記録上の状態 · 実機検証を継続中

屋内自律走行ロボット

LiDARとカメラで自己位置推定・障害物回避・自律移動を行う差動駆動ロボット。

概要

屋内環境において、LiDARとカメラによる自己位置推定・障害物回避・自律移動を実現する差動駆動ロボットを設計・製作する。エッジ機とPCへ処理を分散し、限られた無線帯域の中で実時間性を確保する。安全機構は制御ソフトウェアと物理的なキルスイッチの二重構成とし、単一の失敗が事故に直結しない設計を貫く。

設計・検証の記録 ↓

所有者提供の実機写真

設計・検証の記録

設計判断

役割分担 →

分散処理アーキテクチャの仕組み

2026年8月19日

計測・検証結果

無線帯域の制約という現実 →

分散処理アーキテクチャの仕組み

2026年8月19日

失敗と学び

実際に起きた接触事故と、その原因調査の過程 →

安全な速度制御の仕組み

2026年8月13日

アーキテクチャ

SYSTEM

図1 — 安全監督層は自律・手動いずれのモードでも最優先で介入する。センサー入力はエッジ機で処理し、PCへは間引かれたデータのみを送る。

記録されている機能

6 項目

コントローラーでの手動操作と、車輪の回転数から自分の位置を推定することができるようになった。

LiDAR(レーザーで周囲との距離を測るセンサー)とカメラを使い、周囲の地図を自動で作れるようになった。

地図上の行きたい場所を指定するだけで、障害物を避けながら自動で移動できるようになった。

障害物に近づくと自動で減速・停止するため、壁や物に衝突しにくくなった(ただし完全に防げるわけではない)。

ブラウザから、バッテリー残量やセンサーの接続状況をリアルタイムで確認できるようになった。

制御用コンピュータが予期せず停止しても、手動操作と物理的な非常停止ボタンだけは独立して機能するようになった。

使用している技術

車体・ハードウェア

アルミフレーム(3階建)差動駆動用ギヤモーター×2Cytron MDD10A モータードライバ

センサー

Livox Mid-360 (LiDAR+IMU)Logitech C920 (USBカメラ)

制御コンピュータ

Raspberry Pi 5ESP32

ソフトウェア基盤

ROS2 JazzyUbuntu 24.04

自己位置推定

FAST-LIOrobot_localization (EKF)

地図生成・自律走行

slam_toolboxNav2RTAB-Map

独自実装

twist_mux裁定安全監督ノード障害物ガードWebダッシュボード

使用機材

8 点

実際にこのプロジェクトで使っている機材と、その役割・制約です。各項目は研究ログの記録に基づきます。価格や在庫は掲載していません。

Livox Mid-360S

このプロジェクトで使用

Livox

役割: 主センサー。6軸IMU内蔵の3D LiDARで、周囲の3次元形状の取得と自己位置推定の両方を担う。
制約・注意点: Mid-360として手配したが、届いた実機はMid-360Sだった(通信のディスカバリ応答で判明)。型番に合わない設定ではドライバがエラーを出さずに停止する。

根拠：ハードウェア構成の仕組みメーカーの製品ページ

Logitech C920

このプロジェクトで使用

Logitech

役割: 補助センサー(USBカメラ)。視覚特徴を使った地図生成のループクロージャや、障害物までの距離推定に使う。
制約・注意点: 有効にするとCPU使用率が約75%まで上がり、自己位置推定(FAST-LIO)の更新頻度が10Hzから0.5Hzに低下した(実測)。

根拠：ハードウェア構成の仕組み根拠：安全な速度制御の仕組み

Raspberry Pi 5

このプロジェクトで使用

Raspberry Pi

役割: 車載のメインコンピュータ。自己位置推定・安全監督・センサー取得などエッジ側の処理を行う。
制約・注意点: 走行検証中に原因不明の再起動が2回起きた。以後、アンダーボルテージ(電圧不足)フラグの確認を自律走行検証前の条件にしている。

根拠：ハードウェア構成の仕組みメーカーの製品ページ

ESP32

このプロジェクトで使用

Espressif Systems

役割: エンコーダの読み取りとモーターのPWM制御を専任で行うマイコン。
制約・注意点: GPIO34〜39は入力専用で内部プルアップがなく、INPUT_PULLUPを指定しても無視される。エンコーダ線をGPIO18/19へ配線し直した。搭載ボードの型番は記録していない。

根拠：ハードウェア構成の仕組みメーカーの製品ページ

Cytron MDD10A

このプロジェクトで使用

Cytron Technologies

役割: 2チャンネルのモータードライバ。上位からの速度指令をPWM信号に変換して左右のモーターを駆動する。
制約・注意点: 左右のモーターが鏡写しに取り付けられているため、右側だけDIR論理をソフトウェアで反転している。

根拠：ハードウェア構成の仕組みメーカーの製品ページ

エンコーダ付きギヤモーター(12V・100RPM、ホイール径65mm)×2

このプロジェクトで使用

役割: 2輪差動駆動の左右の駆動輪。旋回・安定性のためにキャスターを1つ加えている。
制約・注意点: 公称分解能をそのまま使わず、10回転の手回しでパルス数を実測して設定している。メーカー・型番は記録していない。

根拠：ハードウェア構成の仕組み

電動工具用18Vバッテリーパック

このプロジェクトで使用

役割: 車体の主電源。DC-DCコンバータで12V(モーター系統)と5V(Raspberry Pi 5系統)に降圧して使う。
選んだ理由: 専用品を新たに用意せず汎用規格のものを使い、予備の入手と充電の運用を簡単にするため。
制約・注意点: ESP32のADCで電圧を監視するには分圧回路と実測校正が必須。分圧回路が未配線のまま走らせた際は、ノイズを電圧と誤読して非常停止が発動した。ブランドは記録していない。

根拠：ハードウェア構成の仕組み