ROSによる今後のロボティクスのあり方
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ロボティクスの未来 YASKAWA Mirai Tech #1 というイベントで発表・公開された資料です。 イベントURL: https://yaskawa.connpass.com/event/145347/
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ROSによる今後のロボティクスのあり方
- 2. 1 自己紹介 業務内容 安川電機 環境社会システム事業部 開発部 HMI (監視制御装置) の開発 ソフトウェア開発を担当
- 3. 2 ROS に関する取り組み 個人創作活動 ROSやロボットに関する取り組みは100%趣味 Qiitaでのロボット技術解説記事を執筆 (ROS 関連記事のユーザランキング１位 @2019年3月現在) 九工大西田研の社会人博士学生ですがテーマはROSと無関係 自律移動ロボットプロジェクト 市街地にて完全自立走行で2kmのコースを完走 @ つくばチャレンジ
- 4. 3 拙著ROS本のご紹介 著書概要 西田, 森田ら, 実用ロボット開発のためのROSプログラミング, 森北出版, 2018. MATLAB連携の章を担当 コンピュータビジョン (OpenCV)、ポイントクラウド (PCL)、 プラグイン開発 (Pluginlib)、テストコード (rostest)、 CI 連携 (industrial_ci)等、応用項目を主担当として執筆 出典：https://images-na.ssl-images-amazon.com/images/I/51joyPVM8tL.jpg 出典：https://opencv.org/ 出典：http://pointclouds.org/ 出典：https://travis-ci.org/ MATLAB Simulink
- 5. 4
- 6. 5 ROS 講演活動 ROS-Industrial Asia Pacific Consortium Workshop 2019 @Sigapore MATLAB EXPO 2019 @Tokyo ROSConJP 2019 @Tokyo 出典：http://roscon.jp/ 出典：https://rosindustrial.org/ 出典：https://www.matlabexpo.com/jp/2019.html
- 7. 6 本題の前に
- 8. 7 免責事項 • 本資料のすべてのコンテンツ・情報につきまして、 可能な限り正確な情報を掲載するよう努めておりますが、 必ずしも正確性・信頼性等を保証するものではありません。 • 本資料に記載された主張、意見につきましては，講演者の個人的 見解であり、会社の公式見解とは一切の関係を持ちません。 • 本資料に記載された事例につきましては、講演者が経験した例も 含まれており、その再現性を保証するものではありません。 • 本資料に掲載された内容によって生じた損害等につきまして、 一切の責任を負いかねます。
- 9. 8 ROS (Robot Operating System) って何？ 「ロボットシステム構築用 ミドルウェア（OS）」
- 10. 9 • Switchyardプロジェクト @スタンフォード大学 • 研究開発・教育用途としての、ロボット開発プラットフォームを開発 ROS開発の背景 移管 スピン アウト 収益化 ？ • 2007～2012: Willow Garage • 米国ロボットベンチャー(パーソナル、サービス用途)がSwitchyardの開発を引き継ぐ。 • 様々なソフトウェアプラットフォームを開発(OpenCV等)。 • 「ROS 1.0」(「学」向け) をリリース。 • 2012～2017: OSRF (Open Source Robotics Foundation) • ROS事業をスピンアウトし、管理運営を移管。 • この間に産業利用の要望が出てきたためROS-Industrialコンソーシアムが設立。 • 「ROS 2.0」 (「産官」向け) をリリース。 • 2017～現在：Open Robotics • 研究・教育ベース（学）から、商用ベース（産官）へシフトの気配？ • 営利団体への舵切りを強くし、マーケットでもプラットフォーマを目指すのでは？（妄想）
- 11. 10 ROSが使われているフィールド（研究） DARPA Robotics Challenge Amazon Picking Challenge 出典：https://japan.zdnet.com/article/35110483/9/ 出典：https://www.innovations-report.com/html/reports/information-technology/ rosin-project-towards-an-eu-digital-industrial-platform-for-robotics-through-open-source-software.html つくばチャレンジ 出典：https://www.kyutech.ac.jp/whats-new/education/entry-3977.html 出典：https://www.afpbb.com/articles/-/3137553 出典：https://historyofai.wordpress.com/2014/04/13/secondary- initiatives-robocup-rescue/ RoboCup (Succor, Rescue, @home) 出典：https://www.femexrobotica.org/tmr2018/en/portfolio-item/robocuphome/
- 12. 11 ROSが使われているロボット（商用、産業用） AmazonSony Softbank TOYOTA x PFN HONDANASA JAXA Panasonic Hitachi FANUC KAWADA Rethink NTT x Vstone RT SIEMENSE PLM 出典：https://aibo.sony.jp/store/ 出典： https://www.itmedia.co.jp/news/articles/1612/ 06/news107.html 出典： https://hasigo.co.jp/blog/aipepper/ 出典： https://tech.nikkeibp.co.jp/atcl/nxt/ma g/rob/18/00007/00008/ 出典： https://rosindustrial.org/news/2015/9/15/advanced- simulation-of-ros-i-in-process-simulate 出典： https://www.vstone.co.jp/produ cts/sota/ 出典： https://tech.nikkeibp.co.jp/atcl/nxt/mag/rob/18/00003/120500023/ 出典：https://www.digitalavmagazine.com/pt/2015/08/25/el- robot-panasonic-hospi-ayuda-en-la-entrega-de-medicinas-en-el- hospital-de-cgh/ 出典： https://gigazine.net/news/20100205_robonaut/ 出典： https://www.honda.co.jp/news/2016/c160712.html 出典： http://potblog.hatenablog.com/entry/2018/01/08/162323 出典：hhttps://www.kawadarobot.co.jp/gallery/ 出典： https://matome.naver.jp/odai/214118112329027 2801/2141181364092256903 出典： https://roscon.ros.org/jp/2018/presentations/RO SCon_JP_2018_presentation_6.pdf 出典： https://tech.nikkeibp.co.jp/dm/article/COLUMN/2 0130128/262741/
- 13. 12 ROS をイメージする
- 14. 13 ROSの位置づけ ユーザアプリ オペレーティン グシステム ハード パソコン スマホ ロボット ROSはここ！ ※ロボット主体なら PCのOSもロボの一部 （ファームの一種） ※パソコン主体なら ROSはミドルウェア ファーム BIOS (UEFI 等) BIOS的な 何か BIOS (UEFI 等) ※「OSではなくミドルウェアと 呼ぶ方が正しい」という議論が 頻繁にされるが、それは安直？ ※彼らは本気で「OS」と主張した からこそ、成功したと考える。 ※ 「ミドルウェア」という意識で は「パソコン主、ロボット従」。 ※ 「ROS」の哲学は 「ロボット主、パソコン従」
- 16. 15 OSやドライバまで見る必要はない．ミドル ウェアとのやりとりだけを考えればよいので， アプリケーションの移行が容易になる • ミドルウェア • ミドルウェアとは、ソフトウェアの分類のうち、オペレーティングシステム （OS）とアプリケーションソフトの中間的な処理・動作を行うソフトウェア のことである。 引用：weblio辞書 ロボットソフトウェアプラットフォーム(ミドルウェア)のイメージ ハードウェア OS1 ドライバ1 ハードウェア OS2 ドライバ2 ミドルウェア ミドルウェア 使えるものは 移行したい モータA センサA モータB センサB App1 App2 App3 App1 App2 App3 出典：https://www.cleanpng.com/png-world- robot-olympiad-4549552/preview.html 出典：https://frame- fukuoka.blogspot.com/2019/08/blog-post_934.html
- 17. 16 OSが変わっても継続使用できるの？ ハードウェア Ubuntu 14.04 ドライバ1 App1 ハードウェア Ubuntu 16.04 ドライバ2 ROS Kinetic App2 ROS Indigo App3 App1 App2 App3 • 新機能（例：技術的リスク） • iPhone X等、新しい解像度に対応させたければ要アップデートです。 • 動きはするけど思いますが、うまく表示できなくてもユーザ責任だよ。 • 上位互換の終了（例：事業的リスク） • アプリAとアプリBを統括する新しいアプリCに移行。ABの保守終了。 • ABは次期OSではリリースはしません。OS xx 移行はCをご利用下さい。 一部改造が必要 なアプリも ハードウェア Firm ware ドライバ1 App1 ハードウェア Firm Ware ドライバ2 iOS 13 App2 iOS 12 App3 App1 App2 App3 一部改造が必要 なアプリも • アプリは「基本的に」移行可能。ただしできないものも。一部改造・差替えは覚悟すべき。 • ロボットでも同様の運用が発生する • プラットフォーマ、メーカ、ユーザ、 誰の責任範囲かはケースバイケース。 • 基幹アプリケーションは基本的には動くはず。 （メモ帳やペイントがずっと動くのと一緒） • クリティカルなのはハード。センサメーカが将来ROSをサポート し続けるのか、そもそも事業が続いているかなんて分からない。 • もしGPUとか使っていたら、数年後は使えない可能性は超高い。 • そういうモジュール単位での差し替えは絶対必要になる。 スマホの場合 ロボットの場合
- 18. 17 • 分散処理 • 認識、計画、制御、といった知能情報処理を個別的に分散実行 (並列計算)可能。 • 各計算プロセスが非同期で通信。 • 複数の研究者が各自の所掌範囲の開発に注力できる。 • ハードウェアに依存しない • アプリ開発者は(基本的には)上位のことだけ気にすればいい。 • プラットフォーム側だけがハードウェアの対応を頑張れば、 多くの開発者が恩恵を受けられる。 ソフトウェア開発プラットフォームの特長（一般論）
- 19. 18 • 通信ライブラリ • アプリケーション開発者は機能の開発に注力できる • 開発・操作ツール • ブラフ、三次元ビューワ、動力学シミュレータ、コンパイラ等々 • 高機能ライブラリ • 自律移動、多関節ロボットパスプランナ、実機シミュレータ共通コントローラ • コンポーネント化されているので役割別に導入可 (センサIF、アクチュエータIF、データ処理部等々) • エコシステム（開発コミュニティ） ※普及の源泉。市場形成上最も重要。 • 「Apple Store」「Google Play」のロボット版 • Bug fix, Q&A, Wiki, Pull Request etc… • 他者が開発したコードをWebからダウンロードすればすぐに利用できる • 開発者は世界で5万人以上。モジュール数は数千。 ROSの特長
- 20. 19 エコシステムの構成 iOS, Android SDK Apple Store Google Play (Server Side) Apple Store アプリ Google Play アプリ (User Side) スマホ的に アプリ提供が可能！
- 21. 20 事例紹介 （ちょっとだけ）
- 22. 21 ROSの産業応用への展開 ROS-Industrial (ROS-I) とは？ ROSの産業応用を推進するためのコンソーシアム（米、欧、亜 の３支部） メーカ・ユーザ・プラント等、60以上の世界的な企業が参画 弊社米国 支部が参画 画像出典： https://rosindustrial.org/ric/current-members
- 24. 23 Whill の提唱する MaaS (Mobility as a Service) にもROSが！ 出典：https://whill.jp/maas
- 26. 25 どのレイヤーで連携するのか ここより上 • OS • Supported • Ubuntu • Debian • Windows 10 IoT (MSが対応した) • Experimental • OS X • Gentoo • Yocto (OpenEmbedded) • Platform • AWS • Azure • Function • OpenCV • PCL • OpenSLAM • MoveIt! • Application • Gazebo • RViz • ROS-Industrial • MATLAB
- 27. 26 • コンピュータビジョン用のライブラリ • オープンソース（BSDライセンス、商用利用可） • マルチプラットフォーム（Win, Linux, Mac） • 画像処理している研究動画があればどこかしらでこれを使っている可能性大 OpenCV 出典：https://www.embedded-vision.com/introduction- computer-vision-using-opencv 出典：森田ら，ROS2ではじめよう次世代ロボットプログラミング，技術評論社，2019．
- 28. 27 • 点群（ポイントクラウド）処理用のライブラリ • KinectとかLiDARとかのデータを扱うときは必須 • オープンソース（BSDライセンス、商用利用可） • マルチプラットフォーム（Win, Linux, Mac） PCL (Point Cloud Library) 出典：http://pointclouds.org/documentation/
- 30. 29 • センサデータやロボットモデルの可視化 • リアルタイムプロット • システム可視化 RViz 出典：https://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1506/16/news082.html
- 33. 32 MATLAB Robotics System Toolbox 各種座標変換 ロボットアームアルゴリズム 移動ロボットアルゴリズム Simscape Multibody との連携 ROS連携 ROSノード生成 Robotics System Toolbox Navigation Toolbox ROS Toolbox rosbagの読み込み 自律飛行アルゴリズム (UAV Add-on) TurtleBot Add-on ROSカスタムメッセージ Add-on 各種座標変換 ロボットアームアルゴ 自律飛行アルゴリズム 移動ロボットアルゴリズム 移動ロボットアルゴリズム Simscape Multibodyとの連携 自己位置推定 地図生成 2D SLAM 動作計画 ROS連携 TurtleBot Add-on ROSカスタムメッセージ Add-on 各種座標変換 GNSS/IMU センサーモデル Gazeboとの コシミュレーション rosbagの読み込み ROSノード生成 以前 ROS 2連携 ROS2 ノード生成 3D SLAM 市販ロボットライブラリ 衝突検知 経路計画 新機能 運動学/逆運動学 マニピュレーション ナビゲーション ROS 専用機能
- 35. 34 • パソコン・スマホ本体 • スペックでの差別化が消失。海外市場で低価格化が急速に進行 (製品のコモディティ化)。 • CPU、メモリ、グラボ等、主要部品のメーカは寡占状態に。 • 価格で勝負できない場合、ブランディングか保守・サポートでの差別化へのシフトを余儀なくされる。 • それでも他と同じサービスでは過当競争に陥る(商品のコモディティ化) 。 パソコン(ここ20年)スマホ(ここ5年)での流れを振り返る • パソコン・スマホアプリ • プラットフォーマ(GAFA+MS)とアプリメーカに大別。 • 前者が暴利を貪り、後者がコモディティ化 (無数のFreeアプリが有料アプリの販売を阻害)。 • メーカでもキラーアプリがあれば課金で生き残れるが(Adobe 等)、陳腐化した瞬間場外追放。 • ITコンサル・ SIer • 統合ITソリューションを提供 or 知恵を与える部隊が参上。 • ここが世界のIT基幹システムを牛耳ることになるが、彼らにとってパソコン・スマホは部品でしかない。 • 安価、長期保守、短納期、そこそこのスペック(雑魚でも困るけど、オーバスペックは不要)、 そこそこ壊れない信頼性(すぐ壊れても困るけど、壊れたところで交換すれば良い)という視点でしか パソコンやスマホを見られなくなる。 • 端末を客先納品する必要性すら希薄化し、レンタル(横川/ORIX)・シェアリング(AWS/Azure)へ移行。
- 36. 35 ロボット(今後5年)の流れを予想 • ロボット本体 • スペックでの差別化が消失。海外市場で低価格化が急速に進行 (製品のコモディティ化)。 • モータ、エンコーダ、減速機等、各種センサ等、主要部品のメーカは寡占状態に。 • 価格で勝負できない場合、ブランディングか保守・サポートでの差別化へのシフトを余儀なくされる。 • それでも他と同じサービスでは過当競争に陥る(商品のコモディティ化)。 • ロボットアプリ • プラットフォーマ(ROS)とアプリメーカに大別。 • 前者が暴利を貪り、後者がコモディティ化（無数のOSSアプリが有料アプリの販売を阻害）。 • メーカでもキラーアプリがあれば課金で生き残れるが(教示レスアプリ等)、陳腐化した瞬間場外追放。 • ロボットコンサル・SIer • 統合ロボットソリューションを提供 or 知恵を与える部隊が参上。 • ここが世界のロボットシステムを牛耳ることになるが、彼らにとってロボットは部品でしかない。 • 安価、長期保守、短納期、そこそこのスペック(雑魚でも困るけど、オーバスペックは不要)、 そこそこ壊れない信頼性(すぐ壊れても困るけど、壊れたところで交換すれば良い)という視点でしか ロボットやセンサを見られなくなる。 • 端末を客先納品する必要性すら希薄化し、レンタル(ORIX)・シェアリング(大和ハウス、Whill)へ移行。
- 38. 37 ROS関連のスポンサーを見てみる 総合家電 ロボット 組込み 半導体 • ROSCon JP 2019（国内） SIer クラウド ロボティクス 半導体 オープンソースOS ロボット関連企業多数 自動運転 自動運転 出典：http://roscon.jp/ 防犯ロボ
- 39. 38 ROS関連のスポンサーを見てみる • ROSCon 2019（世界） 日本の帝王 GAFA 帝王 出典：https://roscon.ros.org/2019/
- 41. 40 出典：近藤，ROS2ではじめよう次世代ロボットプログラミング，技術評論社，2019． ROS1 と ROS2 の比較 現在進行形で 開発中
- 46. 45 BSD or MIT ライセンスを 基本とするROS 商用化の段階で、ここにどう 落とし所をつけるかは必ず障壁に
- 47. 46 まとめ ROS の登場 ロボットシステムの構築が容易化 自動運転、産業用、ドローン、サービス、コミュニケーション…分野を問わず利用可能 様々なソフトウェアと連携可能 ビジネス展開予想と商品としてのロボットのあり方 ロボットのコモディティ化が進行 → 単品売りの障壁が高くなる システム化による付加価値付与が重要 → ROSによって実現しやすくなり参入障壁が低下 世界のリーディングカンパニーがこぞってROSに出資 商用製品開発を想定した次世代版「ROS2」の開発が進行中 エンドユーザに与える価値・必要性・スケールメリットの全て側面から逆算して戦略立案を PoCを高速で展開し、顧客反応を観察。この高速展開においてROSが必須 課題 ROS 技術者は世界的にも少数。ロボットマーケタも少数（メーカの既存戦略とコンフリクト） メーカはOSSをベースとした商用製品開発の経験が乏しい場合が多い ・OSS製品保証はどうするか？メーカ責任はどこまで負うのか？ ・顧客が受け入れてくれるか？
- 48. 47 Thank you ;)