--- title: hakoniwa-simulation-hub-technical-update-2026 tags: #hakoniwa #ros #drone #hakoniwalab #robot #ロボットシミュレーション #分散システム #時刻同期 #pdu #ハイブリッドシミュレーション author: [森崇](https://www.docswell.com/user/kanetugu2015) site: [Docswell](https://www.docswell.com/) thumbnail: https://bcdn.docswell.com/page/47ZL8L83J3.jpg?width=480 description: 本資料では、箱庭が実機・仮想・ROS・物理エンジンを統合する分散シミュレーションハブとしての位置付けを説明し、従来の統合困難な課題を解決する方法を示しています。箱庭のアーキテクチャはクラウド上のコンポーネントとAPIで構成され、時刻同期機能や標準化されたPDU通信により複数シミュレータ間のデータ共有と時間調整を実現します。さらに、JSON中心の宣言型スタックにより、コンポーネントの組み替えや拡張が容易で、AI支援による最適化も見据えています。 published: June 12, 26 canonical: https://www.docswell.com/s/kanetugu2015/57N447-hakoniwa-simulation-hub-technical-update-2026 --- # Page. 1 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/47ZL8L83J3.jpg) ロボットシミュレーション基盤 「箱庭」技術アップデート 2026 — 実機・仮想・ROS・物理エンジンをつなぐ分散シミュレーションハブ — 合同会社箱庭ラボ CTO 森崇 # Page. 2 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/YJ6WPWPZJV.jpg) アジェンダ • 本資料の位置付け • ロボットシミュレーションの課題 • 箱庭シミュレーション・ハブ構想 • 箱庭のアーキテクチャとコア技術 • 箱庭のスタック構造 • 実機・仮想・ROS・物理エンジン連携 • 最新の技術アップデート 2 # Page. 3 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/GJ5MKMK9J4.jpg) 本資料の位置付け • 位置付け： • ロボットシミュレーション基盤「箱庭」の技術アップデート資料 • 目的： • 「箱庭」の現在地・技術要素・適用可能性を整理し、 ロボットシミュレーション基盤としての理解促進を図る • 箱庭とは： • 箱庭は、単一のシミュレータではなく、 ROS・物理エンジン・ゲームエンジン・実機・外部システムをつなぐ 分散シミュレーション・ハブ • 概要： • 本資料では、箱庭の基本構想、コア技術、実機・仮想連携、 最新アップデートを概観する 3 # Page. 4 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/LE3WZWZ2E5.jpg) ロボットシミュレーションの課題 システム全体の統合が難しい ・非統合状態 - 各システムが孤立している バーチャル空間 ・コミュニケーションの壁 - システム間のデータ共有が困難 - システム間の時刻同期が困難 ・相互運用性の壁 - バーチャル世界のシミュレーション - リアル世界での実証実験 - リアルとバーチャル間の相互運用 箱庭はこれらの課題を解決し、 スムーズなシミュレーション連携の実現 を目指しています Simulator1 Simulator2 実証実験場1 実証実験場2 リアル空間 4 # Page. 5 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/8EDKRKR67G.jpg) 箱庭シミュレーション・ハブ構想 多様なシミュレーションを統合するプラットフォーム →分散シミュレーションハブ - 単一のシミュレータではありません - 既存のシミュレータ、ROS資産、制御プログラム、 実機・外部システムを置き換えずにつなぎます 環境 モデ ル 3Dモデル コントローラ Unity等 3Dシミュレータ 制御アプリケーション 通信ミドル 箱庭 ランタイム 箱庭 アセット アセット管理・制御 アセット間通信 スケジューリング・時間管理 シミュレーション制御 5 # Page. 6 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/V7PKWKMZJ8.jpg) 箱庭のアーキテクチャ クラウド環境 [凡例] 箱庭アセット 箱庭アセット 箱庭コンダクタ 箱庭 コンポーネント 箱庭API 箱庭PDU通信 シミュレーション 時刻 負荷分散用 コンピュータ 箱庭PDUデータ 箱庭時刻 既存の シミュレータや プログラム 箱庭コア 現実空間 箱庭ブリッジ 箱庭コア機能 6 # Page. 7 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/2JVV8V9MJQ.jpg) 箱庭ハブ構造を支える5つの技術要素 カテゴリ ユーザ機能 コア機能 コア機能 コア機能 拡張機能 構成要素 説明 箱庭アセット 既存のシミュレータやプログラムを箱庭APIを通して箱庭アセット化することで、異なるシミュ レータやシステム間の通信を統一的に扱えるようにする。例えば、Gazeboで物理シミュレー ションを行いながら、Unityでのビジュアライズを統合的に運用できる環境を構築することが可 能である。 箱庭API 箱庭APIは、モジュール性を実現するための中核的な役割を果たしている。また、APIは、異 なるプログラミング言語や環境に依存しない設計（例: Python、C/C++、C#、Rust、 Elixirなどへの対応）を採用しており、幅広いカスタマイズニーズに応えることができる。 箱庭時刻同期 箱庭アセット間のシミュレーション整合性を保つためには、時刻の同期が必要である。箱庭は 分散シミュレーションを可能にする独自の「時刻同期機能」を備えており、リアルタイム性と再 現性のあるシミュレーションを実現する。 箱庭PDUデータ 箱庭アセット間の通信データの形式を標準化している。特に、ROS IDL（Interface Definition Language）を用いることで通信データの構造を共通化し、各システム間でス ムーズなデータ交換を実現する。また、箱庭は多様な通信プロトコル（例: ROS、Zenoh、 MQTT、UDP、共有メモリ）に対応しており、異なる環境や要件に柔軟に適応できる。 箱庭コンポーネント 箱庭コンダクタや箱庭ブリッジといった主要なコンポーネントを提供する。箱庭コンダクタは、シ ミュレーション環境全体の制御を担い、時刻同期や負荷分散を実現する。一方、箱庭ブリッ ジは、仮想空間と現実空間を繋ぐ中継役として機能し、リアルタイム通信を円滑に行う。 7 # Page. 8 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/5EGL5LZXJL.jpg) 箱庭時刻同期とは何か • 箱庭の時刻同期方式 • 中央制御方式ではなく，並列化が容易な分散制御方式でのシミュレーション時刻同期方式 • 仕組み(ハーモニー) • 各シミュレータは 箱庭時間(マエストロ)をみながら， シミュレーション時間調整し時間同期する(ハーモニー) 8 # Page. 9 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/4JQYZYL57P.jpg) 箱庭のPDUとは何か • 箱庭のPDU(Protocol Data Unit)は、箱庭アセットが互いに通信するためのデータ単位です。 • PDUデータ型の定義： ROS IDL (Interface Definition Language) というインターフェース記述言語 • PDUデータは、様々な通信プロトコルを介してデータ交換されます。 • UDP, MQTT, ROS, Zenoh, 共有メモリ 9 # Page. 10 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/K74W3WDVE1.jpg) 箱庭のスタック構造 • ユーザ定義領域： コントロールプレーン • 箱庭アセット • 箱庭提供領域： データプレーン 箱庭コンダクタ • 箱庭コア機能 • 箱庭時刻同期/共有メモリベースでのPDU通信/アセット管理 箱庭アセット • 箱庭PDUエンドポイント • 箱庭PDU通信の抽象化レイヤ（SHM/TCP/UDP/WS） 箱庭PDUブリッジ • 箱庭PDUブリッジ • PDUデータの転送方式を制御（Immediate /Throttle /Ticker） • 箱庭コンダクタ • 分散シミュレーション向けのノード間調停 箱庭PDUエンドポイント 箱庭コア機能 [凡例] ユーザ定義領域 箱庭提供領域 10 # Page. 11 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/LJ1Y1YZ4EG.jpg) スタック構成の特徴 関心の分離とコンポーネント定義を宣言可能にした分散シミュレーション基盤 関心の分離 ・責務に応じてコンポーネントを設計 ・アセット、通信、転送、実行制御を分離 宣言型中心 ・通信・転送・実行責任をすべてJSONで定義 ・再コンパイル不要 ・実装を変更せずに、実行構成を柔軟に変更可能 目的 ・人間が理解しやすい ・AIが解釈しやすい ・将来的にはAIによる構成支援・ 最適化を見据える 定義ファイル 定義ファイル (JSON) 定義ファイル (JSON) (JSON) デメリット コンフィグファイルが大量にできる → 設定はAI/自動生成で補完する方針 11 # Page. 12 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/GJWG8G9Z72.jpg) 箱庭PDUエンドポイント 箱庭PDUの出入り口 • 1つのエンドポイントで、複数PDUのI/Oを実現 箱庭アセット • I/O対象のPDUはPDU定義ファイルで指定 • 宣言(JSON)中心で、実装と接続を分離 • すべてはJSONファイルで！ 箱庭PDU • PDU：データ構造定義 • Endpoint：接続仕様定義 箱庭PDU エンドポイント Endpoint 定義ファイル(JSON) キャッシュ 通信 BUFFER 箱庭アセット QUEUE PDU 定義ファイル (JSON) TCP SHM UDP WebSocket 箱庭PDU 箱庭PDU 共有メモリ(箱庭コア機能) LAN 12 # Page. 13 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/4EZL8L9L73.jpg) 箱庭PDUブリッジ 箱庭PDUの転送 箱庭PDUブリッジ接続 • 1つのブリッジ接続で、複数PDUを転送 • 宣言(JSON)中心で、実装と接続を分離 • すべてはJSONファイルで！ 転送ポリシー 転送対象 PDU群 Immediate Throttle Ticker • Bridge：転送仕様定義 Bridge 定義ファイル(JSON) 転送元 箱庭PDU エンドポイント PDU転送 転送先 箱庭PDU エンドポイント 箱庭PDU 箱庭PDU 箱庭アセット 箱庭アセット 13 # Page. 14 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/Y76WPWKM7V.jpg) 箱庭コンダクタ 箱庭時刻の同期とPDUデータ転送 • ノード間時刻同期（Dmax制約） • Dmax: 最大許容遅延時間 • PDU転送進行制御 srv-01 • 参加ノード定義 [凡例] 箱庭コア機能 • 宣言(JSON)中心で、実装と接続を分離 • すべてはJSONファイルで！ 箱庭時刻 Dmax • コンダクタ：参加ノード定義 • データ転送：Bridge定義ファイル • 通信定義：Endpoint定義ファイル 箱庭コンダクタ 01 コンダクタ 定義ファイル(JSON) 箱庭コンダクタ 02 Dmax 箱庭アセット 01-03 箱庭アセット 01-02 PDUデータ Dmax 箱庭アセット 01-01 箱庭コンダクタ 01 箱庭コンダクタ 02 箱庭アセット 02-01 箱庭アセット 02-02 箱庭コア機能 箱庭コア機能 cli-01 cli-02 箱庭アセット 02-03 14 # Page. 15 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/G75MKMPQ74.jpg) 実機・仮想・ROS・物理エンジン連携 箱庭は、ROS・物理エンジン・ゲームエンジン・実機を置き換えるも のではなく、それぞれの役割を分離したまま、PDU・時刻同期・実 行制御によって接続する基盤です。 • ROS資産 ロボット資産(URDF) • ロボットモデル、メッセージ定義、制御ソフトウェア資産を活用する • 物理エンジン ゲームエンジン ROS資産 物理エンジン Unity/ Unreal/ Godot MuJoCo • 力学計算、接触、外力応答、センサ入力に対する挙動を扱う メッセージ資産(ROS IDL) • ゲームエンジン • 3D空間表現、可視化、UI、操作体験を担う • 実機・外部システム • センサ、制御装置、現実環境、外部サービスとの接点を担う • 箱庭 箱庭 箱庭PDU / 時刻同期 / 実行制御 • PDUによるデータ構造の統一 • 時刻同期によるシミュレーション整合性の確保 • Bridge / Endpoint / Conductor による接続・転送・実行制御 Python JavaScript GDScript C# C++ ROS プログラミング 環境Sim センサ 故障Sim 制御装置 外部 サービス 実機・外部システム 15 # Page. 16 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/9J29W96WER.jpg) ROS資産を活かすための箱庭の役割 ROSのみの環境 箱庭のアプローチ ROS環境の完全な準備が必須。 Ubuntu前提になりやすい。 Mac/Winユーザには導入が重い。 クロスプラットフォーム対応。 ROSに依存せず、軽量に手軽に 試せる環境を提供。 ROSメッセージを前提にした連携が 中心。ROS外のゲームエンジンや 独自システムと接続するには、変換・ ブリッジ実装が必要。 PDUを共通データモデルとして、ROS に限らず、ゲームエンジン・物理エンジン・ 制御プログラムなどを様々な通信方式で 接続可能。 物理・可視化・制御を分けて、 時刻同期して動かすには、 追加の仕組みが必要。 箱庭コアによる「時刻同期」が 標準機能として組み込まれている。 16 # Page. 17 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/DEY4L499JM.jpg) 最新の技術アップデート • デジタルツイン：リアルとバーチャルの融合 • 大規模化：1024台同時シミュレーション • 分散シミュレーション：異種ロボット連携(フォークリフトとドローン) • AI連携：MCP対応によるシミュレーション操作・制御連携 • 環境シミュレーション：風・温度・気圧・GPS電波強度・境界 • 異常系検証：外乱・ローター故障・センサノイズ • Sim-to-Real：PX4 / EKF / PID調整 / 実機モデル仮想化 17 # Page. 18 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/VJNY4YLD78.jpg) デジタルツイン：リアルとバーチャルの融合 箱庭によるデジタルツイン連携 • 実空間：TurtleBot3、ドローン、LiDAR、Quest3 • 仮想空間：MacBook上の箱庭シミュレーション • 実機センサ情報を仮想空間へ反映 • 仮想ロボットと実機ロボットを同じ空間文脈で連携 • リアルとバーチャルを相互運用する検証環境 URG-04LX-UG01 (北陽電機) QUEST3 MacBook Pro https://www.youtube.com/watch?v=N-kUh9P_jvI # Page. 19 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/YE9PQP48J3.jpg) 大規模化：1024台同時シミュレーション https://www.youtube.com/watch?v=tjFdWPEMs7E&t=58s • ２台のパソコンで、1024台のドローンを複数プロセスに分散して同時実行 • Fleet管理、PDU変換、PDUブリッジにより、制御・状態データを集約 • ブラウザ側では1024台分の状態を可視化 • 1個のPDUに512台分の状態を集約し、通信量を削減 19 # Page. 20 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/GE8DGDQZED.jpg) 分散シミュレーション：異種ロボット連携 箱庭による異種ロボット連携 • フォークリフト：MuJoCoで物理シミュレーション • ドローン：箱庭ドローンシミュレータで飛行制御 • ビジュアライズ：Unityで統合表示 箱庭の役割： • 異なるシミュレータ間のデータ連携 • PDUによる状態・制御データの統一 • シミュレーション時刻同期による整合性確保 • https://www.youtube.com/watch?v=O0LY4j9NN9k 20 # Page. 21 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/LELMGMX17R.jpg) AI連携：MCP対応によるシミュレーション操作・制御連携 箱庭におけるMCP連携の位置付け • AIから箱庭シミュレーションを 操作・参照するための接続口 • シミュレーション状態、アセット情報、 環境情報をAIに公開 • AIから環境変更・実行制御・ シナリオ生成を指示可能 •将来的には、試験条件生成・異常系 探索・構成ファイル生成への応用を想定 https://www.youtube.com/watch?v=hbdJr-2zLBs 21 # Page. 22 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/4JMYQYL5JW.jpg) 異常系検証：外乱・ローター故障・センサノイズ 故障・外乱などの検証条件 ローター 故障シナリオ 強風・乱流 測位劣化・ センサノイズ ローター シミュレーション 物理 シミュレーション センサ シミュレーション 箱庭ドローンPRO # Page. 23 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/PJR989KZ79.jpg) 異常系検証：外乱・ローター故障・センサノイズ 箱庭による異常系検証 • Web UI から外乱・故障条件を注入 • ローター出力低下、風外乱、センサノイズを再現 • PDU経由で物理シミュレーションへ反映 • 正常系では確認しづらい制御破綻・姿勢変化・復帰挙動を検証 https://www.youtube.com/watch?v=uPO9v16Bc3c 23 # Page. 24 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/PEXQ8QL1JX.jpg) 環境シミュレーション全体アーキテクチャ 箱庭では、可視化・設定・シミュレーションを役割分離し、 都市データと環境データを共通基盤として連携させます。 ブラウザ(可視化) 箱庭ドローン Map Viewer (leaflet) 箱庭ドローン 3D Viewer (three.js) 箱庭Web クライアント (JavaScript) ブラウザ（設定） PLATEAU（都市データ） 都市3Dモデル 箱庭 箱庭Web サーバー (Python) 環境データ 作成 (leaflet) 移動ルート 作成 (leaflet) 箱庭ドローン 剛体Sim (MuJoCo) 環境データ 移動ルート 箱庭ドローン Engine (C++) 箱庭環境 Sim (Python) 箱庭ドローン 飛行制御 (Python) 都市コライダ 箱庭PDU(共有メモリ) # Page. 25 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/3EK9K9LMED.jpg) 環境シミュレーション：都市データ設定 https://www. youtube.com/ watch?v=fJW QA3cblns 25 # Page. 26 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/L73WZW3275.jpg) 環境シミュレーション：自然環境設定 https://www. youtube.com /watch?v=9o tqVhBbHKo 26 # Page. 27 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/87DKRK46JG.jpg) 環境シミュレーション：シミュレーション https://ww w.youtube.c om/watch?v =fwnAQE6i UKY 27 # Page. 28 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/VJPKWKVZE8.jpg) Sim-to-Real：PX4 / EKF / PID調整 / 実機モデル仮想化 PX4・自社制御ソフト ミキサー ドローン制御 状態推定 （EKF） ローター シミュレーション 物理 シミュレーション センサ シミュレーション 箱庭ドローンPRO # Page. 29 ![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/2EVV8VZMEQ.jpg) Sim-to-Real：PX4 / EKF / PID調整 / 実機モデル仮想化 Sim-to-Realに向けた検証要素 • 実機モデルの仮想化 実機に近い質量・ローター・センサ構成をMuJoCo上に再現 • PID自動チューニング ホバリング・姿勢・高度・水平移動の制御パラメータを自動探索 • PX4連携 実機フライトコントローラ相当の制御経路をシミュレーションに接続 • EKF連携 センサ値から推定状態を生成し、制御ループ内で利用 PID自動チューニングの様子： X500 v2を題材に再現 • Holybro 製品ページ: • https://holybro.com/products/px4development-kit-x500v2?variant=43018371596477 • Holybro モータ仕様: • https://cdn.shopify.com/s/files/1/0604/590 5/7341/files/X500MotorSpec.png?v=16787 91632 https://youtu.be/Olp-FtsUqXE https://youtu.be/NONdlYVOl28 自動チューニング・パラメータでのRC操作： 29