mrubyと micro-ROSが繋ぐロボットの世界

PicoRubyやMicroRubyの登場によってRubyでも物理的なデバイスをコントロールすることに注目が集まっている昨今、最近仕事でロボットを扱っている私は、ロボットもその仲間に加えることはできないかと考えるようになりました。

ロボットの制御の世界では、ROS（Robot Operating System）とよばれるOSSのフレームワークが広く使われています。通常はLinuxが前提となるROSなのですが、組み込みデバイス上でも動くmicro-ROSというものが存在します。

micro-ROSは、Cでの開発が前提となる環境ですが、それをRuby（mruby）で書けたらきっと楽しく開発できるだろうと思い、mrubyでmicro-ROSが使える環境を実装したいと考えています。

本発表では、そのプロトタイプの実装内容と技術的な課題、そして実際にロボット制御のデモの動画を紹介します。

Transcript

1. mrubyと micro-ROSが繋ぐ ロボットの世界 2025/6/28 関西Ruby会議08 影山勝彦
2. 自己紹介 普段は @kishima で活動 (株)アプトポッド所属 組み込み系エンジニア プレイングマネージャ mruby好き 電子工作好き 2
3. 最近のお仕事 3 四足歩行ロボを利用した ソリューション開発 自立走行ロボットの管理
4. 最近のお仕事 4 ロボットで自社 サービスにデータ 集めてWebアプリ で可視化したり
5. 5 仕事の経験も活かしたい ロボット関係の経験も積めた 　　最近、Ruby触れてないな・・・ 　　　　Ruby x ロボット・・・！？
6. “ Rubyと作ろう!
7. “ Rubyと作ろう! ロボット制御
8. これ動かしたい 8 myCobot280 安価な６軸ロボットアー ム ROS対応
9. ロボット制御？ 9 • HWリアルタイムな世界 ◦ 1msecやもっと短い間隔で正確にモータなどを制 御しないと行けない世界 • もうちょっとゆるい世界 ◦ SWリアルタイム ◦ 制御計画や、上位のアプリケーションとの間を取り 持つ処理
10. ロボット制御？ 10 • HWリアルタイムな世界 ◦ 1msecやもっと短い間隔で正確にモータなどを制 御しないと行けない世界 • もうちょっとゆるい世界 ◦ SWリアルタイム ◦ 制御計画や、上位のアプリケーションとの間を取り 持つ処理 👉
11. 巨人の背中に乗りたい ロボット開発の世界で 　　よく使われてるのは・・・ 11
12. ロボット開発でよく使われるROS 12 ROSとは Robot Operating System。一般的な意味のOSではなく ロボット向けの通信ミドルウェアを中心とした ツール、ロボット向けOSSのエコシステム 12
13. １から作るのは大変 • ROSはロボットの開発初期～に広く使われ ている • 色々なOSSパッケージがあり、組み合わせ ることで独自のロボット制御を構築できる • 私も仕事でお世話になってる 　　　　　　　　▶Rubyでも使いたい！ 13
14. ROSの紹介 ROSの基本的な機能など 14
15. 主な特徴 • ノードを基本とした分散型アーキテクチャ • Topic(Publish/Subscribe型のメッセージ通信） • Service(Server/ClientのRPC的な通信) • Actionという目標と過程を管理する仕組み • 高速、低遅延、大容量な通信も想定 • 実行環境は基本的にLinux • 公式開発言語は、 C++、Python 15 ROSの特徴
16. ROSのソフトウェアレイヤー 16
17. ROSのプロセス構成のイメージ図 17
18. Topicの定義 sensor_msg/Joy 18 IDLで定義、コンパイル時に構造体に
19. ツールやライブラリ類も充実 19 rviz ロボットの状態 可視化、GUI操 作 Gazebo シミュレータ
20. ツールやライブラリ類も充実 20 rqt ノード間のメッ セージ送受関係 可視化など rosbag メッセージ通信の ロガーCLIツール
21. Rubyで書きたい すでにあった！ • rclrb (ROS Client Library for Ruby) ◦ CRubyでROSの基本機能にアクセスできる ◦ 昨年あたり公開されていた 21
22. 好きなデバイスでROS動かしたい PC/Linuxで開発するときはrclrbを使うのがよ い マイコンでもROSを動かしたい！ 22
23. ROSをマイコンで動かすプロジェクト 23
24. micro-ROSの特徴 • リアルタイムOS上での動作を想定 • 各種マイコンサポート（ESP32、Raspi Pico等） • WiFi以外にUART等にも対応 • 母艦PC上のROSとmicro-ROSデバイスの通信 を中継するAgentが必要 • 開発言語：C言語 24 …mrubyから使えそう
25. micro-ROSアーキテクチャ 25
26. micro-ROS x mrubyで作ってみよう mrubyからmicro-ROSのAPIが使えるようにな ると、ROS対応のデバイス制御コードをRubyで 書けるようになる！ 26
27. 開発 今回作るものについて 27
28. 全体の構成 28
29. コントローラ 29 JoyC: M5StickC＆I2C接続のジョイスティック M5StickC Plus2: コアはESP32。PSRAM 2MB搭載
30. 開発内容 • mrubyとmicro-ROSを同時にビルドできる 環境構築 • 最新のESP32ビルド環境への適合 • mruby_esp32_i2c 必要な部分自前で作る • mruby_esp32_microrosの実装 • myCobot280をJoyトピックに反応するよう にする 30
31. mruby-esp32-microros micro-ROSのmrubyラッパー 31
32. デモ サンプルのスクリプトの説明とデモ動画を 32
33. I2Cの利用 33 • I2Cの初期化 • I2Cでデータを読み出すメソッド定義
34. コントローラ状態を読んでROSトピックを送信 34 • 10Hz程度の周期でコント ローラの信号Read • ROS Topic 送信
35. 35 基本動作確認：亀をROSで制御する
36. myCobot280をROSで制御するデモ 36
37. 37 パフォーマンス しっかりチェックできてないが、30Hzくらいで送信で きているのは１度確認した （ros2 topic hz /joyコマンド） 30Hzはコントローラ操作としても問題ない周期（ゲー ムのフレームレート） 100Hzくらいで動けると、ある程度細かいモータ制御 等にも使えるはず
38. 38 課題はたくさん • myCobot280思った通りに動かしたい • rcl APIをどうRubyらしく使えるようにするか ◦ Subscription：コールバックに素早く応答 ◦ メッセージ型をどうダイナミックに扱うか • ROSのパッケージ群活かしたい ◦ navigation, moveit • Raspi Pico - PicoRubyでも使いたい • mruby-esp32もう少しメンテしたい
39. これも動かしたい 39
40. 最後に • Rubyでも物理的に動きのあるものを制御で きる！ • CRubyでROSを使う方法(rclrb)もあるので、 興味を持つ方が増えたら嬉しい 40 　ハードがなくても、 　　シミュレーションから試す手もある！
41. 41 Thank you! 何か聞きたいことあればお気軽に X, github : @kishima