(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人が操作を行う操作デバイスを有する操作システムと、
前記操作システムに対してなされた人の操作に基づいて駆動される移動体システムと、
を備え、
前記操作デバイスには、前記移動体システムが環境から受けた反力を再現するためのアクチュエータが取り付けられ、前記操作システムと前記移動体システムとの間でバイラテラル制御が行われる移動体遠隔操作システムであって、
前記操作デバイスには、直進運動指示と回転運動指示の双方を含む操作が可能となっており、
前記バイラテラル制御の前記操作システムと、前記移動体システムと、において二次のQuarry行列を用いて直進運動と、回転運動と、に分離する演算を行い、
前記演算によって分離された前記操作システムの直線運動の成分と、前記演算によって分離された前記移動体システムの直線運動の成分と、を二次のQuarry行列で乗算することを特徴とする、
移動体遠隔操作システム。
【請求項２】
前記操作デバイスは、相対角度の目標値をπ［rad］として制御される一対のペダルを含む、
請求項１に記載の移動体遠隔操作システム。
【請求項３】
前記操作デバイスは、回転運動を指示する操作が可能なステアリング手段を含む、
請求項１または２に記載の移動体遠隔操作システム。
【請求項４】
前記移動体システムは、左右独立して駆動可能な一対の車輪を含む、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の移動体遠隔操作システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の移動体遠隔操作システムを複数個備え、
各移動体遠隔操作システムは、自己が有する移動体システムの位置を特定可能に構成されており、
各移動体遠隔操作システムにおいて取得された環境情報と、該環境情報が取得された際の移動体システムの位置とを収集し、位置に対応づけられた環境情報を生成する情報収集サーバを備えることを特徴とする、
環境情報収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作システム（マスターシステム）と移動体システム（スレーブシステム）の間でバイラテラル制御が行われる移動体遠隔操作システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、操作デバイスと操作対象を機械的に非連結な構成としたシステムについて実用化及び研究が進められている。このようなシステムにおいては、特に、マスターシステムとスレーブシステムの間で姿勢と力の状態を一致させるように制御する手法は、バイラテラル制御と称されている。バイラテラル制御では、マスターシステムに対して行った操作に基づいてスレーブシステムが動作し、スレーブシステムが環境（障害物、勾配等）から受けた反力が、操作デバイスにおいてアクチュエータ等により再現される。
【０００３】
特許文献１には、バイラテラル制御を行う方法であって、時系列な位置情報と力の接触情報を取得し、これを解析して再現する位置、力再現方法等について記載されている。但し、係る方法は、移動体をスレーブシステムとするものではない。
【０００４】
特許文献２には、電動式路上走行車両用の補力操舵システムについて記載されている。このシステムでは、トルク補助信号に追加されるように構成されている触覚トルクを、車両ヨーレート誤差又は横加速度誤差に基づいて生成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２７９６９９号公報
【特許文献２】特開２００８−０８７７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
バイラテラル制御を、路上を走行する移動体に適用した場合、通常であれば、直進運動（並進運動）と回転運動の双方についての制御が必要となる。しかしながら、特許文献２に記載のシステムでは、操舵に関する触覚情報（触覚トルク）についてのみ考慮されており、直進運動に関する制御については考慮されていない。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、直進運動と回転運動についてのバイラテラル制御を正確に行うことが可能な移動体遠隔操作システム、及びこれが複数個集合して構成される環境情報収集システムを提供することを、主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
人が操作を行う操作デバイスを有する操作システムと、
前記操作システムに対してなされた人の操作に基づいて駆動される移動体システムと、
を備え、
前記操作デバイスには、前記移動体システムが環境から受けた反力を再現するためのアクチュエータが取り付けられ、前記操作システムと前記移動体システムとの間でバイラテラル制御が行われる移動体遠隔操作システムであって、
前記操作デバイスには、直進運動指示と回転運動指示の双方を含む操作が可能となっており、
前記バイラテラル制御の前記操作システムと、前記移動体システムと、において二次のQuarry行列を用いて直進運動と、回転運動と、に分離する演算を行い、
前記演算によって分離された前記操作システムの直線運動の成分と、前記演算によって分離された前記移動体システムの直線運動の成分と、を二次のQuarry行列で乗算することを特徴とする、
移動体遠隔操作システムである。
【０００９】
この本発明の第１の態様によれば、バイラテラル制御の少なくとも一部において、直進運動と回転運動のそれぞれについて独立した演算を行うため、直進運動と回転運動についてのバイラテラル制御を正確に行うことができる。
【００１０】
この本発明の第１の態様において、
前記バイラテラル制御において、二次のQuarry行列を用いて直進運動と回転運動を分離することを特徴とするものとしてもよい。
【００１１】
これによって、直進運動と回転運動のそれぞれについての演算を正確且つ容易に行うことができる。
【００１２】
また、本発明の第１の態様において、
前記操作デバイスは、相対角度の目標値をπ［rad］として制御される一対のペダルを含むものとしてもよい。
【００１３】
また、本発明の第１の態様において、
前記操作デバイスは、回転運動を指示する操作が可能なステアリング手段を含むものとしてもよい。
【００１４】
また、本発明の第１の態様において、
前記移動体システムは、左右独立して駆動可能な一対の車輪を含むものとしてもよい。
【００１５】
本発明の第２の態様は、
本発明の第１の態様の移動体遠隔操作システムを複数個備え、
各移動体遠隔操作システムは、自己が有する移動体システムの位置を特定可能に構成されており、
各移動体遠隔操作システムにおいて取得された環境情報と、該環境情報が取得された際の移動体システムの位置とを収集し、位置に対応づけられた環境情報を生成する情報収集サーバを備えることを特徴とする、
環境情報収集システムである。
【００１６】
この本発明の第２の態様によれば、在る移動体遠隔装置システムにおいて収集された環境情報を、他の移動体遠隔装置システムの操作者に提供することができる。この結果、当該操作する人は、移動体システムの進路上に障害物等が存在するか否かを検知することができ、スムーズに移動体システムを移動させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、直進運動と回転運動についてのバイラテラル制御を正確に行うことが可能な移動体遠隔操作システム、及びこれが複数個集合して構成される環境情報収集システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施例に係る移動体遠隔操作システム１の主要な構成要素の外観構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る移動体遠隔操作システム１が有する制御系の構成要素を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る移動体遠隔操作システム１の制御系を周波数領域で表現したブロック線図である。
【図４】ペダルシステム３０や移動体システム５０の右システム、左システムの機能を示すブロック線図である。
【図５】移動体システム５０が平面から人工芝マットに乗り上げる場面を示す外観図である。
【図６】第１実施例に係る移動体遠隔操作システム１を用いた実験におけるパラメータを示す図である。
【図７】右ペダル３２Ａと左ペダル３２Ｂの相対角度の変化を示す図である。
【図８】直進運動に関する、操作システム１０と移動体システム５０の、それぞれの位置応答及び力応答の変化を示す図である。
【図９】回転運動に関する、操作システム１０と移動体システム５０の、それぞれの位置応答及び力応答の変化を示す図である。
【図１０】直進運動と回転運動の双方について位置制御を行う場合のブロック線図である。
【図１１】直進運動と回転運動の双方について力制御を行う場合のブロック線図である。
【図１２】直進運動について位置制御を行い、回転運動について力制御を行う場合のブロック線図である。
【図１３】直進運動について力制御を行い、回転運動について位置制御を行う場合のブロック線図である。
【図１４】本発明の第２実施例に係る環境情報収集システム２００のシステム構成例である。
【図１５】本発明の第２実施例に係る移動体遠隔操作システム２００が有する制御系の構成要素を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。
【実施例】
【００２０】
＜＜第１実施例＞＞
以下、図面を参照し、本発明の第１実施例に係る移動体遠隔操作システムについて説明する。本実施例の移動体遠隔操作システムは、操作システムと移動体システムとの間でバイラテラル制御が行われるものであり、移動体システムは、２個のインホイールモータによって直進運動及び回転運動（これらの組み合わせを含む）を実現可能に構成されている。
【００２１】
［構成］
図１は、本発明の第１実施例に係る移動体遠隔操作システム１の主要な構成要素の外観構成を示す図である。図示するように、移動体遠隔操作システム１は、操作システム１０と、移動体システム５０とを備える。操作システム１０と移動体システム５０は、有線又は無線接続によって互いに通信可能となっている。
【００２２】
操作システム１０は、ステアリングシステム２０と、ペダルシステム３０を有する。
【００２３】
ステアリングシステム２０は、操作者が回転運動を指示可能なステアリングハンドル２２と、ステアリングハンドル２２に反力を出力可能なステアリングアクチュエータ２４と、を備える。
【００２４】
ペダルシステム３０は、右ペダル３２Ａ、左ペダル３２Ｂと、これらに反力を出力可能なペダルアクチュエータ３４Ａ、３４Ｂと、を備える。
【００２５】
ステアリングハンドル２２は剛体に対して回動可能に取り付けられている。また、右ペダル３２Ａ、左ペダル３２Ｂは、ステアリングハンドル２２と同一の剛体に対してそれぞれが回動可能に取り付けられている。操作者は、同じく剛体に取り付けられたサドル部に跨って、自転車を運転するかのようにステアリングハンドル２２やペダル３２Ａ、３２Ｂを操作することにより、移動体システム５０を移動させることができる。
【００２６】
そして、ステアリングアクチュエータ２４やペダルアクチュエータ３４Ａ、３４Ｂは、移動体システム５０が環境から受ける反力を操作者に伝えるために、ステアリングハンドル２２や左右のペダル３２Ａ、３２Ｂに力を出力する。また、ステアリングアクチュエータ２４やペダルアクチュエータ３４Ａ、３４Ｂには、回転位置を検出するための位置エンコーダが取り付けられている。
【００２７】
移動体システム５０は、本体部５２と、右の主車輪５４Ａ、左の主車輪５４Ｂと、補助車輪５８と、を備える。各車輪は、本体部５２に対して回動可能に取り付けられている。主車輪５４Ａ、５４Ｂには、これらを回転駆動させるためのインホイールモータ５６Ａ、５６Ｂが取り付けられている。インホイールモータ５６Ａ、５６Ｂは、主車輪５４Ａ、５４Ｂの内部に取り付けられ、例えば本体部５２に連結されたステータと、主車輪５４Ａ、５４Ｂに連結されたロータと、を有する（係る関係は逆であってもよい）。また、インホイールモータ５６Ａ、５６Ｂには、回転位置を検出するための位置エンコーダが取り付けられている。
【００２８】
図２は、本発明の第１実施例に係る移動体遠隔操作システム１が有する制御系の構成要素を示すブロック図である。移動体遠隔操作システム１は、バイラテラル制御を行う主体として制御装置６０を備える。制御装置６０は、マイクロコンピュータとして構成される。制御装置６０は、操作システム１０と移動体システム１０のいずれかに併設されてもよいし、別体であってもよい。
【００２９】
［バイラテラル制御］
以下、上記のような構成を有する移動体遠隔操作システム１において行われるバイラテラル制御について、主に周波数領域で表現されたブロック線図を用いて説明する。なお、周波数領域から時間領域への変換等は、当業者にとって周知である。
【００３０】
図３は、本発明の第１実施例に係る移動体遠隔操作システム１の制御系を周波数領域で表現したブロック線図である。図中、「ｓ」はラプラス演算子である。また、「・・」は２階の微分を表し、「＾」は推定値を表している。ペダルシステム３０及び移動体システム５０は、それぞれ左右のアクチュエータ又はインホイールモータを有し、それぞれに外乱オブザーバや反力推定オブザーバが併設されているため（物理的に近接している必要はない）、アクチュエータ又はインホイールモータと各オブザーバを含めて、右システム、左システムと表記している。
【００３１】
更に、図２において、「θ」はモータの回転角を表し、「tra」は直進運動を表し、「rot」は回転運動を表している。また、「res」は応答値（測定値）を表し、「ref」は参照値（制御目標値）を表し、「cmd」は指令値を表している。
【００３２】
また、τはトルクを表しており、上付き文字の「dis」は外乱を、「ext」は外乱から摩擦などを除去した値（アクチュエータ等に直接作用する外力）を表している。
【００３３】
また、「P」はペダルシステムを表し、「S」ステアリングシステムを表し、「M」はモバイルシステム（移動体システム）を表している。また、「C」は後述する和のモードを表し、「D」は差のモードを表している。
【００３４】
また、「Cf」は力制御器であり、「Cp(s)」は位置制御器であり、次式（１）で表される。
【００３５】
【数１】
0005496717.tif 000002
【００３６】
また、「Q2」は、次式（２）で表される二次のQuarry行列を示しており、「Q2-1」は次式（３）で表される二次のQuarry逆行列を示している。
【００３７】
【数２】
0005496717.tif 000003
【００３８】
まず、ペダルシステム３０や移動体システム５０の右システム、左システムの機能について説明する。
【００３９】
［オブザーバ］
図４は、ペダルシステム３０や移動体システム５０の右システム、左システム（図では、単に「システム１００」と表記している）の機能を示すブロック線図である。システム１００は、アクチュエータ１０２（ここでは、移動体システム５０におけるインホイールモータを含む概念である）と、外乱オブザーバ１０４と、外力推定オブザーバ１０６と、を備える。
【００４０】
図４において、θ・・ref、Jn、Ktn、Iref、τdis 、τ＾dis、τ＾ext、θresは、それぞれ、加速度参照値、慣性モーメントのノミナル値、トルク定数のノミナル値、電流参照値、外乱、推定外乱、推定外力、位置エンコーダにより計測された位置応答を示している。
【００４１】
アクチュエータ１０２に入力される電流参照値Irefは、次式（４）で表される。式中、第１項は、加速度参照値θ・・refから導出される電流参照値であり、第２項は、外乱オブザーバ１０４により推定される推定外乱τ＾disから導出される電流参照値（補償電流）である。これによってロバストな加速度制御系が構築される。
【００４２】
【数３】
0005496717.tif 000004
【００４３】
外乱τdisは、次式（５）で表される。式中、τc、Ｄθ・、J、Ktは、それぞれ、クーロン摩擦、粘性摩擦、慣性モーメントの真値、トルク定数の真値である。そして、推定外力τ＾extは、次式（６）で表される。この推定外力τ＾extは、操作システム１０にあっては、人の操作によってアクチュエータに作用する力を示し、移動体システム５０にあっては、環境からインホイールモータに作用する力を示すものである。
【００４４】
【数４】
0005496717.tif 000005
【００４５】
［主要な制御の流れ］
図３に戻り、移動体遠隔操作システム１の主要な制御の流れについて説明する。まず、移動体システム５０に入力される加速度参照値θ・・M,Rref、θ・・M,Lrefの生成について説明する。
【００４６】
ペダルシステム３０の右システム及び左システムには、加速度参照値（目標値）θ・・P,Rref、θ・・P,Lrefと、外乱τP,Rdis、τP,Ldisが入力される（図中、（Ａ））。
【００４７】
右システム及び左システムは、図３において説明した機能により、推定外力τ＾P,Rext、τ＾P,Lext、及び位置応答θP,Rres、θP,Lresを出力する（図中、（Ｂ））。
【００４８】
位置応答θP,Rres、θP,Lresは、二次のQuarry行列Q2によって、位置応答の直線運動成分であるθP,traresと、位置応答の回転運動成分であるθP,rotresに分離される（図中、（Ｃ））。次式（７）は、本実施例において、ある成分が、二次のQuarry行列Q2によって直線運動成分と回転運動成分に分離されることを示す一般式である。
【００４９】
【数５】
0005496717.tif 000006
【００５０】
ペダルシステム３０における位置応答の直線運動成分θP,traresは、移動体システム５０における位置応答の直線運動成分θM,traresと共に二次のQuarry行列Q2によって乗算され、和成分θC,traresと差成分θD,traresに分離される（図中、（Ｄ））。次式（８）は、本実施例において、ある成分が、二次のQuarry行列Q2によって和の成分と差の成分に分離される様子を示す一般式である。
【００５１】
【数６】
0005496717.tif 000007
【００５２】
なお、この和の成分と差の成分は、和のモード空間と差のモード空間におけるパラメータである。和のモード空間と差のモード空間については、既に（特開２００９−２７９６９９号公報）等に示されているため、詳細な説明を省略する。
【００５３】
直進運動の差の成分θD,traresは、操作システム１０に対する移動体システム５０の変位の遅れを示している。従って、システムへの入力信号を生成する側にフィードバックされる（図中、（Ｅ））。
【００５４】
すなわち、位置制御器Cp(s)を経て、直進運動に関する加速度参照値の差の成分θ・・D,traresとなる。これが直進運動に関する加速度参照値の差の成分θ・・D,traresと共に二次のQuarry逆行列Q2-1によって乗算されることによって、移動体システム５０に入力される直線運動に関する加速度参照値θ・・M,trarefを得る（図中、（Ｆ））。そして、これが回転運動に関する加速度参照値θ・・M,rotrefと共に二次のQuarry逆行列Q2-1によって乗算されることによって、移動体システム５０の右システム及び左システムにそれぞれ入力される加速度参照値θ・・M,Rref、θ・・M,Lrefを得る（図中、（Ｇ））。
【００５５】
これによって、操作システム１０に対する移動体システム５０の変位の遅れをなくすように、移動体システム５０のインホイールモータが加減速される。すなわち、変位の遅れが大きいときに移動体システム５０のインホイールモータの出力が大きくなるように制御される。
【００５６】
また、移動体システム５０に入力される加速度参照値には、直進運動に関する加速度参照値の和の成分θ・・D,traresが反映される。これは、推定外力の直進運動成分τ＾C,traextが力制御器Cfを経たものであり、作用・反作用の法則を成立させるために加味されている。
【００５７】
これによって、人がペダルを漕ぐ力に比して移動体システム５０のインホイールモータが環境から受ける力が弱いときには、移動体システム５０のインホイールモータの出力が大きくなるように制御される。
【００５８】
以上のように、移動体システム５０に入力される加速度参照値θ・・M,Rref、θ・・M,Lrefは、位置の追従と作用反作用の成立の２要素が加味されており、これらが移動体システム５０の動作を、人の操作を適切に反映したものとしている。
【００５９】
次に、ペダルシステム３０に入力される加速度参照値θ・・P,Rref、θ・・P,Lrefの生成について説明する。
【００６０】
移動体システム５０の右システム及び左システムには、加速度参照値θ・・M,Rref、θ・・M,Lrefと、外乱τM,Rdis、τM,Ldisが入力される（図中、（Ｈ））。
【００６１】
移動体システム５０の右システム及び左システムは、図３により説明した機能により、推定外力τ＾M,Rext、τ＾M,Lext及び位置応答θM,Rres、θM,Lresを出力する（図中、（Ｉ））。
【００６２】
移動体システム５０の推定外力τ＾M,Rext、τ＾M,Lextは、二次のQuarry行列Q2によって、推定外力τ＾M,Rext、τ＾M,Lextの直線運動成分であるτ＾M,traextと、推定外力の回転運動成分であるτ＾M,rotextに分離される（図中、（Ｊ））。
【００６３】
移動体システム５０における推定外力の直線運動成分τ＾M,traextは、ペダルシステム３０における推定外力の直線運動成分τ＾P,traextと共に二次のQuarry行列Q2によって乗算され、和成分τ＾C,traextと差成分τ＾D,traextに分離される（図中、（Ｋ））。
【００６４】
直進運動に関する推定外力の和成分τ＾C,traextは、ペダルシステム３０と移動体システム５０の作用・反作用の釣り合い程度を示している。従って、システムへの入力信号を生成する側にフィードバックされる（図中、（Ｌ））。
【００６５】
すなわち、力制御器Cfを経て、直進運動に関する加速度参照値の和の成分θ・・C,traresとなる。これが直進運動に関する加速度参照値の差の成分θ・・D,traresと共に二次のQuarry逆行列Q2-1によって乗算されることによって、ペダルシステム３０に入力される直線運動に関する加速度参照値θ・・P,trarefとなる（図中、（Ｍ））。そして、これが回転運動に関する加速度参照値θ・・P,rotrefと共に二次のQuarry逆行列Q2-1によって乗算されることによって、ペダルシステム３０の右システム及び左システムにそれぞれ入力される加速度参照値θ・・P,Rref、θ・・P,Lrefを得る（図中、（Ｎ））。
【００６６】
これによって、ペダルシステム３０と移動体システム５０の作用・反作用の釣り合いをとるように、ペダルシステム３０のアクチュエータが駆動される。すなわち、移動体システム５０が環境から受ける外力が大きいときにアクチュエータの出力が大きくなるように制御される。
【００６７】
なお、回転運動については、本実施例では、右ペダル３２Ａと左ペダル３２Ｂの相対角度がπ［rad］となるように制御されているため、専らステアリングハンドル２２によって操作されたものがインホイールモータの出力差として反映される。係る制御においても、直進運動と同様、位置の追従と作用反作用の成立の２要素が加味されて、移動体システム５０の出力やステアリングハンドル２２に出力する反力が決定される。
【００６８】
ここで、本実施例では、右ペダル３２Ａと左ペダル３２Ｂの相対角度がπ［rad］となるように、θP,rotcomを定めている。従って、ペダルシステム３０における位置応答の回転運動成分θP,rotresや推定外力の回転運動成分τ＾P,rotextはフィードバックさせていない。
【００６９】
しかしながら、本発明の適用対象はこのような態様に限らず、右ペダル３２Ａと左ペダル３２Ｂにかかる力の差を回転運動に反映させてもよい。こうすれば、例えば右ペダル３２Ａにより大きく力をかけることにより、移動体システム５０を左に旋回させるような運転が可能となる。この場合、例えば位置応答の回転運動成分θP,rotresをθS,rotresθに加算等すればよい。また、ステアリングハンドル２２を省略し、右ペダル３２Ａと左ペダル３２Ｂにかかる力の差のみによって回転運動を実現してもよい。
【００７０】
［効果］
以上説明した本発明の第１実施例に係る移動体遠隔操作システム１によれば、ステアリングハンドル２２や右ペダル３２Ａ、左ペダル３２Ｂには、直進運動指示と回転運動指示の双方を含む操作が可能となっており、バイラテラル制御の少なくとも一部において、直進運動と回転運動のそれぞれについて独立した演算を行っているため、直進運動と回転運動についてのバイラテラル制御を正確に行うことができる。
【００７１】
また、二次のQuarry行列を用いて直進運動と回転運動を分離しているため、それぞれについての演算を正確且つ容易に行うことができる。
【００７２】
［実験］
本出願に係る発明者は、本発明の有用性を実証するための実験を行っている。以下にその結果を示す。
【００７３】
本実験では、操作者が移動体遠隔操作システム１の操作システム１０を操作し、移動体システム５０が平面から人工芝マットに乗り上げた場合における、それぞれのシステムにおける位置や力の変化を計測した。図５は、移動体システム５０が平面から人工芝マットに乗り上げる場面を示す外観図である。
【００７４】
図６は、第１実施例に係る移動体遠隔操作システム１を用いた実験におけるパラメータを示す図である。図中、上記で説明されていないパラメータについて説明する。「st」は制御周期を示し、「gdis」は外乱オブザーバのカットオフ周波数を示し、「greac」は反力推定オブザーバのカットオフ周波数を示している。
【００７５】
実験における０［ｓ］〜１０［ｓ］までの期間は、操作者がシステムに触れず、制御的クランク機構を構築するための期間とした。この期間におけるペダルシステム３０への指令値θP,rotcomは、次式（９）で表される。
【００７６】
【数７】
0005496717.tif 000008
【００７７】
実験開始から１０［ｓ］経過した後は、指令値θP,rotcomをπ［rad］で固定し、自転車のペダルのように操作しやすいものとした。従って、元々同じ回転角であった右ペダル３２Ａ、左ペダル３２Ｂの相対角度が徐々に開いていき、π［rad］に至ると相対的にロックされることになる。図７は、右ペダル３２Ａと左ペダル３２Ｂの相対角度の変化を示す図である。
【００７８】
図８は、直進運動に関する、操作システム１０と移動体システム５０の、それぞれの位置応答及び力応答（実際は、推定値である）の変化を示している。図示するように、実験開始から１６［ｓ］程度のタイミングで移動体システム５０は人工芝から反発を受けて後退している。同じタイミングで環境（人工芝マット）から移動体システム５０が受ける外力、及びペダルシステム３０に出力される反力は、符号が反転していることが判る。直進運動に関して、本実施例の移動体遠隔操作システム１では、位置、力共に十分正確な追従がなされていることが判る。
【００７９】
また、図９は、回転運動に関する、操作システム１０と移動体システム５０の、それぞれの位置応答及び力応答（実際は、推定値である）の変化を示している。図示するように、移動体システム５０は人工芝から反発を受けて後退したタイミングで、環境から移動体システム５０が受ける外力（この場合、回転力）、及びステアリングシステム１０に出力される反力は、符号が反転していることが判る。回転運動に関しても、本実施例の移動体遠隔操作システム１では、位置、力共に十分正確な追従がなされていることが判る。
【００８０】
［制御の他の例］
なお、二次のQuarry行列を用いて直進運動と回転運動を分離して行うバイラテラル制御においては、直進運動と回転運動に関して、位置制御と力制御の組み合わせを任意に選択可能である。
【００８１】
図１０は、直進運動と回転運動の双方について位置制御を行う場合のブロック線図であり、図１１は、直進運動と回転運動の双方について力制御を行う場合のブロック線図であり、図１２は、直進運動について位置制御を行い、回転運動について力制御を行う場合のブロック線図であり、図１３は、直進運動について力制御を行い、回転運動について位置制御を行う場合のブロック線図である。なお、図１０〜図１３においては、和と差のモード空間については図示を省略している。
【００８２】
このように、二次のQuarry行列を用いて直進運動と回転運動を分離してバイラテラル制御を行う場合、直進運動と回転運動のそれぞれについて非干渉な制御体系を構築することができる。
【００８３】
＜＜第２実施例＞＞
以下、図面を参照し、本発明の第２実施例に係る環境情報収集システムについて説明する。本実施例の環境情報収集システムは、第１実施例の移動体遠隔操作システムを複数個備え、各移動体遠隔操作システムにおいて取得された環境情報（環境から受けた反力等）を情報収集サーバで収集し、情報収集サーバにおいてマッピング情報を生成するものである。
【００８４】
図１４は、本発明の第２実施例に係る環境情報収集システム２００のシステム構成例である。図示するように、環境情報収集システム２００は、複数個の移動体遠隔操作システム１＃１〜１＃ｎと、情報管理サーバ３００と、を備える。
【００８５】
各移動体遠隔操作システムは、第１実施例で説明したように、操作システム１０と移動体システム５０の間でバイラテラル制御を行う。バイラテラル制御は、制御装置６０により実行される。制御装置６０は、操作システム１０と移動体システム１０のいずれかに併設されてもよいし、別体であってもよい。
【００８６】
更に、第２実施例では、各移動体遠隔操作システムは、路面状態提示端末７０を備える。
【００８７】
また、第２実施例に係る移動体システム５０には、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機５９が搭載される。なお、ＧＰＳに代えて、ＧＬＯＮＡＳＳや、Ｇａｌｉｌｅｏに係る装置を用いてもよい。
【００８８】
ＧＰＳ受信機５９は、ＧＰＳアンテナによってＧＰＳ衛星が送信する電波を受信し、これを復調して当該電波に含まれる航法メッセージを取り出す。航法メッセージは、衛星軌道に関する情報や衛星時計の補正値、電離層の補正係数、衛星自身の動作状態を示すヘルスメッセージ等を含んでいる。
【００８９】
そして、ＧＰＳ受信機５９は、複数のＧＰＳ衛星からの航法メッセージを解析し、移動体システム５０の位置（緯度、経度、及び高度をいう）を特定する。具体的には、航法メッセージに含まれる衛星軌道の情報等から各ＧＰＳ衛星のワールド座標系（例えばWGS84）における位置（Ｘｓ,Ｙｓ,Ｚｓ）を算出し、電波の到達時間（到達時刻−発信時刻）に光速を乗じて各ＧＰＳ衛星と移動体システム５０との間の擬似距離を算出し、複数のＧＰＳ衛星について算出される擬似距離及び位置を用いて、三角測量の原理により移動体システム５０の位置を算出する。なお、係るＧＰＳ演算を行うのは、制御装置６０側であっても構わない。
【００９０】
図１５は、本発明の第２実施例に係る移動体遠隔操作システム２００が有する制御系の構成要素を示すブロック図である。制御装置６０は、第１実施例で説明したようなオブザーバの機能を有しており、操作システム１０や移動体システム５０の位置エンコーダから入力される値に基づいて、推定外乱や推定外力を算出している。そして、これらの算出値に基づいて操作システム１０のアクチュエータや移動体システム５０のインホイールモータに各種参照値を出力することにより、バイラテラル制御を行う。
【００９１】
路面状態提示端末７０は、例えば液晶ディスプレイ装置であり、制御装置６０によって表示画面が制御される。
【００９２】
制御装置６０は、上記のオブザーバ機能やバイラテラル制御機能に加えて、マッピング情報管理のための機能を有している。
【００９３】
まず、マッピング情報管理機能のうち情報収集・提供機能について説明する。この機能は、オブザーバ機能において算出された推定外乱や推定外力を、その時点においてＧＰＳ受信機５９により特定された移動体システム５０の位置と共に（或いは位置を連ねた走行経路と共に）、情報管理サーバ３００に送信する。
【００９４】
各移動体遠隔装置システムと情報管理サーバ３００との情報の送受信は、例えば携帯電話やＰＨＳ等の無線通信ネットワークやインターネット等を介して行われる。また、これに限らず、各移動体遠隔装置システムと情報管理サーバ３００が通信線によって接続されても構わない。なお、各移動体遠隔装置システムの操作システム１０、制御装置６０、及び路面状態提示端末７０と情報管理サーバ３００は、同じ施設内に設置される場合もあり得る。この場合、移動体システム５０のみが施設外を移動し、操作システム１０と移動体システム５０の情報送受信は無線通信で行われる。
【００９５】
情報管理サーバ３００は、各移動体遠隔装置システムから受信した情報を統合し、所定のマップ上にマッピングされた推定外乱や推定外力の情報（以下、マッピング情報と称する）を生成する。
【００９６】
次に、マッピング情報管理機能のうち路面状態提示機能について説明する。制御装置６０は、地図データが記憶された記憶装置６２を備える。そして、所望のタイミングで情報管理サーバ３００からマッピング情報を取得し、当該移動体遠隔装置システムを操作する人に路面状態を提示する。
【００９７】
路面状態の提示は、例えば、地図データから生成される模擬画像上に、外乱や外力を生じさせる障害物の位置をアイコン等によって表示する。
【００９８】
これによって、移動体遠隔装置システムを操作する人は、移動体システム５０の進路上に障害物等が存在するか否かを検知することができ、スムーズに移動体システム５０を移動させることができる。
【００９９】
以上説明した本実施例の環境情報収集システム２００によれば、他のシステムにおいて収集された外乱や外力を生じさせる障害物の位置等に関する情報を、移動体遠隔装置システムの操作者に提供することができる。この結果、当該操作する人は、移動体システム５０の進路上に障害物等が存在するか否かを検知することができ、スムーズに移動体システム５０を移動させることができる。
【０１００】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１      移動体遠隔操作システム
１０    操作システム
２０    ステアリングシステム
３０    ペダルシステム
２２    ステアリングハンドル
２４    ステアリングアクチュエータ
３２Ａ  右ペダル
３２Ｂ  左ペダル
３４Ａ、３４Ｂ  ペダルアクチュエータ
５０    移動体システム
５２    本体部
５４Ａ  右の主車輪
５４Ｂ  左の主車輪
５６Ａ、５６Ｂ  インホイールモータ
５８    補助車輪
５９    ＧＰＳ受信機
６０    制御装置
６２    記憶装置
７０    路面状態提示端末
１００  システム
１０２  アクチュエータ
１０４  外乱オブザーバ
１０６  外力推定オブザーバ
２００  環境情報収集システム
３００  情報管理サーバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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