具現化ロボット革新設計プラットフォーム（強化版）GX-MAT-09S

センサ構成

具現化ロボットに必要なセンシング群を統合し、環境知覚・音声インタラクション・ナビゲーション・ライントレースなどの機能を単一プラットフォームで実装できます。

• AI ビジョンカメラ
• 単眼イメージングモジュール
• AI 音声認識モジュール
• 姿勢 IMU センサ
• 障害物回避／ライントレースセンサアレイ
• ナビゲーション級 LiDAR

コントローラ構成

三層コントローラ構成：Arduino（グラフィカル/C++ 入門）、STM32F407（専門 MCU 開発）、Horizon RDK X5（Ubuntu + ROS、10 TOPS エッジ AI）を組合せ、授業からロボット研究まで全領域をカバーします。

ソフトウェア構成

Arduino IDE、STM32 開発ツール、Ubuntu/ROS 環境とサンプルプロジェクトを提供し、ハードウェアドライバから AI・ROS アプリケーションまで一気通貫で開発できます。

Arduino ライブラリ、HAL/FreeRTOS、ROS/MoveIt、OpenCV、YOLO、音声認識 SDK などのオープンエコシステムと互換性があり、授業・研究リソースを素早く統合できます。

モータ総合プロジェクト

DC モータとサーボの制御、エンコーダ計測と PID 制御を習得します。

• DC モータ制御：ブラシ付き DC モータのデジタル制御と駆動要点を学ぶ。
• エンコーダ付き DC モータ制御：エンコーダデータを取得し、PID の原理と速度閉ループ制御を実装する。
• サーボ制御：myservo.attach()/write() を用いてサーボ角度を精密制御する。

センサプロジェクト

TTL、ライントレース、超音波、IMU、音声、AI ビジョンなどの主要センサを網羅します。

• TTL センサ実験：TTL センサのパラメータ取得と応用方法を習得する。
• 四路ライントレース：ロボットのライントレース制御を実装する。
• 超音波距離計測：測距アルゴリズムを理解し、環境に合わせた調整を行う。
• ジャイロセンサー：`MPU6050.cpp` を使用して姿勢情報を取得する。
• 音声認識センサ：`HBR640.h` を呼び出して音声認識とコマンドトリガーを実現する。
• AIビジョンセンサー：カメラ映像表示と AI ビジョン推論のワークフローを習得する。

組込み Linux プロジェクト

Ubuntu と Python を用いて GPIO、データ処理、マルチスレッド、ネットワーク通信を実践します。

• システム導入：Ubuntu をインストールし、SSH とファイルシステム操作を習得する。
• GPIO 制御：Python で LED とボタンを制御し、標準 GPIO ライブラリを使いこなす。
• センサデータ収集：複数センサのデータ取得・フィルタリング・GUI 表示を行う。
• ネットワーク通信と Web サーバ：ソケット通信を実装し、Web サーバでデータを公開する。
• マルチスレッド：threading モジュールで並列処理を実装し、同期と排他を学ぶ。

コンピュータビジョンプロジェクト

RDK X5 とカメラを活用し、色・形状・QR・追跡・検出・データセット作成までを実装します。

• カラー認識：OpenCV で色空間を変換し、分別・追跡を実現する。
• 形状認識：エッジ検出と輪郭抽出で形状分類を行う。
• QR コード認識：OpenCV／zbar で QR コードをデコードし、情報を処理する。
• ジンバルによる図形追跡：画像を取得し、特定図形を追跡するジンバル制御を行う。
• カラーターゲット追跡：カラーターゲットを認識し、自律追従を実現する。
• 顔認識：OpenCV/dlib を用いて顔検出、特徴抽出、認識アプリケーションを行う。
• ビジュアルラインフォロー：地面軌跡を識別する視覚アルゴリズムを作成し、ビジュアルラインフォローを実現する。
• YOLO デプロイ：YOLO モデルをデプロイし、リアルタイムの物体検出と分類を行う。
• データセットアノテーション：LabelImg/RectLabel を使用して独自のビジョンデータセットを作成・管理する。
• 果物認識：RDK X5 上に深層学習モデルをデプロイし、リアルタイム果物認識を行う。
• ロボットアーム認識搬送：視覚認識とロボットアーム制御を組み合わせ、自動把持搬送を実現する。

モバイルシャーシプロジェクト

差動・全方向・スウェーデンホイール・メカナム・ステアリングなどのシャーシ組立と制御を行います。

• 三輪差動シャーシ：組立、ステアリング制御、オドメトリ調整を行う。
• 四輪差動シャーシ：組立、ステアリング制御、オドメトリ調整を行う。
• 六輪差動シャーシ：組立、ステアリング制御、オドメトリ調整を行う。
• 三輪スウェーデンホイールシャーシ：組立、ステアリング制御、オドメトリ調整を行う。
• 四駆差動シャーシ：組立、ステアリング制御、オドメトリ調整を行う。
• 四輪スウェーデンホイールシャーシ：組立、ステアリング制御、オドメトリ調整を行う。
• 四輪メカナムシャーシ：組立、ステアリング制御、オドメトリ調整を行う。
• 四駆スウェーデン＋メカナムシャーシ：組立、ステアリング制御、オドメトリ調整を行う。
• 四駆独立ステアリングシャーシ：組立、ステアリング制御、オドメトリ調整を行う。

ロボットアームプロジェクト

直列アームから SCARA、双腕までを組立・駆動し、運動学制御を学習します。

• 4 自由度直列ロボットアーム：組立、駆動制御、運動学制御を行う。
• 5 自由度直列ロボットアーム：組立、駆動制御、運動学制御を行う。
• 6 軸直列ロボットアーム：組立、駆動制御、運動学制御を行う。
• SCARA ロボットアーム：組立、駆動制御、運動学制御を行う。
• 双腕ロボット：双腕の組立、協調駆動制御、運動学制御を行う。
• 昇降双腕ロボット：昇降機構付き双腕の組立、制御、運動学調整を行う。

複合ロボットプロジェクト

シャーシとロボットアームを組み合わせ、応用指向の具現化ロボットを構築します。

• 三輪差動複合ロボット：ジンバル、SCARA、六軸などの複合形態を構築する。
• 四輪差動複合ロボット：ジンバル、4/5/6 軸、SCARA、双腕、双腕リフトを構築する。
• 六輪差動複合ロボット：ジンバル、4/5/6 軸、SCARA、双腕、双腕リフトを構築する。
• 三輪全方向複合ロボット：ジンバル、4/5/6 軸、SCARA、双腕、双腕リフトを構築する。
• 四駆差動複合ロボット：ジンバル、4/5/6 軸、SCARA、双腕、双腕リフトを構築する。
• 四輪全方向複合ロボット：ジンバル、4/5/6 軸、SCARA、双腕、双腕リフトを構築する。
• 四輪操舵複合ロボット：ジンバル、4軸、SCARA の3方式。

ROS プロジェクト

ROS の起動、機能パッケージ開発、MoveIt によるモーション制御を学びます。

• ROS 体験実験：ファイル構造を理解し、トピック／サービス／パラメータで turtlesim と移動ロボットを制御する。
• ROS 機能パッケージ構築・移植：機能パッケージを作成・コンパイルし、キーボード操作の移動ロボット制御を実装する。
• URDF モデルと MoveIt 制御：URDF モデルを作成して Rviz に表示し、MoveIt でロボットアームの運動学制御を行う。

移動ロボットのナビゲーションと位置決め

Cartographer、Hector、Gmapping の理論からパラメータ調整までを網羅します。

• 高速ナビゲーション体験：Cartographer・Hector・Gmapping を実行し、それぞれの適用シーンを比較する。
• Cartographer マッピング：原理解説、パッケージ分解、設定、全パラメータチューニングを実施する。
• Hector マッピング：パッケージ構成を理解し、設定と全パラメータチューニングを行う。
• Gmapping による地図作成：原理と設定フローを理解し、全パラメータ調整と地図生成を完了する。