協働ロボットで建設工程を自動化し人とロボットの協働を実現

Autodeskチームは、ユニバーサルロボットの協働ロボットを活用し、生竹と繊維糸で構成されたハイヴ・パビリオンをわずか3日間で完成させました。人とロボットが連携しながら、ばらつきの大きい自然素材を扱うという難しい課題に取り組み、建築分野における新たなロボット活用の可能性を示しました。プロジェクトには、Autodesk Universityの参加者、シュトゥットガルト大学計算設計研究所、Autodeskロボティクスラボ、ユニバーサルロボットが参加しました。

このプロジェクトの目的は、ロボットによる製造、ウェアラブルデバイス、RFIDによる追跡、建築部材に組み込まれたインテリジェンスを連携させ、その可能性を参加者に体験してもらうことでした。しかし、生竹は長さや太さにばらつきがあり、曲がりやすいため、ロボットで正確に扱うには大きな課題があります。「人がロボットとどこまで協力し、材料の不確実性やばらつきに対応できるのか、当初は明確ではありませんでした」と、AutodeskロボティクスラボのシニアリサーチエンジニアであるHeather Kerrick氏は説明します。「そこで、ロボットにセンサーと判断機能を持たせ、状況に応じて動作を変えられるようにしました。この仕組みを実現できたことは、大きな成果でした」

ハイヴ・パビリオンには、参加者がランダムに選んだ3本の竹をユニバーサルロボットに固定し、ロボットが竹の先端に繊維を巻き付ける動作を生成する「巻き上げステーション」が設けられました。これにより、タンブルウィードのような独特の張力構造を持つ部材を制作しました。「URロボットは、人が現場で行うには難しい高精度な動作と計測を担うことができたため、多くの測定工具や機器を使わずに作業できました」とKerrick氏は話します。さらに、「リアルタイムのセンサーデータに基づいてロボットを動かす実験的な研究では、想定外の動作が生じる可能性もあります」と説明します。大型の産業用ロボットでは一般の参加者とこれほど近い環境で研究を進めることは難しく、プロジェクトの進行にもより多くの時間が必要だったといいます。「ユニバーサルロボットの安全機能を活用し、適切な安全対策を講じることで、より大胆な研究に取り組むことができました」

UR10は、AutodeskのリサーチエンジニアであるEvan Atherton氏が制作し、話題となった短編映画「Artoo in Love」にも登場しました。映画では、屋外の公園にUR10を設置し、キャンバスに肖像画を描くというユニークな試みに活用されています。「ロボットをこれまで使ったことのない環境へ持ち出すのは、興味深い挑戦でした」とAtherton氏は振り返ります。同僚とともにロボットのキャリブレーションを行い、キャンバスに投影したベクター画像の経路に沿ってUR10を動かすシンプルなプログラムを作成しました。「UR10はこの用途に最適でした。コンパクトで移動しやすく、安全機能も備えています。専用ケースに入れて現場まで運ぶこともできます。従来型の産業用ロボットであれば、フォークリフトによる搬送や安全柵の設置などが必要になり、このような使い方は難しかったでしょう」と話します。

ユニバーサルロボットの安全機能と柔軟性を活かし、Autodeskは建設現場内を移動しながら作業を支援する「ロボットアシスタント」のプロトタイプを開発しました。研究チームは、UR10の先端に切削用ルーターを取り付け、さらにカメラとプロジェクターを搭載。人のジェスチャーや音声指示を認識できる機械学習ソフトウェアも開発しました。例えば、UR10を石膏ボードの前まで移動させ、コンセントの開口位置を壁面に投影します。作業者が位置を調整した後、音声で指示を出すと、UR10が指定された箇所を切り抜くことができます。

Autodeskがユニバーサルロボットを活用して取り組むもう一つの建設分野の研究が、スマートアセンブリシステム「Brick-Bot」です。このプロジェクトでは、ビンピッキング、持ち替え、配置という3つの工程の自動化に取り組んでいます。

ビジョンシステムを活用することで、ロボットはサイズや色の異なるレンガが混在した中から、指定されたレンガを選び出します。配置に適さない向きでレンガをつかんだ場合には、UR10が画像で状態を確認し、正しい向きになるまでレンガを置き直して把持し直します。さらに、カメラを搭載した2台目の協働ロボットUR5がレンガの組み立て状態を確認し、正確な配置をサポートします。「次の段階では、レゴやおもちゃのキリンの家のようなデザインをつくり、それをロボットが自動で組み立てられるようにしたいと考えています」と、AutodeskのソフトウェアアーキテクトであるYotto Koga氏は説明します。また、この研究ではロボットのすぐそばで作業できることが重要だったといいます。「ユニバーサルロボットを選んだ大きな理由の一つが、安全機能です。ロボットをノートパソコンに接続し、適切な安全対策のもとで隣に立ちながら作業できるため、実験と改良を素早く繰り返すことができました。プロジェクトを進めるうえで、この点は非常に重要でした」

ユニバーサルロボットのオープンAPIも、研究開発を迅速に進めるうえで大きな役割を果たしました。「TCP通信を利用したストリーミングAPIによって、URロボットをより低いレベルから制御できました。私たちの用途では、ロボットへ直接コマンドを送って細かく制御できることが重要でした」とYotto Koga氏は説明します。Heather Kerrick氏は、ハイヴ・パビリオンのプロジェクトでもオープンアーキテクチャが役立ったと話します。「ハイヴの制作では、複数のチームやデバイスが異なるプログラミング言語や開発環境を使用していました。それでも、すべてのコマンドを一つの文字列にまとめてロボットへ送信することができました。大型の産業用ロボットでは、標準の制御機能以外から操作するために追加の手順やソフトウェアが必要になることがありますが、URロボットではその必要がありませんでした。URのスクリプト言語も習得しやすく、扱いやすいと感じました」