベイズフィルタ、カルマンフィルタ、EKF、UKF、粒子フィルタ、センサフュージョン、ファクターグラフ
SLAMと地図作成
ビジュアルSLAMとLiDAR SLAM、占有格子地図、ループクロージャ、地図内での自己位置推定
ロボットの知覚
検出・6D姿勢・点群・セグメンテーション・3次元再構成
動作計画
グリッド探索、サンプリングプランナ、軌道最適化、時間付け
マニピュレーションと把持
把持解析、学習ベースの把持計画、ピックアンドプレース、接触とハンド
プラットフォーム
プラットフォームハブ →作ってみる
すべてのプロジェクト →ROS 2のtalker・listenerと動くtf2フレーム
ROS 2 Jazzyのパッケージです。talker、listener、フレームを円運動させるtf2ブロードキャスタ、そのフレームを参照するノードで構成し、公式DockerイメージでmacOS・Linux・Windows上で実行します。
逆運動学で正方形を描く2リンクアーム
MuJoCoで平面2リンクアームを作り、正方形を囲む161個の経由点について逆運動学を解析的に解きます。関節位置サーボで経由点に追従させ、ペンがどれだけ遅れるかを測定します。
A*で経路を計画しEKFで自己位置推定する差動二輪ロボット
A*で10 mの部屋を横切る経路を計画し、Pure Pursuitで追従し、ノイズを含む車輪オドメトリと位置観測を融合する拡張カルマンフィルタで姿勢を推定します。すべて純粋なPythonとNumPyで実装します。