産業用ロボットのデジタルツイン

形状を手で入力する理由

プロジェクト全体を支えている判断は、アームの種類を問わず、運動学チェーンをモデル化するという点です。インターフェースは何かを描く前に2つを尋ねます。アームの軸数（2軸から6軸）と、各リンクの長さ（センチメートル）です。この2つの答えからソフトウェアがチェーンを組み立て、方程式を解きます。難しい仕事はそこにあります。順運動学は、軸を回したときに先端がどこに来るかを示します。逆運動学は、選んだ地点へ先端を届かせるために各軸をどれだけ回せばよいかを示します。答えが1つに定まらないのは後者で、各軸の回転限界を守りながら解く必要があります。

これらの方程式をメーカーのソフトウェアから引き継ぐのではなく自社で記述したことが、別のアームへの適合を、再プログラミングなしの数値の再入力で済むものにしています。納品物のキャプチャでは、同じコードが似ても似つかない2本のアームを支えています。丸い関節を持つ細身の協働ロボットであるUniversal RobotsのUR5と、比率も可動範囲も異なる小型の産業用ロボットであるYaskawaのGP8です。

2軸から6軸という範囲も、適当に選んだきりのよい数字ではありません。クライアントは自社の研究室に6軸のYaskawaを持っており、簡単なケースからではなくそこから始めるよう書面で求めました。理由は、6軸から2軸へ下げるほうが、2軸から6軸へ上げるより簡単というものです。難しいケースを先に解いたことで、残りの範囲もついでに解決しました。

動きを定義する2つの方法

デジタルツインは、ジョイスティックや座標入力のコンソールを使わず、手でつかんで動かします。1つ目のモードはエンドエフェクタを動かします。目的地を示すコーンが現れるので、それをつかんで先端を届かせたい位置に置くと、アームがそこへ到達する姿勢を解きます。2つ目のモードは点をつないで、経路全体を定義します。

セルを設置する予定の床の上に原寸大で置けば、通常なら現地訪問が必要になる問いに数秒で答えが出ます。つまり、アームは届くのか、スペースは足りるのか、どこを通るのかという問いです。キャプチャには、部屋の空間メッシュと、ベースを固定する床のテープの印とともにアームが映っています。

ロボットとの接続。検証できたことと、できなかったこと

ここは正確に語るべき部分です。自動化のエンジニアが最初に尋ねるのが、この点だからです。アーキテクチャは循環を閉じる設計でした。デジタルツインが軌道を生成し、軸ごとの角度として書き出し、実機のロボットがそれを実行します。UnityからYaskawaのシミュレーターとGazeboへのブリッジは、ROS経由で動作しました。コントローラーへの層はOPC UA上で仕様化し、規格はDIN EN IEC 62541-5、プロファイルはVDMAのOPC UA for Roboticsを用いました。

実機セルでの立ち上げは行いませんでした。その段階を残した時点でクライアントが2024年9月に経営破綻し、プロジェクトはそこで止まりました。これを明記するのは、起きなかった完了をほのめかす事例は、最初の技術的な質問に耐えられないからです。検証済みなのは、コンフィギュレーター、運動学、そしてシミュレーターに対するブリッジです。そこが構築に手間のかかる部分です。残っていた段階は、現場での立ち上げでした。

よくある質問