第32回信号処理シンポジウム「Raspberry PiとROSを使ったロボットシステム」

Raspberry PiとROSを
使ったロボットシステム
千葉工業大学上田隆一
第32回信号処理シンポジウム in 盛岡

本日の内容
• 1. 背景
• Raspberry Pi Mouseと自著の意図
• 2. Rasberry Pi MouseとROS
• 何ができるか？
• 3. コミュニティーについて
• まとめ
2017年11月9日 32nd SIP SYMPOSIUM 2

1.背景
ロボット開発のスタイルの変化

aiboの発売
• 2017年11月1日発表
• 2006年3月末に販売終了して以来
• 2006年と2017年の象徴的な違い
• https://aibo.sony.jp/feature/basic.html
• 「クラウド」の文字
• 以前はAIBO内にウェブサーバ
• 利益の上げ方もハードウェア売り切りから変化

ロボットとインターネット
• サービスだけではない
• 開発も
• ここ数年で顕著
• 開発のための様々なサービスの登場
• Gitホスティング、CIサービス、Slack・・・。
• Twitterも
• オープンソースソフトウェア
• 逆運動学を解かなくてもマニピュレータが動く
• 確率や最適化の勉強をしなくてもセンサ情報統合

どれだけ簡単になっているか？
• 例: MoveIt!
• マウスで手先の位置を指定
• 逆運動学計算
• その通りに動く
• 以前: 既存のソフト利用
がそれなりに面倒
• モデルを作る
• 他のソフトとつなぐ
• ⇒ROSに従ってやっていくと迷わずすぐにできる
by Yutaka Kondo

ソーシャルコーディング
• インターネット上での
コード公開と利用
• したことが全部パブリックに
• GitHubを見てTwitterで採用
• 中途採用で起こり始めている
• 研究室レベルでも（細かい話ですが）
• 学生が英語を書き出す, 互いに使用してフィード
バック, 私のコードを手伝いしていると名前が残る
GitHub

ソーシャルメディア
• 学生が何か作ったらすぐYouTubeにアップ
• Twitterでリンクをつけて発信
• 私が拡散
（論文との兼ね合いは難しい）
by Daisuke Sato by Yosuke Kato

あらゆることの高速化
• 「昔からそんなことはできていた」
• 問題はスピードと手軽さ
• 開発、情報伝達が効率化
• 電子メールすら「遅い」
• SNSを使う人はSNSを使う人と
しか仕事をしたくない
• 個人的な問題意識
• 断絶は悲しい
• 機械系、ロボット系が情報系に侵食されるのは悲しい
• IoT
• 注意: 研究ではこういうものに頼らない段階が必ず存在
Slack

2. Raspberry Pi MouseとROS
日頃から考えていたことをソフトウェアと書籍に反映

Raspberry Pi Mouse
• アールティ社製
• 本体価格: 税込48,600円
• マイクロマウス型
• 4つの距離センサ
• 2つのステップモータ
• Raspberry Piで制御
• Linuxで制御
• 競技用迷路はちょっと厳しい
• そういう用途ではない
2016年12月17日 SI2016 11

自身の関与
• 日経Linux誌で連載しないかとの話
• アールティさんから話があったときはハードは完成済み
• 自身の頭の中
• 「どうやったら1万台売れるかな？」
• ハードウェア、性能一辺倒の人たちへのアピール
• ドキュメント
• オープンソース
• コミュニティー
（コミュニティーで利用されているツール）

アプリケーション
構想
• ロボットプログラミング以上
のものを未経験者に体験する
機会の提供
• アプリケーションの
上下も扱う
• 定番ツールの使用から
コミュニティーへの
入り口を作る
• テキストがあると売れること
を示す
GitHub
（コードの管理）
Travis CI（テスト）
ROS
（ミドルウェア）
Linux, device driver
（低レイヤー）
ハードウェア

書籍について
• 2017年4月発売
• Raspberry PiとROS
• 流行りもの
• 研究者としては乗っかるだけだと
非常に恥
• 実はこれも扱っている
• GitHub
• Travis CI
• シェルスクリプト
• デバイスドライバの書き方
• ただ、今日はROSの話が中心
ROSを知りたければ
むしろその上下を！
と素直に記述

ソフトウェアの構成:
カーネル以下のレイヤ
• 専用のデバイスドライバの作成を依頼
• Unix系OSの教科書通りのインタフェース
• 「なんでもファイル」
• 任意のプログラミング
言語が利用可能
• ROS化がスムーズに
できた

ソフトウェアの構成: ROSのレイヤ
• ROS: robot operating system
• 歴史、コントリビュータ
• http://www.ros.org/history/
• http://www.ros.org/contributors/
• 何か？
• ロボットのためのミドルウェア
• （主に）Linux上で動作

ROSのインストール
• Ubuntuが標準
• 14.04にはROS Indigo Igloo
• 16.04にはROS Kinetic Kame
• パッケージをいくつかAPTやpipで
インストール
• まだ洗練されていない印象
• シェルスクリプトを公開しています
• https://github.com/ryuichiueda/ros_setup_scripts_
Ubuntu16.04_server

ROSの構成
• 本体: プロセス間通信をつかさどる
• ここで言うプロセス: ROSノードと
呼ばれる機能ごとに独立したプログラム
• プロセス同士をpublish-subscribeモデル
やサービスでつなぐ
• XML-RPC等を利用
• 通信するデータに型
• 周辺
• ビルドシステム、パッケージ管理、テスト
ツール、・・・

デバイス
ドライバ
ラズパイマウスにおけるROSの役割
• デバイスドライバのラッパー
• より抽象化された入出力インタフェースの提供
• 追加されたセンサの即時利用
• カメラ, LIDAR用
ROSパッケージ
• 機能の拡張
• 画像処理、地図生成、
自己位置推定
ハードウェア
（ロボット本体）
ハードウェア
（USB機器など）
Linuxカーネル
ROS
距離セン
サノード
モータ
ノード
カメラ
ノード・・・
通信

ROSの利用例
• 上: 画像処理
（OpenCV）
• 下: SLAM
• いずれも100行
程度コードを
追加しただけ

ソフトウェアの管理
• ROSパッケージ
• 特定の機能を提供するソフトウェアの一単位
• そのままGitHubのリポジトリであることが多い
• ROSノード
• プロセスに相当
• 他のノードと通信し合う
• roslaunch
• どのノードを立ち上げるか管理
• 複数のパッケージを連携

データの流れ: ROSトピック
• 「メッセージ」が
非同期に流れる
• pub-subモデル
• ノード間で授受
• トピックは木構造で管理
• ディレクトリに似た構造
• 主要なセンサはAPTでソフトウェアを
インストールするとそのまま利用可能
• USBカメラ $ sudo apt install ros-kinetic-cv-camera
• 測域センサ $ sudo apt install ros-kinetic-urg-node

その他の通信
• ROSサービス
• ノード間で手続きを呼び出し
• actionlib
• 呼び出した手続きを監視、中断可能に
• ROSトピックの集合

CIサービスでのテスト
• CI（continuous integration）サービス
• インターネット上でコードをビルド、
テストして本番環境に反映するためのもの
• テストに慣れるととても開発がスムーズに
• よく個人で行われる使い方
• GitHubにコードをpush→自動でテスト
→GitHub上にテストの可否を表示
• 問題: ロボットをネット上でどうテストするか？
• 海外だと結構本気で取り組んでいるようである

rosbagを使ったテストの例
• rosbag
• トピックをタイムスタンプ付きで
記録する仕組み/コマンド
• タイムスタンプ付きで再生
• →ロボットがなくてもノードの
動作確認が可能

3. コミュニティーについて
スムーズに情報を得て仕事に活かすために

モノだけ見ていても・・・
• ROSの話を聞いてROSの動作しか興味が
ないとあまり展開がない
• インターネットがあってのROS
• ソフトウェアのダウンロード
• 情報交換

情報の流通経路
• イベント
• ROSCon
• ROS勉強会（ROS Japan UG）
• 日常
• メーリングリスト
• Twitter, その他SNS
• GitHub, その他Gitホスティングサービス

事例1: ROS勉強会
• 1,2ヶ月に1度の頻度（最近はもっと頻繁）で開催
• 様々な形式
• 各個人の発表を聞く形式
• 準備されたロボットのソフトを開発
（ハッカソン、もくもく会）
https://www.facebook.com/RaspberryPiMouse/posts/1638512519506163

事例2: シェル芸勉強会（注意: ROS無関係）
• 一日中シェルの使い方を学ぶ
• 午前: コマンドなどの使い方
• 午後: ワンライナーの問題を解く
• Twitter上に解答が溢れる
• 夜: LT（lightning talk大会）

コミュニティーとの付き合い方
• 価値観を理解する
• 企業の人が集まるところに大学の
評価方法を持ち込んではならない
• 「無意識に権威主義を持ち込んでいる」という自身の経験
• 活発なコミュニティーは合理的
• 連絡はTwitterでのツイートが多い
• オファーもTwitter（全く失礼ではない）
• 電子メール, ダイレクトメッセージは嫌がられる
• 馴染まなくても良い
• 違う立場で情報を出し入れすることが重要

あると良い知識
• 知っていると価値観が理解できる
• オープンソースの歴史
• 「フリーソフトウェア」と
「オープンソースソフトウェア」の違いは？
• ライセンスと著作権
• 違いは？

入り口
• GitHubのissueが最も簡単
• 例:https://github.com/ryuichiueda/raspimouse
_book_info/issues
• ここは日本語OK（になってしまっている）のでぜひ

まとめ
• ソフトウェア開発のスピード感
• 電子メールでさえ効率が悪いとみなされる
• 合理的
• Raspberry Pi Mouse + ROS
• ハードからコミュニティーまで
• インターネットを強く意識

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