インターネット利用による連携設計のシステム構築と応用実験

電気加工研究室
指導教員

小林和彦

知能機械システム工学科
1051003
飯田

祐助

目次
第１章

緒言

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

1.1

３次元ＣＡＤの主流化

1.2

連携設計の現状

1.3

研究の目的

第２章

実験環境および使用機器

2.1

実験環境

2.2

使用機器

2.3

使用ソフト

第３章

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

コンカレントエンジニアリングの構築

3.1

コンカレントエンジニアリングとは

3.2

システム構築3.3

ＸＶＬとは・・・・・・・・・・・・・

3.3.1

ＸＶＬの技術

3.3.2

ＸＶＬ／ＶＲＭＬ／ＩＧＥＳとの比較

3.4

ＷＥＢサーバの構築

3.5

ＣＡＤデータとＸＶＬデータの比較

3

5

10

3.5.1 データサイズの比較
3.5.2 設計時間の比較
3.6

結果

3.7

考察

第４章

オーバーラップ型設計システムの提案

・・・・・・・・・・・・

22

・・・・・・・・・・・・・

28

4.1

目的

4.2

オーバーラップ型設計システムの提案

4.3

結果

4.4

考察

第５章

産業用ロボットアームのＣＡＤ設計

5.1

ロボットアームの情勢

5.2

ロボットアームの種類

5.3

基本仕様

-1-

第６章

結言

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

6.1

まとめ

6.2

今後の課題

謝辞

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

参考文献

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

-2-

28

27
27

第１章
1.1

序章

３次元ＣＡＤの主流化

現在、機械設計に用いられるＣＡＤは、２次元ＣＡＤから３次元ＣＡＤが主流となってきている。
その理由として、・ ３次元自由曲面形状の製品の増加。
・ モデルを視覚的に捉えることが出来るため、形状の認識が容易に出来る。
・ 構想段階で立体的に形状や構造の把握が出来る。
・ モデルが完成すれば、平面図、立面図、断面図が自動で生成出来る。
・ データをＣＡＥ，ＣＡＭで利用出来る。
・ 構造解析、機構解析などのシミュレーションが可能。
などが挙げられる。
これにより、開発・設計から製造までのスムースなデータ受け渡しが可能になり、総合的な効率の向上が可能となる。

1.2

連携設計の現状

近年、インターネットの急速な普及により、誰でも、ＷＥＢを通じ様々な情報を入手、または発信できるようになった。たとえば、今までテレビや新聞から得ていた情報なども、
インターネットを利用すれば、簡単に、より新しい情報を、手に入れられるようになった。
そして、電子メールなどを利用しての、遠く離れた場所に居る人とのコミュニケーションも手軽に行えるようになった。
一方で、機械設計の分野においては、ひとつの機械を製作する際、数人の設計者が、携わり、何度も設計会議を繰り返し、完成させていくという方法がとられている。しかし、それぞれの設計者が、同じ場所に居るかというと、必ずしも、そうではない。例えば、大阪と東京という場合も、ありうるのだ。その際、設計会議を行うため、各設計者が時間を合わせ、一箇所に集まるということは、時間も経費も掛かってしまう。そこで、注目されたのが、インターネットである。しかし、電子メールによるファイルの、やり取りだけでは、実際に会って話し合うのとは、はるかに情報が少なくなってしまう。さらに、現在、設計で用いられている３次元ＣＡＤデータというものは、容量が大きく、ＷＥＢ上では非常に扱いにくい。
そこで、新たなコラボレーション設計ツールが必要とされている。

-3-

1.3

研究の目的

通常、複数人の設計者が共同で一つの製品の設計を行う場合、各部品の大きさやはめあ
いをどうするか、といった情報交換をするため、一箇所に集まり、設計会議を開くことが不可欠となってくる。しかし、現在、設計期間の短縮、コストの削減が必要とされる中、このような時間や移動費を必要とする設計方法には、問題があると思われる。
そこで、近年急速に発展したインターネットに注目し、ＷＥＢ上でＣＡＤデータを共有化して、設計者がわざわざ一箇所に集まらなくても、設計会議を行った場合と同じように、
しっかりと情報交換が出来る手法を提案する。

-4-

第2章
2.1

実験環境および使用機器

インターネット環境①研究室Ａ（県有研究施設内）
回線種：ＮＴＴフレッツＡＤＳＬ

１．５Ｍｂｓ

プロバイダ：ＡＳＡＨＩ−ＮＥＴ
収容局からの線路長：４キロ
ホスト 1ＷｅｂＡｒｅｎａ：１．２３Ｍｂｐｓ（５３９ｋＢ，３．８秒）
ホスト 2 ＡＴ−ＬＩＮＫ：１．２２Ｍｂｐｓ（３３３ｋＢ，２．４秒）
推定最大スループット：１．２３Ｍｂｓ②研究室Ｂ（大学内）
大学専用回線

2.2

使用機器（１）ＣＡＤ用ＰＣ
ＣＰＵ

Ｐｅｎｔｉｕｍ４

１．６[ＧＨｚ]

メモリ

６５４[ＫＢ]

ＨＤＤ

３６．４ [ＧＢ]

ディスプレイ

１７インチ

ＯＳＷｉｎｄｏｗｓ２０００
Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ（２）サーバ用ＰＣ
ＣＰＵ

Ｃｅｌｅｒｏｎ

１．８[ＧＨｚ]

メモリ

１０１６[ＫＢ]

ＨＤＤ

５５．８[ＧＢ]

ディスプレイ

１７インチ

ＯＳＷｉｎｄｏｗｓ２０００
Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ-5-

（３）ＡＤＳＬモデム内臓無線ルータ
ＭＮ７５３０

ＡＤＳＬ

ポート数

１ポート

インタフェース

コネクタ形状

６ピンモジュラージャック

準拠規格

ITU‑TG.992.1 AnnexC 規格
ITU‑TG.992.2 AnnexC 規格

カプセル化

ｌｌｃ、ＶＣマルチプレクス

伝送速度
ITU‑TG.992.1 AnnexC

下り：最大８Mbps／上り：最大１Mbps

ITU‑TG.992.2 AnnexC

下り：最大１．５Mbps／上り：最大１Mbps

コントローラチップ

Ｃｅｎｔｉｌｌｉｕｍ製

ＷＡＮ

ポート数

１ポート

インタフェース

コネクタ形状

８ピンモジュラージャック

物理インタフェース

IEEE802.3(10Base‑T)
IEEE802.3u(100Base‑TX)

通信速度10/100Mbps(自動設定)

全二重／半二重

全二重／半二重(自動判別)

ＭＤＩ／ＭＤＩ−Ｘ

自動検知

ＬＡＮ

ポート数

４ポート

インタフェース

コネクタ形状

８ピンモジュラージャック

物理インタフェース

IEEE802.3(10Base‑T)
IEEE802.3u(100Base‑TX)

通信速度10/100Mbps(自動設定)

全二重／半二重

全二重／半二重(自動判別)

ＭＤＩ／ＭＤＩ−Ｘ

自動検知

-6-

ルータ機能プロトコル

PPPoE、PPPoA、IPoA

ＰＰＰ認証

自動認識／ＰＡＰ／ＣＨＡＰ

ｐｐｐ接続／切断

手動接続／自動接続／
不使用時の切断

ＬＡＮ型接続あり

モデムブリッジあり

ＲＩＰあり（ＲＩＰｖ１／ｖ２）

ＤＨＣＰサーバあり（１２８設定、スタティック可）ＤＮＳリレーあり

ＩＰパケットフィルタあり（６４設定）

リング

無線機能

ＩＰマスカレード

静的／動的

アドレス変換機能

静的アドレス変換機能

セキュリティ

WAN40(64)/128bit/SSID/
無線端末限定機能/(MAC アドレス登録方式)

アクセス制限ＩＤ／Ｐａｓｓｗｏｒｄ

ＷＷＷブラウザ設定

あり

ファームウェアバージョンアップ

あり

設定バックアップあり（４）ＰＣ−ＴＶコンバータ
ＰＣａｓｔ

ＳＣ−１

ＢＵＦＦＡＬＯ製
出力端子

RCA（コンポジット）×１
ミニ DIN 4 ピン（Ｓ端子）×１
ミニ D‑sub 15 ピン（スルーアウト）
×１

対応解像度

640×480,800×600，832×624，
1024×768，1152×864，
1152 × 870,1280 × 1024,1600 ×
1200

本機能

スキャンコンバータ

対応テレビ方

使用電源

AC100V 50/60Hz

式

入力端子

ミニＤ−ｓｕｂ

１５ピン×１

外形寸法-7-ＮＴＳＣ（日本国内仕様）

105(W)×105(H)×27(D) [mm]

2.3

使用ソフト

（１）３次元ＣＡＤソフト
Ｐｒｏ／ＥＧＩＮＥＥＲ ２００１（Parametric Technology Corporation）

図.２−１ Pro/E 起動画面
（２）ＣＡＤデータ圧縮ソフト*第３章①ＸＶＬ

ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ

Ｐｌｕｇｉｎ

Ｐｒｏ／Ｅ

Ｐｒｏ／Ｅで作成した３次元データをＸＶＬ形式に変換する②ＸＶＬ

Ｓｔｕｄｉｏ

アカデミック版

ＸＶＬデータの編集

図.２−２ ＸＶＬｓｔｕｄｉｏ画面③ＸＶＬ

ＰｌａｙｅｒＰｒｏ

ＸＶＬデータの簡易編集、ＷＥＢ参照（３）ＷＥＢサーバ用ソフト*第３章
Ａｐａｃｈｅ

ＨＴＴＰＤ

Ｓｅｒｖｅｒ-8-

２．０．４３

（４）データ転送用ソフト①ＦＴＰサーバ
ｗａｒ

ＦＴＰ

ＤａｅｍｏｎＷＡＲ−ＦＴＰＤ

１．６５

図.２−３ ＦＴＰサーバ画面②ＦＴＰクライアント
ＦＦＦＴＰ

ｖｅｒ１．９１

図.２−４ ＦＴＰクライアント画面（５）ホームページ作成ソフト
ホームページ・ビルダー

ｖｅｒ６．５．０．０（６）エンコード用ソフト
ＷｉｎｄｏｗｓＭｅｄｉａエンコーダ

第3章
3.1

ｖｅｒ９．００．００．２９８０

コンカレントエンジニアリングの構築

コンカレントエンジニアリングとはコンカレントエンジニアリングは１９８０年代後半に米国で唱えられた理念先行の概念であり、その目的とするところは、図.３−１にも示すように、設計あるいは製品開発におけるプロセスの構造をウォータフォール型からオーバーラップ型に転換することを通じて，
リードタイムの短縮などにより製品の競争力を向上させようとするものである。

-9-

図.３−１ コンカレントエンジニアリングの狙い
この、コンカレントエンジニアリングをＷＥＢ上で、実施することによって、遠距離間でのコラボレーション設計が可能となる。この時、重要となることは、製品形状が理解しやすいように、製品データを三次元で表示するということである。
それによって、設計、製造、営業、研究など様々な部門間での情報伝達がスムースになり、製品完成までの時間が短縮に繋がる。

図.３‑２ ＷＥＢ上でのＣＥ概念図

-10-

3.2

システム構築遠距離間で設計情報のやり取りが可能とＣＡＤ設計

なるシステムの構築にあたり、まず注目したのは、近年急速に発達したインターネッ

ＣＡＤデータの軽量化

トである。

（ＸＶＬデータへの変換）

まず、ＷＥＢサーバを構築し、データを公開するためのホームページを作成する。

ｗｅｂサーバーへ転送

そして、そのホームページに、ＣＡＤで作
３次元データのｗｅｂ公開

成した３次元データを載せるという方法で実験を行う。しかし、第一章で述べたように３次元ＣＡＤのデータは非常に大きく、インターネット

ＷＥＢでは扱いにくいものである。そこで、３次元データの軽量化を行えるＸＶＬを利用する。

図.３−３(a)そして、大学内の研究室より、このホー設計の流れ（設計者Ａ）

インターネット

ムページにアクセスし、３次元データをダ
ウンロードする。そして、ＸＶＬ

Ｐｌａ

3 次元データのｙｅｒを用い、設計者Ａが作成した３次元

ダウンロード

データの寸法確認を行う。そして、その寸法を参考に、部品の作成をする。そして、部品の確認

完成した部品をＰｒｏ／Ｅのデータのまま（寸法、はめあい）

ＦＴＰにて、サーバに転送するという手法を用いる。
ＣＡＤデータの転送（ＦＴＰサーバー）

図.３−３(b)-11-

設計の流れ（設計者Ｂ）

図.３−４ コラボレーション設計システム図

3.3

ＸＶＬとは

3.3.1

ＸＶＬの技術現在、機械設計ではＣＡＤ／ＣＡＭの３次元化が浸透しており、これまで、特殊な技術者しか利用してこなかった、３次元データを誰でも気軽に利用が可能となるように考えられたのがＸＶＬである。
３次元データを生成するあらゆるソフト、ＣＡＤ／ＣＡＭや、ＣＧ、そして計測器から生成される３次元データ、これを軽量化して一つの形式に統一して表現すること。そして
いかに安価に３次元データを生成するかということが重要である。これらを実現させるためには既存の３次元ＣＡＤデータをＸＶＬ化（＝軽量化、ネットワークでの利便性を持った形式）が必要となる。それを可能にしたのが、Ｐｒｏ／Ｅで作成したソフトをＸＶＬに変換させるために用いた「ＸＶＬ

Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ」である。

そして、ネット上で流通する３次元データは、たんに形状を表示するだけでなく、必要に応じて、断面の表示や、寸法の測定など、エンジニアリング目的で利用可能でなくてはいけない。そのためには、データの表現の中軽量性と高い精度を同時に表現する必要があ
る。

-12-

そのために、利用されている技術が、ラティス構造というものだ。ラティス構造とは、多数のポリゴンから構成されるポリゴンメッシュに比べ、大まかな形状をラティス格子として定義し、Ｇｒｅｇｏｒｙパッチ（曲面間の接平面連続 [G 1 連続]の表現に優れた曲面表現）と呼ばれる自由曲面を内挿することによって、滑らかな曲面表現を行う手法である。
滑らかな曲面形状を高精度のままポリゴンメッシュで表現する場合、非常に多くのポリゴンを必要とするためデータサイズが膨大になる。しかし、ラティス構造では、曲面データをラティス構造として単純化して扱うため、データはとても軽量化される。また、形状を単純化して扱っているために大量のポリゴンを操作するモデラーでは実現できなかった、
直感的な形状操作が可能になっている。
多くの 汎用的な ３次元データ表示ソフトウェアでは、ＣＡＤデータであっても、ＶＲ
ＭＬやＳＴＬなどのポリゴン化したデータ形式に変換して活用されているのが一般的である。ＶＲＭＬやＳＴＬのように、曲面からポリゴンへの変換を行うと、精度を保つために
はデータ容量が大きくなってしまい、逆にデータサイズを小さくすると精度が損なわれてしまう。しかし、ＸＶＬのＣＡＤデータの軽量化の手法は、精密な製造データをより多くのシチュエーションで活用するといった目的での開発が行われたので、曲面のまま軽量化するという、まったく違ったアプローチ方法で軽量化されている。 通常のＣＡＤモデルは
10^‑5 〜 10^‑6 という精度をもっているが、設計ではなく、ビューイングを目的とした場
合これほどの厳密な数値は必要ではない。ＸＶＬでは曲線・曲面の次数の引下げや、不要な制御点の削減を行う、それに加えトリム曲面をラティス構造の内挿曲面へと変換することによって、大幅な軽量化を実現している。このように非常にＣＡＤデータに近い曲面形
式のデータでありながら 10^‑1 〜 10^‑3mm という高い精度をもったまま軽量化を行うことで、３次元データを設計だけではなく、製造・検査など幅広いフィールドでの３次元データの利用を可能にしている。
また、ＸＶＬは形状表現だけではなく、形状に対して組立の工程や、製品の動作などのアニメーションをＸＶＬファイルの一部として定義でき、さらに分かり易い情報の提供を可能となっている。これを利用して、より詳しい機械設計における、部品の情報交換が可
能となる。
3.3.2

ＸＶＬ／ＶＲＭＬ／ＩＧＥＳとの比較（１）ＩＧＥＳ（Initial Graphics Exchange Specification）
一般的に設計製造用の汎用３Ｄデータとして利用されている。多くのＣＡＤで標準的に入出力が可能であり、主に異種ＣＡＤ間のデータ交換用データとして利用されているので、曲面構造を厳密に表現できるという特徴がある。しかし、ＩＧＥＳは汎用に利用する事を重視したために、データの冗長性が大きく、データ量が大きいという問題点があると言える。また、この冗長性が異種のシステムからのデータを受け取ったときなどに、「面落ち」-13-

や「データ欠落」といったＣＡＤごとに癖を持つという欠点になっている。また、データ
配信・ビューイングを目的としたフォーマットではないために、ＷＥＢ公開するといったような利用には適しているとは言えない。
（２）ＶＲＭＬ（Virtual Reality Modeling Language）
ＶＲＭＬは主に ＷＥＢでの三次元形状の表示に特化した、ファイルフォーマットである。
基本的にはポリゴンという三角形や四角形の平面の集まりによって形状を表現している。
このフォーマットもまた、多くのＣＡＤやＣＧソフトから出力することが可能だが、ポリゴンで形状を近似して表現しているため、精度を要求される製造分野での利用は難しく、
また、詳細なモデルを表現しようとすると、大量のポリゴンが必要となりデータ量が膨大になってしまう。エンジニアリング用途かつＩＴでの利用に必須とされている「軽量」と「精度」という矛盾する条件は、今までのフォーマットで同時に満足していなければ、活用範囲は限られてしまうのだ。
現在、市場で利用されている一般的な３ＤデータであるＩＧＥＳ、ＶＲＭＬをＸＶＬと比較を図.３−５に示す。
表.３−５ ３Ｄデータの比較

開発元

ＸＶＬ

ＩＧＥＳ

ＶＲＭＬ

ラティステクノロジー

ANSI/ISO 標準

ISO 標準設計製造データ交換

ＷＥＢ３Ｄ

サーフェイス、ソリッド

ポリゴン

用途
データ構造

サーフェイス、ソリッド

データサイズ

○

×

△

○

○

○

アニメーション

○×○

ＸＭＬベース○××

ブラウザでの表示○

×○（転送速度）
既存データ変換
（ＣＡＤ）

-14-

3.4

ＷＥＢサーバの構築

まず、本実験では、設計したＣＡＤのデータの転送などを行う時の、拠点となるＷＥＢ
サーバを学外に立てる。
ＷＥＢサーバを立てる理由としては、Ｗｅｂ制作に一切の制限がなくなるということが挙げられる。プロバイダでは、ホームページ領域は、数ＭＢ〜数十ＭＢの容量にされていることが普通である。今回は、ホームページに３次元データを公開することがキーポイン
トとなっている。いくらＸＶＬでデータ容量が小さくなったといっても、制限があっては、公開するデータの数が限られてくる。しかし、ＷＥＢサーバは、パソコンに搭載されているハードディスクの空き容量がそのままホームページの領域にすることが出来る。
ＷＥＢサーバを立てる、もう一つの理由として、アップロードが、楽に出来るといったことが挙げられる。プロバイダのＷＥＢサーバを借りた場合、ＦＴＰを使ってホームペー
ジをアップロードする必要がある。データ量が少量であればアップロードは数秒で終わる
が、データ量が増えるに従って、アップロードの時間は数十秒〜数分と長くなってしまう。
しかし、ＷＥＢサーバを立ててしまえば、他のパソコンとＬＡＮで接続してしまえば、Ｗｉｎｄｏｗｓの「共有フォルダ」を利用して、コンテンツをドラッグ＆ドロップするだけで、そのまま公開できる。ＬＡＮの通信速度は１０Ｍｂｐｓ〜１００Ｍｂｐｓと高速のため、転送にも時間がかからないという利点がありＷＥＢサーバを立てるに至った。
①ＷＥＢサーバソフト
ＷＥＢサーバを構築するには、ＷＥＢサーバソフトをインストールする必要がある。Ｗ
ＥＢサーバソフトは、様々な種類があり、多くのソフトがフリーで配布されている。その、数多くある中で、どれを選択するかも重要となってくる。
以下に、代表的な２つのソフトの特徴を記す。
（１）Ａｐａｃｈｅ
ＵＮＩＸ用として開発され、現在はＷｉｎｄｏｗｓにも移植されているＨＴＴＰサー
バである。
ＨＴＴＰサーバのシェアはトップで、大半のプロバイダはＡｐａｃｈｅを採用している。
よって、プロバイダの環境とほとんど同じ条件でＣＧＩのテストなどが出来る。
利点
・Ｐｅｒｌスクリプトは、ネットで配布されているものの多くがそのまま動作する
・動作が軽く、安定している。
・セキュリティ面も比較的強い。
・ｈｔｔｐｄ．ｃｏｎｆにより細かい設定が可能で、ディレクトリごとに、さらに細か-15-く設定可能。
（２）ＡＮ

ＨＴＴＰＤ

このソフトは、初期設定や操作などが簡単に出来、比較的導入しやすい。細かい設定なども全てＧＵＩベースで可能となっている。一般に出回っているＣＧＩスクリプトが、ほとんど修正しなくても動くのが最大の魅力と言える。
利点
・ＵＮＩＸのＷＥＢサーバと動作環境が似ている。
・アクセス制限をする時には、ＧＵＩにより簡単に行える。
・ｈｔａｃｃｅｓｓは使えないものの、ディレクトリ単位でパスワード設定可能。
・ディレクトリの閲覧を許可したい場合、特定のファイル名のファイルを置くことにより閲覧許可できる。
②ＤｙｎａｍｉｃＤＮＳ
ＤＮＳ(Ｄｏｍａｉｎ

Ｎａｍｅ

Ｓｅｒ

に取得しておく必要がある。

ｖｅｒ)というのは､ＩＰアドレス⇔ＵＲＬ

しかし､ホームページを公開するだけなの関連付けを行うためのデータベースを持のにそこまでの費用はかけられない。そこっているサーバのことで､本来ならホームで、そんな手間や費用を削減するために利ページを自分のパソコンから公開すること用したのが『Ｄｙｎａｍｉｃ ＤＮＳ』といを考えると、 このＤＮＳに加えて､固定的うサービスである。

なＩＰアドレスと正式なドメイン名を事前
通常ダイアルアップやフレッツ回線でインターネットへ接続する場合にはその都度､契約しているプロバイダから動的にＩＰアドレスが割り当てられるため､基本的にはＩＰア
ドレスは固定に保持させることはできない。そこで、ＩＰアドレスが固定にできないのな
ら逆にＤＮＳに対して動的にＩＰアドレスの更新さえ可能にできれば､見かけ上は「ＩＰア
ドレスが固定」となりホームページを公開できるのではないのか？

という､考え方が『Ｄｙｎａｍｉｃ ＤＮＳ』という技術である。
この考えは､急激に普及していて､その証明として『Ｄｙｎａｍｉｃ ＤＮＳ』サービスを提供しているサイトが豊富にあり、ほとんどのサイトが、無料で利用出来る。この『Ｄｙｎａｍｉｃ ＤＮＳ』は､「登録と IP アドレスの動的更新」をするだけで利用出来る。
以下に各サイトの比較を表.３−６に示す。

-16-

表.３−６ DynamicＮＳ

DNS サービスサイトの比較

提供サイト

IＰ更新

Ａ

ＭＸ

CNAME

ﾜｲﾙﾄﾞｶｰﾄ

Dynamic Do!

○

○

○

ZIVE

○

○

○

instant○○

ieServer○○JPN.ch○○○SteticCling

○

○

○

Offline
○

○

○

○
○

ＩＰ更新

メイン機能

Ａレコード

ＤＭとＩＰアドレスの関連付けの設定

ＮＳ

別途ネームサーバについての設定

ＭＸ

メール配送の優先度設定

ＣＮＡＭＥ

別名の設定

ワイルドカート「WWW」なしでアクセスできる

ＯＦＦ

ＯＦＦＬＩＮＥの時に指定のＵＲＬに転送

○

③ＤＩＣＥ
Ｄｙｎａｍｉｃ

ＤＮＳサービスは、とても便利なサービスだが、ＩＰアドレスが変わるたびに、わざわざ登録サイトに行って更新するという作業をしなくてはいけない。このＤＩＣＥは、そんなＩＰアドレスの更新を自動でしてくれる。
ＤＩＣＥで出来ること•

サービスの Web サイトへ行かなくても更新作業を行える。

•

指定日時、または定期的にＩＰアドレスなどの情報を更新出来る。

•

ＩＰアドレスの変化を検知して自動で更新することが出来る。

•

設定が簡単。

•

数多くのサービスサイトに対応している。

•

プログラムスケジューラーとしても使える。

④ホームページの作成
ホームページを作成し、ＣＡＤによって作成したデータを公開する。

-17-

図.３−７ ホームページ画面⑤ＩＰマスカレードとはＩＰマスカレードとは１つのグローバルＩＰを利用して、プライベートアドレスを持った複数のＰＣをインターネットに接続することができる機能である。ＡＤＳＬやダイアル
アップ環境などでは通常割り当てられるグローバルＩＰアドレスは１つである。また、常時接続回線の環境でも十分な数のＩＰアドレスを入手することは困難になりつつある。このような状況の時、グローバルＩＰの数よりも多くのＰＣをインターネットに接続するために利用されている。プライベートアドレスを持ったＰＣをインターネットに接続する場
合、利用されるのがｐｒｏｘｙで、ＷＥＢページを参照するために使用するｈｔｔｐ−ｐｒｏｘｙは、よく利用されている。しかしメールサーバが外部にあるときや外部のＰＣへのＦＴＰ、ＴＥＬＮＥＴを使用するためにｐｒｏｘｙを利用した場合、ユーザーは通常とは違う操作を行うことを要求される。
このような状況の時は、ルータマシンでＩＰマスカレードを使用すればユーザーはプラ
イベートアドレスの利用を全く意識することなく操作を行うことができる。

-18-

図.３−８ ＩＰマスカレード設定画面

3.5

ＣＡＤデータとＸＶＬデータの比較

3.5.1

データサイズの比較

ＸＶＬを用いてデータを軽量化したときのデータ容量の変化を比較した。
以下に、比較結果を示す。なお、ＸＶＬへの変換時の軽量化許容誤差は０．０１ｍｍとする。
（１）アセンブリデータ-19-

（２）部品データ

3.5.2

設計時間の比較構築したＷＥＢサーバを利用し、産業用ロボットアーム*第５章の連携設計が可能であるかを実験した。
今回の実験では、産業用ロボットアームの部品でもあるハーモニックドライブと、それに対応したモーターの作成をした。
ホームページで公開した３次元データのファイルをダウンロードし、部品寸法の測定、対応する部品の作成、作成したデータのＦＴＰ転送までのタイムを計測した。なお、ホームページに公開するデータは、Ｐｒｏ／ＥデータとＸＶＬ形式の２種類のファイルで実験をし、ＸＶＬの有効性を調査した。以下に、２種類のファイルの各計測タイムの比較表を示す。
表.３−９ ファイルの各計測タイムの比較
Ｐｒｏ／Ｅ

ＸＶＬ

一回目

二回目

三回目

一回目

二回目

三回目

ダウンロード

30 秒

33 秒

28 秒

5秒

8秒

9秒

計測

1 分 50 秒

1 分 55 秒

1 分 41 秒

1 分 32 秒

1 分 37 秒

1 分 30 秒

完成

4分4秒

4分8秒

4 分 15 秒

4 分 12 秒

4分5秒

4 分 15 秒

転送

5 分 59 秒

5 分 59 秒

5 分 45 秒

6分2秒

5 分 46 秒

6 分 45 秒

-20-

3.6

結果

まず、Ｐｒｏ／ＥデータとＸＶＬに変換した時のデータの容量の比較の結果、ＸＶＬへ変換することにより、データ容量は、格段に小さくなりＷＥＢで扱うには、適している形式だといえる。また、従来の３Ｄ変換では、データを軽くすると、精度が落ちてしまうという点においても、ＸＶＬは、高い精を保ったままでの変換が出来るということ結果がでた。さらに、ＸＶＬに変換することによって、高価なＣＡＤソフトがなくても、製品形状、寸法などの確認が出来るため、コンカレントエンジニアリングで利用するデータとしては非常に適しているといえる。
次に、各データを利用しての設計時間の計測結果を見てみると、ＸＶＬファイルの方はデータ容量が小さいため、ダウンロード時間は短い。しかし、部品の寸法の確認にはＣＡ
Ｄを使った方が容易に出来る。
設計の際には、部品データだけでなく、全体図である、アセンブリのデータも、必要となる。今回の、実験で作成した、産業用ロボットアームは、すべてのデータ容量が４ＭＢ程度と、それほど大きなデータではなかったため、ダウンロード時間の差は数秒で、最終的なデータ転送までの時間は双方ともに、差は見られなかった。

単に、一つの部品を転送するだけなら、ＸＶＬに変換して転送をするよりも、ＣＡＤデータをそのまま転送した方が設計時間は短縮される。しかし、設計をするには、全体図であるアセンブリデータが、必要となってくる。つまり、組立図など多くの部品が必要となるものなどの、やり取りに
はＸＶＬに変換した方が、寸法の確認などにかかる時間を考えても、時間短縮に繋がるだ
ろう。

3.7

問題点、課題遠距離間でコラボレーション設計を行う場合、ホームページに３次元データを公開するという手法だと、ＣＡＤで作成したデータをＷＥＢサーバに転送して、それを一つずつ、リンクを張るという作業を必要としている。それでは、サーバ側の設計者の作業が増え、設計の効率向上に支障が出てしまう。そこで、ホームページにＣＧＩによるデータベース
を設置し、設計したデータを、ＷＥＢサーバに転送するだけで、ＷＥＢに公開が出来るというシステムが必要となる。また、現システムでは、相手の進行状況を確認するには、定期的にホームページに行きデータをチェックするひつようがある。この方法での確認では、
いつデータが更新されたかが分からず、データに変化がない場合もチェックにいく必要がある。もしくは、電話、メールなどの通信ツールで相手にデータの更新を知らせるという方法をとる必要がある。
そこで、それらの手間を省くためにも、相手の進行状況を随時チェック出来るシステム-21-

（オーバーラップ型）が必要となってくる。「実際に隣で設計しているような状況」というものを、どのように再現出来るかが課題となる。
また、今回のシステムでは、一方からのデータ転送にＦＴＰサーバを利用している。Ｆ
ＴＰはパケットが暗号化されず平文でネットワークを流れてしまうという欠点のほか、様々な問題があるその為、最終的にはＦＴＰを利用しないＷＥＢのみでのやり取りが可能なシステムの構築が必要とされる。

第4章
4.1

オーバーラップ型設計システムの提案

目的第３章で提案した方法では３．５で述べたように、作成したデータをサーバに送り、ホームページを書き換えて、という作業が必要となり、データが更新されたということが共同設計者に伝わらない。そのため、共同設計者が定期的にホームページを参照し、データをダウンロードして、変更があるか確認しなければいけなくなる。もしくは、サーバ側が、データを更新したということを、メールなどを使い相手に伝えるなど、ワンクッション置いた作業が必要となってくる。それでは設計するにあたって、無駄な作業が入り、効率が悪くなり、完成までの時間が大きくなってしまう。
そこで、重要となってくるのが、「相手が今何をしているかを、リアルタイムで確認できる」ということだ。それが可能となれば、実際に隣で設計している状況を、遠距離でも再現でき、設計の効率アップに繋がることになる。そこで、コラボレーション設計におけるオーバーラップ型設計が可能となるシステムの提案および構築をする。

4.2

オーバーラップ型設計システムの提案第３章で構築したシステムに、ＣＡＤ作業用ＰＣの画面をＷＥＢで公開するという、システムを追加する。相手の進行状況が、いつでも確認が可能となる。況が随時確認でき寸法の変化時などに、ホームページへ行き新たなデータを参照し、その部品に対応した設計が可能となる。

-22-

① キャプチャーボード、エンコーダソフトによる配信

図４．１システム図（キャプチャボード利用）-23-

② ネットワークビデオサーバによる配信

図４．１システム図（ネットワークビデオサーバ利用）

4.3

結果

今回、構築した提案①では、キャプチャーボードで圧縮しデジタル化した画像データをＭｅｄｉａエンコーダで、読み込みＷＥＢで公開するという手法を試みたが、Ｍｅｄｉａ
エンコーダでの、画像データ読み込めず画像データの公開には至らなかった。
一方、提案②のネットワークビデオサーバを用いた、画像データの公開においては、画像データのＷＥＢ公開に成功した。しかし、取り込んだ画像をＭＰＥＧ４により圧縮して公開しているため画質が悪く、寸法の確認をするまでには至らなかった。

4.4

問題点、課題

提案したオーバーラップ型設計システムの問題点として挙げられることは、画像データ
をＰＣ−ＴＶコンバータを用い出力し、ネットワークビデオサーバによってＭＰＥＧ４に圧縮することによって、画質が劣ってしまうということも分かった。しかし、ＰＣ−ＴＶ
コンバータで多少の調節は可能となっており、相手側の設計の進行状況をチェックするには十分活用できる。
今後の課題としては、画質を落とさずに、画面データのＷＥＢ公開が出来る手法を提案
し、実施してみる必要がある。今回のシステムより、高画質で配信が出来ることが可能で-24-

あればオーバーラップ型設計システムへの利用は非常に可能性が高いだろう。
さらに、構築システムを利用し、実際に設計を行い、さらなる問題点の抽出および改善策を考え、実用性を高めていくことが必要である。

第5章
5.1

産業用ロボットアームのＣＡＤ設計

産業用ロボットアームの情勢

産業用ロボットは、ＪＩＳ

Ｂ０１３４の一般的分類では、「知能ロボット」、「数値制御

ロボット」、「プレイバックロボット」、「シーケンスロボット」に区分されている。
１９８０年代から１９９０年にかけて、数値制御ロボット、プレイバックロボットの台数が急増しはじめた。この背景には、自動車産業向けの塗装ロボット、スポット溶接ロボ
ット、アーク溶接ロボットなどのプレイバックが大量導入されたことが挙げられる。また
電気器具製造業を中心にプリント基板組立用にインサータ、マウンタなどの数値制御ロボ
ットの普及が大きく影響してきている。知能ロボットは、近年急激に発達し、視覚センサ
付きロボットとして、半導体製造設備などで利用されている。今後は、視覚、力覚などの感覚機能を備えた自律性の高いロボットの活躍が期待されている。現状の産業用ロボット
は、ロボットアームの位置精度が、機械系の製作誤差、またはアームの姿勢、負荷重量の変化による誤差などのために絶対精度は得にくい。そのため、数値制御ロボットでも、数値データの入力と直接指示の併用がほとんどである。
今後の、ロボット市場は個別の用途開発が中心となって、新たに創出され、形成されるものであり、ロボット自身の技術レベルの向上だけでなく、構造技術、生産技術、工作技術など、現場サイドに近い技術レベルの進展が重要である。

5.2

産業用ロボットアームの種類

現在、幅広く様々な場所で使用されているアームタイプの産業用ロボットの形態は、動作機構から、主に図.５−１に示すような種類がある。
（１） 直角座標系
ロボットの大きさに対して、動作範囲はその範囲内に限定されるが、精度は出しやすく一般的なものでも±0.02 程度のものが多い。ただし、動作ストロークが１ｍを超えると、他のタイプのロボットよりもコスト面で割高になってしまう。直角座標系ロボットは、その機構形態自身が人間に理解しやすい直角座標系を形成しているため、-25-

制御も比較的容易に出来る。
（２） 極座標系
自動車のスポット溶接工程に一時期多用されていたものだが、動作領域が狭いことと、当時は座標変換機能がなく、直接指示を行う時に極座標系でしか操作できなかったこと、および油圧駆動であったなどにより、現在はあまり使われていない。
（３） 円筒座標系
直交座標系に比べて、重量補償が容易なことから、比較的大型で重量物のハンドリングに採用されている。一方、組み立てロボットとして、とくに垂直方向の作業に適した、複合円筒座標系（水平関節形）のロボットが多用されている。これは、ＳＣＡＲＡ（Ｓａｌｅｃｔｉｖｅ

Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ

Ａｓｓｅｍｂｌｙ

ＲｏｂｏｔＡｒｍ）形ともいわれ、垂直上下方向に剛性が高く、水平面方向には柔らかな構造になっており、組立作業における種々の位置決め誤差要因をロボットアームの柔らかさで吸収しようというものである。この水平関節形のロボットは水平旋回時の先端合成速度が上腕および前腕の合成となるため、速いものは、５ｍ／ｓ以上のものもある。
（４） 垂直関節形
駆動軸が全て回転形で構成されているものを総称して垂直関節形という。関節形ロ
ボットの機構形態で特徴付けられる要因のひとつにモーターの配置がある。各腕の中に駆動モーターを配置した場合、動作範囲は半球状の広い領域がえられる。一方、腕の重量を極力軽減させるために、駆動モーターを根元の R 旋回部に集中し、リンク、レバー方式で各腕を動かすというものもある。これは、前者のものに比べ、機械構造上、動作範囲は制約されるが、可搬重量が大きい場合には有利な構造といえる。

-26-

（１）直交座標系（２）極座標系（３）円筒座標系（３）円筒座標系（水平関節配置型）（４）関節形
図.５−１ 産業用ロボットの種類

-27-

5.3

基本仕様

本研究で、設計した産業用ロボットアームの基本仕様は以下のとおりである。
① 作業内容：部品パレットから、部品をつかみラインコンベアの組立途上の製品に部品を取り付ける。
② 作業姿勢：水平面域のみ③ ラインのタクトタイム：９．０ｓ④ 搬送部品の負荷重量：１．０ｋｇｆ⑤ パレット内の部品配置実寸法：縦方向×横方向＝４００ｍｍ×３００ｍｍ⑥ 部品形状および寸法：直方体（縦×横×高さ）＝３０ｍｍ×２０ｍｍ×５０ｍｍ⑦ 部品精度、はめあい精度：精密級（ただし、製品位置決め精度などの総合精度は１．
０ｍｍの誤差の発生を想定する）⑧ 部品の把持着時に要する時間：０．５ｓ⑨ ラインコンベアの幅：３００ｍｍ⑩ リトライ率：５％⑪ ライン耐用年数：５年以上⑫ 稼動条件：１６ｈ／日×３００日／年

図.５−２ リスト部（組立図）

図.５−３ ショルダ部（組立図）-28-

図.５−４ リスト部（分解図）

第6章
6.1

図.５−５ ショルダ部（分解図）

結言

まとめ

今回の研究では、コンカレントエンジニアリング、およびオーバーラップ型設計が出来るシステムの構築をした。そして、そのシステムを利用し、産業用ロボットアームの設計を行った。その中で、得られた結果は、コンカレントエンジニアリングの中における、設計会議では、概念設計である程度、形になったものをＸＶＬデータに変換し、ＷＥＢで公開することにより、遠距離間でも、詳細な情報交換が可能となり。設計者が随時、データ更新を行えば、各部門で、データチェックをし、進行状況に応じた仕事が出来るようになる。これによって、設計から生産、営業までのプロセス間の時間短縮が出来ると言える。
また、設計者間でのデータ交換においては、アセンブリや、容量の大きなデータは、Ｘ
ＶＬに変換した方が、効率がよくなる。しかし、簡単な部品程度のデータなら、ＸＶＬでも寸法確認などが出来るので問題は無い。とくに、設計者同士が同じＣＡＤソフトを使っている場合は、ＣＡＤデータのままの方が、設計時間の短期化に繋がると言える。

6.2

今後の課題

今後の課題としては、今回構築した、ネットワークビデオサーバを画面転送に利用し、画像データを配信し、また音声を MPEG‑4 形式にリアルタイム変換し配信する。
映像と音声をリアルタイムで配信することによって、遠距離間での連携設計でも、実際-29-

に隣で設計しているという状況に出来るだけ近い環境を提供できるシステムに作り上げていきたい。そして構築したシステムを利用し、実際に設計を行い、さらなる問題点の抽出および改善策を考え、実用性を高めていくことが必要である。

謝辞
本卒業研究および研究論文は高知工科大学小林和彦教授のもとに行われ完成するに至りました。終始ご指導いただいた同教授に厚く御礼申し上げます。
また本研究の実験に関し、数々の御助力を頂いた高知工科大学特殊加工研究室の方々に、心より感謝申し上げる次第である。

参考文献（１） 実践機械設計Ⅱ中上級編

創造的設計研究会編（２） 自宅パソコンをＷｅｂサーバにする

末岡

工業調査会

章他著

技術評論社

（３） http://syd.mech.eng.osaka‑u.ac.jp/papers/1999/11̲jsme̲tutorial/SECTION0003
1（４） http://www.dslmaniacs.com/tsukaikomu‑dyndns.htm（５） http://www.ntt‑me.co.jp/mn/mn7530/-30-