背景

ロボット技術の急速な進展に伴い、様々なメーカーが独自のプロトコルやインターフェースを備えたロボットを開発・リリースしています。これらのロボットは独自の通信方法を使用することが多く、複数のロボットブランドを一つのシステム内で統合・操作することがますます難しくなっています。この統合プロセスは、標準化されたシステムの欠如により、時間とコストが増加し、最終的には生産性と効率性の低下を引き起こす要因となっています。こうした課題を解決するために、Mintrobotは「TERMINAL」ミドルウェアライブラリを開発しました。TERMINALは、多様なロボットシステムの統合を効率化し、相互運用性を向上させることで、ユーザーが複数のロボットを統一されたプラットフォーム上で簡単かつ効率的に管理できるようにします。

ロボット制御
ミドルウェア

とは?

異なるメーカーのロボットは、しばしば異なる通信プロトコルを使用しており、統一された制御システムを構築することに大きな課題をもたらします。ロボット制御ミドルウェアは、各メーカーが提供する非標準化されたロボット制御インターフェースを統合し、統一されたシステムとして管理できるツールです。この技術により、様々なロボットの異なるプロトコルを効率的に処理し、ユーザーが複数のロボットを統一されたプラットフォーム上で簡単に制御できるようになります。
メーカーごとの異なるプロトコル
すべてのロボットは、他のシステムと連携するための外部接続用プロトコルを提供しています。
しかし、これらのプロトコルは標準化されておらず、各メーカーは異なる通信方法やデータ構造を使用しているため、複数のロボットを一つのシステム内で統合して制御することが非常に複雑になります。
もしユーザーがこれらのプロトコルを個別に実装しようとすると、技術的な難しさだけでなく、保守にも多大な労力が必要となり、結果として多くの時間とコストがかかります。
一貫したインターフェースの提供
ロボットミドルウェアは制御機能を分類し、単一のプロトコルを提供することで、さまざまなロボットを統一されたシステム内で一貫して制御できるようにします。
ユーザーは個々のロボットプロトコルを気にすることなく、ロボットの機能を利用でき、ミドルウェアが通信方法やデータ構造の複雑さを処理します。
ロボットの種類に関係なく、ソフトウェアロジックを変更する必要がなく、特定のベンダーに依存せず、さまざまなメーカーのロボットを柔軟かつ効率的に操作できます。

ロボット制御
ミドルウェア

必要な理由

異なるメーカーの複数のロボットを効果的に統合・管理するためには、一貫性のある統一された制御システムが不可欠です。ミドルウェアがない場合、このプロセスは非常に複雑でコストがかかりますが、ミドルウェアを導入することで統合が簡素化され、コストが削減され、拡張性が向上します。
Different Protocols by Manufacturer
PC-based integrated control architecture with robot middleware

特徴

TERMINALの構造

Mintrobotのミドルウェア技術は、市販のロボット、カスタマイズされたロボット、シミュレーションロボットを一貫して制御できるポータブルなソフトウェアライブラリです。この技術の主な構造的特徴は次の通りです。
インターフェース層
プロトコルサーバー

各ロボットとの通信に必要なプロトコルを管理し、各ロボット固有のプロトコルをTERMINAL内で標準化します。
フロントエンド (GUI) Webサーバー
ユーザーフレンドリーなインターフェースを提供し、WebベースのGUIを通じてロボットを簡単に設定・制御できるようにします。
コア層(制御インターフェース層)
コア層はTERMINALの中心であり、In-Memory Processingによって効率的なロボット制御を実現します。これにより、TERMINALの制御機能が迅速かつ一貫して動作します。コア層は以下の主要コンポーネントで構成されています。
通信ライブラリ
Universal Robots、TM Robotics、MiRなどのメーカー向けのライブラリを含み、様々なロボットとの通信をサポートします。
制御機能ライブラリ
モーションコントロール、SLAM、ナビゲーションなどの基本的なロボット機能を管理するライブラリを含みます。
O/Sカーネルおよびデバイスドライバ
O/SカーネルとデバイスドライバはTERMINALの運用において重要な役割を果たし、基本的なシステム機能を管理し、ハードウェアとの相互作用を促進します。この層はロボットシステム全体で安定かつ信頼性の高い動作を保証します。
ネットワーク接続
市販のロボットプラットフォーム製品
TERMINALはネットワークを介して、異なるメーカーの様々な市販ロボットプラットフォームと接続し、複数のロボットを統合制御します。
シミュレーションおよびカスタマイズされたロボット
TERMINALはネットワークを介して、モーターやセンサーなどのシミュレーションおよびカスタマイズされたロボットとも接続し、多様なロボットシステム全体で統一された制御と効率的な管理を提供します。

TERMINAL
のワークフロー

TERMINALの操作ワークフローは、ユーザーがロボットを効果的に設定、プログラム、および制御するための手順を示しています。TERMINALは、初期設定からリアルタイム制御まで、ロボット管理を簡素化する一連のプロセスを提供し、ユーザーがロボット操作を容易に最適化できるようにします。
(1) システム構成
TERMINALを使用する最初のステップはシステム構成です。これには、ロボットに関連する基本設定を完了し、ロボットが正しく初期化され、操作の準備が整っていることを確認するプロセスが含まれます。
(2) GUIを介した事前プログラミングと呼び出し
ユーザーはTERMINALのグラフィカルユーザーインターフェース(GUI)を活用して、ロボットの動作を事前にプログラムできます。このステップでは、ロボットの必要な動作やタスクを従来の方法で設定します。主要な機能は次のとおりです
ジョギング
実行前にロボットの動きをテストおよび調整します。
ポーズの保存、動作のティーチング
特定の位置を保存し、対応する動きをロボットに教えます。
ロケーションの保存、経路のティーチング
ロボットがたどる経路や場所を保存し、それに応じて指示を行います。
その他の機能
さまざまな事前プログラミング機能が含まれます。
(3) 直接制御機能の呼び出し
事前にプログラムされた動作に加えて、ユーザーはTERMINALを通じて制御機能を直接呼び出すことができます。これにより、次のような高度な機能が可能となります
協調制御機能
複数のロボット間での協調制御をサポートします。
状態の連続モニタリング
ロボットのステータスをリアルタイムで監視し、最適なパフォーマンスを確保します。
その他の機能
リアルタイム調整、エラー回復、カスタマイズされたシーケンスなどの高度な機能が含まれます。

TERMINALのメリット

TERMINALは、多様なロボットシステムを管理・制御するための優れた選択肢として、いくつかの重要なメリットを提供します。以下は、TERMINALが提供する主な利点です。
クラス抽象化によるAPIの標準化
柔軟性向上のためのクラス抽象化
TERMINALは、クラス抽象化を通じてAPIを標準化し、様々なメーカーのロボットやデバイスを専用システムに制限されることなくシームレスに統合します。これにより、ロボットシステムの構築が簡素化されます。
安定性とコスト効率の向上

統一されたインターフェースを介してシステムコンポーネント間のスムーズな相互作用を確保することで、TERMINALはシステム統合、拡張、およびメンテナンスにかかる時間とコストを削減します。この一貫性は、外部条件が変化しても長期的な安定性と持続可能性を保証します。
拡張性が高く効率的なネットワークベースのシステム拡張
信頼できるネットワーキングとスケーラビリティ
TERMINALのネットワークベースのミドルウェアは、TCP/IPプロトコルを活用して、デバイス間の高速でスムーズな通信を実現します。これにより、クラウドコンピューティングやIoTなどの他のICTソリューションとの統合が、大きな障害なくスケーラブルに行われます。
ユーザーの利便性のために最適化された通信
高速通信プロトコルにより、迅速なデータ伝送と無制限のシステムアクセスが可能となり、ユーザーの利便性を高め、システム全体の最適化が実現されます。これにより、ダウンタイムを最小限に抑え、生産性を最大化します。
一貫した制御と信頼できる管理
TERMINALは、様々なロボットシステムにわたって一貫した制御を提供し、効果的な管理と運用を可能にします
階層制御APIによる構造化された管理
TERMINALは階層型APIを提供し、構造化された効率的なロボット制御をサポートし、複雑なロボットシステムの管理を簡素化します。
複数ロボットにわたる一貫した制御
異なるロボットに対して一貫した制御APIを提供することで、頻繁な調整の必要性を軽減し、エラーを最小限に抑え、システム全体の信頼性を向上させます。これにより、高い運用基準を維持することが重要となります。

比較

TERMINAL vs
ROS/ROS2
主要な違い

ロボット制御用のミドルウェアを選択する際、効率性とメンテナンスが重要な考慮事項です。TERMINALはROS/ROS2と比較して、より簡単で効率的な通信構造を提供し、リソースの使用とメンテナンスにおいて大きな利点をもたらします。階層型APIのサポートにより、TERMINALは特に商業用アプリケーションに適しています。以下の表は、TERMINALとROS/ROS2の主な違いを強調しています。
TERINAL
ROS / ROS2

結論

要約すると、TERMINALは、特に商業用途において、ROS/ROS2と比較してより合理的で効率的なロボット制御ソリューションを提供します。シンプルな構造、通信効率の向上、一貫した制御APIにより、リソースの消費とメンテナンスの手間を最小限に抑えながら、さまざまなロボットシステムを管理するための理想的な選択肢となります。TERMINALは、現在のニーズに対応する強力なツールであるだけでなく、将来の技術進展にも対応可能で、拡張性と適応性を備えています。