# Int-Ball2シミュレータ (Isaac Sim)
[](./README.md)
[](./README_JA.md)
## 目次
1. [**Int-Ball2シミュレータ (Isaac Sim) とは？**](#int-ball2シミュレータ-isaac-sim-とは)
2. [**前提条件**](#前提条件)
3. [**インストール**](#インストール)
1. [リポジトリのクローン](#リポジトリのクローン)
2. [アセットのダウンロードと依存パッケージのインストール](#アセットのダウンロードと依存パッケージのインストール)
4. [**使い方**](#使い方)
1. [ビルド & ソース](#ビルド--ソース)
2. [シミュレータの起動方法](#シミュレータの起動方法)
3. [ROS Bridgeによるデータ取得](#ros-bridgeによるデータ取得)
4. [遠隔操作 (ジョイコントローラ)](#遠隔操作-ジョイコントローラ)
5. [ISS上の実機データの再生](#ISS上の実機データの再生)
6. [追従制御の実行方法](#追従制御の実行方法)
5. [**データの可視化**](#データの可視化)
6. [**謝辞**](#謝辞)
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## Int-Ball2シミュレータ (Isaac Sim) とは？
Int-Ball2は、ISSの日本実験棟 (JEM) に配備されたフリーフライング型のカメラロボットです。
地上からの遠隔操作で動画像の撮影を行い、宇宙飛行士をサポートします。
さらに、Int-Ball2は、拡張機能としてユーザーが開発したソフトウェアを実行することができ、
宇宙でのロボット技術を実証するためのプラットフォームとして使用することができます。
このリポジトリでは、Int-Ball2用のROS + Isaac Sim (NVIDIA) ベースのシミュレータを提供します。
ISS/JEM環境におけるInt-Ball2の挙動を、ユーザー開発プログラムでシミュレーションすることができます。
## 前提条件
このリポジトリを使用するには、以下の環境を用意する必要があります。
| Package | Version |
| --------- | ----------------------- |
| Ubuntu | 22.04 (Jammy Jellyfish) |
| Isaac Sim | 4.5.0 |
| ROS | Humble Hawksbill |
| Python | 3.10 <= |
## インストール
### リポジトリのクローン
まだ、ROS 2のワークスペースがない場合は作成します。
```bash
mkdir -p ~/int-ball2_ws/src
cd ~/int-ball2_ws/src
```
本パッケージをワークスペースにクローンします。
```bash
git clone https://github.com/sd-robotics/int-ball2_isaac_sim.git
```
### アセットのダウンロードと依存パッケージのインストール
プロジェクトまで移動します。
```bash
cd ~/int-ball2_ws/src/int-ball2_isaac_sim
```
アセットをダウンロードと依存パッケージのインストールを行います。
```bash
bash install_local.sh
```
## 使い方
### ビルド & ソース
パッケージのビルドとワークスペースのソースを行います。
```bash
cd ~/int-ball2_ws
colcon build --symlink-install
source install/setup.bash
```
### シミュレータの起動方法
ros2 launchでシミュレータを起動します。
```bash
ros2 launch ib2_isaac_sim int-ball2_isaac_sim.launch.py usd_file:="KIBOU.usd"
```
> [!NOTE]
> `ROS_DOMAIN_ID`が事前にセットアップされていない場合、デフォルトIDが`0`となります。
画面左側にある「▶」ボタンを押すことでIsaac Simのシミュレーションが実行されます。
その後、Isaac Sim内のセンサや推進装置といったROSプログラムが動きます。
視点を変えることで、ISS「きぼう」日本実験棟を見渡すことができます。
> [!TIP]
> Isaac Simを実行するためにノートPCを使用しており、Isaac Simが起動したときにモニターがフリーズする問題に悩まされている場合は、次のコマンドでNVIDIA GPUを使用するようにシステムを切り替えてみてください。
> ```bash
> sudo prime-select nvidia
> ```
>
> これにより、グラフィックを多用するタスクのパフォーマンスが向上します。ラップトップが正常にNVIDIA GPUに切り替わったかどうかを確認するには、次のコマンドを使用できます。
> ```bash
> prime-select query
> ```
### ROS Bridgeによるデータ取得
ユーザープログラムによって取得可能なデータは下記の通りです。
| 種類 | ROS定義名 | 概要 |
| ----- | ------------------------- | ------------------------------------------------------------------ |
| Topic | /camera_main/image_raw | Int-Ball2正面のメインカメラの画像。 |
| Topic | /camera_main/camera_info | Int-Ball2正面のメインカメラに関する情報。 |
| Topic | /camera_left/image_raw | Int-Ball2の左側にあるサブカメラ (左) の画像。 |
| Topic | /camera_left/camera_info | Int-Ball2の左側にあるサブカメラ (左) に関する情報。 |
| Topic | /camera_right/image_raw | Int-Ball2の左側にあるサブカメラ (右) の画像。 |
| Topic | /camera_right/camera_info | Int-Ball2の左側にあるサブカメラ (右) に関する情報。 |
| Topic | /imu/imu | IMU (慣性計測ユニット) のセンサ値。 |
| Topic | /ground_truth | ロボットの位置と姿勢 (ドッキングステーションからInt-Ball2本体) の真値。 |
ユーザープログラムによって制御可能なデータは下記の通りです。
| 種類 | ROS定義名 | 概要 |
| ----- | ------------------------- | ------------------------------------------------------------------------- |
| Topic | /ctl/wrench | Int-Ball2 に力とトルクを入力する。Int-Ball2はForceとTorqueによって制御される。 |
### 遠隔操作 (ジョイコントローラ)
ワークスペースをソースします。
```bash
cd ~/int-ball2_ws
source install/setup.bash
```
コマンドを実行する前に、ジョイスティック・コントローラがPCに接続されていることを確認します。
次にテレオペ (ジョイスティック・コントローラでの操作) のプログラムを起動します。
```bash
ros2 launch int-ball2_control int-ball2_teleop.launch.py
```
ジョイスティック・コントローラでの操作は下記のとおりです。
並進移動の場合：
- X軸とY軸：左スティックで、
- Z軸：Bボタン＋RTまたはLT。
回転移動：
- X軸とY軸：右スティックで、
- Z軸：Aボタン＋RTまたはLT。
### ISS上の実機データの再生
SpaceDataは、ISS上の実機Int-Ball2のデータを収集する機会を得ました。
これらのROSBagsは[HuggingFace](https://huggingface.co/datasets/SpaceData/int-ball2_data_on_iss)で公開されており、本シミュレータ上でも再生することができます。
1. まず、[HuggingFace CLI](https://huggingface.co/docs/huggingface_hub/main/ja/guides/cli)を使ってROSBagsデータをダウンロードします。
```bash
cd ~/int-ball2_ws/src/int-ball2_isaac_sim/int-ball2_data_replay/
# ダウンロードしたいROSBagsを選択してください
hf download --repo-type dataset --local-dir ./ SpaceData/int-ball2_data_on_iss bags/rosbag_20250421111514.bag
```
2. 実機Int-Ball2はROS Melodicで動作しているため、[Rosbags](https://gitlab.com/ternaris/rosbags)を使ってROS2で再生できる形式に変換します。
```bash
cd bags/
rosbags-convert --src rosbag_20250421111514.bag --dst-storage sqlite3 --dst ./rosbag2_20250421111514
```
3. 変換したROSBagsを使ってIsaac Simを起動します。
```bash
ros2 launch ib2_isaac_sim int-ball2_issbag_demo.launch.py bag_file:=""
```
### 追従制御の実行方法
ISS上で収集したデータを再生するだけでなく、Int-Ball2が実際のISS内でどのように移動するかをシミュレーションすることもできます。
[Int-Ball2 Simulator](https://github.com/jaxa/int-ball2_simulator) のオリジナルコードをROS 2およびIsaac Simシミュレータ内で動作するように更新しました。
> [!NOTE]
> 現在、制御パッケージでは、元のリポジトリのようにロボットの位置や姿勢に誤差（V-SLAMの結果が実環境の位置誤差を模擬して不安定になる挙動）は適用されていません。
それでは、このシステムを試して、ロボットを自律移動させてみましょう！
1. 提供されているlaunchファイルでシミュレーションを起動します。
```bash
ros2 launch ib2_isaac_sim int-ball2_isaac_sim.launch.py usd_file:="KIBOU.usd"
```
2. 画面左側の「▶」ボタンを押してシミュレータを開始します。
3. ロボットの位置推定システムを起動します。
```bash
ros2 launch ib2_nav nav.launch.py
```
4. ロボットの誘導制御システムを起動します。
```bash
ros2 launch ib2_ctl bringup.launch.py
```
5. これで、ROS 2 Actionを使ってロボットを制御する準備ができました。独自のアクションクライアントを開発する前に、以下の例を使ってロボット誘導システムを試すことができます。
```bash
ros2 action send_goal /ctl/command ib2_msgs/action/CtlCommand "target:
header:
stamp:
sec: 0
nanosec: 0
frame_id: ''
pose:
position:
x: 0.0
y: 0.0
z: 0.0
orientation:
x: 0.0
y: 0.0
z: 0.0
w: 1.0
type:
type: 40"
```
> [!TIP]
> ゴール送信時に`type: 40`を指定するとISS原点（ドッキングステーション）を基準に、`type: 30`を指定するとロボット自身を基準に移動させることができます。
## データの可視化
ワークスペースをソースします。
```bash
cd ~/int-ball2_ws
source install/setup.bash
```
Rvizを起動します。
```bash
ros2 launch int-ball2_control rviz_visualize.launch.py
```
## 引用
本プラットフォームを研究に使用する場合は、以下のように引用してください。
```
[1] SpaceData Inc., 2025, int-ball2_isaac_sim (Version v1.0.0) [Source code], GitHub, Available at: https://github.com/sd-robotics/int-ball2_isaac_sim.
```
## 謝辞
このシミュレータは、宇宙イノベーションパートナーシップ（J-SPARC：JAXA Space Innovation through Partnership and Co-creation）の枠組みの中で、株式会社スペースデータがJAXAと協力して開発したものです。
> [!TIP]
> この文書は、Apache License 2.0の下でライセンスされているJAXAのInt-Ball2シミュレータの内容を含んでいます。
> - [Int-Ball2 Simulator (Gazebo)](https://github.com/jaxa/int-ball2_simulator)
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