随想

ものづくり分野での競技大会
──Industrie 4.0 を目指して──

植 村渉
Wataru UEMURA

理工学部電子情報学科

講師

Associate Professor, Department of Electronics and Informatics

ット競技を紹介すると共に，これからの世界についはじめにて論じたいと思う．

ディープラーニングの研究によって人工知能が注目を浴び，人間の仕事がロボットに取って代わられ

Amazon Robotics Challengeるという危機感が世の中に起こり始めている．少し工場におけるオートメーション化では，大きく分あおり気味なブームのように思えるが，一方で，実けて 2 つの自動化が考えられる．製品を部品から組際に人工知能が日常生活に入り込んできているのもみ立てるための加工工程と，その部品や仕上がった事実である．また，人工知能はソフトウエア面での製品を必要な所に運搬する配送工程である．前者は技術であるが，ハードウエア面に対応するロボット

産 業 用 の ア ー ム ロ ボ ッ ト の 制 御 が 主 体 で あ り，の技術も発展しており，工場のオートメーション化

World Robot Summit のものづくり分野の競技課題はドイツの国策 Industrie 4.0 として有名である．著として扱っている．後者は工場内での搬送ロボット

者は，2015 年 8-9 月と，2016 年 3 月にドイツに 短のプランニングが研究の主体である．また，このよ期研究 員 で 滞 在 し，工 場 の オ ー ト メ ー シ ョ ン 化

う な 搬 送 ロ ボ ッ ト を automated guided vehicle（Factory Automation : FA）の研究に関わった．そし（AGV）と呼び，例えばアマゾンの在庫センターでて，2016 年は名古屋で開催された RoboCup 世界大棚を運搬するロボットが挙げられる．なお，アマゾ会の RoboCup Industrial の現地実行委員長を務め，ンの在庫センターのロボットは，RoboCup 小型リ

現在も，RoboCup Logistics League の組織委員を担ーグから生まれたベンチャー企業である Kiva Sys-

当している．また，若年者ものづくり競技大会のロtem が元となっている．そして，そのロボットが運ボットソフト組み込み職種や技能五輪全国大会の移んできた棚から商品を取り出して荷物に詰め込む作

動式ロボットの運営委員を担当しており，2020 年

業は，現在人手で行っているが，次はこの部分が自の東京オリンピックに合わせて開催されるロボット動化される予定であり，Amazon Robotics Challenge版オリンピックである World Robot Summit のもの（ARC）という形で競技化されている．2017 年 12づくり分野の委員を担当している．これらの経験，月時点にて，ARC の終了が競技関係者のメーリン立場を通して，現在のものづくり分野におけるロボグリストにてアナウンスさ れ た．Amazon として― ３３ ―

は，もう研究や競技の対象ではなく，実用化の段階た部品の供給が必要となり，また，それに応じた加に入ったということなのかもしれない．今後の動向

工機器が必要となる．Logistics league は，まさにこに注目する必要がある．の内容を競技にしたものであり，様々な種類の製品のオーダーに対して，どの部品を用意し，どの加工

RoboCup Industrial

機器を使ってどの順番で加工するのかを考える競技

RoboCup Logistics Leagueになっている．通常，この種のロボット競技は，ロRoboCup には，ものづくり分野を扱うリーグとボットの台数が多い方が有利になることが多い．例

して RoboCup Industrial があり，RoboCup Logistics

えばサッカーでは，退場した選手が多いチームが不League と@Work の 2 つ の 競 技 が あ る．Logistics

利 に な る の は 容 易 に 想 像 で き る だ ろ う．た だ，League は，工場のオートメーション化を想定した

AIBO でサッカーをしていたころは，フィールド上自律移動ロボットの競技である．ドイツのフエストに相手チームの選手が 0 人（0 匹？）になっていて社製の全方位移動型ロボットである Robotino を用

も，ボールを見つけられずにいたこともある（図いて，工場の搬送問題を解決する競技である（図2）．一方，Logistics League ではマルチエージェン

1）．

トシステムであるが故に，ロボットの台数が増える

工場のラインは，以前は大量消費の時代であったと複雑さが増すという問題がある．1 台のロボットため，一つの商品をいかに低コストで素早く作るかを使って製品を作るのであれば，オーダーを順番にがポイントであった．しかし，この観点は中国を始処理するしか方法がなく，また，その製品を作るため人件費の安いアジア圏に生産現場が移ったためめに必要な処理を順番に一つずつこなすだけであに，日本の工場では太刀打ちできなくなっている．

る．しかし複数のロボットが協調して動作する場

この先は，多品種少量生産のラインが必要となり，合，どこのタスクを別のロボットに担当してもらう

例えば一つのラインで複数の種類の製品を作ることのが良いのかを考える必要がある．ここで，一つのが要求される．さらには，品種が変わってもライン製品を作るために必要なタスクが，逐次的ではなくを止めることなく対応できる事が求められ，究極と並列的な部分があり，さらにタスク間の依存関係がしては一品物の製品を作るラインが考えられる．

あるため，話がややこしくなる．並列部分を他のロ複数の種類の生産を作るには，その生産物に応じボットに割り当てれば良いのかというと単純にそうはいかず，そのタスクで必要となる加工機械が処理する時間や，加工機械間を動き回る時間（距離に依図 1 Logistics League では，変種変量の製品を作るため，移動式ロボットが素材となるワークを加工するマシン（MPS）の元へ運ぶ．

図 2 ペット型ロボットである AIBO を使ってサッカーを行う RoboCup 四足リーグ．

― ３４ ―

存）によって，自分でやった方が早い場合もあるし，相手に任せた方が良い場合もある．いろいろなパターンを考慮するよりも，全部自分でやる（＝シングルエージェント）方が難易度が低いという残念な状況になる．なお，同様の問題は並列コンピュータの分野でも起こりえる．
現在，Logistics League は，ドイツのアーヘン工科大学の Carologistics チームが 3 年連続して優勝している．これは，2014 年にルールが変更され，上記のプランニングに加え，加工機器へのアプローチやワークの受け渡しが必要となったため，ソフトウエアだけでなくハードウエアの開発が必要となり，

図 3 RoboCup @Work では，オーダーに応じてロボットが必要なパーツを集めてくる競技である．

ほとんどのチームが脱落してしまったからである．
Carologistics は，新規参入を促すために自チームのRoboCup JapanOpen

ソースコードを公開している．また，Fawkes とい

RoboCup 世界大会は，1996 年に日本での開催をうミドルウエアを用いており，ロボット開発を容易始めとし，世界各国で毎年開催されている．2017なものにしようと努力している．ただし，ロボット年は再び日本に帰ってきて，7 月下旬に名古屋で開制御すべてを扱っているため，Fawkes の全貌を理催した．来年はカナダモントリオールで開催予定で解するのは大変困難である．私が 2016 年 3 月に 1ある．

ヶ月間研究員として滞在したときも，その Fawkes

また，各国でも大会を開催しており，日本では例の理解・習得を目指したが時間が足りず，残念なが年ゴールデンウイークの 5 月上旬にジャパンオープ

ら途中で研究員の期間が終わってしまった．

ンを開催している．これは国内大会ではなく世界に対してオープンにしているため，外国からの参加もRoboCup Industrial-@Work多い．ジャパンオープンには，中国・台湾・韓国・

RoboCup Industrial には 2 つの競技があり，Logis-タイなどの近隣諸国からの参加が多い．同様のオーtics League に加え@Work がある．こちらはドイツ

プン大会は，他にはドイツで開催されるジャーマンの Kuka 社製の移動式アームロボットを用いて，フオープンや，イランオープン，シンガポールオープィールド上に配置された部品を指定されたとおり集ンあたりが毎年開催しており，それ以外には，ロシめてくる競技である．一品物の製品を作るには，そアオープンやポルトガルオープンなどもある．

れに応じた部品を準備する必要があるため，その部分を競技にした形である（図 3）．RoboCup Indus-

RoboCup GermanOpen

trial では，将来的にはこれら 2 つの競技が関連する

Logistics League は，ドイツのフエスト社の製品ように Crossover チ ャレ ン ジ を 実 施 し て い る．@

を使っている関係で，ジャーマンオープンが世界大Work で集めたパーツを Logistics League のロボッ会のプレ大会的な位置づけになり，新しいルールのトが受け取り，加工機械へと持って行き，製品を仕確認が行われる．そのため，龍谷大学のチームであ上げるイメージである．

る BabyTigers-R も，過去に 2 回，ジャーマン オ ープンに参加している．

― ３５ ―

RoboCup Asia Pacific 大会

移動式ロボット職種の競技でも使われている．この世界大会は規模が大きくなりすぎたため，新しい競技を追加する余裕がなくなってきている．そこ

2 つの競技は，類似した競技となっており，参加できる対象者の条件が異なる．

で，世界大会と各国で開催しているオープン大会の以前は，共通のロボットとして Robotino を用い中間的な位置づけとして，RoboCup Asia Pacific 大ていたが，現在はロボット自身も自作することにな会が提案された．

っている．これは技能五輪の移動式ロボット職種の名前の通りアジア・太平洋圏内の各国で実施する世界大会が，そのような方針に変更したため，国内大会であり，第 1 回目はタイ・バンコクで開催され大会と若年者の大会もそれに追随して変更した．

る予定である．もちろん，世界大会やオープン大会と同様，この大会も参加可能国に制限はない．2018
年にイランで実施し，2020 年は日本で実施する予World Robot Summit
ものづくり分野−組み立て競技定である．同年に後述する World Robot Summit も一方，2020 年のロボット世界大会実施を目指し同時期に行う予定で，2020 年はオリンピックと合ている World Robot Summit のものづくり分野では，わせて，日本は世界的な大会が目白押しとなる．競工場における製品組み上げを課題とした競技を行技会に合わせて，ロボットの技術の飛躍が楽しみでう．現在の加工工場では，例えば iPhone の組み上ある．

げを全自動で行うと言ったように，細かな機械の組み上げができるようになっているが，それらは専用技能五輪−若年者ものづくり競技大会の機器・工具を用いて実現している．その場合，組み上げ対象の製品が変わると，加工機械を入れ替えメカトロニクス職種
Logistics League の加工機械は，現在はフエスト社製の Module Production System（MPS）を利用しる必要があり，その都度技術者が調整を行う必要がある．ている．この機器は技能五輪のメカトロニクス職種

少量多品種のものづくりを行うには，機器の入れでも利用されている．名前の通りモジュール化され替えに時間がかかるとラインを止める時間が長くなたシステムになっており，すべての MPS を同じ手り，コストが高くなる．そのため，いかに短時間で順で制御できる仕組みになっている．そして，MPS入れ替えて，次の製品に対応できるかが重要であを複数連結することができ，MPS 上のベルトコンる．World Robot Summit ものづくり分野では，自ベアを介して製品が流れるため，MPS の順番に入動車の自動運転のレベルと同様に，工場の生産ロボれ替えが簡単に実現できる．フエスト社ではバルブットの対応度にレベルを設けて，将来的な目標を見などのパーツも生産・販売しているが，実際のフエ据えている．現状では，一つの品種にのみ対応してスト社のバルブ生産工場において，この MPS と同いて，機器の使い回しができない（レベル 1）．そじ仕組みの加工機械が導入されている．それ故，作こから，入れ替え時間を短くし，機器の使い回しが業者は MPS で使い方を習得すれば，実際の工場のできるようになり，最終的には数時間で入れ替え加工機械を簡単に扱うことができるようになる．て，同一機器をそのまますべて使い回せるレベル 5が工場のオートメーション化の将来像である．

移動式ロボット職種−ロボットソフト組み込み職種
同様に，Logistics League でワークを搬送するロ

Manufacturing Robot Competition

ボットである Robotino は，若年者ものづくり競技

World Robot Summit は，2020 年の世界大会，そ大会のロボットソフト組み込み職種と，技能五輪のしてその前段階として 2018 年の東京大会の開催を― ３６ ―

予定している．それに先立ち，ものづくり分野でった．実際，スパナで締める動作は，アームの可動は，2017 年にロ ボ ッ ト の 国 際 会 議 で あ る Interna-域を広くとる必要があり，また，ナットを中心としtional Robotics Symposium（IROS 2017）において開た円運動を行う必要があるため，かなり難易度が高催された 2nd Manufacturing Robot Competition の競いタスクであったと思う．改めて，人間の手の自由技として，ギアユニット課題を扱った．この Manu-度の高さと，制御の複雑さを確認した．

facturing Robot Competition では，午前に manupuration の 競 技 を 行 い，午 後 に Service の 競 技 を 行 っサービスタスク

た．そし て，午 前 の manupuration と し て，ア メ リ

午後のタスクは，手先の器用さを競うタスクであカの国立標準化研究所（National Institute Standard

り，スプーンやフォークをトレイの中の指定されたTechnology : NIST）が扱う競技と私たち World Ro-

場所に置いたり，コップの中のスプーンをかき混ぜbot Summit が扱う競技の 2 つの競技を行った．

たりといった 10 個のタスクを競う競技である．こちらも，人間の手では簡単にできるが，柔軟性のない機械の手には難しいタスクである．

タスクボードNIST の競技は，はめ込みを主とした部品をボー

午前，午後のいずれのタスクも，ロボットアームドに設置して，そのボードに対して競技を行ったたの制御にいろいろな分野の技術を使うことを想定しめ，タスクボードと呼んでいる．家電製品の組み立ていた．例えば，画像認識や機械学習，強化学習，てに必要な要素を競う標準的なタスクとなっておセンサ値によるフィードバック制御や把持，また，り，コネクタのはめ込みやナットの締め付け，ギアロボットアームの先端のグリップ部分の開発などもの設置，そして，ネジ締めなどを行う．この競技で含まれる．しかし，午前の部で優勝した中国のチーは，まず，ボードにつけられているパーツを取り外ムは，リシンク・ロボティクス社製の Sawyer といして，横の指定された場所に置くことが求められうアームの教示能力のみでタスクを完了した．

る．その次に，その置いたパーツをもう一度ボードに取り付けるというタスクである．人間が手で行う

World Robot Summit 東京大会には簡単であるが，それをロボットで行う難しさを2020 年の World Robot Summit の世界大会に先駆確認すると共に，工場での加工作業の無人化には必けて，2018 年 10 月に東京ビッグサイトにて東京大要な課題である．

会を実施する予定である．ものづくり分野としては，2018 年 1 月にルールを公開し，参加チームを募集し，春に参加チーム決定のアナウンスを行う予ギアユニットタスク
World Robot Summit ものづくり分野の 2017 年の定である．

課題は，大小 2 つのギアを持つユニットの組み立て

東京大会では，ものづくり分野は組み立て競技とである．これは，3 つのサブタスクに分けることがして図 4 に示されるベルトドライブユニットを扱でき，1）台にシャフトを取り付ける工程，2）シャう．この製品は，自動改札機の切符が吸い込まれてフトにギアをはめる工程，3）ナットを締める工程いく部分を想定したものとなっている．そのため，となっている．

正しく組み上げられた製品は，電源を実際につなぐロボットの指先でナットを締め上げるにはトルクと動くはずである．

が足りないため，本大会ではスパナなどの工具を使

このユニットを組み上げるには，M 3 のサイズのうことを推奨した．しかし，スパナの持ち上げや持ネジを締め上げる必要がある．これは人間の手で作ち替えが難しく，どのチームもそこまで挑戦しなか業しても，結構難しい作業であるが，それをロボッ― ３７ ―

決まっていない．当然ながら，2018 年の大会よりも難しいものになる．

おわりに現在私が担当しているものづくり関係のロボット
図 4 2018 東京大会の製品組立チャレンジでの対象製品となるベルトドライブユニットの概観（ベースプレートのサイズは 200 mm×120 mmを予定）（ベルトドライブユニットは今後設計変更される場合があります）

競技大会について，紹介をした．いずれも，変種変量の生産を目指しており，今までの固定的な生産設備ではなく，随時変化する設備を目指していることがわかる．この先，Industrie 4.0 として，工場内の様子が大きく変わることに な る．た だ，Industrie4.0 という新しい技術が存在する訳でなく，既存のトにさせようというチャレンジである．

技術の組み合わせで，新しい製造方法を生み出してWorld Robot Summit 世界大会いくことになる．そして，いずれのロボット競技

World Robot Summit の世界大会は，東京オリンも，そのような新しい工場現場を想定した競技とな

ピックと同じ 2020 年に愛知で開催される．なお，っており，今後の技術発展につながることが期待さ

災害インフラ関係の一部競技は福島で別時期に開催れている．

予定である．ものづくり分野に関しては，2018 年の東京大会で参加者のレベルを確認してから，2020年の課題を扱う予定であるため，現段階では詳細は謝辞
本稿は，2015 年度短期海外研究員の研究成果である．

― ３８ ―