　実際に、NVIDIAの「Omniverse Isaac Sim（以下、Isaac Sim）」を使ったデジタルツインの環境を構築して、ロボットの実機とシミュレーションの連動を見ていこう。今回使用するIsaac Simは、前回連載「ROSを使ってロスなくロボット開発」でも使用した。当時はROS 1のみの対応だったが、アップデートによって現在は正式にROS 2に対応している。

2．シミュレーターとなるIsaac Simの環境構築

　まずはIsaac Simをインストールして、シミュレーション環境を構築していこう。

2.1 Isaac Simのインストール

　構築に当たり、筆者がIsaac Simを使用したハードウェア環境の構成は下記の通りだ。


ユニット	スペック
CPU	Core i9-10900X
GPU	Quadro RTX8000
RAM	64GB

　では早速Isaac Simをインストールしよう。今回は以下の環境を使用する（図2）。

PC：Ubuntu 20.04.5 LTS,
ROS 2 Foxy
Python 3.8.10
Isaac Sim 2022.2.1^※1）
Nucleus 2022.4.2

※1）執筆時点でのIsaac Simの最新バージョンは2023.1.1だが、今回の環境では動作が重いため2022.2.1を使用した。

図2　Isaac Simの環境

　なお、Isaac Simの動作環境やインストール方法についてはNVIDIAの公式ドキュメントを参照していただきたい。

　さらに、Isaac SimでROS 2通信を行うために、以下のWebサイトを参照してPCへのROS 2インストールおよびIsaac SimのROS2 Bridge機能を使用するための前準備を行っておく。

⇒ROS & ROS 2 Installation（6.2. Enabling the ROS / ROS 2 Bridge Extensionまで）

2.2 シミュレーション側で動作する自律移動ロボットの設定

　シミュレーション側、つまりIsaac Sim上で動作する自律移動ロボットを設定する必要がある。ここでは、Turtlebot3のURDF（Unified Robotics Description Format）をIsaac Sim内にインポートし、ROS 2のトピックによってTurtlebot3を動かすまでを解説する^※2）。

※2）URDF Import：Turtlebot

2.2.1 Isaac Sim上のTurtlebot3の準備

　まずはインポートするTurtlebot3のURDFを、ROBOTISの公式Gitからダウンロードする（リスト1）。

$ git clone -b foxy-devel https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3.git

リスト1　Turtlebot3のURDFをダウンロードするコマンド

　Isaac Simを起動するターミナルでROSの環境変数設定を行う（リスト2）。

$ unset LD_LIBRARY_PATH
$ export FASTRTPS_DEFAULT_PROFILES_FILE=~/.ros/fastdds.xml

リスト2　ROSの環境変数設定

　Isaac Simの起動後、以下の手順でURDFをUSDに変換し、ロボットを設置する。

（1）Isaac Utils＞Workflows＞URDF Importerを選択する（図3）。

図3　URDF Importerを選択する

（2）URDF Importerで図4のように設定し、Isaac Sim上にTurtlebot3を生成する。

図4　Isaac Sim上にTurtlebot3を生成する

a）「Fix Base Link」：チェックを外す（ロボットを固定化させない）
b）「Joint Drive Type」：「Velocity」に変更する（速度パラメータで動作させる）
c）Input File」：先ほどダウンロードしたTurtlebot3のURDFを選択する。選択するファイル名は“turtlebot3/turtlebot3_description/urdf/turtlebot3_burger.urdf”
d）「Output Directory」：URDFの変換後のUSDファイルを保存する場所を選択する
e）最後に「IMPORT」ボタンを押下する

（3）“Create＞Physics＞Ground Plane“を選択し、シミュレーション環境の床を生成する（図5）。