自律型ホームアシスタントロボット「O'nine」の構築 – ROS、Alexa、ロボットアーム完全ガイド

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Arduino UNO	1	ロボットアーム制御用
Arduino Braccioロボットアーム	1	5自由度+グリッパー
Odroid XU4（または同等SBC）	1	ROSナビゲーション・ビジョン処理用
SparkFun EasyDriver	1	垂直リフト用ステッピングモータードライバー
ステッピングモーター	1	アーム垂直移動用
L298 モータードライバー	1	メカナムホイール駆動用
DCモーター（エンコーダー付）	4	メカナム駆動用
GY-85 IMU（9軸）	1	姿勢推定用
メカナムホイールセット	1	全方向移動
Microsoft Kinect v1	1	深度センサー（ROS対応）
V-Slotリニアレール、ガントリープレート、Vホイール等	1式	垂直リフト機構用（OpenBuilds互換）
台形ネジ（0.8m）、カップラー、ベアリングブラケット	各1	リフト駆動用
リミットスイッチ、スプリングワイヤー	各1	原点復帰・ケーブルガイド
5V BEC、DC-DCコンバーター、12V 5000mAhバッテリー	1式	電源系

ソフトウェア・サービス

ROS (Robot Operating System) – Kinetic/Melodic
Amazon Alexa Skills Kit + AWS Lambda
PubNub (MQTTブローカー)
Pushover (通知・画像送信)

プロジェクト概要

「O'nine（オーナイン）」は、家の中を自律移動し、アームで物を掴み、Alexaの音声指令でタスクを実行するパーソナルホームロボットです。ROSベースのナビゲーション、MoveItによるアーム運動計画、Alexa-PubNub-ROSの連携で「魚に餌をやって」「赤ちゃんを見て」等の動的タスクを実行します。

自律型ホームアシスタントロボット「O nine」の構築 – ROS、Alexa、ロボットアーム完全ガイド

システムアーキテクチャ

Amazon Echo Dotが音声コマンドを受信
カスタムAlexaスキルがIntentを検出
AWS LambdaがPubNub MQTTブローカーにメッセージ送信
O'nine（Odroid XU4）がMQTT購読し、ROSアクションを実行
ナビゲーション→アーム制御→把持→戻る、を自律遂行

ハードウェア構成（3サブシステム）

1. ロボットベース（メカナム駆動）

Teensy 3.2/3.5 + L298 + エンコーダー付DCモーター×4
PID速度制御ファームウェア（linorobotベース）
Kinectで点群取得 → pointcloud_to_laserscanで2Dレーザー変換 → AMCL/SLAM

2. 垂直リフト（アーム親システム）

Teensy + EasyDriver + ステッピングモーター + 台形ネジ
オープンループ位置制御（ステップ数→高さ変換）
アーム子システムへシリアル中継＋12V電源供給

3. ロボットアームコントローラー（アーム子システム）

Arduino UNO + Braccioシールド
垂直リフトから受信した目標関節角でサーボ駆動

ソフトウェアセットアップ（Ubuntu 16.04/18.04 × 2台構成）

ROSインストール

git clone https://github.com/linorobot/rosme
cd rosme && ./install

必要パッケージ

# 開発機（MoveIt, RViz用）
cd ~/catkin_ws/src
git clone https://github.com/linorobot/lino_pid
git clone https://github.com/linorobot/lino_msgs
git clone https://github.com/linorobot/lino_visualize
cd .. && catkin_make

# ロボット機（ベース）
git clone https://github.com/linorobot/lino_install
cd lino_install && ./install mecanum kinect

# O'nine専用パッケージ（両機）
git clone https://github.com/grassjelly/onine_install
cd onine_install && ./install

# Alexa連携
cd ~/onine_ws/src
git clone https://github.com/grassjelly/onine_alexa
cd .. && catkin_make

Alexaスキル作成手順

Alexa Developer Consoleでスキル作成（カスタム対話モデル）
Intent Schema（schema.json）とSample Utterances（utterances.txt）をGitHubからコピー
AWS Lambda関数作成（Node.js 4.3+）、PubNubキーを環境変数に設定
Lambda ARNをAlexaスキルのエンドポイントに登録

PubNub・Pushover設定

PubNubアプリ作成 → Publish/Subscribeキー取得 → Lambdaとonine_alexaに設定
Pushoverアカウント作成 → User KeyとAPI Token取得 → スナップショット送信用に設定

uDevルール（シリアルポート固定）

rosrun lino_udev lino_udev.py
# Teensy(ベース) → linobase
# Teensy(リフト) → oninearm
sudo cp 58-lino.rules /etc/udev/rules.d/
sudo service udev reload && sudo service udev restart

ファームウェア書き込み

# ベース
roscd linorobot/firmware/teensy && platformio run --target upload
# リフト
cd onine_firmware/lift && platformio run --target upload
# アーム
cd onine_firmware/arm && platformio run --target upload

デモ実行手順

1. マップ作成

# ロボット機
roslaunch linorobot bringup.launch
roslaunch linorobot slam.launch
# 開発機
rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py
roscd lino_visualize/rviz && rviz -d slam.rviz
# 手動走行でマッピング後
rosrun map_server map_saver -f ~/linorobot_ws/src/linorobot/maps/map

2. 目標座標取得

roslaunch linorobot navigate.launch
# RVizで "2D Nav Goal" をクリック→ドラッグ
rostopic echo move_base_simple/goal
# 座標を fishtask.py の目標ポーズに反映

3. 通常運用

# 開発機
roscore
roslaunch onine_moveit_config demo.launch
rosrun onine_alexa alexa_tasker.py
# ロボット機（SSH×3端末）
roslaunch linorobot bringup.launch
roslaunch linorobot navigate.launch
roslaunch onine_apps ar_tracker.launch
# RVizで "2D Pose Estimate" で自己位置合わせ後、Alexaに話しかけ

今後の展望

Gazeboシミュレーションモデル提供（ハードウェア不要で開発可能に）
より高性能SBC（Rock64 4GB RAM等）への移行で処理オフロード解消
物体検出のARタグ依存から、汎用検出（find_object_2d等）への移行

自律型ホームアシスタントロボット「O'nine」の構築 – ROS、Alexa、ロボットアーム完全ガイド

必要な部品と材料

ソフトウェア・サービス

プロジェクト概要

システムアーキテクチャ

ハードウェア構成（3サブシステム）

1. ロボットベース（メカナム駆動）

2. 垂直リフト（アーム親システム）

3. ロボットアームコントローラー（アーム子システム）

ソフトウェアセットアップ（Ubuntu 16.04/18.04 × 2台構成）

ROSインストール

必要パッケージ

Alexaスキル作成手順

PubNub・Pushover設定

uDevルール（シリアルポート固定）

ファームウェア書き込み

デモ実行手順

1. マップ作成

2. 目標座標取得

3. 通常運用

今後の展望

関連リポジトリ