第1章 URロボット制御を始める

本章について

本章では、Universal Robots (UR) を Python から制御するために必要な基礎知識を説明する。

対象読者は、

・初めて UR を利用する人・Python から制御したい人・本ドキュメントの ur_ctrl.py を利用する人

である。

本章を読み終えると、

・UR の通信方式・Remote Control の意味・Python ライブラリ・最初の接続確認

まで理解できることを目的とする。

1.1 Universal Robotsとは

Universal Robots (UR) は協働ロボット（Collaborative Robot）の代表的なメーカーである。

代表的な機種は次のとおりである。

機種	可搬重量
UR3 / UR3e	3 kg
UR5 / UR5e	5 kg
UR10 / UR10e	10 kg
UR16e	16 kg
UR20	20 kg
UR30	30 kg

本ドキュメントでは主に UR3 / UR3e を対象とするが、紹介する Python API の多くは他機種でも共通である。

1.2 CBシリーズとe-Series

URには大きく2世代存在する。

CBシリーズ

・UR3 ・UR5 ・UR10

古いコントローラであり PolyScope 3.x 系を使用する。

e-Series

・UR3e ・UR5e ・UR10e ・UR16e

PolyScope 5.x を採用している。

Force Sensor が内蔵されるなど、多くの機能が追加されている。

1.3 Pythonから制御する方法

Universal Robots では、Control Box 内の URControl がロボット制御の中核となる。TP 上の PolyScope は操作・教示・プログラミング環境であり、PolyScope で作成したロボットプログラムは URScript として URControl 上で実行される。外部 PC から URScript を直接送信する経路も用意されている。

外部 PC との通信には複数の公式 I/F がある。

方法	主な役割
RTDE	Controller の状態・I/O・汎用レジスタなどの双方向データ交換
Primary / Secondary Interface	Controller 情報の取得、URScript 送信など
Dashboard Server	電源、Brake Release、プログラム実行などの運転管理
ROS / ROS2 Driver	ROS / ROS2 との統合

本ドキュメントの実装では、これらの公式 I/F に加えて SDU Robotics の ur_rtde を利用する。

1.4 公式 RTDE とは

RTDE は Real-Time Data Exchange の略で、Universal Robots が公式に提供する、外部 application と UR controller 間の双方向データ I/F である。

RTDE では、joint / TCP state、robot mode、safety、I/O、汎用 register などを読み出し、公開されている I/O、speed slider、汎用 input register などへ値を書き込める。

ただし、公式 RTDE protocol 自体に movej や movel といった URScript の motion command が定義されているわけではない。公式 RTDE と、次節の SDU Robotics ur_rtde は区別する必要がある。

1.5 SDU Robotics `ur_rtde`

本ドキュメントで利用する

ur_rtde

は Universal Robots 純正 SDK ではなく、SDU Robotics が開発する第三者のオープンソースライブラリである。

ur_rtde は Universal Robots 公式 RTDE を利用し、主に次の I/F を提供する。

RTDEControlInterface
RTDEReceiveInterface
RTDEIOInterface

このうち RTDEControlInterface は、公式 RTDE と robot 側で動作する専用の control URScript を組み合わせ、moveJ、moveL、servoJ などの PC 側モーション API を構成している。

インストール例

pip install ur_rtde

詳細は次章以降で説明する。

1.6 Dashboard Server との違い

Dashboard Server は Universal Robots 公式の管理用 I/F であり、SDU Robotics ur_rtde とは別系統である。

プログラムの load / play / stop、power、Brake Release、Protective Stop からの復旧など、ロボットの運転管理を担当する。

本実装では、モーション・状態取得・I/O に SDU Robotics ur_rtde を利用し、必要な運転管理には Dashboard Server を組み合わせる。

1.7 本ドキュメントで使用する構成

Python
    │
    │
ur_ctrl.py
    │
    ├──────── RTDEControl
    ├──────── RTDEReceive
    ├──────── RTDEIO
    └──────── Dashboard
            │
        Ethernet
            │
         UR Robot

利用者は基本的に ur_ctrl.py を利用するだけでよい。

低レベルAPIは ur_ctrl.py が内部で管理する。

次章

次章では、

・PC設定・IPアドレス・Remote Control ・通信確認

について説明する。