シミュレータでロボットをグリグリ動かす！：解説！ ロボット開発環境Robotics Studio（4）（1/2 ページ）

物理学の法則を適用したシミュレータ「Visual Simulation Environment」を使って、ロボットを制御する！

[大川 善邦 工学博士 日本大学工学部非常勤講師／大阪大学名誉教授，＠IT MONOist]

　今回は、マイクロソフトのRobotics Studio 1.0（以下、MSRS）のシミュレータ「Visual Simulation Environment（以下、VSE）」について紹介します。

　下の動画1がVSEの画面です。いかがでしょうか？ 何やらロボットらしきものがグリグリと動いていますね。

動画1　VSEでシミュレートしている様子

　それでは、VSEがどのようなものなのか？ 早速見ていきましょう！

※注：

現在、Microsoft Robotics Studio 1.5 （CTP May 2007）がリリースされています（執筆時点）。

モデルベース開発を可能にする強力なツール

　近年、“モデルベース開発”を採用して、自動車や航空機を設計する企業が増えてきました。モデルベース開発では、対象となるメカの動特性を数式モデルで表現して、これをコンピュータ内に実現し、シミュレーションによって設計パラメータを決定します。そして、その結果を実機へダウンロードして実機検証を行います。

　このモデルベース開発を採用することで、開発コストの削減が可能になります。また、“開発期間を短縮（製品開発サイクルを短縮）できる”点も見逃せません。

　今回紹介するVSEは、（ロボットの分野において）モデルベース開発を可能にする強力なツールです。しかし、強力なツール故に大規模なシステムでもあります。そのすべてを説明するのは大変ですので、ここでは、VSEの基礎について解説します。

VSE実行環境の準備

　はじめに、VSEを実行する際に必要となるハードウェアとソフトウェア構成について紹介します。

　まずは、ハードウェアです。

画像1　本連載で使用したLEGO「MINDSTORMS NXT」

　VSEは、シミュレーションプログラムであるため、連載第2、3回で使用したロボットは必要ありません。ロボットは、どこか戸棚にでも大切にしまっておいてください。

　VSEは、「.NET Framework 3.0（特に、WPF：Windows Presentation Foundation）」を前提としているため、DirectX 9対応のビデオボードが必要となります。ちなみに、MSRSの仕様書には「ATIもしくはNVIDIAが、ここ2年間に開発したミドルレンジ以上のGPU（Graphics Processing Unit）搭載のビデオボードが必須」と記載されています。

　VSEでは、ロボットなどを「Entity（VSEの用語）」と呼びます。そのEntityの運動を物理学的に計算するために、米AGEIA Technologiesの物理演算処理プロセッサ「PhysX」が推奨されています。MSRS付属のサンプルプログラムを動かす程度であれば、PhysXなしでも十分です。しかし、実用的なプログラムを目指すのであれば、こちらを購入した方がよいでしょう。

　今回紹介するサンプルプログラムでは、ロボットを操縦するために“Xbox 360のコントローラー”を使用します。Xbox 360のコントローラーをPCへ差し込んで、必要なドライバーをインストールします。ただし、このコントローラーは必須ではありませんのでご安心ください。マウスで代用することも可能です。

　続いて、ソフトウェアです（注）。

※注：

すでにMSRSがインストールされている前提で説明します。

　VSEのサンプルをビルドするために、Visual Studio 2005が必要です。Visual Studio 2005が手元にない場合は、マイクロソフトのダウンロードサイトから、Visual C# 2005 Express Edition（以下、VC#）をダウンロードして、インストールします。

　これで、ハードウェアとソフトウェアの準備が完了しました。

	関連リンク：
⇒	.NET Framework 3.0 の紹介
⇒	Windows Presentation Foundation ガイド ツアー
⇒	ATI
⇒	NVIDIA
⇒	AGEIA Technologies
⇒	PhysX
⇒	Xbox.com
⇒	Visual C# 2005 Express Edition

サンプルでシミュレーション体験

　それでは、MSRSのサンプルプログラムを使ってシミュレーションを体験してみましょう！ MSRSをデフォルトでインストールした場合、

C:\Microsoft Robotics Studio (1.0)\samples\SimulationTutorials\Tutorial2\SimulationTutorial2.csproj

にファイルがあるはずです。

　VC#で「SimulationTutorial2.csproj」を開き、プロジェクトを立ち上げます。画面1のようにVC#のプロジェクトがスタートします。

画面1　VC#のプロジェクト

　ちなみに、「SimulationTutorial2.cs」がメインのプログラムとなります。C#などに詳しい方は、ソースコードを眺めてみてください。

　続いて、プロジェクトをビルドします。

　VC#のメニューから、［Build］−［Build SimulationTutorial2］とクリックします。また、［F6］キーを押しても同じ操作が可能です（注）。

※注：

通常、VC#でプロジェクトをビルドする場合は、環境設定などを行う必要があります。しかし、MSRSをインストールした直後のデフォルト状態でビルドする場合であれば、特に環境設定などを追加、修正する必要はありません。上述した手順でビルドを行えば、正常にビルドが行われます。

　プログラムをビルドすると、インストール直後の状態（初期設定など）が変更されてしまいます。もし、インストール直後の状態を保存しておきたければ、あらかじめフォルダをほかの場所へコピーするなどして対処してください。

　何がいいたいかというと「MSRSをインストールした場所でビルドをすれば、余計な操作は不要」ということです。

　実行を開始します。VC#のメニューから、［Debug］−［Start Debugging］とクリックします。［F5］キーを押しても同じ操作が可能です。

　PC内に、デフォルトのノードが作成されて、ビルドしたプログラム（厳密には、「サービス」）がスタートします。

　しばらくすると、画面2のシミュレーション画面が表示されます。

画面2　シミュレーションの画面

　「テーブル」1個と「移動ロボット」2機が平面上に置いてあります。左の大きなロボットは「Pioneer 3DX」、右の小さなロボットは「NXT（連載第2、3回で使用したロボット）」です。遠くに雲などが描かれていますが、これを「スカイボックス」といいます。

　同時に「Dashboard（画面3）」と呼ばれるサービスもスタートします。SimulationTutorial2のプロジェクトには、Dashboardのプログラムが含まれているため、プログラムをスタートすると2つのサービスが同時に実行されます。

画面3　Dashboard