ライントレースに挑戦：自動運転のための第一歩｜Try Virtual Line Tracing: First Steps Toward Autonomous Driving from edX

Lane-keeping is a basic technology for autonomous driving. What engineering techniques are needed to achieve this? Here, you will discover the fun and excitement of "sensing" and "feedback control" by challenging virtual experiments and simulations of line tracing (controlling a robot to move automatically along a drawn line) of a LEGO robot.

Participants with a MATLAB runtime environment can run the simulator and enjoy line tracing.

Participants who do not have a MATLAB environment will be issued a limited-time (approximately 5-week) license for MATLAB, courtesy of Mathworks, the developer of MATLAB.

For students, faculty, and the Institute of SCIENCE TOKYO staff, please refer to “ Using MATLAB's Campus-Wide License ” for information on installing MATLAB.

This course is produced and delivered by The Academy of Super Smart Society Online Education, The Institute of Science Tokyo.

Note: This course is available only in Japanese.

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車線維持（車線から逸れずに自動車を動かすこと）は自動運転の基本です。では，車線維持を実現するためにはどのような工学的技術が必要なのでしょうか？ここではレゴロボットを用いたライントレース（与えられた線に沿ってロボットを自動的に動かすこと）を題材とした仮想実験とシミュレーションによって，「センサによる計測」と「フィードバック制御」の楽しさと面白さを体験していただきます。

MATLABの実行環境をお持ちの受講者は、実際にシミュレータを実行してライントレースを楽しむことができます。MATLABの実行環境をお持ちでない受講者には、MATLAB開発元のMathworks社の協力により、本コースの受講者限定で、MATLABの期間限定（約5週間）ライセンスが発行されます。

東京科学大学の学生・教職員は、MATLABのインストールについては「MATLABのCampus-Wideライセンスの利用」をご覧ください。

本コースは東京科学大学の超スマート社会卓越教育院オンライン教育が制作・配信しています。

What's inside

Learning objectives

Contents
Week1：course overview and matlab installation
Week2：measurement and obstacle avoidance
Week3：line trace control 1: virtual experiment
Week4：line trace control 2: matlab simulation
Week5：from "intuitive control" to "control theory": pid control
*this course is only available in japanese.

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Week1：概要とmatlabのインストール
Week2：ものを測る（計測）と障害物回避
Week3：ものを操る（制御）１：ライントレースの仮想実験
Week4：ものを操る（制御）２：コンピュータシミュレーション
Week5：直感な制御から制御理論へ：pid制御のシミュレーション

Contents
Week1：course overview and matlab installation
Week2：measurement and obstacle avoidance
Week3：line trace control 1: virtual experiment
Week4：line trace control 2: matlab simulation
Week5：from "intuitive control" to "control theory": pid control
*this course is only available in japanese.
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Week1：概要とmatlabのインストール
Week2：ものを測る（計測）と障害物回避
Week3：ものを操る（制御）１：ライントレースの仮想実験
Week4：ものを操る（制御）２：コンピュータシミュレーション
Week5：直感な制御から制御理論へ：pid制御のシミュレーション

Good to know

Know what's good

, what to watch for

, and possible dealbreakers

Explores line tracing with LEGO robots, which offers a hands-on introduction to autonomous driving concepts

Provides access to a limited-time MATLAB license for participants, which lowers the barrier to entry for those without existing access

Covers PID control, which is a fundamental control algorithm used in various engineering applications and robotics

Requires proficiency in Japanese, which may exclude learners who do not speak or understand the language

Activities

Be better prepared before your course. Deepen your understanding during and after it. Supplement your coursework and achieve mastery of the topics covered in ライントレースに挑戦：自動運転のための第一歩｜Try Virtual Line Tracing: First Steps Toward Autonomous Driving with these activities:

MATLABの基本を復習する

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MATLABの基本的な知識を復習することで、シミュレーションをよりスムーズに理解し、コースの学習効果を高めます。

Browse courses on MATLAB

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MATLABの公式ドキュメントを読む
基本的なコマンドを試す
簡単なスクリプトを作成する

制御工学の基礎を学ぶ

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制御工学の基礎を学ぶことで、ライントレースの制御理論をより深く理解し、コースの学習効果を高めます。

View Putting Knowledge to Work on Amazon

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制御工学の教科書を読む
PID制御の原理を理解する
簡単な制御系の設計を試す

PID制御パラメータの調整練習

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PID制御パラメータの調整を繰り返し練習することで、最適なパラメータを見つけるスキルを向上させます。

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シミュレーション環境を準備する
PIDパラメータを調整する
シミュレーションの結果を評価する
パラメータを再調整する

Three other activities

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ライントレースに関するブログ記事を書く

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ライントレースに関する知識を整理し、ブログ記事として公開することで、理解を深め、他の学習者と知識を共有します。

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ライントレースに関する情報を収集する
記事の構成を考える
記事を書く
記事を公開する

ライントレースのシミュレーションを拡張する

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コースで提供されるシミュレーションを拡張することで、より高度な制御技術を習得し、実践的なスキルを向上させます。

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シミュレーションのコードを理解する
新しいセンサーを追加する
より高度な制御アルゴリズムを実装する
シミュレーションの結果を分析する

自動運転技術の全体像を把握する

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自動運転技術の全体像を把握することで、ライントレースが自動運転技術全体の中でどのような位置づけにあるかを理解し、学習意欲を高めます。

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自動運転技術に関する書籍を読む
自動運転技術に関する記事を読む
自動運転技術に関する動画を見る

Career center

Learners who complete ライントレースに挑戦：自動運転のための第一歩｜Try Virtual Line Tracing: First Steps Toward Autonomous Driving will develop knowledge and skills that may be useful to these careers:

制御システムエンジニア

制御システムエンジニアは、様々な産業機器やシステムが意図した通りに動作するように制御システムを設計、実装します。このコースでは、ライントレースという具体的な例を通して、制御理論の基礎と実践を学ぶことができます。特に、PID制御の概念を学ぶことは、制御システムエンジニアにとって不可欠です。コースで提供されるMATLABを用いたシミュレーション環境を通して、制御システムの設計とテストのプロセスを体験できます。このコースは、制御システムエンジニアとしてのキャリアをスタートさせる上で役立つでしょう。

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自動運転システムエンジニア

自動運転システムエンジニアは、自動車が自律的に走行するためのシステムを開発します。この課程で取り扱うライントレースは自動運転技術の基礎であり、車線維持や障害物回避といった重要な機能につながります。MATLABを用いたシミュレーションを通じて、自動運転システム開発に必要なセンシング、フィードバック制御、PID制御などの制御理論の基礎を学ぶことができます。自動運転システムエンジニアを目指す人にとって、このコースで得られる知見は非常に有益です。

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ロボット制御エンジニア

ロボット制御エンジニアは、ロボットが特定のタスクを自律的に実行できるように、ソフトウェアとハードウェアの両方を設計、開発、テストを行います。このコースでは、ライントレースという具体的な課題を通して、センシングとフィードバック制御の基本を学ぶことができます。特に、MATLABを用いたシミュレーションは、実際のロボット制御システム開発におけるプロトタイピングのプロセスを体験させてくれます。このコースの学習を通して、ロボット制御エンジニアに求められる実践的なスキルと知識を習得できます。

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ロボットソフトウェア開発者

ロボットソフトウェア開発者は、ロボットが様々なタスクを実行するためのソフトウェアを作成します。このコースで取り扱うライントレースは、ロボットの基本的な動作である自律移動を理解するための良い題材となります。また、MATLABを用いたシミュレーションは、実際のロボット制御ソフトウェアの開発に似た環境を提供します。特に、センサーデータの取得と制御アルゴリズムの実装は、ロボットソフトウェア開発者にとって重要です。このコースは、ロボットソフトウェア開発者としてのキャリアの基礎を形成します。

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組み込みシステムエンジニア

組み込みシステムエンジニアは、家電製品や産業機器などのハードウェアに組み込まれるソフトウェアを開発します。このコースでは、ライントレースを通じて、センサーデータの取得、フィードバック制御、PID制御などの組み込みシステム開発に不可欠な技術を学ぶことができます。特に、MATLAB環境でのシミュレーションは、実際のシステム開発におけるプロトタイプ作成に役立ちます。このコースでの実践的な経験は、組み込みシステムエンジニアとしてのキャリア形成に役立ちます。

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オートメーションエンジニア

オートメーションエンジニアは、工場の生産ラインなどの自動化システムを設計、実装します。このコースで学ぶライントレースの概念は、自動化システムにおける基本的な制御原理とつながります。特に、センサーデータを活用したフィードバック制御の習得は、オートメーションエンジニアにとって不可欠です。このコースで得られるMATLABを用いたシミュレーション経験は、実際の自動化システム設計において大変役立ちます。オートメーションエンジニアを目指す上で、このコースは大変有益です。

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シミュレーションエンジニア

シミュレーションエンジニアは、複雑な現象やシステムをコンピュータ上で再現し、分析や予測を行います。このコースでは、MATLABを用いたライントレースのシミュレーションを通じて、シミュレーション技術の基本を学ぶことができます。特に、仮想実験の実施とデータの解析は、シミュレーションエンジニアにとって重要なスキルです。制御理論とシミュレーションの両方を学ぶこのコースは、シミュレーションエンジニアとしての基礎を築く上で有用です。

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メカトロニクスエンジニア

メカトロニクスエンジニアは、機械工学、電子工学、情報工学の知識を組み合わせて、複雑な機械システムを設計、開発します。このコースのライントレース課題では、センサーによる計測、フィードバック制御、PID制御など、メカトロニクスエンジニアに不可欠な要素が組み込まれています。MATLABを用いたシミュレーションは、実践的なスキルを習得するのに役立ちます。このコースは、メカトロニクスエンジニアとしてのキャリアをスタートする上で、非常に役立つでしょう。

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産業用ロボットエンジニア

産業用ロボットエンジニアは、製造現場で使用される産業用ロボットの設計、開発、および導入を行います。このコースで取り扱うライントレースは、ロボットの基本的な制御技術を学ぶ良い機会です。センサーデータの計測、フィードバック制御、PID制御は、産業用ロボットの精密な動作を実現するために不可欠な要素です。MATLABを用いたシミュレーション環境は、実際にロボット制御を開発する際の貴重な経験となります。このコースは産業用ロボットエンジニアとしての基礎を築くのに役立ちます。

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研究開発エンジニア

研究開発エンジニアは、新しい技術や製品を開発するための研究を行います。このコースで紹介されるライントレースの課題は、制御理論と実践的なシミュレーションを組み合わせた、研究開発の基礎を学ぶ良い機会となります。特に、MATLABを用いたシミュレーションとPID制御の学習は、研究開発エンジニアとして、新しいアルゴリズムやシステムのプロトタイプを開発する上で大変役立ちます。研究開発エンジニアを目指すのであれば、このコースで学べる知見は非常に役立ちます。

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モーションコントロールエンジニア

モーションコントロールエンジニアは、機械のアクチュエータを正確に制御するためのシステムを設計します。このコースのライントレースの課題は、モーションコントロールの基本であるフィードバック制御とPID制御を学ぶ良い機会となります。MATLABを用いたシミュレーション環境は、実際の開発プロセスに近い経験を提供し、モーションコントロールエンジニアに必要な実践的なスキルを磨くことができます。このコースは、モーションコントロールエンジニアとしての第一歩となるでしょう。

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計測エンジニア

計測エンジニアは、様々な物理量を正確に測定するためのセンサーや計測システムを開発、運用します。このコースでは、ライントレースのプロセスを通して、センサーによるデータ計測の重要性を学ぶことができます。また、MATLABを用いたシミュレーションは、計測システムの設計とテストにおける実践的なスキルを習得するのに役立ちます。計測エンジニアは、計測データを分析し、システム制御に役立てるため、このコースの制御理論の学習も大変役立ちます。

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制御理論研究者

制御理論研究者は、フィードバック制御や最適制御などの理論を研究し、新しい制御アルゴリズムを開発します。このコースでは、ライントレース課題を通して、制御理論の基礎と具体的な応用を体験できます。特に、PID制御の学習とMATLABを用いたシミュレーションは、制御理論研究者にとって不可欠な実践的なスキルを養うのに役立ちます。制御理論研究者を目指すのであれば、このコースは基礎を築く上で非常に役立つでしょう。

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大学教員

大学教員は、大学で教育や研究活動を行います。このコースで学ぶライントレースは、制御理論やロボット工学の入門として、学生に教える際の題材として活用できます。また、MATLABを用いたシミュレーションは、学生が実践的な経験を積むための教材として役立ちます。もし大学教員としてこれらの分野に携わるのであれば、このコースでの経験はあなたの授業をより質の高いものにするかもしれません。

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テクニカルサポートエンジニア

テクニカルサポートエンジニアは、顧客からの製品に関する技術的な質問や問題を解決します。このコースで学ぶライントレースに関する知識は、自動運転やロボット制御システムに関する技術的な問い合わせに対応する上で役立ちます。特に、制御理論の基礎知識とMATLABを用いたシミュレーション経験は、技術的な問題を理解し、解決策を見つけるのに役立ちます。テクニカルサポートエンジニアとして、より高度な技術サポートを提供するために、このコースの知識は役立つかもしれません。

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Reading list

We've selected one books that we think will supplement your learning. Use these to develop background knowledge, enrich your coursework, and gain a deeper understanding of the topics covered in ライントレースに挑戦：自動運転のための第一歩｜Try Virtual Line Tracing: First Steps Toward Autonomous Driving.