3Dロボットビジョン向けインターフェース

3Dロボットビジョンの用途＆メリット

ロボットビジョンにおけるビジョンシステムの役割には、画像取得、物体認識、位置・向きの特定、品質管理などさまざまなものがあります。特に3Dカメラを搭載した3Dロボットビジョンは、ピックアンドプレースや検査作業のさらなる自動化・効率化と柔軟性向上に最適です。

3Dロボットビジョンには、従来の2Dロボットビジョンを超える多くのメリットがあります。例えば、3Dカメラで取得した奥行き情報に基づき、空間的な位置・向きを把握すれば、ワークの重なりなどがあっても正確な把持を実現できます。さらに、3Dカメラはナビゲーション、障害物の回避、環境変化への柔軟な対応も可能にしており、ロボット作業の効率化・信頼性向上や、ロボットのさらなる用途拡大に貢献しています。

REST APIの大きな特長は、その優れた柔軟性にあり、各種プログラミング言語を使用して既存のITシステムに実装するだけで、コンピューターやPLC（プログラマブルロジックコントローラー）と通信を行うことが可能です。また、既存のライブラリーやツールをそのまま流用できることも多く、開発にかかる労力を抑えられます。

優れた汎用性と拡張性を兼ね備えたREST APIは、幅広いロボットプラットフォームとスムーズに接続できることから、ロボットとビジョンシステムの間で正確かつ安定した通信を確保したい場合に最適です。主な用途には、ピックアンドプレース向けの座標情報の送信、品質情報の取得、撮影の制御などがあります。

ロボットコミュニティからの幅広いサポートを得ているROSとROS 2は、さまざまなオープンソースパッケージが発表されており、個別の要件に応じて画像処理機器とロボットを素早く簡単に接続できます。その優れた柔軟性・拡張性は、ロボットビジョンの研究開発やプロトタイプ開発に特に適しているといえます。

主な用途には、処理データ、ステータス情報、制御コマンドのリアルタイムな送信などがあり、特にインダストリー4.0のためのネットワーク化に欠かせません。OPC UA対応の3Dロボットビジョンを構築するなら、3DカメラのBasler Stereo visardがおすすめです。なお、OPC UAサーバーの利用にはライセンス更新が必要です。

gRPCには、双方向ストリーミング、各種プログラミング言語による自動コード生成などのメリットがある一方で、業界内の存在感が低い、テキストベースのインターフェースと比べてトラブルシューティングが難しいというデメリットもあります。

また、業界標準規格として画像と奥行きデータに直接アクセスできることも、GenICamの大きな特長です。GenICamとgRPCは、いずれも画像データの転送向けに設計されているため、カメラとホストコンピューターの間のストリーミングに特に適しています。

これに対し、REST API、OPC UA、ROSは、ソフトウェアモジュールが生成したデータ（解析結果、制御データ、姿勢情報など）をロボットコントローラーに転送するために主に使用されています。

標準インターフェースの比較表

マシンビジョン業界において、ビジョンシステムとロボットの接続に使用されている代表的な標準インターフェース、それぞれのメリット・デメリット、主な用途を以下の表に示します。

URCap

URCapは、ユニバーサルロボット社製ロボットコントローラーの機能を拡張するために開発されたプラグインです。さまざまな機能や周辺機器の追加に対応していますが、ユニバーサルロボット社製ロボットの専用プラグインであるため、メーカーに依存しないオープンソースのプラグインのような汎用性はありません。

URCapがあれば、ビジョンシステムとユニバーサルロボット社製ロボットをプラグアンドプレイで接続し、ロボットコントローラーとの間で直接通信を行ったり、PolyScopeの拡張コマンドやWeb UIを介して設定変更を行ったりすることができます。なお、URCapを使用する場合、CBシリーズのロボット製品はPolyScopeバージョン3.12.0以降、eシリーズのロボット製品はPolyScopeバージョン5.6.0以降が必要になります。

EKIBridge

EKIBridgeは、ビジョンシステムなどの外部システムとKUKA社製ロボットコントローラー間の通信を行うために開発されたブリッジです。KUKA.Ethernet KRLをベースにしており、イーサネットを介してデータやコマンドを安定してやり取りすることができます。

EKIBridgeの主な機能には、ロボットプログラムによるサービス呼び出し、ステータス照会、姿勢データの転送などがあり、用途に応じてビジョンシステムとKUKA社製ロボットを柔軟に接続することが可能です。

GRI

GRI（Generic Robot Interface）は、TCP対応ロボット向けに開発された汎用ロボットインターフェースです。拡張性と柔軟性に優れており、ABB社、ファナック社、Techman Robot社、安川電機社をはじめとする主要ロボットメーカーがサンプルコードの提供・追加に対応しています。

また、複雑なHTTPリクエストが必要なREST APIと異なり、TCPによる効率的なソケット通信が可能であることも大きな特長で、Web GUIを介してシンプルなジョブIDをリクエストとして送信すれば、把持位置を含むレスポンスが決まった形式で返ってきます。さらに、ロボットコントローラーに必要なものは短いコードスニペットだけで、多くのロボットメーカーが便利なテンプレートも公開しているため、導入にかかる労力を最小限に抑えられます。

なお、Basler Stereo visardなら、追加のハードウェアやアプリケーションなしでGRIを使用できます。

メーカー製プラグイン＆ブリッジの比較表

マシンビジョン業界において、ビジョンシステムとロボットの接続に使用されている代表的なメーカー製プラグインとブリッジ、それぞれのメリット・デメリット、主な用途を以下の表に示します。

ビジョンシステムとロボットコントローラーの直接通信

直接通信とは、外部機器を経由することなく、把持位置、品質情報、ステータスなどのデータをロボットコントローラーに転送し、ロボットプログラム上で直接処理する通信方法を指します。

直接通信の場合、コマンドセットの拡張やパラメーター調整を行うだけで、把持位置の変化、試験手順の制御、製造工程の変更などに柔軟かつ効率的に対応できます。また、ビジョンシステムとロボットコントローラーを直接接続することで、ロボットの応答時間の短縮と作業精度の向上につながるため、これまでにないスマートな自動化が可能です。

ロボットビジョン構築のポイント

ロボットとビジョンシステムを接続する際には、技術面に配慮した慎重な計画が欠かせません。信頼性の高いロボットビジョンをスムーズに構築するためのポイントを以下に示します。

• ロボットプラットフォームと作業要件に合ったインターフェース（REST API、OPC UA、メーカー製プラグインなど）を選択する。

• プロジェクトの初期段階において、カメラ、画像処理ソフトウェア、ロボットコントローラーの互換性を確認する。

• 公開されているサンプルコードやテンプレートを活用し、システム構築を効率化しながら、ミスを防止する。

• ネットワークと通信の設定を正しく行い、安定したデータ転送を確保する。

• 複雑な作業を行う場合や安全性が重視される場合は、十分な時間をかけてプロジェクト全体の試験・検証を実施する。

• 将来的な保守作業やシステム拡張に備えて、インターフェースの種類や接続方法をわかりやすく記録しておく。

関連事例

ビンピッキング、ピックアンドプレース、品質管理などの用途におけるロボットビジョンの導入事例や、Baslerのカメラ製品とソフトウェアを最適に組み合わせることで、製造現場の自動化・効率化と信頼性・柔軟性向上に貢献する活用事例を公開しています。ぜひご覧ください。

まとめ

ビジョンシステムとロボットコントローラーをシームレスに接続するさまざまなインターフェース（REST API、OPC UA、ROS、gRPC、メーカー製プラグインなど）が登場するなか、製造現場の自動化・効率化と信頼性・柔軟性向上に貢献する新たな技術として、ビジョンシステムとロボットを組み合わせたロボットビジョンが注目を集めています。

特に最新のビジョン技術を結集した3Dロボットビジョンは、物体認識と環境変化への適応能力に優れており、ピックアンドプレース、ビンピッキング、品質管理など幅広い作業に使用されています。

ロボットビジョンを構築する際には、最適なインターフェースを選定することが重要です。実際の製造現場や作業要件に応じて慎重に計画を立てれば、ビジョンシステムとロボットをスムーズに接続できるでしょう。