omicro

Spherical Robot Testbed

omicroシリーズ専用アプリケーション：iOS・watchOSアプリの機能と操作

1. はじめに

omicroシリーズ（omicroおよびomicro Flux）は、専用のiOSアプリケーションとwatchOSアプリケーションを通じて操作される球体型ロボットシステムです。これらのアプリケーションは、直感的なユーザーインターフェースとハンドジェスチャー機能により、革新的なロボット操作体験を提供します。

2. 球型ロボットを操作するためのiOSアプリケーション

2.1 基本機能

このiOSアプリケーションは、システムのハブの役割を担っており、複数の球型ロボット（omicroおよびomicro Flux）とwatchOSアプリとの間の通信をすべて制御しています。球型ロボットとwatchOSアプリとの通信はCoreBluetoothを用いてBLEで行っています。

sequenceDiagram
    participant Apps as アプリケーション<br/>レイヤー
    participant Hub as iOSアプリ<br/>システムハブ
    participant Hardware as ハードウェア<br/>レイヤー
    
    Note over Apps: 統合アプリケーション制御
    Apps->>Hub: watchOS/Unity/外部システム
    Hub->>Hub: 通信プロトコル変換・統合
    Hub->>Hardware: 統一制御インターフェース
    Hardware-->>Hub: センサー情報集約
    Hub-->>Apps: 状態情報配信
    
    Note over Hub: CoreBluetooth基盤で<br/>全デバイス間通信を一元管理

2.2 主要機能

omicroシリーズのアプリケーションでは、以下の機能が実装されています：

3. 球型ロボットを操作するためのwatchOSアプリケーション

3.1 基本概要

このアプリはiOSアプリに付随するものです。iOSアプリと同様に球型ロボットを操作するのが主な機能であり、その操作の際は必ずiOSアプリケーションを経由して、球型ロボットに指示を送ります。

3.2 ハンドモーション機能

watchOSアプリケーションならではの機能としては、ハンドモーション機能が挙げられます。これは、パフォーマンスを行う球型ロボット操縦者の手の動きをApple Watchのジャイロセンサと加速度センサで読み取り、それに応じて球型ロボットを操縦する機能です。

sequenceDiagram
    participant User as ユーザー
    participant Watch as Apple Watch<br/>ジャイロ+加速度センサ
    participant watchOS as watchOSアプリ
    participant iOS as iOSアプリ
    participant Robot as 球型ロボット
    
    Note over User: 手の動きによる操作開始
    
    User->>Watch: 素早く水平に上げる
    Watch->>watchOS: センサーデータ取得
    watchOS->>watchOS: モーション認識：機能ON
    watchOS->>iOS: BLE通信：機能有効化
    iOS-->>watchOS: 機能有効確認
    
    User->>Watch: 水平から20°上げる
    Watch->>watchOS: 角度変化検出
    watchOS->>watchOS: 直進動作認識
    watchOS->>iOS: BLE通信：直進コマンド
    iOS->>Robot: BLE通信：前進指示
    Robot->>Robot: 前進動作実行
    Robot-->>iOS: 動作完了確認
    
    User->>Watch: 水平で左右に捻る
    Watch->>watchOS: 回転動作検出
    watchOS->>watchOS: 左右回転認識
    watchOS->>iOS: BLE通信：回転コマンド
    iOS->>Robot: BLE通信：回転指示
    Robot->>Robot: 超信地旋回実行
    
    User->>Watch: 素早く下げる
    Watch->>watchOS: 下向き動作検出
    watchOS->>watchOS: モーション認識：機能OFF
    watchOS->>iOS: BLE通信：機能停止
    iOS-->>watchOS: 機能停止確認
    
    Note over watchOS: 全操作はiOSアプリ経由でロボットに送信

基本操作

3.3 機械学習機能

watchOS上のCoreMLを用いて手の動きを機械学習し、複雑なハンドモーションで操作する機能も実装されています。手の動きのログをCoreMLのActivity Classificationでトレーニングさせ、センシングだけより複雑な手の動きのパターンを読み取れるようにしています。

sequenceDiagram
    participant User as ユーザー
    participant Watch as Apple Watch
    participant App as watchOSアプリ
    participant CoreML as CoreML<br/>Activity Classification
    participant Model as 学習モデル
    participant iOS as iOSアプリ
    participant Robot as 球型ロボット
    
    Note over User: トレーニングフェーズ
    User->>Watch: 複雑な手の動き
    Watch->>App: センサーデータ収集
    App->>CoreML: 動きパターンログ
    CoreML->>Model: Activity Classificationトレーニング
    Model-->>CoreML: 学習完了
    
    Note over User: 運用フェーズ
    User->>Watch: 学習済みハンドモーション
    Watch->>App: センサーデータ
    App->>Model: パターンマッチング
    Model-->>App: 認識結果
    App->>iOS: BLE通信：複雑コマンド
    iOS->>Robot: 高度な制御指示
    Robot->>Robot: 複雑動作実行

4. システム間連携

これらのアプリケーションは、omicroシリーズのロボットと密接に連携し、以下のような統合されたシステムを構成しています：

sequenceDiagram
    participant User as ユーザー体験
    participant Platform as omicroプラットフォーム
    participant Innovation as 革新的インタラクション
    
    User->>Platform: 直感的操作（手振り・タッチ）
    Platform->>Platform: AI/ML処理・物理制御統合
    Platform->>Innovation: XR・複合現実体験
    Innovation-->>User: 境界を超えた体験提供
    
    Note over Platform: iOS/watchOS/Unity/ハードウェア<br/>を統合したプラットフォーム
  1. iOSアプリ: 中央制御ハブとして機能します
  2. watchOSアプリ: 直感的なハンドジェスチャー操作を提供します
  3. 球型ロボット: 高精度な物理的動作を実行します
  4. 外部システム: Unity等との連携によるXR体験を実現します

これらのアプリケーションにより、omicroシリーズは単なるロボットを超えた、革新的なインタラクション体験を提供するプラットフォームとして機能しています。

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