ROS 2を用いたロボットの実機とシミュレーションによるデジタルツイン連動の実践：ROSの進化とデジタルツインの可能性（後編）（2/5 ページ）

ロボットプラットフォームとして知られる「ROS」の需要が高まり続けている。本稿では前後編に分けて、ROSの進化とデジタルツインの可能性について考察する。後編では、ROSのデジタルツイン活用の事例として、ROS 2を実装したロボットの実機とシミュレーションの連動について紹介する

[富士ソフト，MONOist]

2.2.2 ROS Bridgeモジュールの起動

　次にROS 2と通信を行うための設定を行う。

　Isaac Sim側でROSの機能を使うためにROS2 Bridgeモジュールを起動する。

（1）Isaac Simのメニューから“Window＞Extension Manager”を選択する。「Extension Manager」が表示される（図7）。

図7　Isaac Simのメニューから「Extension Manager」を選択する

（2）Extension Managerの検索欄に“ros”と入力する。ROS関連のExtensionが表示されるので、「ROS BRIDGE」をoffにし、「ROS2 BRIDGE」をonにする（図8）。

図8　「ROS BRIDGE」をoffにし、「ROS2 BRIDGE」をonにする

（3）「ROS2 BRIDGE」はステージ読み込み処理時に有効になるため、保存したTurtlebot3のUSDファイルを“File＞Open”で再度読み込む必要がある。

2.2.3 Isaac SimとROSの連携

　次にIsaac SimとROS 2を連携していこう。ここでは「Omni Graph」というツールを使用する。

　前回連載記事の後編『ROSとフォトリアルなシミュレーター「Isaac Sim」を連携させる』のROS連携では、ROS通信設定は単オブジェクトを呼び出してパラメータを設定した。現在のバージョンでは、ノード同士をつなげるビジュアルスクリプトであるOmni Graphがライブラリの1つの機能として搭載されている。

（1）“Window＞Visual Scripting＞Action Graph”を選択する（図9）。

図9　Action Graphを選択する

（2）Isaac Sim下部に作成される「Action Graph」タブで「New Action Graph」を選択する（図10）。

図10　「New Action Graph」を選択する［クリックで拡大］

（3）左側に「Nodes」（ノード一覧）、右側に「Action Graph」（Graph一覧）が表示される。ノード一覧の上にある検索欄からノード名を検索し、左から右側へドラッグ＆ドロップすることで設置できる（図11）。

図11　「On Playback Tick」ノードを設置する手順の例。ノード一覧の上の検索欄で“On play”を検索し、ドラッグ＆ドロップで設置する

　図12のように11個のノードを用意し、それぞれのボタンをドラッグしてつなげる。

図12　11個のノードを用意し、ドラッグしてつなげる［クリックで拡大］

　各ノードの解説と設定値は以下の通り。

• a）On Playback Tick Node：
  シミュレーションが“再生中”の時、定期的に接続されたノードを実行する
• b）ROS2 Context Node：
  ROS 2と通信を実行するためのノード
• c）ROS2 Subscribe Twist Node：
  ROS 2のTwist型を受信するノード
  「Topic_name」に“/cmd_vel”を入力する（/cmd_velで受信する）
• d）Constant Token：
  文字列を指定するノード
  /cmd_velで動かすジョイント名を記載する。「Inputs」-「Value」にTurtlebot3のJoint名“wheel_left_joint”を入力する（図13）

図13　“wheel_left_joint”を入力する

• e）Constant Token：
  d）と同様。こちらは“wheel_right_joint”を入力する
• f）Scale To/From Stage Unit Node：
  トピックの入力をUSD内の単位に変換するノード
• g）Make Array：
  d）とe）の文字列を1つの出力として送るノード
  「Inputs」下部の「＋」ボタンを押下して入力の数を1つ増やしておく（図14）

図14　「＋」ボタンを押下して入力の数を1つ増やしておく

• h）Break 3-Vector Node：
  x、y、zの3次元値から1つだけを抽出するノード。このノードでは/cmd_velの角速度のx、y、zを入力としているため、数値が格納されているzの値を抽出する
• i）Break 3-Vector Node：
  h）と同様。このノードでは、/cmd_velの直線速度のx、y、zを入力としているため、数値が格納されているxを抽出する
• j）Differential Controller Node：
  速度から車輪速度を計算するノード。Turtlebot3の場合は図15のように数値を設定する

図15　Turtlebot3の数値を設定する

• k）Articulation Controller Node：
  制御するロボットを指定する
  パラメータの「Inputs」の「robotPath」にTurtlebot3のオブジェクト（“/World/turtlebot3_burger”）を指定する（図16）

図16　Turtlebot3のオブジェクトを指定する

　左メニューの「Play」ボタンを押下するとIsaac Simのシミュレーションが開始され、ROS 2トピックを受信する状態となる。

　ターミナルでリスト3のように“ros2 topic list”と入力すると、トピック一覧として“/cmd_vel”が表示されることが確認できる。

$ ros2 topic list
/cmd_vel
/parameter_events
/rosout

リスト3　“/cmd_vel”が表示されることを確認するコマンド

　また、別のターミナルでリスト4のように入力すると、Turtlebot3が動く（図17）。

$ source /opt/ros/foxy/setup.bash
$ ros2 topic pub /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{linear:  {x: 0.2, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0,y: 0.0,z: 0.0}}'

リスト4　Turtlebot3を動かすコマンド

図17　Turtlebot3が動く様子［クリックで拡大］

　Turtlebot3を停止させるにはリスト5のコマンドを使用する。

$ ros2 topic pub /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{linear:  {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0,y: 0.0,z: 0.0}}'

リスト5　Turtlebot3を停止させるコマンド