はじめに
PyBullet (Python上で動く物理シミュレータ) を使用して，ロボットアームを可視化して，動かしたい．
前記事では，PyBullet (Python上で動く物理シミュレータ) で3軸ロボットアームを可視化し，スライダーを用いて関節角度を簡単に変更できるようにした．
本記事では，下図のような3軸ロボットアームを動かす(下図はPyBullet上の3軸ロボットアームである)．
下図の赤枠内のスライダーを動かすことによって，ロボットの手先位置を自由に設定して，ロボットを動かす．
本記事で実装すること
- PyBullet で3軸ロボットアームの手先位置を設定することで，動かす
本記事では実装できないこと (将来実装したい内容)
- PyBullet で3軸ロボットアームを使用して，干渉物が存在する環境下での経路生成(経路生成手法としてRRTを採用)
動作環境
- macOS Sequoia (バージョン15.5)
- Python3 (3.13.3)
- PyBullet (3.2.5) (物理シミュレータ)
- Numpy (2.3.0) (数値計算用ライブラリ)
PyBullet のインストール方法
PyBullet のインストール方法については前記事にて，説明したため，割愛する．
3軸ロボットアームの定義
本記事で動かしたい，3軸ロボットアームについて説明する．
本記事では，下図のような3軸ロボットアームを考えている．
$\theta_{1}$はZ軸方向， $\theta_{2}, \theta_{3}$ はY軸方向へ回転する．
上図のパラメータ $l_{1}, l_{2}, l_{3}, m_{1}, m_{2}, m_{3}$ の値は下表として，考える(値は適当である)．
| パラメータ名 | 概要 | 値 |
|---|---|---|
| $l_{1}$ | リンク$1$の長さ | 1.0 [m] |
| $l_{2}$ | リンク$2$の長さ | 1.0 [m] |
| $l_{3}$ | リンク$3$の長さ | 1.0 [m] |
| $m_{1}$ | リンク$1$の質量 | 1.0 [kg] |
| $m_{2}$ | リンク$2$の質量 | 1.0 [kg] |
| $m_{3}$ | リンク$3$の質量 | 1.0 [kg] |
PyBulletで，上図のロボットを使用するために，URDF (Unified Robot Description Format)を作成する必要がある．
URDFソースコード
今回使用する，URDFのソースコードについて説明する．
| ファイル名 | 概要 |
|---|---|
| robot_3dof.urdf | 3軸ロボットアームの定義 |
PyBulletで，3軸ロボットアームを使用するためのURDF作成に関しては，前記事にて説明したため，割愛する．
PyBulletの使用方法
Pythonの物理シミュレータであるPyBulletの使用方法について説明する．
下記リンクのPyBullet公式で調べながら，PyBulletを使用している．
上記リンクを開くと，下図のようなサイトに飛ぶ．使用方法を調べるときは，下図の赤枠内の「PYBULLET QUICKSTART GUIDE」タグをクリックする．
「PYBULLET QUICKSTART GUIDE」タグをクリックすると，下図のようなドキュメントを見ることができる．基本的には，ドキュメントに記載されている関数の使用方法を見て，ソースコードを作成している．
PyBulletの関数の引数や戻り値をもっと知りたいのでしたら，上記ドキュメントを見た方がわかりやすいです．
全体のソースコード
ソースコードとして，下表の3ファイルを作成する．各ファイルの詳細はGitHubリンクより確認できます．
| ファイル名 | 概要 |
|---|---|
constant.py |
定数の定義 |
main.py |
全体的なメイン処理 |
pybullet_robot.py |
PyBulletでロボットを動かす |
PyBulletでロボットを動かす
上記にて，ロボットのURDF，ソースコードを説明した．
main.pyファイルを実施することによって，PyBullet上のロボットを動かしていく．
実際に動かした動画を下図に記載した．
スライダー内のロボット手先位置を変更することで，シミュレータ上のロボットアームも動いていることがわかる．
また，スライダーにてロボットの手先位置が届かない範囲を設定しても，問題なくロボットが動いていることがわかる．特異点にロバストは逆運動学の設計となっているがわかる．
6軸ロボットアームにも応用できそうだ．
おわりに
本記事では，Pythonを使用して，下記内容を実装しました
- PyBullet で使用する3軸ロボットアームのURDFの作成方法
- PyBullet で3軸ロボットアームの手先位置をスライダーで設定することよって，ロボットを動かす
次記事では，下記内容を実装していきます．