「ＲＴで自分のアイディアを実現しよう」独立行政法人産業技術総合研究所知能システム研究部門 2008 年 8 月 20 日（水）～22 日（木）５．指導者名簿（講師）産業技術総合研究所知能システム研究部門タスク・インテリジェンス研究室神徳徹雄（こうとく・てつお）安藤慶昭（あんどう・のりあき）山野辺夏樹（やまのべ・なつき）（支援スタッフ）産業技術総合研究所知能システム研究部門タスク・インテリジェンス研究室栗原眞二（くりはら・しんじ）宮本晴美（みやもと・はるみ）片見剛人（かたみ・つよと）（産総研事務局）産業技術総合研究所広報部展示業務室齊藤賢一（さいとう・けんいち）（サイエンスキャンプ事務局）サイエンスキャンプ 2008.08.20 「ＲＴで自分のアイディアを実現しよう」「ＲＴで自分のアイデアを実現しようグラ概要 ― ― プログラム概要産業技術総合研究所知能システム研究部門神徳徹雄 http://staff aist go jp/t kotoku/ http://staff.aist.go.jp/t.kotoku/ コースの狙い産総研では、ロボットを作るだけではなく、ロボットを動かすためのプロ産総研はボトを作るだけはなくボトを動かすためのプグラムの研究開発を進めています。簡単なロボットを製作して、センサ情報の取り込みやモータの回転速度の調整をおこなうプログラムを組み合わせて課題を解決することを、体験を通して理解していただく予定です。工作したロボットは持ち帰っていただきます。１）産総研の研究開発の取り組みを知ろう。２）数ＩＩで学習する三角関数や微分が実際にロボットを制御するために使われるのを知り、興味を持とう。３）参加者同士で友達になり、交流を深めよう。 ※LEGOのMindstormをロボットのハードウエアとして使いますが、付属のソフトウエアは使いません。コースの課題（プロジェクト）ＬＥＧＯＭｉｎｄｓｔｏｒｍＮＸＴを使って、ロボットアームを作りそれをを使ボトムを作りそれを制御するプログラム（ＲＴコンポーネント）を作る。作ったロボットアームをひとつの部品として提供して、コースの友達のロボットアームと互いに接続して遠隔操作システムを作る。簡単な2自由度アームのサンプルコースの課題（プロジェクト）（発展課題の例）先端にペンを上下させる自由度を追加した2自由度アームのサンプル Bruetoothを使って無線操縦できる移動ロボットコースのプログラム（初日）「オリエンテーション」８月２０日午後１４：１５－１７：００ • 自己紹介（各人５分） • コース概要（４５分） • ロボットアームの基礎（４５分） • 宿題の説明（１５分）宿題：ロボットアームの設計と必要な計算式（各自：ロボットアームを組み立ててくる）コースのプログラム（2日目）「OpenRTM aistとNXTソフトのインストル」「OpenRTM-aistとNXTソフトのインストール」８月２１日午前９：００－１２：００ • ソフトウエア構成の概要 • インストール作業インストル作業 • 動作確認 • ロボットアームの課題（事前準備：自分のアームを動かして確かめる）「ロボットアームの課題」８月２１日午後月後１３：００－１７：００ • 自己紹介（仲間との共通点探し） • ロボットアームの課題（課題：友達のアームを繋いで遠隔操作）（発展課題：他の機器を繋ぐ、スケルを変える）（発展課題：他の機器を繋ぐ、スケールを変える）宿題：プロジェクト成果まとめと将来実現してみたいこと。コースのプログラム（最終日）「プロジェクト成果発表」８月２２日午前９：００－１２：００・宿題発表（各人１０分）・グループ発表準備（３０分）・成果発表用システム構築（３０分）・感想とコメント（各人５分）感想とメント（各人５分）午後のコース別成果発表で、持ち時間15分で発表を行いますサイエンスキャンプ 2008.08.20 「ＲＴで自分のアイディアを実現しよう」 ― 産総研の取り組み ― 産業技術総合研究所知能システム研究部門神徳徹雄 http://staff aist go jp/t kotoku/ http://staff.aist.go.jp/t.kotoku/ 社会的背景各種サービスを提供する少子高齢化社会 •労働力不足 •要介護者増加要介護者増加現実ロボットの開発と実用化の期待の高まりへの期待の高まり病院福祉施設家庭等病院，福祉施設，家庭等製造現場以外で求められる機能多種多様のニーズ（問題点）カスタムメイドロボットの生産が求められる従来のロボットの作り方ではビジネスとして成立しない技術戦略 21世紀におけるロボット社会創造のための技術戦略調査報告書 21世紀におけるロボット社会創造のための技術戦略調査報告書、（社）日本機械工業連合会、（社）日本ロボット工業会（２００１）ロボットからＲＴへ、オーダメード型のボッ産業変革を提言ロボット産業への変革を提言単体ロボットロボット技術を使った分散システム三浦宏文委員長谷江和雄代表幹事 http://www.jara.jp/publication/dl/rt.pdf ロボット技術戦略産業用ロボット • 自動化 • 単純繰り返し作業 Co. C Co. B 単の機能で十分単一の機能で十分 Co. D ロボット技術戦略ボット技術戦略生活支援ロボット • 異なる要望 • 異なるロボット Cleaner Guide Security A house Humanoid Communication service C house B house 様々な機能 Therapy Nursing care ロボット技術戦略要望に応えるロボットをどのように作るか？要望設計新型ロボット部品市場 ( RT Components p ) モータセンサロボットアームオーダメード型のロボットＲＴミドルウェアプロジェクト紹介産業界の変革（大量生産から多品種少量生産への構造変革）ロボット産業の現状２１世紀のロボット産業多品種少量生産向きロボット構築法大量生産向きロボット構築法ボ各社独自仕様によるハードウエアからソフトウエアまでの一括システム開発ロボット要素のモジュール化とその統合によるニーズ対応システム開発 •設計に時間とコストがかかる •ロボット要素機器の新市場 •高い技術力のある少数メーカのみ参入 •各専門分野での分業体制 •研究成果の移転が困難 •インテグレータ産業の創出インテグレタ産業の創出ブレークスルー技術付加価値競争の体質コスト競争の体質技術共有を促進するロボット共通基盤技術の確立 •ロボット開発の活性化 •産業競争力の強化ロボット産業の産業構造変換ＲＴミドルウェアプロジェクト紹介ブレークスルー技術ロボット用ミドルウェアによりインタフェースインタフェス仕様が共通化される。（開発効率を高めるロボット用ミドルウェア）ロボット用ミドルウェアよりモジュールの接続・実行が支援される。モジュール管理ロボットアプリケーションロボット用ミドルウェアにより作成支援される。ネットワーク様々なモジュル様々なモジュール管理ための支援モジュールがミドルウェアとして用意されるサーボ制御ソフトウェア要素のモジュール力センサロボットインテグレータが開発レタが開発モータハードウェア要素のモジュールロボットのハードウェアメーカ、ソフトウェアメーカが開発供給開発、供給期待される未来のボット産業のデル期待される未来のロボット産業のモデルソリューションビジネス情報提供発注システムインテグレータ（ＳＩ）ユーザユザ納品コンポーネント提供製造委託製造業者 2004年8月OMGモントリオール会議（ロボット技術の標準化を呼びかけるセミナーを企画し、基調講演する谷江和雄 President of IEEE Robotics and Society ）コンポーネントコンポーネントメーカコンポーネントメーカメカメーカシズシーズ提供研究機関ミドルウエアミドルウエア：ＳＩ、コンポーネントメーカ、製造業者間のドウポネメカ製造業者間交流を促進する情報基盤ＲＴミドルウェア普及によってユーザのニーズに応じたロボットシステムをインテグレータが容易に構築ザズボグが築ＲＴスペースの導入ユーザーとインテグレータがＲＴスペースの導入について打ち合わせいて打ち合わせ。ＲＴミドルウェアのＲＴスペース作成ツールを使用しアプリケションを作成し、アプリケーションを作成。作成したアプリケーションを、ユーザー宅へのＲＴ機器シミュレーションツールを使設置と、アプリケーションい動作確認い動作確認。ソフトのインストルソフトのインストール。ＲＴ機器の追加最新のお掃除ロボットを購入。お掃除ロボットの情報と、既設のＲＴ機器と協調して動作させるためのアプリケーションソフトをインストール。更新した機器情報とソフトを各ＲＴ機器へ送信。追加したお掃除ロボットと、既設のＲＴ機器が連携して新たな掃除機能を開て、新たな掃除機能を開始。従来技術よるシテ構成なら従来技術によるシステム構成なら HRP2 腕制御プログラムヒューマノイド（HRP2 プロメテ）ジョイスティックプログラム操縦用ジョイスティック共通のインターフェースを持つソフトウエア同士は接続可能だがソフトウエア同士は接続可能だが… PA10 腕制御プログラムマニピュレータ（MHI PA10）従来技術よるシテ構成なら従来技術によるシステム構成なら HRP2 腕制御プログラムヒューマノイド（HRP2 プロメテ）ジョイスティックプログラム操縦用ジョイスティック別々に作られたソフトウエアは通常はインタフインターフェースが異なるので接続できないスが異なるので接続できない PA10 腕制御プログラムマニピュレータ（MHI PA10）ＲＴミドルウェアを利用するとミドルウアを利用すると OpenRTM-aist コンポーネントフレームワーク HRP2 腕制御コンポーネントジョイスティックコンポーネントロボットアーム制御用ボ共通インターフェースヒューマノイド（HRP2 プロメテ） PA10 腕制御コンポーネントポネ操縦用ジョイスティック共通インターフェースを持つアームならどちらも同様のRT要素として制御可能マニピュレータ（MHI PA10）ＲＴＭとは RTMベーストロボットシステム PC PC RTC RTC RTC RTC RTC RTC ネネットワークク制御ソフトなど RTC RTC RTC PC RTC RTC PC RTC RTC PC ネットワーク上に分散したロボット要素（ＲＴＣ、ＲＴコンポーネント）をＯＳや計算機に依存せずに自由に組み合わせてロボットシステムを構築することができる。標準化活動 RTミドルウアのコンセプト実現 RTミドルウェアのコンセプト実現ある程度の普及が不可欠（卵と鶏）（RT ンポネントの品揃え（RTコンポーネントの品揃え 2004年8月 Montreal会議（次世代ロボットの標準化を呼びかけるフォーラムを開催したあとの打ち上げ）利用者の増加）開発と並行して標準化活動（コンソーシアム標準） OMG (Object Management Group) Robotics Domain SIGの設立(2005.02) – 水川真（芝浦工業大学） – 神徳徹雄（産業技術総合研究所） 2005年2月 Burlingame会議 Robotics Domain TFへの移行(2005.12.) （SIG設立祝いの巨大ステーキを楽しむ小泉さん、小菅先生、水川先生、谷江さん）日米韓の協力体制 OMGの概要 Object Management Group • 国際的ソフトウェア技術標準化コンソーシアム – Distributed Object Middleware (CORBA) – Object Model Language (UML) – Model Driven Architecture (MDA) • 各応用分野の標準化推進各応用分野標準化推進 (企業情報システム, 防衛システム, ファイナンス, ヘルスケア, ライフサイエンス研究, 製造, ソフトウェアベース通信, 宇宙, ロボット) -> > Domain Technology Committee http://www.omg.org/ これからのロボット開発ソフトウェアのモジュール化が現実になることで．．． • • • • • 既存のモジュールを組み合わせて設計既存のシステム設計をテンプレートとして活用システムのカスタマイズが容易開発したシステムのメンテナンス性も高まるロボットを作ることよりも，ロボット技術を利用したサビス開発に研究開発資源を集中サービス開発に研究開発資源を集中 • 研究成果は論文だけでなく，モジュール化して提供する．（技術移転も容易であり，技術の比較検討も容易）これからのロボット開発れボッ開発ソフトウェアのモジュール化が現実になることで．．．ロボットを作ることよりも，ロボット技術を利用した異分野融合によるサービス開発に研究開発資源を集中 – – – – – – 生活支援・介護のシステム化農林水産分野のシステム化実験系研究のシステム化医療分野のシステム化交通・物流分野のシステム化セキュリティ・防衛分野のシステム化など社会の中の諸課題をＲＴ技術を導入してシステム化して効率を高めることで解決を目指す遠隔操作システムの適用(産総研) • PA10 HRP2 腕遠隔制御シテム PA10、HRP2の腕の遠隔制御システム – PA10、HRP2、PHANToM、力センサ、ジョイスティック等をコンポーネント化 – 遠隔操作実験（つくば⇔秋葉原間） – 複数コンポーネントの同期リアルタイム制御様々なコンポーネントの組み合わせにより多様なシステムを構築つくば秋葉原 HRP2 アームマスターアーム MHI PA10 アームアム速度指令力情報手首力センサ書籍片付けシステムへの適用 (産総研) • 様々なRT要素の組み合わせ – 視覚、グリッパ、力センサ、アーム、移動機構 – システム構成の柔軟性 – 開発の効率化タグの埋め込まれた環境 RTミドルウェアタグ付書籍力覚センサ視覚センサ (レーザ、カメラ) グリッパ (ピボットハンド) 移動ロボットグリッパ床下タグ力覚センサアームデータベースカメラレーザタグリーダ付書棚タグとロボットのインタフェース移動機構 (車輪) タグリーダ付ラック位置検出用タグリーダ RTComponent Lite(産総研) RTComponent-Lite • マイコン機器（small/μ RTUnit）をRTMで統合 – – プロキシコンポーネントと独自プロトコルで通信プロキシンポネントと独自プロトルで通信 (RTC-L) (RTC L) マイコン上のプログラムはRTCのモデルを継承 • – Activity, InPort, OutPort 同じ仕様からRTCとRTC-Lのコードを生成 • コードジェネレータ： rtc-template モジュール化の本質：コンポーネントモデルプロトコルの変更、異種プロトコルブリッジ作成により相互運用も容易 smallll RTU RTUnit it メディアアートへの適用 air by h.o&安藤移動プラットフォームへの適用移動プラットフォムへの適用産総研空間機能グループ μRTUnit RTミドルウエアの詳しい情報は… RTミドルウエアの詳しい情報は • O OpenRTM-aist公式Webページ RTM i t公式W bペジ – Googleで”OpenRTM”で検索 – http://www.is.aist.go.jp/rt/OpenRTM-aist/ • ダウンロード – – – – • ソースコード、インストーラ等ダウンロード可能 C++版、Python版、Java版(予定) Windows用インストーラ Linux各種ディストリ用パッケージメリングリストメーリングリスト – ユーザコミュニティの情報交換 • 講習会 – 不定期に開催 – 実習形式 • マニュアル – 随時更新中 22 サイエンスキャンプ 2008.08.20 「ＲＴで自分のアイディアを実現しよう」「ＲＴで自分のアイデアを実現しようボット基礎編 ― ― ロボット基礎編産業技術総合研究所知能システム研究部門神徳徹雄 http://staff aist go jp/t kotoku/ http://staff.aist.go.jp/t.kotoku/ 基礎編の狙いロボットを動かすためには、数ＩＩで学習する三角関数や微分が実際にロボットを制御に使われるのを知り、自分がくるボ分がつくるロボットアームに必要な計算式を導出する。ム必な計算式を導出する三角関数： sinθ、cosθ、tanθなど、三角形の一つの角の大きさから編の比を与える関数。を与える関数まだ、学校で習っていない参加者も多いと思います。ここで、三角関数が使われる場面のひとつとしてロボットを心に留めていただき、学校に戻って便利な道具としての三角関数の勉強に興味を持っていただければ幸いです。ロボットアームの自由度機構の略してDOF (Degree of Freedom)と書くことも多い Freedom)と書くことも多い。平面上の点を指定するには2自由度で姿勢も考えるとは3自由度、 3次元空間上の点を指定するには3自由度で姿勢も考えると6自由度がそれぞれ必要となる 1自由度のアム 1自由度のアーム１ sinθ ｘ θ cosθ P（ｘ、ｙ） R 長辺が長さ１の三角形のそれぞれの辺の長さ θ ｙモータ点Ｐの位置は以下のように表せる x = R ×cosθ y = R ×sinθ i θ ２自由度のアーム１自由度アームの先端にもうひとつモータを繋いで 2自由度アームを作る P2（ｘ、ｙ） R2 ｘ θ2 点Ｐ１の位置は x = R1 ×cosθ1 y = R1 ×sinθ1 点Ｐ１から点Ｐ２の位置は x = R2 ×cos(θ1+θ2） y = R2 ×sin(θ1+θ2) P1（ｘ、ｙ） R1 θ1 ｙ点Ｐ2の位置は以下のように表せる点位置はよう表る x = R1 ×cosθ1 + R2 ×cos(θ1+θ2） y = R1 ×sinθ1 + R2 ×sin(θ1+θ2) モータ２自由度のアム２自由度のアームそそれでは逆に点Ｐ2（ｘ、ｙ）の位置にロボットの手先逆点（、ｙ）位置ッ手先を持って行くにはそれぞれのモータの角度を何度にしたらよい？ P2（ｘ、ｙ） R2 ｘ R1 θ2 P1（ｘ、ｙ）ｙモータ P2（ P2（ｘ、ｙ）） L φ ロボットアームを折り曲げてＬの長さにしたものをφ回転すると考えると２つの姿勢の可能性がある２自由度のアム２自由度のアームそそれでは逆に点Ｐ2（ｘ、ｙ）の位置にロボットの手先逆点（、ｙ）位置ッ手先を持って行くにはそれぞれのモータの角度を何度にしたらよい？ P2（ P2（ｘ、ｙ）） L φ 余弦定理：三角形の角と辺の関係式 L2 = x2 + y2 L2 = R12 + R22 -2R1R2cos(180-θ2) ２自由度のアム２自由度のアームそそれでは逆に点Ｐ2（ｘ、ｙ）の位置にロボットの手先逆点（、ｙ）位置ッ手先を持って行くにはそれぞれのモータの角度を何度にしたらよい？ P2（ P2（ｘ、ｙ）） L φ 余弦定理：三角形の角と辺の関係式 L2 = x2 + y2 L2 = R12 + R22 -2R1R2cos(180-θ2) 宿題２自由度アームの制御に必要な計算式を考えてみよう