オープンソースロボティクス

支持フレームに取り付けられたオープンソースのiCubロボット。高さは104cm、重さは約22kgです

オープンソースロボティクスは、オープンソースのハードウェアとフリーソフトウェアを用いてロボットを開発し、設計図、回路図、ソースコードなどを公開するロボティクスの一分野です。そのため、オープンデザイン運動、メイカームーブメント[ 1 ]、オープンサイエンスと密接に関連しています。

要件

オープンソースロボティクスとは、ハードウェアに関する情報が容易に識別され、他の人が簡単に再構築できることを意味します。つまり、設計では入手しやすい標準的なサブコンポーネントとツールのみを使用し、部品表や詳細な（「イケアスタイル」）ステップバイステップの組み立てとテストの手順を含む、組み立てプロセスを詳細に文書化する必要があります。（CADファイルだけでは不十分です。組み立ての実行やテストの手順が示されていないためです。）これらの要件は、オープンソースハードウェア全般の標準であり、さまざまなライセンスや認証、特に査読付きジャーナルであるJournal of Open HardwareとHardwareXで定義されているものによって正式化されています

ソフトウェアのライセンス要件は、他のオープンソースソフトウェアと同じです。しかし、ソフトウェアコンポーネントを実際のロボットシステムで実用的に使用するには、通常、ロボットミドルウェアコミュニティの標準規格で定義されているように、他のソフトウェアとの互換性が必要です。

ハードウェアシステム

これまでのアプリケーションには以下が含まれます。

ハードウェアサブコンポーネント

ほとんどのオープンソースハードウェア定義では、容易に入手できる限り、非オープンなサブコンポーネントをモジュール設計で使用することを許可しています。しかし、多くの設計では、最終的に完全にオープンな設計に到達することを目指して、できるだけ多くのサブコンポーネントにオープン性を押し込もうとしています

Open Source Ecologyなどのオープン ハードウェアの手動運転車両とそのサブコンポーネントは、多くの場合、出発点として使用され、自動化システムで拡張されます。

オープン サブコンポーネントには、 ArduinoやRISC-Vなどのサブコンポーネントとしてオープン ソース コンピューティング ハードウェアが含まれるほか、Open Source Motor Controller やODriveなどのオープン ソース モーターやドライバーも含まれます。

オープンハードウェアロボットインターフェースボード[ 19 ]は、ミドルウェアソフトウェアと物理ハードウェア間のインターフェースを簡素化することができます。

ソフトウェアサブコンポーネント

ミドルウェア

ロボティクスミドルウェアは、複数の他のソフトウェアコンポーネントを連携させるソフトウェアです。ロボティクスにおいては、標準化されたメッセージパッシングプロトコルを備えたリアルタイム通信システムを指します。主なオープンソースミドルウェアは、ロボットオペレーティングシステムであるROS2 （現在バージョン2）です。その他の選択肢としては、ROS1、 iCubで使用されているYARP 、URBI、Orcaなどがあります。オープンソースミドルウェアは通常、オープンソースオペレーティングシステム、 特にLinuxのUbuntuディストリビューション上で実行されます

ドライバソフトウェア

ほとんどのロボットセンサーとアクチュエーターにはソフトウェアドライバが必要です。ハードウェアデバイスはそれぞれ異なるため、このレベルではオープンソースソフトウェアの標準化はほとんどありません。クローズドハードウェア用のオープンドライバの作成は、低レベルのプログラミングとリバースエンジニアリングの両方が必要となるため 、困難です

シミュレーションソフトウェア

オープンソースのロボットシミュレーターには、Gazebo、MuJoCo、Webotsなどがあります。Godotなどのオープンソースの3Dゲームエンジンも、適切なミドルウェアインターフェースを備えている場合、シミュレーターとして使用されることがあります。[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]

自動化ソフトウェア

AIレベルでは、多くの標準アルゴリズムがオープンソースソフトウェアで実装されており、そのほとんどはROS2です。主なコンポーネントは次のとおりです

コミュニティ

ロボットの設計図の作成と共有の人気が高まっている兆候は、メイカーカルチャーコミュニティで初めて見られました。遠隔操作車両（例：ロボットコンバット）の小規模なコンテストから始まったものは、すぐにSparkyのような自律型テレプレゼンスロボットの作成へと発展し、その後、Open Automaton Projectとして真のロボット（自ら判断を下せるロボット）へと発展しました。現在では、いくつかの民間企業も簡易ロボット作成キットを製造しています

コミュニティは、オープンソースハードウェアのライセンス、認証、査読済み出版物を採用しています。これらは、ソースコードがコミュニティの定義に基づいて正しく永続的に利用可能になっていることを確認し、それが確実に実行されていることを検証するものです。これらのプロセスは、多くの歴史的プロジェクトがオープンソースであると主張しながらも、商業化やその他の圧力によってその約束を覆してきたため、極めて重要になっています。

他のオープンソースハードウェアと同様に、コミュニティでは「組み立てやすさ」の正確な基準について議論が続いています。一般的な基準としては、設計は工科大学の学生が一般的なファブラボツールを使って数日で組み立てられるものでなければならないとされていますが、これらのサブ用語の定義についても議論の余地があります。

他のオープンソースハードウェアと比較して、オープンソースロボティクスは通常、ソフトウェア要素が大きく含まれているため、ハードウェアエンジニアだけでなくソフトウェアエンジニアも関与します。オープンソースの概念は、ハードウェアよりもオープンソースソフトウェアにおいて確立されているため、ロボティクスは、これらの概念を共有し、ソフトウェアからハードウェアへと移転できる分野です。

オープンソースロボットのコミュニティは多面的で幅広い背景を持つが、かなり大きなサブコミュニティがROSミドルウェアを使用しており、ROSCon [ 27 ]カンファレンスで会合を開き、ROS自体の開発やその上に構築された自動化コンポーネントについて議論している。

参考文献

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