近年、ロボット技術は目覚ましく進歩し、私たちの生活に欠かせない存在になってきました。
ロボット開発を検討している方も多いと思いますが、その際には、どのようなプログラミング言語を使えばいいのでしょうか。

ロボットは、プログラミングによって制御されます。
そこで、今回は、ロボット開発に適したプログラミング言語を4つご紹介します。

ロボットプログラミング言語や基本、おすすめの学習方法などを解説していきますので、ぜひ参考にしてください。

tetsuya

ライター

『IT活用で業務を効率化させる！』がテーマ。 とある企業でITエンジニアとして10年以上お仕事をしています。 ITを活用して業務を効率化させたい、生産性を向上させるため日々勉強中。

目次

• ロボットプログラミング言語とは
  • ロボットを動かすための言語
  • 様々な言語がある
• ロボットプログラミングの基本
  • 動作の基本
  • センサーの使用
  • 制御の流れ
• おすすめのロボットプログラミング言語4選
  • Python
  • C言語
  • Java
  • C++
• ロボットプログラミングの応用例
  • 産業用ロボット
  • 気象観測ロボット
  • 宇宙探査ロボット
  • 医療・福祉ロボット
• ロボットプログラミングの学習方法
  • 入門書で基本を学ぶ
  • 実際にロボットを使う
• ロボット開発をするためのプログラミング言語のまとめ

ロボットプログラミング言語とは

まずは、ロボットプログラミング言語について、解説していきます。
ロボットプログラミング言語とは、「ロボットをプログラミングするため」の言語です。ロボットに命令を出して動作させるための言語のことです。

ロボットを動かすための言語

ロボットプログラミング言語は、ロボットの動作を細かく制御するために使用されます。
例えば、ロボットの腕を動かす、モーターを回す、センサーからの情報を取得するなどの命令を出すことができます。

具体的には、以下の処理を行うことができます。

・ハードウェアの制御

ロボットプログラミング言語は、モータやセンサーなどのハードウェアを制御するために使用されます。
例えば、モーターの回転速度や回転方向、センサーからの情報を取得するタイミングなどを指定することができます。

・アルゴリズムの記述

ロボットプログラミング言語は、ロボットの動作を制御するためのアルゴリズムを記述するために使用されます。
例えば、ロボットが障害物を回避するアルゴリズムや、ロボットが目標地点に到達するアルゴリズムなどを記述することができます。

・データの処理

ロボットプログラミング言語は、ロボットが取得したデータの処理を行うために使用されます。
例えば、センサーからの情報をもとに、ロボットの動作を制御したり、外部にデータを送信したりすることができます。

様々な言語がある

ロボットプログラミング言語には、PythonやC言語、JavaやC++など、様々な言語があります。
それぞれに特徴や向き不向きがあるので、目的に合わせて選ぶ必要があります。

また、ロボットプログラミング言語には、大きく分けて以下の2つの種類があります。

・組み込み向け言語

組み込み向け言語は、ハードウェアに近いレベルで動作するプログラムを書くために使用する言語です。
ロボットプログラミングでは、モータやセンサーなどの機械部品を制御するプログラムを書く必要があります。
そのため、組み込み向け言語は、ロボットプログラミングによく使用されます。

・汎用言語

汎用言語は、様々な用途に使用できる言語です。ロボットプログラミングでも、汎用言語を使用することができます。
汎用言語は、組み込み向け言語よりも、プログラミングが容易であるというメリットがあります。

ロボットプログラミングの基本

ここからは、ロボットプログラミングの基本について、解説していきます。
ロボットプログラミングの基本は、以下の3つです。

• 動作の基本：ロボットは、起動と停止、前進と後退、旋回などの基本的な動作をすることができます。プログラミング言語を使って、これらの動作を制御します。
• センサーの使用：ロボットには、距離センサーやカメラなどのセンサーが搭載されています。これらのセンサーから取得した情報をもとに、ロボットの動作を制御します。
• 制御の流れ：センサーからの入力情報をもとに、ロボットの動作を判断します。この流れを制御の流れといいます。

動作の基本

ロボットの動作を制御するには、プログラミング言語を使って、モーターの回転速度や回転する方向、センサーからの情報を取得するタイミングなどを指定します。
例えば、ロボットを前進させるには、モーターの回転速度を一定に保つようにプログラミングをして、ロボットが障害物にぶつからないように、センサーからの情報を取得。障害物が近づいたらモーターの回転速度を下げるようにプログラミングします。

ロボットの動作を制御するには、以下の点に注意する必要があります。

・モーターの回転速度や回転方向を正確に制御する

ロボットの動作を正確に制御するためには、モーターの回転速度や回転方向を正確に制御する必要があります。
そのためには、モーターの出力特性を理解し、適切な制御方法を選択する必要があります。

・センサーからの情報を正確に取得する

センサーからの情報を正確に取得するためには、センサーの性能を理解し、適切な取り付け方法や使用方法を選択する必要があります。
また、センサーの誤差を補正するための処理を行うことも必要です。

・制御の流れを正しく設計する

制御の流れを正しく設計するためには、ロボットの目的や用途を明確にし、実現可能な制御方法を検討する必要があります。
また、制御の流れをテストして、誤動作が発生しないかどうかを確認することも必要です。

センサーの使用

ロボットは、周囲の状況を把握するために、センサーを使用します。センサーから取得した情報は、ロボットの動作を制御するために使用されます。
例えば、距離センサーから取得した距離情報は、障害物との距離を判断するためにセンサーです。カメラから取得した画像情報は、対象物を発見するために使用されます。

ロボットには、以下の種類のセンサーがよく使用されます。

• 距離センサー：障害物との距離を検出するセンサー
• 光センサー：明るさを検出するセンサー
• 音センサー：音の大きさを検出するセンサー
• 画像センサー：画像を取得するセンサー

ロボットの用途や目的に合わせて、適切なセンサーを選択する必要があります。

制御の流れ

制御の流れは、以下の3つのステップに分けられます。

1. 入力情報の取得

センサーから情報を取得します。

2. 入力情報の処理

取得した情報をもとに、ロボットの動作を判断します。

3. 出力情報の生成

判断した動作を、モーターの回転速度や回転方向などの出力情報として生成します。

制御の流れは、ロボットの目的や用途に合わせて、さまざまなパターンがあります。
例えば、障害物にぶつからないようにロボットを制御する場合、以下の制御の流れが考えられます。

1. 距離センサーから距離情報を取得する
2. 距離情報が一定値以下になったら、モーターの回転速度を下げる

また、対象物を追尾するようにロボットを制御する場合、以下の制御の流れが考えられます。

1. カメラから画像情報を取得する
2. 画像情報から対象物を見つける
3. 対象物までの距離を計算する
4. 距離情報をもとに、モーターの回転速度を制御する

ロボットプログラミングを行う際には、ロボットの目的や用途に合わせて、これらの基本を理解しておくことが重要です。

おすすめのロボットプログラミング言語4選

ロボットを開発するためには、プログラミング言語の習得が欠かせません。
ここでは、ロボット開発におすすめのプログラミング言語4選をご紹介していきます。

Python

Pythonは、近年人気が高まっているプログラミング言語です。学習しやすく、汎用性が高いのが特徴です。

・学習のしやすさ

Pythonは、比較的簡単な言語のため、初心者でも習得しやすいのが特徴です。文法がシンプルで、覚えるべき構文やキーワードが少ないため、短時間で基礎を身につけることができます。
また、ライブラリやフレームワークが豊富に用意されているため、さまざまな機能を簡単に実装することができます。

・汎用性の高さ

Pythonは、さまざまな用途に使用できる汎用言語です。Webアプリケーション開発やデータサイエンス、機械学習など、さまざまな分野で使用されています。
そのため、ロボットプログラミング以外にも、さまざまなスキルを身につけることができるのも魅力です。

・ロボット開発におけるメリット

Pythonは、教育用ロボットや、簡易なロボットの開発によく使用されます。その理由は、以下のとおりです。

• 学習が簡単で、初心者でも習得しやすい
• さまざまな用途に使用できるため、将来的に他の分野でスキルを活かすことができる
• ライブラリやフレームワークが豊富に用意されているため、さまざまな機能を簡単に実装することができる

・デメリット

• 処理速度が遅い
• 複雑な処理には向いていない

C言語

C言語は、古典的なプログラミング言語です。動作が早く、ハードウェアに近い処理を行うことができます。

・動作の速さ

C言語は、組み込み機器やゲームなどの、高速な処理が求められる分野でよく使用されます。
その理由は、C言語は、機械語に近いコードを記述できるため、処理が高速に行えるからです。

・ハードウェアに近い処理

C言語は、ハードウェアに近い処理を行うことができます。
そのため、センサーやモータなどのハードウェアを直接制御する必要がある場合などに適しています。

・ロボット開発におけるメリット

C言語は、産業用ロボットや、複雑な制御を必要とするロボットの開発によく使用されます。その理由は、以下のとおりです。

• 動作が速い
• ハードウェアに近い処理を行うことができる

・デメリット

• 習得が難しい
• セーフティ対策など、セキュリティ面の配慮が必要

Java

Javaは、オブジェクト指向プログラミングに対応したプログラミング言語です。汎用性が高く、マルチプラットフォームに対応しているのが特徴です。

・汎用性の高さ

Javaは、さまざまな用途に使用できる汎用言語です。Webアプリケーション開発やAndroidアプリ開発、ゲーム開発など、さまざまな分野で使用されています。
そのため、ロボットプログラミング以外にも、さまざまなスキルを身につけることができるのも魅力です。

・マルチプラットフォーム対応

Javaは、Windows、Mac、Linuxなど、さまざまなプラットフォームで動作します。
そのため、さまざまな環境でロボットを開発することができます。

・ロボット開発におけるメリット

Javaは、汎用的なロボットや、Webアプリケーションと連携するロボットの開発によく使用されます。その理由は、以下のとおりです。

• 汎用性が高く、さまざまな用途に使用できる
• マルチプラットフォームに対応しているため、さまざまな環境でロボットを開発できる

・デメリット

• 処理速度が遅い
• 複雑な処理には向いていない

C++

C++は、C言語を拡張したプログラミング言語です。C言語のメリットを継承しつつ、オブジェクト指向プログラミングに対応しているのが特徴です。

・C言語のメリットを継承

C++は、C言語のメリットを継承しています。つまり、動作が速く、ハードウェアに近い処理を行うことができます。

・オブジェクト指向プログラミングに対応

C++は、オブジェクト指向プログラミングに対応しています。オブジェクト指向プログラミングは、複雑なプログラムをより簡単に記述できる手法です。

・ロボット開発におけるメリット

C++は、産業用ロボットや、複雑な制御を必要とするロボットの開発によく使用されます。その理由は、以下のとおりです。

• 動作が速い
• ハードウェアに近い処理を行うことができる
• オブジェクト指向プログラミングに対応している

・デメリット

• 習得が難しい
• セーフティ対策など、セキュリティ面の配慮が必要

・4つの言語を比較した表

ロボットプログラミングの応用例

ロボットプログラミングは、さまざまな分野で活用されています。その用途は、今後もさらに拡大していくと考えられます。
ここでは、その中から4つの応用例をご紹介していきます。

産業用ロボット

産業用ロボットは、工場でのピッキングや、溶接などの作業に使用されています。これらの作業は、人間が行うと危険や負担が大きかったり、精度や効率が悪かったりするものです。
ロボットプログラミングによって、これらの作業を自動化することで、安全性や生産性を向上させることができます。

例えば、ピッキングロボットは、商品を棚から取り出して、指定された場所に運ぶ作業を行います。
この作業は、人間が行うと、商品を落としたり、商品を傷つけたりしてしまう可能性があります。ロボットプログラミングによって、ピッキングロボットの動きを制御することで、これらのリスクを軽減することが可能です。

また、溶接ロボットは、金属部品の溶接作業を行います。この作業は、人間が行うと、溶接の品質がばらついたり、安全性が確保できなかったりする可能性があります。
ロボットプログラミングによって、溶接ロボットの動きを制御することで、これらの課題を解決することが可能です。

気象観測ロボット

気象観測ロボットは、災害現場での情報収集や、気象観測に使用されています。災害現場では、人が立ち入るのが危険な場合があるため、ロボットを使用して情報を収集することが有効です。
また、気象観測では、高所や危険な場所での観測が求められることがありますが、ロボットを使用することで、これらの観測を安全に行うことができます。

例えば、災害現場での情報収集ロボットは、ドローンや、四輪歩行ロボットなどの形態で開発されています。
これらのロボットは、カメラやセンサーを搭載しており、災害現場の状況を撮影したり、気温や湿度などのデータを収集したりすることが可能です。

また、気象観測ロボットは、ヘリコプターや、無人飛行機などの形態で開発されています。
これらのロボットは、高所や危険な場所での観測を行うことができ、気象の変化をリアルタイムで把握することができます。

宇宙探査ロボット

宇宙探査ロボットは、人間が行けない過酷な環境での調査に使用されています。
宇宙探査では、地球とは異なる環境での調査が求められるため、ロボットを使用することで、安全に調査を行うことができます。

例えば、火星探査ロボットは、車輪や、歩行装置などの形態で開発されています。
これらのロボットは、火星の表面を走行したり、歩いたりして、火星の環境や地質を調査することができます。

また、探査機は、地球から宇宙空間に送り出され、惑星や小惑星などの観測を行うことが可能です。
これらの探査機は、カメラや、センサーを搭載しており、宇宙の様子を撮影したり、データを収集したりすることができます。

医療・福祉ロボット

医療・福祉ロボットは、高齢者や障害者の生活を支援するために使用されています。高齢化社会の進展に伴い、医療・福祉の分野でのロボット活用が有効です。

例えば、介護ロボットは、高齢者の排泄や、食事などの介助を行うことができます。
また、リハビリテーションロボットは、高齢者の運動機能の維持・改善を支援することができます。

また、医療ロボットは、手術や、検査などの医療行為を支援することができます。
例えば、手術ロボットは、医師の操作を補助することで、より安全で精度の高い手術を可能にするでしょう。

これらのロボットは、人の手を借りずに、さまざまな作業を行うことができます。
そのため、高齢者や障害者の生活の質を向上させ、医療・介護の効率化を図ることにつながると期待されています。

ロボットプログラミングの学習方法

ここでは、ロボットプログラミングの学習方法について、ご紹介していきます。
ロボットプログラミングを学習する方法としては、以下のようなものがあります。

入門書で基本を学ぶ

プログラミングの基本的な内容から学習していきます。

入門書で学ぶメリット

・プログラミングの基礎を体系的に学ぶことができる
・独学で学習する場合、入門書で基本を学ぶことが重要です。

入門書で学ぶデメリット

・実際にロボットを動かしながら学ぶことができないため、理解が浅くなりやすい

実際にロボットを使う

実際にロボットを使って、試行錯誤しながら理解を深めていきます。

実際にロボットを使うメリット

・実際にロボットを動かしながら学ぶことで、理解が深まり、実践的なスキルを身につけることができます。

実際にロボットを使うデメリット

・ロボットやプログラミングツールの費用がかかる

ロボットプログラミングの学習方法は、以下のような点を考慮して選ぶとよいでしょう。

• 自身の学習スタイル
• 学習する時間や費用
• ロボット開発の目的や目標

・初心者向けの学習方法

初心者の場合は、まずは入門書で基本を学ぶことがおすすめです。
プログラミングの基礎を理解した上で、実際にロボットを使って学習を進めると、より理解が深まります。
また、オンライン学習サイトや動画で学習するのもおすすめです。自分のペースで学習できるため、忙しい人でも無理なく学習を進めることができます。

・中級者向けの学習方法

中級者の場合は、より実践的な内容を学ぶ必要があります。実際にロボットを使って、より複雑な動きや機能を実現できるように学習を進めましょう。
また、プログラミングスクールに通って、プロの講師から直接指導を受けるのもおすすめです。

・上級者向けの学習方法

上級者の場合は、より高度な技術や知識を身につける必要があります。最新のプログラミング技術や、ロボット開発の最新動向を学ぶようにしましょう。
また、ロボット開発のプロジェクトに参加するのもおすすめです。実践的な経験を積むことで、よりスキルを高めることができます。

ロボットプログラミングの学習方法は、自身の学習スタイルや目的に合わせて、最適な方法を選ぶことが大切です。
さまざまな方法を試しながら、自分に合った学習方法を見つけましょう。

ロボット開発をするためのプログラミング言語のまとめ

ロボット開発を検討する際は、まずはプログラミング言語の選定が重要です。ロボットの用途や目的に合わせて、適切なプログラミング言語を選びましょう。
また、ロボットプログラミングは、独学でも学習することは可能ですが、実際にロボットを使って学習することで、より実践的なスキルや知識を身につけることができます。

ロボットプログラミングの基本は、以下のとおりです。

• プログラミングの基礎を学ぶ
• ロボットの構造や動作原理を理解する
• ロボットの制御方法を学ぶ

ロボット開発は、とてもやりがいのある仕事です。自分の手で作ったロボットが動く瞬間は、とても感動的です。
また、ロボット開発の技術は、さまざまな分野で活用されています。そのため、ロボット開発のスキルを身につけることで、さまざまな仕事に携わることができるようになります。

ロボット開発を検討している方は、株式会社Jiteraにお問い合わせください。

ロボット開発は、自分の可能性を広げ、未来を創造することができます。
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