目的

ロボットシステム開発において、ソフトウェアモジュールの動作環境構築は大きな課題です。 従来の開発手法では、以下のような問題が頻発していました。

• 環境構築の複雑さ: 依存ライブラリのバージョン不整合や、複雑なインストール手順により、環境構築だけで多くの時間を要する。
• 再現性の欠如: 「開発者のPCでは動くが、配布先のPCでは動かない」といった問題が発生する。
• 標準化の壁: ソフトウェアの仕様記述（プロファイル）が標準化されておらず、異種ミドルウェア間での再利用が困難。

本研究では、これらの課題を解決するために、「ISO 22166-202規格準拠の情報モデル」と「コンテナ技術（Docker）」を融合させ、環境構築から運用までを自動化するシステムを開発しました。

概要

本プロジェクトでは、異種ミドルウェアのロボットソフトウェアモジュールの動作環境を自動生成するシステムを開発しました。

このシステムは、ロボットソフトウェアモジュールの仕様記述から、その実行環境（Dockerコンテナ）を自動生成するツールキットです。 以下の図のように、XML形式の情報モデル（SIM）を中心として、環境構築に必要なファイルを自動生成します。

リポジトリ内は処理の段階ごとに以下の3つのツールで構成されています。

1. SIM_generator (GUI Tool) PythonのGUIフレームワーク Streamlit を用いたプロファイル作成ツールです。 ISO 22166-202規格に準拠した情報モデル（XML）を、ブラウザベースの直感的な操作で生成できます。複雑なXML構造を意識することなく、必須項目や依存関係を定義可能です。

2. Dockerfile_generator SIM_generatorで作成されたXMLを解析し、ミドルウェア（ROS 1/ROS 2/OpenRTM）や依存ライブラリ、Gitリポジトリからのソースコード取得命令を含んだ Dockerfile を自動生成します。 OSバージョン（Ubuntu 18.04/20.04/22.04等）やROSディストリビューション（Noetic/Humble等）を自動判別して記述します。

3. robot_container_env (Compose Generator) 生成された複数のDockerfileを組み合わせてシステム全体を起動するための docker-compose.yml を自動生成します。 特に、ROS 2利用時には FastDDS の設定ファイル（XML）や通信設定を自動で注入し、コンテナ間通信（Integration Mode）を容易に実現します。

特徴

• 国際標準（ISO 22166-202）への準拠 OpenRTMだけでなく、ROS 1/ROS 2など異種ミドルウェアへの対応も見据えた、共通形式でのデータ記述を採用しています。

• ハードウェアアクセスの自動設定 Dockerコンテナ利用時の障壁となる、USBデバイス（カメラ、通信機器）へのアクセス権限や、GUI表示（X11 Forwarding）の設定を自動化しています。

• ROS 2 コンテナ間通信のサポート 複数のROS 2コンテナを連携させる際に必要となるDDS（Data Distribution Service）の設定やネットワーク設定を自動生成し、分散システムの構築を支援します。

仕様

開発環境 / 動作環境

• 言語: Python 3.10+
• GUIフレームワーク: Streamlit
• OS: Linux (Ubuntu 20.04/22.04 推奨)
  • ※Windows (WSL2) 上のUbuntu環境でも動作可能です。ただし、WSLの仕様上、ホストPCのハードウェアデバイス（USBカメラ等）をコンテナにマウントできない場合があります。
• 依存ツール: Docker Engine, Docker Compose

システム構成

1. SIM_generator: XMLプロファイル作成
2. Dockerfile_generator: Dockerイメージ定義の自動生成
3. robot_container_env: コンテナオーケストレーション設定の自動生成

関連動画 (デモンストレーション・操作手順)

各ツールの操作手順と、最終的なシミュレーション動作の様子です。

• 1. SIM generator (環境構築＆情報モデル生成GUIの起動) https://youtu.be/OTg8-yjwZVI

• 2. Dockerfile generator (Dockerfile自動生成の動作手順) https://youtu.be/HaDy8PuVPVg

• 3. robot_container_env (docker-compose.yml自動生成の動作手順) https://youtu.be/PNStjX_-aOE

• 4. 実行デモ (コンテナ起動＆シミュレーション動作確認) https://youtu.be/gdhVv0ZXGsw

ソースコード・リンク

本ツールのソースコードはGitHubにて公開しています。

• GitHub Repository: masahiro0720/sim_to_env_generate
• License: MIT License