シミュレータの導入で開発コスト大幅減！WRSで産総研「コレオノイド」に採用された物理エンジン「AGX Dynamics」とは

編集部

物理エンジン「AGX Dynamics」が、WRSで使われる「Choreonoid」シミュレータに採用されたと言うことですが、この技術は通常はどのような場所で実践利用されているものなのでしょうか

永原(敬称略)

物理エンジンは様々なことに活用できます。例えば、Choreonoidのようにロボット・シミュレータに実装するというのもそのひとつですが、実際の現場では建設用機械や乗り物などの設計や開発の際に、動きや耐久度などを確認する開発用のシミュレータとして使われています。また、操縦の訓練用シミュレータとしても使われています。

編集部

具体的にはどのようなものをシミュレートして、どのようなことが解るものなのでしょうか

永原

例えば、建機メーカー各社は、本格的な業務シミュレータを導入し始めていて、土砂や建機の動きは高度な物理エンジンを使ったシミュレータでテスト環境などを再現しています。例えば、この環境では、この土質にこの角度でショベルを入れた時には、どれくらいの抵抗や摩擦、モーターへの負荷があり、重心はどこに移って、無限軌道がどれだけ滑るかなど、実際とほぼ同じ状況下でシミュレーションによる数値の計測が可能になっています。
他には、再生コンクリートをミキサーで回す状況をシミュレートし、中でコンクリートの粒がどのような量と角度で、どんな動きをして、どこに溜まるか等を再現したりもしています。地味な例ですが、これも業務では大切な情報となります。

■建機掘削、粒子シミュレーション

編集部

それは机上の計算だけで求められるものなのですか?

永原

ほぼ計算だけで求められます。ミキサーの中で回される砂のデータは実際には存在しないので、物理計算を使って再現しますが、精度は低くありません。例えば、建機メーカーの例では、開発時に砂の上を走る建機の車輪などのモーターの制御をシミュレータで検証します。その際、実機で行うテストと同じように、シミュレータ画面の砂の上についた走行の軌跡の状況を見て、制御設計が正しいかどうか、どこが間違っているかを判断します。間違っていると特有の軌跡が出たりするそうです。タイヤやキャタピラの跡を見て、この制御でいいのか、どこが悪いのかは、私には全く解りませんが、開発者の方々にとっては、シミュレータはそれほど重要で、精度の高いものになっている、ということですね。

編集部

専門家の開発者たちが信頼するシミュレータであれば、相当、高レベルの精度だと思います。しかも、実機を使わずにテストできるのあれば、コストも時間も大幅に削減できますね。企業にとってはそこがメリットということでしょうか。

永原

企業の目的としては時間とコストの削減、そこが一番のポイントです。開発用に建機の試作機を作るのは長い期間と大きなコストがかかります。できた試作機を実験したり、フィールドテストのための環境を作り、維持し、実際に建機が壊れるところまで何度も試したりデータを取ったりすれば、それこそ莫大な時間とコストを費やすことになります。そこをシミュレータによって再現するんです。シミュレータなら机上で気軽に頻繁にデータがとれます。実機によるテストの回数を減らすだけでもコストと時間を大幅に短縮できます。先ほどのモーターの例で言えば制御アルゴリズムは何千種類もあるので、環境の違いごとに実機で多くのアルゴリズムを試すテストを想定すれば、シミュレータによる代用がどれだけ効率的か想像できると思います。

編集部

なるほど。こういった技術は他の国や企業でも既に普及しているのですか?

永原

普及はまだまだこれからで、各社検討を始めているところです。本当に一部のメーカーさんがシミュレータのメリットに気付いて導入を始めた段階です。産業用ロボットで世界的に知られているABB社でも製造ラインにロボットアームを導入する際に、ケーブルやコード類などの衝突や取り回しの配置をシミュレートして確認しています。

■ロボットケーブルダメージシミュレーション

このシステムでも「AGX Dynamics」が採用されています。この事例も今年の6月に導入したばかりですから、やはり市場はこれから、というところですね。

以前から産総研さんにはChoreonoidへの実装の検討して頂いていたのですが、WRSの競技でもより高精度に動作するシミュレータを目指し、この機会に本格的に「AGX Dynamics」を活用して、Choreonoidのレベルアップを図ろう、という話になったのです。