米Amazon.com(以下アマゾン)は7月27~30日までの4日間、名古屋で開催された「ロボカップ2017名古屋世界大会」において、「Amazon Robotics Challenge(ARC)」を開催した。ロボティクス関連の企業や研究機関などに流通倉庫用ロボットの開発を競わせるイベントである。世界各地から選別された16チームが独自に考案したユニークなロボットを使い、保管棚からの商品の取り出しと収納にかかる時間と正確性を競った。

ARCは、2015年に始まった「Amazon Picking Challenge(APC)」を発展させたコンテストである。第1回にあたるAPC 2015は、米国電気電子学会が開催する「ICRA 2015」(ロボット工学とオートメーションに関する国際会議)、第2回のAPC 2016はドイツのライブチヒで行われた「Robocup 2016」と同時開催された。

APCはその名の通り、さまざまなアイテムを取り出して移動させるピッキング作業を対象としたロボットコンテストである。流通倉庫でのピッキング作業は、工場などでのピッキングよりも複雑な作業を伴うことが多い。棚に積んである商品の大きさや形、重さ、硬さなどは千差万別で、対象によって取り出す動作を変える必要があるためだ。日々新しい商品が入荷され、空いている棚に詰め込まれていくため、取り出す場所もまちまち。それをロボットに判断させるとなると難易度が上がる。こうした背景からアマゾンは、倉庫の中で効率的に作業できるロボットの開発を奨励すべくAPCを開催した。

ただ、実際の倉庫での作業では、ピッキングだけでなく棚にものを収納するstowing(ストーイング)も重要になる。このため流通倉庫で作業するロボットの技術を、より実践的なものに近づけるコンテストを目指し、今回、Picking ChallengeをRobotics Challengeと名称を改めた。

ARCではより難易度が高い課題を追加

コンテストでは3つの競技を実施。アマゾンから、それぞれの上位3チームと、決勝ラウンドに進出した上位5チームに与えられた賞金は総額28万ドルである。

応募者は約30チーム。事前の書類審査を通過し、名古屋の大会に参加できたのは日本からの4チームを含む16チームである。各チームの構成は、大学の研究室単独か大学と企業との連携チームとなっている(表1)。

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(表1)ARCの参加チーム
2016年のAPCで棚入れ・棚出しの両タスクで1位となったオランダのDelftチーム、日本から参加して棚出しタスクで2位となったPFNチームは今回参加していない。

全体を通して、競技自体はシンプルである。制限時間内に「トート」と呼ばれる箱に入れられたアイテムを、各チームが独自のデザインで用意した「ストレージ」という複数の棚に入れたり(棚入れ)、棚から取り出したり(棚出し)する際の正確性を評価する。

この競技中、ロボットは自律的に動くことが条件になっている。人間は直接的には何も操作できないため、物体判別や物体の状態認識、モーションプランニング、物体把持プランニングなどの機能が要求される。取り扱う商品(アイテム)も、柔らかい衣類やトイレ洗浄用ブラシ、バインダー、歯ブラシ、手袋など、大きさや形、材質、重さが大きく異なる。これらが一緒に詰められた1つの箱の中から目的のアイテムを探し出し、つかんで取り出すことが要求される。

ARCではAPCよりも競技種目が増えた。APCにもあった棚入れと棚出しの個別種目に加え、棚入れと棚出しを連続して行って得点を競う、決勝ラウンドが設けられた。決勝ラウンドに進めるのは、棚入れと棚出しの合計得点でトップ10に入り、なおかつ棚入れまたは棚出しのいずれかで100ポイント以上を獲得したチームである。

ARCではほかにもルール変更があった。ロボットが扱う全32種類のアイテムのうち、事前に公開されるものは半分の16種類のみとなった。残りの16種類は競技の直前に知らされ、参加チームは30分間でロボットに教え込まなければならない。APCでは、すべての情報が、アイテムの3Dモデリングや重さなどのデータと一緒に、すべての参加チームに事前に渡されていた。これは、「未知のものを素早く認識できる能力の研究成果に期待した」(米Amazon Roboticsでチーフテクノロジストを務めるタイ・ブレイディ氏)ため。「ロボットは、限られたアイテムだけが扱われる現場での利用を想定するのではなく、さまざまなアイテムが扱われる現場にも対応できることを目指すべき」との考えからだ。

決勝ラウンドに残ったのは8チーム

初日のリハーサルに続き、2日目にはトートに乱雑に入れられた20個のアイテムをロボットが取り出し、決められたストレージに移動させる「棚入れタスク」を実施。15分の制限時間内で、どれだけ多くのアイテムを正確にストレージに収められるかでポイントを競う。この競技では、MIT-Princetonチームが160ポイントを獲得して1位となり、以下Nanyangチームが125ポイントで2位、日本のMC^2チームが120ポイントで3位となった。

(写真1)棚入れタスクで1位となったMIT-Princetonチームのロボット
MITがハードウエア設計、プリンストン大学がソフトウエア設計を担当した混合チーム。過去の成績は、2015年は2位、2016年は棚入れタスクで3位、棚入れタスクで4位となっている。

3日目に行われた「棚出しタスク」は、「棚入れタスク」よりも難易度が少し上がった。まず、人間の手で32個のアイテムがストレージに詰め込まれた。その後、アイテム5個の注文、3個の注文、2個の注文からなる3件のオーダーファイルがチームに渡され、ロボットは15分以内にこれら10個のアイテムを取り出して、決められた箱に詰め込まなければならない。この競技では、Nanyangチームが257ポイントを獲得して1位となり、以下Nimbro Pickingチームが245ポイントで2位、IITK-TCSチームが160ポイントで3位となった。

(写真2)棚出しタスクで1位となったNanyangチームのロボット
南洋理工大学の単独チーム。2つのアームを使って効率的に作業できたことが好成績につながった。2015年は9位となっている。