(57)【要約】      （修正有）【課題】遠隔操作端末側において点群データによる画像に対する視認性を確保しながら、当該遠隔操作端末側に転送される点群データのデータ量を削減する。【解決手段】データ伝送装置１００は、計測された点群データに基づいて、遠隔操作端末１０１に対する転送対象データを選定する。この際、所定の範囲の領域における転送対象データのデータ量の上限が決められる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠隔操作端末からの制御信号に応じて動作が制御されるアクチュエータと、
３次元座標を含む点群データを計測する３次元センサと、
前記点群データに基づいて転送対象データを選定するデータ選定部と、
前記転送対象データを前記遠隔操作端末に送信する通信部と
を具備し、
前記データ選定部は、所定の範囲の領域における転送対象データのデータ量の上限を決める
データ伝送装置。
【請求項２】
請求項１に記載のデータ伝送装置において、
前記データ選定部は、複数のセルを有する３次元グリッドを、計測された前記点群データの分布する領域に仮想的に配置し、前記複数のセルの各々に設定された上限以下の点群データを当該セル内の転送対象データとして選定する
データ伝送装置。
【請求項３】
請求項２に記載のデータ伝送装置において、
前記データ選定部は、所定の範囲の第１領域内の点群データの転送率を、他の第２領域内の点群データの転送率よりも多く設定し、
前記転送率は、セル内の点群データのデータ量に対する、転送対象データのデータ量の割合を規格化した値を示す
データ伝送装置。
【請求項４】
請求項３に記載のデータ伝送装置において、
前記第１領域内のセルの大きさは前記第２領域内のセルと等しく、
前記第１領域内のセル内の点群データの数の上限は、前記第２領域のセル内の点群データの上限よりも多く設定され、
前記データ選定部は、セル内の前記上限以下の点群データを転送対象データとして選定する
データ伝送装置。
【請求項５】
請求項３に記載のデータ伝送装置において、
前記第１領域内のセルの大きさは、前記第２領域内のセルよりも小さく、
前記第１領域内のセル内の点群データの数の上限と、前記第２領域のセル内の点群データの上限は等しく設定され、
前記データ選定部は、セル内の前記上限以下の点群データを転送対象データとして選定する
データ伝送装置。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１項に記載のデータ伝送装置において、
前記第１領域は、前記アクチュエータによって駆動される腕部に設けられたエンドエフェクタの周辺領域を含む
データ伝送装置。
【請求項７】
請求項３から５のいずれか１項に記載のデータ伝送装置において、
前記第１領域は、前記遠隔操作端末によって指定される
データ伝送装置。
【請求項８】
請求項３に記載のデータ伝送装置において、
前記複数のセルの各々は、仮想視線の方向、及び当該方向に直交する方向に延びる直線によって囲まれたセルであって、
仮想視点側から前記仮想視線の方向に見える点群データが位置するセルが前記第１領域として設定され、
他のセルが第２領域として設定される
データ伝送装置。
【請求項９】
請求項８に記載のデータ伝送装置において、
前記第２領域内の点群データの全ては転送対象データから除外される
データ伝送装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のデータ伝送装置において、
前記データ選定部は、所定の領域内における前記点群データに対する主成分分析結果に応じた値を、前記所定の領域内における転送対象データとして選定する
データ伝送装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のデータ伝送装置において、
前記主成分分析によって得られた固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３の値が、ｄ１＞＞ｄ２≒ｄ３≒０の場合、
前記データ選定部は、固有値ｄ１に対応した固有ベクトルｅ１、及び固有値ｄ１を、前記所定の領域内における転送対象データとして選定する
データ伝送装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載のデータ伝送装置において、
前記主成分分析によって得られた固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３の値が、ｄ１＞ｄ２＞＞ｄ３≒０の場合、
前記データ選定部は、固有値ｄ１に対応した固有ベクトルｅ１、固有値ｄ１、固有値ｄ２に対応した固有ベクトルｅ２、及び固有値ｄ２を、前記所定の領域内における転送対象データとして選定する
データ伝送装置。
【請求項１３】
請求項１０から１２のいずれか１項に記載のデータ伝送装置において、
前記主成分分析によって得られた固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３の値が、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞＞０の場合、
前記データ選定部は、前記所定の領域内における点群データを転送対象データとして選定する
データ伝送装置。
【請求項１４】
請求項１０から１３のいずれか１項に記載のデータ伝送装置において、
前記主成分分析によって得られた固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３の値が、ｄ１≒ｄ２≒ｄ３≒０の場合、
前記データ選定部は、前記所定の領域内における全ての点群データを転送対象から除外する
データ伝送装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載のデータ伝送装置において、
前記通信部は、前記遠隔操作端末に対し、前記転送対象データを送信した後に、前記計測された点群データから前記転送対象データを除くデータの少なくとも一部を送信する
データ伝送装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１項に記載のデータ伝送装置において、
前記計測された全ての点群データを利用して、前記アクチュエータを自律制御するコントローラを更に具備する
データ伝送装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１項に記載のデータ伝送装置において、
前記通信部は、前記転送対象データとともに、計測された色情報を前記遠隔操作端末に送信する
データ伝送装置。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか１項に記載のデータ伝送装置と、
前記遠隔操作端末と
を具備し、
前記遠隔操作端末は、前記データ伝送装置から転送された前記転送対象データに基づいて前記３次元センサの計測対象形状の表示画像を生成する
データ伝送システム。
【請求項１９】
遠隔操作装置からの制御信号に応じて動作が制御されるアクチュエータを備える装置によるデータ伝送方法において、
３次元座標を含む点群データを計測するステップと、
前記点群データに基づいて転送対象データを選定するステップと、
前記転送対象データを前記遠隔操作装置に送信するステップと
を具備し、
所定の範囲の領域における転送対象データのデータ量の上限が決められる
データ伝送方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載のデータ伝送方法において、
前記選定するステップは、
複数のセルを有する３次元グリッドを、計測された前記点群データの分布する領域に仮想的に配置し、前記複数のセルの各々に設定された上限以下の点群データを、当該セル内の転送対象データとして選定する
データ伝送方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載のデータ伝送方法において、
前記選定するステップは、所定の範囲の第１領域内の点群データの削減率を、他の第２領域内の点群データの削減率よりも少なく設定するステップを備え
前記削減率は、セル内の点群データのデータ量に対する、転送対象から除外された点群データのデータ量の割合を規格化した値を示す
データ伝送方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載のデータ伝送方法において、
前記第１領域内のセルの大きさは前記第２領域内のセルと等しく、
前記第１領域内のセル内の点群データの数の上限は、前記第２領域のセル内の点群データの上限よりも多く設定され、
前記選定するステップは、セル内の前記上限以下の点群データを転送対象データとして選定するステップを備える
データ伝送方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載のデータ伝送方法において、
前記第１領域内のセルの大きさは、前記第２領域内のセルよりも小さく、
前記第１領域内のセル内の点群データの数の上限と、前記第２領域のセル内の点群データの上限は等しく設定され、
前記選定するステップは、セル内の前記上限以下の点群データを転送対象データとして選定するステップを備える
データ伝送方法。
【請求項２４】
請求項２１から２３のいずれか１項に記載のデータ伝送方法において、
前記第１領域は、前記アクチュエータによって駆動される腕部に設けられたエンドエフェクタの周辺領域を含む
データ伝送方法。
【請求項２５】
請求項２１から２４のいずれか１項に記載のデータ伝送方法において、
前記第１領域は、前記遠隔操作端末によって指定される
データ伝送方法。
【請求項２６】
請求項２１に記載のデータ伝送方法において、
前記複数のセルの各々は、仮想視線の方向、及び当該方向に直交する方向に延びる直線によって囲まれたセルであって、
仮想視点側から前記仮想視線の方向に見える点群データが位置するセルが前記第１領域として設定され、
他のセルが第２領域として設定される
データ伝送方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載のデータ伝送方法において、
前記第２領域内の点群データの全ては転送対象データから除外される
データ伝送方法。
【請求項２８】
請求項１９に記載のデータ伝送方法において、
前記選定するステップは、所定の領域内における前記点群データに対する主成分分析結果に応じた値を、前記所定の領域内における転送対象データとして選定するステップを備える
データ伝送方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載のデータ伝送方法において、
前記主成分分析によって得られた固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３の値が、ｄ１＞＞ｄ２≒ｄ３≒０の場合、
固有値ｄ１に対応した固有ベクトルｅ１、及び固有値ｄ１が、前記所定の領域内における転送対象データとして選定される
データ伝送方法。
【請求項３０】
請求項２８又は２９に記載のデータ伝送方法において、
前記主成分分析によって得られた固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３の値が、ｄ１≒ｄ２＞＞ｄ３≒０の場合、
固有値ｄ１に対応した固有ベクトルｅ１、固有値ｄ１、固有値ｄ２に対応した固有ベクトルｅ２、及び固有値ｄ２が、前記所定の領域内における転送対象データとして選定される
データ伝送方法。
【請求項３１】
請求項２８から３０のいずれか１項に記載のデータ伝送方法において、
前記主成分分析によって得られた固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３の値が、ｄ１≒ｄ２≒ｄ３＞＞０の場合、
前記所定の領域内における点群データが転送対象データとして選定される
データ伝送方法。
【請求項３２】
請求項２８から３１のいずれか１項に記載のデータ伝送方法において、
前記主成分分析によって得られた固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３の値が、ｄ１≒ｄ２≒ｄ３≒０の場合、
前記所定の領域内における全ての点群データは転送対象から除外される
データ伝送方法。
【請求項３３】
請求項１９から３２のいずれか１項に記載のデータ伝送方法において、
転送対象データを送信するステップは、前記遠隔操作端末に対し、前記転送対象データを送信するステップと、前記転送対象データの送信後に、前記計測された点群データから前記転送対象データを除くデータの少なくとも一部を送信するステップを備える
データ伝送方法。
【請求項３４】
請求項１９から３３のいずれか１項に記載のデータ伝送方法において、
送信するステップは、前記転送対象データとともに、計測された色情報を前記遠隔操作端末に送信するステップを備える
データ伝送方法。
【請求項３５】
請求項１９から３４のいずれか１項に記載のデータ伝送方法をコンピュータに実行させるデータ伝送プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ伝送システム、データ伝送装置、データ伝送方法、及びデータ伝送プログラムに関し、特に、３次元点群データを遠隔装置に伝送するデータ伝送装置、データ伝送方法、及びデータ伝送プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元センサにより３次元形状を計測し、３次元座標を示す点群データ（ポイントクラウドとも称す）を取得する技術が知られている。点群データを取得する３次元センサとしてレーザスキャナやステレオカメラが例示される。例えば、レーザスキャナは、レーザの照射光と反射光により、計測対象物の表面の３次元位置座標（点群データ）を測定する。具体的には、レーザスキャナは、計測対象物とセンサとの間におけるレーザ光の往復時間及びレーザ光の照射角度から計測対象物の表面の３次元位置座標を取得する。この際、レーザスキャナとは別に設けられたカメラ等によって取得した色情報を点群データと合成することで、計測対象物の３次元形状を視認し易くすることができる。
【０００３】
通常、３次元センサによって取得された点群データのデータ量は多いことから、点群データを解析して３次元形状をモデリングする場合、計算量を低減するために点群データのデータ量を削減する処理が行われる。例えば、スキャナ位置を変更して点群データを取得し、各位置における点群データを合成して広範囲の領域の形状を得ようとする場合、取得した点群データの位置合わせ（マッチング処理）を行う必要がある。この場合、マッチング処理における計算量を低減するため、点群データのデータ量を削減することが知られている。マッチング処理のために点群データのデータ量を削減する技術が、例えば、「Ｆａｓｔ  ｒａｎｇｅ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｓｕｂｓａｍｐｌｉｎｇ  ｏｆ  ３Ｄ  ｌａｓｅｒ  ｓｃａｎｎｅｒ  ｐｏｉｎｔｓ  ａｎｄ  ｄａｔａ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｓｃｅｎｅ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ」に記載されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
非特許文献１には、球面座標系においてデータ間隔が一定になるように点群データを削減する技術が記載されている。マッチング処理を行うためには、物体の形状情報が保持されたままで点群データを削減する必要がある。このため、非特許文献１に記載の方法では、データ計測範囲全体に対して削減後の点群データの間隔が、できるだけ一定になるように点群データの数を削減している。
【０００５】
又、点群データのデータ量が多いことから、計測された全ての点群データを他の装置に転送する場合も、多くの時間が必要となる。例えば、遠隔操作端末によって制御される移動型ロボットに３次元スキャナを搭載した場合、移動型ロボット周辺の形状（例えば周辺地形）が点群データとして遠隔操作端末に転送される。遠隔操作端末を操作するユーザは、転送された点群データを加工して生成された形状画像（例えば地形画像）により、移動型ロボットの周辺状況を把握し、移動型ロボットの次の動作を指示することができる。このとき、点群データの転送時間が多くかかる場合、移動型ロボットの次の動作を指示するまでに要する時間が長くなり、ロボットのミッション遂行時間の長大化につながる。このため、遠隔操作される移動型ロボットから操作端末に対して点群データを転送する場合、点群データのデータ量を削減して点群データの転送時間を短縮化することが求められている。特に、移動型ロボットと遠隔操作端末間のデータ伝送路の伝搬環境が悪い場合（例えば伝送容量が小さい場合）、転送する点群データのデータ量を削減することが強く求められている。
【０００６】
更に、遠隔操作を行う際、ロボットの周辺形状に対する視認性を確保する必要がある。このため、視認性を維持しながら、転送する点群データを削減することが求められている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ａｎｔｈｏｎｙ  Ｍａｎｄｏｗ  他３名、「Ｆａｓｔ  ｒａｎｇｅ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｓｕｂｓａｍｐｌｉｎｇ  ｏｆ  ３Ｄ  ｌａｓｅｒ  ｓｃａｎｎｅｒ  ｐｏｉｎｔｓ  ａｎｄ  ｄａｔａ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｓｃｅｎｅ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌｕｍｅ  ３１  Ｉｓｓｕｅ  １１，  Ｐａｇｅｓ  １２３９−１２５０、２０１０年８月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、遠隔操作端末側において点群データによる画像に対する視認性を確保しながら、当該遠隔操作端末側に転送される点群データのデータ量を削減するデータ伝送システム、データ伝送装置、データ伝送方法、及びデータ伝送プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。
【００１０】
本発明によるデータ伝送装置（１００）は、アクチュエータ（１６）、３次元センサ（２）と、データ選定部（１２）、及び通信部（１４）を具備する。アクチュエータ（１６）は、遠隔操作装置（１０１）からの制御信号に応じて動作が制御される。３次元センサ（２）は、３次元座標を含む点群データ（２０）を計測する。データ選定部（１２）は、計測された点群データ（２０）に基づいて転送対象データを選定する。通信部（１４）は、選定された転送対象データを遠隔操作端末（１０１）に送信する。ここで、データ選定部（１２）は、所定の範囲の領域における転送対象データのデータ量の上限を決める。
【００１１】
本発明によるデータ伝送方法は、遠隔操作装置（１０１）からの制御信号に応じて動作が制御されるアクチュエータ（１６）を備える装置よるデータ伝送方法であって、以下のステップを具備する。すなわち、本発明によるデータ伝送方法は、３次元在表を含む点群データを計測するステップと、点群データ（２０）に基づいて、転送対象データを選定するステップと、転送対象データを遠隔操作装置に送信するステップを具備する。ここで、所定の範囲の領域における転送対象データのデータ量の上限が決められる。
【００１２】
本発明によるデータ伝送方法は、記憶媒体に記録されたプログラムをコンピュータによって実行することで実現されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、遠隔操作端末側において点群データによる画像に対する視認性を確保しながら、当該遠隔操作端末側に転送される点群データのデータ量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明によるデータ伝送システムの構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明に係るロボットによって取得される点群データの一例を示す図である。
【図３】図３は、本発明によるデータ伝送システムの構成の詳細の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明に係るロボットによって取得される点群データと計測対象物の概念図である。
【図５】図５は、本発明に係るロボットによって取得される点群データに対して配置されるグリッドの一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明による転送データの削減方法の一例を示す図である。
【図７】図７は、本発明による転送データの削減方法の第１の実施の形態を示す図である。
【図８】図８は、本発明に係るロボットによって取得された点群データの一例を示す図である。
【図９】図９は、本発明による転送データの削減処理において、点群データに対するグリッドの配置例を示す図である。
【図１０】図１０は、第１の実施の形態における転送データの削減方法の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、第１の実施の形態における転送データの削減方法の他の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、第１の実施の形態における転送データのデータ量を削減した後の点群データの一例を示す図である。
【図１３】図１３は、第１の実施の形態における転送データの削減方法の更に他の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、第１の実施の形態における転送データのデータ量を削減した後の点群データの他の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、第２の実施の形態における転送データの削減方法において、点群データが１次元状に分布する場合の転送データ量の削減例を示す図である。
【図１６】図１６は、第２の実施の形態における転送データの削減方法において、点群データが２次元状に分布する場合の転送データ量の削減例を示す図である。
【図１７】図１７は、第２の実施の形態における転送データの削減方法において、点群データが３次元状に分布する場合の転送データ量の削減例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図面において同一、又は類似の参照符号は、同一、類似、又は等価な構成要素を示している。同一の構成を個別に示す場合は参照符号に追番を付して説明する。
【００１６】
（概要）
本発明によるデータ伝送システムは、遠隔操作されるロボットによって取得された点群データを、所定の範囲の領域における点群データに基づいて、当該領域に対応する転送対象データのデータ量の上限を決める。これにより、転送データの粗密を制御することができるため、通信量を削減しながら、計測対象の形状の粗密を任意に選択することができる。例えば、３次元グリッドによって仮想的に覆い、グリッド内の点群データを所定のアルゴリズムに従って削減する。ロボットはデータ量が削減された点群データを遠隔操作端末に送信する。遠隔操作端末は、点群データに基づいてロボットの周辺形状画像を作成し、視認可能に出力する。ユーザは、出力された周辺形状画像を見ながら、遠隔操作端末を操作することでロボットの動作を制御する。
【００１７】
（構成）
図１及び図２を参照して、本発明によるデータ伝送システム１００の構成の一例を説明する。図１は、本発明によるデータ伝送システム１００の構成の一例を示す図である。図２は、本発明によるデータ伝送システム１００の構成の詳細の一例を示す図である。
【００１８】
図１を参照して、本発明によるデータ伝送システム１００は、遠隔操作端末１０１及びロボット１０を具備する。ロボット１０は、遠隔操作端末１０１からの指示（制御信号）に応じて移動、又は、後述する腕部４（マニピュレータ）の動作が制御される。例えば、ロボット１０は、遠隔操作端末１０１からの指示により、「目標物９０近傍まで移動し、目標物９０を現在位置から他の位置に移動する」というオペレーションを実行する。この際、ロボット１０は、３次元センサ２によって取得した周辺領域の点群データ２０を遠隔操作端末１０１に送信する。ユーザは、点群データ２０に基づいて作成されたロボット１０の周辺における表面形状画像を確認しながら、遠隔操作端末１０１を操作することにより、ロボット１０に次の動作を指示する。
【００１９】
以下、図１及び図２を参照して、データ伝送システム１００の構成の詳細を説明する。
【００２０】
遠隔操作端末１０１は、出力装置１０２、入力装置１０３、伝送装置１０４に接続される。遠隔操作端末１０１はコンピュータ装置に例示され、図示しないＣＰＵ及び記憶装置を具備する。遠隔操作端末１０１は、ロボット１０の動作を制御するとともに、ロボット１０から送信される点群データ２０に基づいて計測対象の表面形状を画像化し、出力装置１０２に視認可能に出力する。遠隔操作端末１０１の構成の詳細は後述する。出力装置１０２は、モニタやプリンタに例示され、遠隔操作端末１０１から出力される画像情報を視認可能に出力する。入力装置１０３は、キーボード、タッチパネル、マウス、又はジョイスティック等に例示され、ユーザによって操作されることで各種情報を遠隔操作端末１０１に入力するインタフェース装置である。伝送装置１０４は、遠隔操作端末１０１とロボット１０（伝送装置１）との間のデータや信号の伝送を制御する通信インタフェース装置である。詳細には、伝送装置１０４は、無線回線又は有線回線のいずれか、又は両方の回線により、ロボット１０に搭載された伝送装置１との間に伝送路を構築し、遠隔操作端末１０１とロボット１０との間のデータ伝送を制御する。
【００２１】
尚、遠隔操作端末１０１、出力装置１０２、入力装置１０３、伝送装置１０４は、図１に示すように、それぞれ個別の装置として設けられてもよいが、全て又はいずれかが一体として設けられてもよい。例えば、出力装置１０２及び入力装置１０３を一体とした形態は、タッチパネルにより実現できる。又、遠隔操作端末１０１と伝送装置１０４を一体とした形態は、通信機能付きのコンピュータ装置によって実現できる。更に、遠隔操作端末１０１、出力装置１０２、入力装置１０３、伝送装置１０４の全てが搭載された形態として、タッチパネル式の携帯電話（俗にスマートフォンと称す）や通信機能付きのＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）によって実現できる。
【００２２】
ロボット１０は、伝送装置１、３次元センサ２、脚部３、腕部４を備える。ロボット１０は、３次元センサ２によって計測した点群データ２０のデータ量を所定のアルゴリズムに従って削減してから遠隔操作端末１０１に転送するデータ伝送装置として機能する。
【００２３】
伝送装置１は、ロボット１０と遠隔操作端末１０１との間のデータや信号の伝送を制御するインタフェース装置である。詳細には、伝送装置１は、無線回線又は有線回線のいずれか、又は両方の回線により、遠隔操作端末１０１に接続された伝送装置１０４との間に伝送路を構築し、ロボット１０と遠隔操作端末１０１との間のデータ伝送を制御する。
【００２４】
３次元センサ２は、レーザスキャナやステレオカメラに例示され、ロボット１０周辺における計測対象物の表面の３次元位置座標を点群データ２０（ポイントクラウドとも称す）として取得する。例えば、３次元センサ２として利用し得るレーザスキャナは、三角法方式、タイム・オブ・フライト方式、位相差方式（フェイズ・シフト）のいずれかの方式によって点群データ２０を計測する。
【００２５】
図２を参照して、３次元センサ２による点群データ２０の計測範囲（走査範囲）の一例を説明する。ここで、３次元センサ２の計測位置を原点Ｏｓとし、計測した点群データ２０の座標系を（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）とする。３次元センサ２は、レーザを、その照射角が原点Ｏｓを中心に方位角θ、仰俯角φの範囲で走査し、この範囲内の計測対象物からの反射光に基づいて、当該対象物の表面の３次元座標を点群データ２０として計測する。ロボット１０は、脚部３によって移動し複数の位置において点群データ２０の計測を行い、計測した点群データ２０をマッチング合成することで、所望の範囲の点群データ２０を取得することができる。
【００２６】
図１を参照して、脚部３は、後述するアクチュエータ１６によって駆動され、ロボット１０を任意の位置に移動させる移動手段である。本実施例では脚部３として関節及びリンクを有する脚を一例に説明するが、モータやエンジンによって回転する回転体（例えば車輪）が脚部３としてロボット１０に搭載されてもよい。脚部３における脚の数、形状、関節数（リンク数）は、図示した数や形状に限定されず任意に設定できる。腕部４は、後述するアクチュエータ１６によって駆動され、関節、リンク及びエンドエフェクタ４０１を有するマニピュレータ（アームとも称す）に例示される。エンドエフェクタ４０１は、通常、腕部４の先端に設けられ、対象物に対し物理的な作用（力学的作用、電磁気的作用、熱力学的作用）を与える機構を有することが好ましい。具体的には、エンドエフェクタ４０１は、対象物を把持、塗装、溶接、電磁気的センサ、各種計測機器等に例示される。本一例における腕部４には、対象物を把持（ハンドリング）するロボットハンドがエンドエフェクタ４０１として設けられている。腕部４における腕の数、形状、関節数（リンク数）、エンドエフェクタ４０１の構造は、図示した数や形状に限定されず任意に設定できる。
【００２７】
図３を参照して、本発明による遠隔操作端末１０１及びロボット１０の構成の詳細を説明する。遠隔操作端末１０１では、図示しない記憶装置に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、通信部２０１、表示部２０２、及び制御部２０３の各機能が実現される。通信部２０１、表示部２０２、及び制御部２０３の各機能は、ハードウェアのみ、又はソフトウェアとハードウェアの連携によって実現されても構わない。
【００２８】
通信部２０１は、図１に示す伝送装置１０４を制御してロボット１０における伝送装置１との間の通信を制御する。詳細には、通信部２０１は、制御部２０３からの制御信号を、伝送装置１０４を介してロボット１０における伝送装置１に転送する。あるいは、ロボット１０から転送された点群データ２０を表示部２０２に出力する。表示部２０２は、出力装置１０２に表示させる画像情報を生成する。詳細には、表示部２０２は、通信部２０１から入力された点群データ２０を利用して、計測対象物の表面形状を表示するための画像情報を作成し、出力装置１０２に出力する。例えば、表示部２０２は、点群データ２０に対してエッジ検出、ノイズ除去による平滑化、法線抽出等の処理を経て、計測対象物の表面形状を表示するための画像情報を算出する。制御部２０３は、入力装置１０３からの入力信号に応じた制御信号を生成し、通信部２０１に出力する。ロボット１０は、制御部２０３から出力された制御信号に応じて、例えば、脚部３や腕部４の運動や、点群データ２０の取得動作が制御される。
【００２９】
ロボット１０は、図示しないＣＰＵや記憶装置を具備する。ロボット１０では、図示しない記憶装置に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、点群座標算出部１１、データ選定部１２、認識部１３、通信部１４、及びコントローラ１５の各機能が実現される。点群座標算出部１１、データ選定部１２、認識部１３、通信部１４、及びコントローラ１５の各機能は、ハードウェアのみ、又はソフトウェアとハードウェアの連携によって実現されても構わない。
【００３０】
点群座標算出部１１は、３次元センサ２によって測定された、計測対象物と当該センサとの間の時間及び照射角度（反射角度）を用いて、測定点の３次元位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を点群データ２０として算出する。又、点群座標算出部１１は、複数の位置において３次元センサ２よって得られた点群データ２０をそれぞれの位置座標に応じてマッチングし、計測領域全体の点群データ２０として抽出することが好ましい。点群座標算出部１１によって算出された点群データ２０は、データ選定部１２に出力される。ここで、ロボット１０は、３次元センサ２の他に、ロボット周辺の地形や対象物の形状の視認性を高めるための色情報（ＲＧＢ）を取得するＣＣＤカメラを搭載しても構わない。この場合、点群座標算出部１１は、点群データ２０と色情報とを合成（カラーマッチング）しても構わない。しかし、遠隔操作端末１０１へのデータ伝送量を低減するため、あるいは、ロボット１０における計算量を低減するため、点群データ２０と色情報は異なるタイミングで遠隔操作端末１０１に送信され、遠隔操作端末１０１においてカラーマッチングされてもよい。
【００３１】
データ選定部１２は、点群座標算出部１１によって得られた点群データ２０から、遠隔操作端末１０１に転送する点群データ２０の選定を行う。この際、データ選定部１２は、所定の領域を設定し、当該領域における転送データのデータ量の上限を決めることが好ましい。
【００３２】
データ選定部１２は、点群座標算出部１１から取得した点群データ２０が分布する仮想空間上にグリッド３０を配置し、グリッド３０内に登録される点群データ２０の数を所定のアルゴリズムに従って削減する（選定処理）。データ選定部１２は、グリッド３０内に登録された点群データ２０を転送対象の点群データ２０として通信部１４に出力する。データ選定部１２は、グリッド３０に登録した転送対象の点群データ２０を、他の点群データ２０に優先して先に転送する点群データ２０として選定してもよい。この場合、選定処理において選定されなかった点群データ２０を転送の優先度が低いデータとして通信部１４に出力してもよい。データ選定部１２によって選定された点群データ２０や、選定される前の点群データ２０は、図示しない記憶装置に記録されることが好ましい。データ選定部１２におけるデータ選定処理動作の詳細は後述する。
【００３３】
又、データ選定部１２は、所定の領域内の点群データ２０を解析し、解析結果に応じたデータを転送対象データとして選定してもよい。点群データ２０の解析結果に応じた転送対象データの選定方法の詳細は後述する。
【００３４】
データ選定部１２は、点群座標算出部１１から取得した点群データ２０の全て（選定前の点群データ２０）を、認識部１３に出力することが好ましい。ただし、データ選定部１２は、転送対象データとして選定した点群データ２０を認識部１３に出力しても構わない。
【００３５】
認識部１３は、点群データ２０を解析し、３次元センサ２によって計測された領域（解析対象の点群データ２０が分布する領域）における計測対象物の表面形状を割出し、計測対象物の表面形状をコントローラ１５が認識可能な情報として出力する。この情報は、図示しない記憶装置に記録されることが好ましい。ここで得られる表面形状の情報は、例えば、計測領域内の周辺地形や目標物９０の詳細な位置座標を示す情報を含む。
【００３６】
コントローラ１５は、通信部１４を介して遠隔操作端末１０１から入力された制御信号に基づいた動作指令信号によりアクチュエータ１６の動作を制御する。詳細には、コントローラ１５は、脚部３や腕部４を所望の位置に移動させるための制御信号（例えば、目標位置や目標姿勢に関する情報）を遠隔操作端末１０１から受信する。コントローラ１５は、制御信号に基づき、脚部３や腕部４が遠隔操作端末１０１から指示された位置及び姿勢となるようにアクチュエータ１６を制御する。この際、認識部１３から出力された計測対象物の表面座標や、脚部３や腕部４におけるリンクやエンドエフェクタ４０１、４０２の位置座標を利用して、アクチュエータ１６の動作量や動作方向を補正することが好ましい。
【００３７】
コントローラ１５は、認識部１３から出力された計測対象物の表面座標や、脚部３や腕部４におけるリンクやエンドエフェクタ４０１、４０２の位置座標を利用して、自律的にアクチュエータ１６の動作量や動作方向を決定し、ロボット１０の動作を制御してもよい。この際、コントローラ１５は、動作精度の向上や移動経路の詳細な解析を行うため、転送対象として選定された点群データ２０ではなく、認識部１３において算出された詳細な表面形状の情報を利用することが好ましい。
【００３８】
アクチュエータ１６は、サーボモータ、動力シリンダ、リニアアクチュエータ、ラバーアクチュエータ等に例示され、コントローラ１５からの動作指令信号に応じて脚部３や腕部４の機械的挙動を制御する。アクチュエータ１６は、脚部３や腕部４に対して間接的に駆動してもよいし、直接的に駆動してもよい。すなわち、アクチュエータ１６と脚部３又は腕部４は異なる構成でもよいが、脚部３や腕部４の一部（例えば関節部）に搭載されてもよい。又、脚部３が車輪に例示される回転体である場合、アクチュエータ１６としてモータやエンジンが適用される。
【００３９】
（転送データ量削減方法）
図４から図１７を参照して、本発明によるデータ伝送システム１００における転送データ量の削減方法の詳細を説明する。先ず図４から図６を参照して、本発明によるデータ量削減方法の基本形態を説明する。
【００４０】
図４は、本発明に係るロボット１０によって取得される点群データ２０と計測対象物の概念図である。図４を参照して、本願発明に係るロボット１０は、３次元センサ２によって計測対象物の点群データ２０を取得する。計測対象物は、３次元センサ２による走査範囲にあるレーザ光を反射する要素であり、走査範囲内における周辺地形や目標物９０を含む。複数の位置において計測された点群データ２０を合成して広範囲の点群データ２０を取得する場合、点群データ２０は直交座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）で示されることが好ましい。例えば、図２に示すように測定点Ｏｓにおいて計測された点群データ２０が極座標で示される場合、直交座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）に変更されることが好ましい。又、点群データ２０が属するスキャン座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）は、ロボット１０、脚部３及び腕部４の位置座標と同じ絶対座標系であることが好ましい。
【００４１】
図５は、本発明に係るロボット１０によって取得される点群データ２０に対して配置されるグリッド３０の一例を示す図である。図５を参照して、グリッド３０は、仮想視線の方向Ｙｇ（以下、視線方向Ｙｇと称す）、及び視線方向Ｙｇに直交する方向Ｘｇ、Ｚｇに延びる直線によって囲まれた複数のセル３１（１，１，１）〜（Ｘｌ，Ｙｍ，Ｚｎ）によって形成される（ｌ、ｍ、ｎは２以上の自然数）。グリッド３０の視線方向Ｙｇは、点群データ２０のスキャン座標系（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）とは独立して任意に設定し得る。又、グリッド３０の向き（視線方向Ｙｇ）や、セル３１の大きさ、数、位置、あるいはグリッド３０全体の大きさは、遠隔操作端末１０１によって設定されることが好ましいが、ロボット１０に予め設定されていても構わない。
【００４２】
本発明によるロボット１０は、グリッド３０を利用したフィルタリングによって転送対象となる点群データ２０のデータ量を削減し、削減後の点群データ２０を遠隔操作端末１０１に転送する。例えば、ロボット１０（データ選定部１２）は、セル３１内の点群データの数を所定の値に制限し、所定数を越える点群データ２０を転送対象から除外、又は転送順の優先度を低くする。これにより、近接した複数の点群データ２０の転送を所定数以内に制限できる。図６は、本発明によるグリッド３０を利用した転送データの削減方法の一例を示す図である。図６を参照して、セル３１内に転送データとして登録される点群データ数の上限を１つとしたときの転送データの削減方法について説明する。図６（ａ）に示されるように、仮想的に配置されたセル３１（ｉ，ｊ，ｋ）内に３つの点群データ２０−１、２０−２、２０−３が含まれている場合、データ選定部１２は、図６（ｂ）に示すように、点群データ２０−１のみを転送対象の点群データとしてセル３１（ｉ，ｊ，ｋ）内に登録し、他の点群データ２０−２、２０−３を転送対象から除外する（登録しない）（ただし、１≦ｉ≦ｌ（エル）、１≦ｊ≦ｍ、１≦ｋ≦ｍ）。ここで、セル３１のサイズが１ｃｍである場合、１ｃｍ四方に複数の点群データの１つを転送対象とし、他の点群データを転送対象から除外することができる。
【００４３】
尚、転送対象から除外された点群データ２０−２、２０−３は、先に選定された点群データ２０−１の転送後に遠隔操作端末１０１に転送されるデータとして選定（登録）されても構わない。この場合、データ量の多い点群データ２０を所定のデータ量毎に分割して遠隔操作端末１０１に転送することが可能となる。
【００４４】
セル３１内において転送対象として選定（登録）される順番は、任意に設定し得る。例えば、３次元センサ２の走査順に選定される。この場合、セル３１内において３次元センサ２の走査方向の上流側の点群データ２０が優先して転送対象として選定される。具体的には、点群データ２０−１、２０−２、２０―３の順で計測され、転送対象の上限が２の場合、点群データ２０−１、２０−２が転送対象として選定される。
【００４５】
以上のように、本発明によるデータ伝送システム１００では、視線方向Ｙｇを基準としたグリッド３０を利用して、遠隔操作端末１０１へ転送されるデータ量を削減することができる。尚、グリッド３０（セル３１）の形状は立方体や直方体に限らず多面体でも構わない。又、セル３１の大きさは、グリッド３０内で均一ではなく場所に応じて異なる大きさでも構わない。セル３１のサイズは、所定の領域内のセル３１に対し八分木法を適用することで変更できる。この場合、計測対象のエッジ付近のセルサイズは小さく、エッジから離れた領域のセルサイズは大きく設定することができる。あるいは、後述するように、指定した領域や、重要点の近傍領域におけるセル３１のサイズを他のセル３１よりも小さくしてもよい。更に、グリッド３０は視線方向Ｙｇを基準として配置されることが好ましいが、他の方向を基準に配置されても構わない。
【００４６】
第１の実施の形態
図７から図１４を参照して、データ伝送システム１００における転送データの削減方法の第１の実施の形態について説明する。第１実施の形態では、セル３１内における点群データの転送率を、セル３１の位置によって変化させている。すなわち、セル３１の位置によって、点群データ２０が大きく間引かれる領域と、小さく間引かれるセル領域が設定される。この結果、データ転送量を削減しながら、遠隔操作に影響する重要な領域を詳細に表示させることが可能となる。ここで、セル３１における点群データ２０の転送率とは、セル３１内の点群データの数を等しくしたときの、セル３１内における全ての点群データのデータ量に対する、転送対象として選定されたデータ（点群データとは限らない）のデータ量の割合を示す。すなわち、転送率とは、セル３１内の点群データの総データ量に対する、転送データのデータ量の割合をセル毎に規格化した値を示す。
【００４７】
図７は、第１の実施の形態における転送データの削減方法の一例を示す図である。図７を参照して、本実施の形態では、重要点３２から所定の距離の範囲によって示される領域３３（第１領域とも称す）内における転送データの転送率が他の領域３４（第２領域とも称す）に比べて大きくなるように設定される。転送データの転送率が大きい領域３３を決める重要点３２は、オペレーション精度を向上させるため、エンドエフェクタ４０１（手先）やエンドエフェクタ４０２（足先）における任意の点（又はその近傍の点）が設定されることが好ましい。例えば、腕部４のエンドエフェクタ４０１における所定の位置座標を重要点３２に設定することで、ロボット１０が把持している、あるいは把持を予定している目標物９０やエンドエフェクタ４０１の周辺の領域についての詳細な状況を遠隔操作端末１０１に送信可能となる。あるいは、脚部３のエンドエフェクタ４０２における所定の座標を重要点３２に設定することで、ロボット１０に対する歩行制御を詳細に指示することが可能となる。又、他の領域については、転送率を小さくすることで転送データの総量を低減することが可能となる。
【００４８】
領域３３は、重要点３２を基準に決められれば、どのような形状でもよく、例えば重要点３２からの距離が一定の範囲が好適である。転送データの転送率を小さくする領域３４は、点群データ２０が分布する領域において領域３３以外の領域が好適に設定される。又、領域３４は、重要点３２からの距離に応じて段階的に転送データの転送率が小さくなってもよい。例えば、点群データ２０が分布する領域を複数の領域に分割し、それぞれ重要点３２からの距離に応じて（例えば比例して）転送データの転送率を小さくしてもよい。更に、領域３３、３４は複数設定されても構わない。この場合、それぞれが包含するセル３１に対して転送データとして登録される上限や、転送率は任意に設定され得る。又、領域３３、３４を決める条件は上述の方法に限らず任意に設定できる。例えば、所定の座標条件の複数のセル３１を領域３３、他の座標条件の複数のセル３１を領域３４としてもよい。重要点３２、領域３３、領域３４のそれぞれは、遠隔操作端末１０１から指定することができる。又、ロボット１０が、遠隔操作端末１０１によって指定された重要点３２に基づいて、領域３３、領域３４を自動計算してもよい。この場合、領域３３、３４を決めるための重要点３２からの距離等のパラメータは、予めロボット１０に設定されていることが好ましい。
【００４９】
領域３３、３４毎に設定される点群データ２０の転送率は、セル３１のサイズを変更することや、セル３１内に転送対象として登録される点群データの上限を変更することで可能となる。図８から図１４を参照して、グリッド３０を利用した転送データの転送率の変更例を説明する。実際には３次元座標である点群データ２０が転送対象から除外されるが、以下では、説明の簡単化のため点群データ２０及びグリッド３０を２次元的に表示して説明する。図８は、本発明に係るロボット１０によって計測された点群データ２０の一例を示す図である。
【００５０】
先ず、図９に示すように、点群データ２０が分布している仮想空間上に、グリッド３０が配置される。この際、仮想視点３５、グリッド３０の配置位置や形状、視線方向Ｙｇ、セル３１の大きさ（グリッド間隔）は、遠隔操作端末１０１によって指定されることが好ましい。尚、仮想視点３５、グリッド３０の配置位置や形状、視線方向Ｙｇ、セル３１の大きさ（グリッド間隔）、数、配置のいずれかは、予めロボット１０に設定され、これを利用してグリッド３０が配置されても構わない。
【００５１】
図１０に示す一例では、図９に示すグリッド３０において、重要点３２周辺の領域３３のグリッドサイズ（セル３１のサイズ）が他の領域３４よりも小さくなるように設定される。例えば、重要点３２を中心に半径ｒ１の領域３３におけるセル３１−１のサイズが、他の領域３４のセル３１−２のサイズの半分に設定される。ここで、全てのセル３１内の点群データ２０の上限を等しい値（例えば１つ）に制限した場合、セルサイズの小さな領域３３における点群データ２０の転送率は、他の領域３４よりも大きくなる。換言すると、セルサイズの大きな領域３４において転送対象として除外される点群データ２０は、領域３３よりも多くなる。これにより、領域３３において転送対象となる点群データ２０のデータ密度は、他の領域３４における転送対象データのデータ密度よりも高くなる。
【００５２】
又、図１１に示すように、領域３３と領域３４のセル３１のサイズを変更せず（等しくし）、セル３１内のデータ数の上限を領域（場所）に応じて変更することで、点群データの転送率を変更してもよい。図１１に示す一例では、重要点３２を中心に半径ｒ１の領域３３におけるセル３１−１における点群データ２０の転送率を１００％（転送対象となる点群データ数の上限なし）とし、他の領域３４のセル３１−２の上限を１としている。このような方法によっても、領域３３における点群データ２０の転送率を他の領域３４よりも大きくすることができ、領域３３において転送対象となる点群データ２０のデータ密度を、他の領域３４における転送対象データのデータ密度よりも高くすることができる。
【００５３】
尚、図１０及び図１１に示すように、グリッド３０が配置されていない領域における点群データ２０は、全て転送対象から除外（又は送信順の優先度が低く設定）されることが好ましい。
【００５４】
以上のように、本実施の形態におけるデータ伝送システム１００では、領域３３、３４毎にセル３１内の点群データの上限が決められるため、所定の位置における点群データ２０の粗密を任意に変更しながら、データ通信量を低減することができる。
【００５５】
図１２は、図１０又は図１１に示す方法により転送対象として選定された点群データ２０を示す図である。図１２に示すように、領域３３、３４における転送データに密度差が生じるため、遠隔操作端末１０１は、エンドエフェクタ４０１周辺の領域については詳細に、その他の領域は簡略化された画像を得ることが可能となる。
【００５６】
図１０から図１２に示す一例では、重要点３２によって決まる領域３３のデータ転送率を大きくする方法について説明したが、これに限らず、仮想視点３５や視線方向Ｙｇに応じて、セル３１において転送対象とする点群データの上限や、転送率を決めてもよい。
【００５７】
以下、図９、図１３及び図１４を参照して、仮想視点３５や視線方向Ｙｇに応じて転送対象データを選定する方法について具体例を説明する。
【００５８】
先ず、図９に示すように、点群データ２０が分布している仮想空間上に、グリッド３０が配置される。この際、仮想視点３５、グリッド３０の配置位置や形状、視線方向Ｙｇ、セル３１の大きさ（グリッド間隔）、数、又は位置が、遠隔操作端末１０１によって指定される。
【００５９】
図１３を参照して、仮想視点３５側から視線方向Ｙｇに見える点群データ２０が位置するセル３１−３（第１領域とも称す）内の点群データ２０のみが転送対象として登録され、他のセル３１−４（第２領域とも称す）内の点群データが転送対象から除外される。詳細には、視線方向Ｙｇのセル列（セル３１（ｉ、１、ｋ）〜セル３１（ｉ、Ｙｍ、ｋ））において、点群データ２０を包含するセル３１のうち、仮想視点３５側に最も近いセル３１が、視線方向Ｙｇについてｈ番目のセル３１−３（ｉ、ｈ、ｋ）である場合、セル３１−３（ｉ、ｈ、ｋ）の点群データ２０が転送対象として登録され、他のセル３１−４（ｉ、ｈ＋１、ｋ）〜セル３１−４（ｉ、ｈ＋Ｙｍ、ｋ）の点群データ２０は、転送対象から除外される（ただし、１≦ｈ≦Ｙｍ−１）。又、点群データ２０を包含するセル３１のうち仮想視点３５側に最も近いセル３１−３が、視線方向Ｙｇのセル列（セル３１（ｉ、１、ｋ）〜セル３１（ｉ、Ｙｍ、ｋ））においてＹｍ番目のセル３１である場合、セル３１−３（ｉ、Ｙｍ、ｋ）の点群データ２０が転送対象として登録される。
【００６０】
図１４は、図１３に示す方法により転送データ量が削減され、転送対象として選定された点群データ２０を示す図である。図１４に示すように、仮想視点３５から視線方向Ｙｇを見たときの表面形状のみが遠隔操作端末１０１への転送対象となり、その視線方向Ｙｇ奥側の点群データ２０は転送対象から除外される。
【００６１】
本実施例では、仮想視点３５側から視線方向Ｙｇを見たときの表面形状のみが、遠隔操作端末１０１に転送されるため、遠隔操作端末１０１は、図１４に示すように奥行方向に重なる点群データ２０を省いた見易い画像を表示することができる。又、転送データから奥行き方向に重なる点群データ２０の全てが除外されるため、図１０や図１１に示す方法に比べてデータ通信量を更に削減することができる。本実施例では、仮想視点３５側から見た奥側のセル３１−４の点群データ２０の全てが転送対象から除外されたが、これに限らず、セル３１−４内の点群データ２０のうち、所定の数の点群データ２０は、転送対象として登録されても構わない。換言すると、本一例では、所定の領域（セル３１−４）の上限が０に設定されているが、この上限は任意に設定し得る。この場合、上述の方法によって転送データが選定されることが好ましい。更に、転送データを更に削減するため、セル３１−３に対し、上述の方法により転送データが選定されても構わない。ただし、セル３１−３内の点群データ２０の上限は、セル３１−２の上限よりも多くなるように設定される。
【００６２】
点群データの転送率を小さくする領域３４やセル３１−４、転送率を大きくする（削減しない場合も含む）領域３３やセル３１−３の設定方法は、上述の例に限らず、セル位置を規定する所定の条件に応じて決めてもよい。例えば、視線方向Ｙｇにおいて仮想視点３５から所定の距離よりも遠方の領域を領域３４に設定し、近い領域を領域３３に設定してもよい。あるいは、セル位置（座標）を指定する条件に応じて転送率の大きなセル３１と転送率の小さなセル３１が設定されてもよい。一例として、Ｘｇ座標、Ｙｇ座標、Ｚｇ座標が偶数のセル３１を転送率の大きなセル３１、奇数のセル３１を転送率の小さなセル３１として設定される。ここで、領域３３、３４を決定する所定の距離やセル位置を指定する座標条件は、ロボット１０に予め設定されていてもよいし、遠隔操作端末１０１から指定されてもよい。
【００６３】
第２の実施の形態
第２の実施の形態におけるロボット１０は、点群データ２０から予測された計測対象物の形状に応じて遠隔操作端末１０１に転送するデータを決定する。第２の実施の形態における遠隔操作端末１０１の表示部２０２は、ロボット１０から転送されたデータに基づいて点群データを生成し、これを用いて計測対象物の表面形状を表示する。以下、データ伝送システム１００における転送データの削減方法の第２の実施の形態について説明する。
【００６４】
本実施の形態におけるデータ伝送システム１００は、「計測対象物の局所的な形状」に応じて転送データの削減率を変更する。ここで、「計測対象物の局所的な形状」とは、所定の範囲内における点群データに対する主成分分析によって得られる３つの固有値の大きさによって分類できる。ここで固有値を大きい順にｄ１、ｄ２、ｄ３とすると、計測対象物の局所的な形状を、下記のパタン１からパタン５のように分類できる。
【００６５】
ｄ１≒ｄ２≒ｄ３≒０  ：  ０次元的な広がりを持つ点構造・・・パタン１
ｄ１＞＞ｄ２≒ｄ３≒０  ：  １次元的な広がりを持つ線状構造・・・パタン２
ｄ１＞ｄ２＞＞ｄ３≒０  ：  ２次元的な広がりを持つ平面構造・・・パタン３
ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞＞０  ：  ３次元的な広がりを持つ立体構造・・・パタン４
その他：パタン５
【００６６】
図１５から図１７を参照して、計測対象物の局所的な形状の分類方法及び転送データ量の削減方法について、詳細に説明する。
【００６７】
図１５（ａ）、図１６（ａ）、図１７を参照して、ロボット１０のデータ選定部１２は、計測された点群データ２０の１つを基準点５１として設定し、基準点５１に応じた範囲を解析領域５２として設定する。解析領域５２は、例えば基準点５１を中心とした半径ｒ２の球形領域が好適に設定される。基準点５１は少なくとも１つランダムに決めてよい。又、解析領域５２を決める基準点５１からの距離（例えば半径ｒ２）は、固定値が設定されることが好ましい。基準点５１が複数設定される場合、隣接する基準点５１の間隔は、解析領域５２が重ならない長さ（例えば半径ｒ２以上）であることが好ましい。
【００６８】
データ選定部１２は、解析領域５２内における点群データ２０（位置座標）に対して主成分分析し、固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３及びこれらに対応する固有ベクトルｅ１、ｅ２、ｅ３を求める。詳細には、解析領域５２内の点群データ２０が示す位置座標から求められた共分散行列を固有値分解し、固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３及びこれらに対応する固有ベクトルｅ１、ｅ２、ｅ３が求められる。ここで、データ選定部１２は、固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３の大きさに応じて解析領域５２内の形状をパタン１〜パタン５のいずれかに分類する。データ選定部１２は、分類したパタンに応じて転送するデータを選定する。このとき、パタン２、３に分類された場合、データ選定部１２は、解析領域５２内の点群データ２０に替えて、解析領域５２に対する解析結果を形状再現データとして遠隔操作端末１０１に送信する。遠隔操作端末１０１は、形状再現データに基づいた範囲内に所定の間隔で分布する点群データを配置し、計測対象形状画像を生成、表示する。
【００６９】
点群データ２０がほぼ１点に集まっている場合、すなわち点群データ２０が０次元的な広がりを持つ構造を示す場合、固有値は、ｄ１≒ｄ２≒ｄ３≒０となりパタン１に分類される。すなわち、固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３の全てが所定の第１の値より小さく０に近似する場合（０も含む）、パタン１に分類される。例えば、点状の物体や点数が１点しかない場合、パタン１に分類される。データ選定部１２は、パタン１に分類された解析領域５２内の点群データ２０の全てを転送対象から除外する（転送率は０％）。すなわち、パタン１に分類された解析領域５２内の点群データ２０は全て遠隔操作端末１０１に転送されない。この領域については、ロボット１０の行動に影響する地形や障害物がないと判断できるため、遠隔操作端末１０１に点群データ２０を送信する必要はない。
【００７０】
点群データ２０が図１５（ａ）に示されるように１次元的な広がりを持つ構造を示す場合、固有値は、ｄ１＞＞ｄ２≒ｄ３≒０となりパタン２に分類される。すなわち、固有値ｄ２、ｄ３が所定の第２の値より小さく０に近似し（０も含む）、固有値ｄ１の値が、ｄ２及びｄ３に比べて所定の第３の値よりも大きい場合、パタン２に分類される。データ選定部１２は、パタン２として分類された解析領域５２内の点群データ２０に替えて、形状再現データを遠隔操作端末１０１に対する転送対象として選定する。例えば、図１５（ａ）を参照して、パタン２として分類された解析領域５２内における点群データ２０（３次元座標Ａ１〜Ａｉ）の平均座標６０（３次元座標Ａａ）と、固有値ｄ１に対応した固有ベクトルｅ１と、固有値ｄ１が、形状再現データとして遠隔操作端末１０１に送信される。ここで平均座標６０は、点群データ２０の分布領域の中心座標を意味する。又、固有ベクトルｅ１は、点群データ２０の分布範囲の広がる方向を意味し、固有値ｄ１は、固有ベクトルｅ１方向における点群データ２０の分布範囲の大きさを意味する。パタン２に分類された領域については、点群データの替わりにデータ量の小さな形状再現データが送信されるため、データ通信量を大きく削減することができる（転送率小）。
【００７１】
図１５（ｂ）を参照して、遠隔操作端末１０１の表示部２０２は、平均座標６０を中心に、固有ベクトルｅ１の方向に対し固有値ｄ１に基づいた大きさだけ広がる領域を点群データの分布領域として設定し、当該分布領域に所定の間隔で配置した点群データを生成して表示する。例えば、表示部２０２は、固有ベクトルｅ１の方向に、平均座標６０から固有値ｄ１の±３倍の範囲（±３ｄ１×固有ベクトルｅ１）の線状領域を点群データの分布領域とし、当該領域に所定の間隔で点群データを配置して表示する。ここで、再現される点群データの間隔は、予め設定されても、ユーザが操作する入力装置１０３によって指定されてもどちらでもよい。又、表示部２０２は、生成した点群データに基づいて、計測対象物の表面形状を生成して表示してもよい。
【００７２】
点群データ２０が図１６（ａ）に示されるように２次元的な広がりを持つ構造を示す場合、固有値は、ｄ１＞ｄ２＞＞ｄ３≒０となりパタン３に分類される。すなわち、固有値ｄ３のみが所定の第４の値より小さく０に近似し（０も含む）、固有値ｄ１、ｄ２の値が、ｄ３に比べて所定の第５の値よりも大きく、固有値ｄ１の値がｄ２よりも大きい場合、パタン３に分類される。データ選定部１２は、パタン３として分類された解析領域５２内の点群データ２０に替えて形状再現データを遠隔操作端末１０１に送信する。例えば、図１６（ａ）を参照して、パタン３として分類された解析領域５２内における点群データ２０（３次元座標Ａ１〜Ａｉ）の平均座標６０（３次元座標Ａａ）、固有値ｄ１に対応した固有ベクトルｅ１、固有値ｄ２に対応した固有ベクトルｅ２、固有値ｄ１、ｄ２が、形状再現データとして遠隔操作端末１０１に送信される。ここで平均座標６０は、点群データ２０の分布領域の中心座標を意味する。又、固有ベクトルｅ１、ｅ２は、点群データ２０の分布範囲の広がる方向を意味し、固有値ｄ１は、固有ベクトルｅ１方向における点群データ２０の分布範囲の大きさを意味し、固有値ｄ２は、固有ベクトルｅ２方向における点群データ２０の分布範囲の大きさを意味する。パタン３に分類された領域については、点群データの替わりにデータ量の小さな形状再現データが送信されるため、データ通信量を大きく削減することができる（転送率小）。
【００７３】
図１６（ｂ）を参照して、遠隔操作端末１０１の表示部２０２は、平均座標６０を中心に、固有ベクトルｅ１の方向に対し固有値ｄ１に基づいた大きさだけ広がるとともに、固有ベクトルｅ２の方向に対し固有値ｄ２に基づいた大きさだけ広がる領域を点群データの分布領域として設定し、当該分布領域に所定の間隔で配置した点群データを生成して表示する。例えば、表示部２０２は、固有ベクトルｅ１の方向に、平均座標６０から固有値ｄ１の±３倍の範囲（±３ｄ１×固有ベクトルｅ１）と、固有ベクトルｅ２の方向に、平均座標６０から固有値ｄ１の±３倍の範囲（±３ｄ１×固有ベクトルｅ１）に囲まれた平面領域を点群データの分布領域とし、当該領域に所定の間隔で点群データを配置して表示する。ここで、点群データの間隔は、予め設定されても、ユーザが操作する入力装置１０３によって指定されてもどちらでもよい。又、表示部２０２は、生成した点群データに基づいて、計測対象物の表面形状を生成して表示してもよい。
【００７４】
図１７を参照して、点群データ２０が３次元的な広がりを持つ構造を示す場合、固有値は、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞＞０となりパタン４に分類される。すなわち、固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３の全てが０に比べて所定の第６の値よりも大きく、固有値ｄ３よりもｄ２、固有値ｄ２よりもｄ１が大きい場合、パタン３に分類される。遠隔操作端末１０１を操作するユーザにとって、立体的な形状を詳細に確認する要求が高いため、パタン４に分類された解析領域５２内の点群データ２０については、全て転送対象として選定されることが好ましい（転送率１００％）。あるいは、パタン４に分類された解析領域５２内の点群データ２０については、上述のグリッド３０を利用したデータ選定方法が採用されてもよい。
【００７５】
固有値ｄ１、ｄ２、ｄ３が、パタン１〜パタン４のいずれにも該当しない値を示す場合、パタン５に分類される。パタン５に分類された領域（図示なし）内の点群データ２０は、上述のグリッド３０を利用したデータ選定方法によって転送データの選定が行われること
が好ましい。あるいは、パタン５に分類された領域内の点群データ２０は、全て転送対象から除外されてもよい（転送率０％）。
【００７６】
尚、パタン判定において固有値の大きさを比較するための基準値である第１〜第６の値は、点群データを取得する用途やセンサの測定精度に応じて任意に設定し得る。例えば、センサの測定精度に応じて、パタン判定に利用される第１〜第６の値を任意に設定される。具体的には、測定ばらつきが±１ｃｍである場合、標準偏差３σが±１ｃｍ、固有値ｄ３（σの２乗）が１／９ｃｍ２となる。この場合、測定ばらつきを考慮して平面上の凹凸を検出する場合、固有値ｄ３が０に近似するか否かの判定基準（第４の値）は、１／９ｃｍ２よりも大きな値に設定する必要がある。例えば、測定ばらつきが±１ｃｍのセンサにおいて、第４の値を１／５ｃｍ２とすることで、固有値ｄ３が１／５ｃｍ２よりも小さい場合を０に近似と判定し、平面形状と判定できる。又、パタン判定に利用される第１〜第６の値を任意に設定することで任意の測定精度を実現することができる。例えば、固有値が０に近似するか否かを決める基準値（例えば第４の値）は、平面上の凹凸（立体物）をｍｍ単位で計測する場合（精密測定）に比べ、ｍ単位で計測する場合（非精密測定）の方が大きく設定される。
【００７７】
パタン２、パタン３と判定された場合、遠隔操作端末１０１において１次元又は２次元形状が再現できれば、形状再現データの形式は上述のものに限らない。例えば、パタン２と判定された場合（１次元形状として判定された場合）、線形状を定義できる少なくとも２つの点群データ２０（例えば、固有ベクトルｅ１方向において固有値ｄ１だけ離れた２点）が、転送対象として選定される。あるいは、パタン３と判定された場合（２次元形状として判定された場合）、平面形状を定義できる少なくとも３つの点群データ２０（例えば、固有ベクトルｅ１方向において固有値ｄ１だけ離れた２点、及び、当該２点の少なくとも一方について、固有ベクトルｅ２方向において固有値ｄ２だけ離れた１点）が、転送対象として選定される。この場合も、ロボット１０と遠隔操作端末１０１との間の通信量を大きく削減することができる。
【００７８】
本実施の形態では、領域毎に分類されたパタンに応じて、当該領域における転送データが選定されるとともに、そのデータ量の上限も決まる。例えば、ある領域に対して形状再現データが転送対象データとして設定された場合、当該領域に対するデータ量は、形状再現データのデータ量によって決まる。
【００７９】
以上のように、第２の実施の形態におけるデータ転送方法によれば、遠隔操作端末１０１において計測対象物の表面形状を再現可能な形状再現データを、当該計測対象物の予想形状に応じて選定して遠隔操作端末１０１に送信する。形状再現データは、点群データ２０よりも少ないデータ量であるため、点群データ２０を送信する場合に比べデータ通信量を低減することができる。又、計測対象物の表面形状に応じたデータに基づいて点群データの分布及び対象物の形状を再現しているため、ロボット１０に対する操作性に影響のない範囲内で当該ロボット１０周辺の状況を把握することが可能となる。
【００８０】
次に、ロボット１０から、点群データ２０又は計測対象物の表面形状を再現するためのデータを遠隔操作端末１０１に転送する方法について説明する。
【００８１】
ロボット１０は、上述した選定方法によって転送対象として選定されたデータのみならず、選定対象から除外したデータも遠隔操作端末１０１に送信してもよい。この場合、ロボット１０は、転送対象として選定したデータを、選定対象から除外したデータよりも前に送信することが好ましい。すなわち、上述した転送対象を選定した方法によって遠隔操作端末１０１に送信するデータの送信順が設定されることが好ましい。詳細には、最初に計測された点群データ２０から転送対象として選定されたデータを最優先に転送し、他のデータ（転送対象から除外されたデータ）については、その後に転送するように送信順が付与される。又、転送対象から除外された点群データに対して、更に上述の選定処理が行われ、送信順が決められてもよい。これにより、遠隔操作端末１０１に対して、重要度の高い点群データ２０又は形状再現データが先に送信され、重要度の低いデータが順次送信されることとなる。遠隔操作端末１０１を操作するユーザは、ロボット１０からデータ転送が開始されてから早い段階で、ロボット１０を操作するために重要な情報（例えば手先周辺の状況）を得ることができるとともに、その後、重要度の低い情報により計測対象物の全体像を把握することができる。
【００８２】
又、ロボット１０は、点群データ２０の転送率の大きな領域３３やセル３１−３における転送対象の点群データ２０を最優先に送信し、他の領域３４やセル３１−４における転送対象の点群データ２０を、その後に送信してもよい。すなわち、点群データ２０の転送率に応じて遠隔操作端末１０１に対する送信順が設定されることが好ましい。この際、転送対象から除外された点群データ２０は、領域３３、３４やセル３１−３、セル３１−４において転送対象に設定された点群データ２０よりも後に転送される。この場合も、遠隔操作端末１０１のユーザは、早い段階で重要な領域（例えば手先や、視線方向の手前側）における表面形状画像を視認することが可能となり、その後、計測対象物の全体像を把握することができる。尚、領域３３、領域３４内における点群データ２０の送信順が設定できれば、領域３３、３４内の全ての点群データ２０を送信しても構わない。
【００８３】
更に、ロボット１０は、セル位置（座標）を指定する条件に応じて点群データ２０の送信順を設定してもよい。例えば、Ｘｇ座標、Ｙｇ座標、Ｚｇ座標が４の倍数のセル３１内の点群データ２０を最優先に送信し、２の倍数で４の倍数を除くセル３１内の点群データ２０を次に送信し、奇数のセル３１を最後に送信する。この場合、最初に空間分解能の粗い点群データ２０（セル間隔が長いセル３１内の点群データ）が送信され、その間に位置する細かい点群データ２０（送信済みのセル３１とセル３１の間のセル内の点群データ２０）が順次送信されることとなる。遠隔操作端末１０１のユーザは、空間分解能の粗いデータを受け取った段階で、計測対象物の大まかな形状を確認でき、時間の経過（逐次送信されるデータの受信）に伴い、詳細な状況を把握することができる。
【００８４】
以上のように、本発明によるデータ伝送システム１００によれば、ロボット１０の操作に必要最小限のデータを優先して送信し、遠隔操作端末１０１において画像化可能なため、ユーザは、通信環境が悪い場合や通信容量が小さい伝送路を使用した場合でも、ロボット周辺の状況を短時間で把握することができる。これにより、ロボット操作に要する時間を短縮化できる。又、段階的に送信されるデータにより、時間経過とともにより詳細な状況も把握することができる。
【００８５】
ロボット１０は、転送用に選定した低密度の点群データ２０（以下、低密度データと称す）の他、自律動作のため、３次元センサ２によって計測した高密度の点群データ２０（以下、高密度データと称す）を利用できることが好ましい。すなわち、ロボット１０は、用途に応じて低密度データと高密度の点群データ２０の複数のデータを使い分けることが好ましい。人間は、低密度データ（例えば、点群データの最低間隔が１ｃｍ程度）によって作成された地図情報や表面形状を参照することでロボット１０を操作することが可能である。一方、ロボット１０の自律動作（例えば自律移動）のためには、衝突や転倒を防止するため、精度の高い地図情報や表面形状が必要となる。このため、ロボット１０は、遠隔操作のためには低密度データを送信し、自律移動のためには、高密度データに基づいて生成した地図情報を利用することが好ましい。このように粗密データを使い分けることで、ロボット１０の自律制御の精度を維持したまま、データ転送量を低減することが可能となる。
【００８６】
又、人間は、形状の違いだけでなく、色の違いを用いた認識能力が高いため、遠隔操作用に利用される点群データには色情報が付加されていることが好ましい。このため、ロボット１０は、色情報（ＲＧＢ）を付加した点群データ２０（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ、Ｒ、Ｇ、Ｂ）、又は色情報（ＲＧＢ）と点群データ（Ｘｓ、Ｔｓ、Ｚｓ）を遠隔操作端末１０１に送信することが好ましい。一方、座標データのみで制御精度を維持できることから、ロボット１０の自律移動等の制御には色情報（ＲＧＢ）を付加しない点群データ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）が利用されることが好ましい。すなわち、ロボット１０は、遠隔操作のためには色つきのデータを送信し、自律移動のためには、色なしのデータに基づいて生成した地図情報を利用することが好ましい。このように色情報の有無を使い分けることで、ロボット１０の自律制御の精度を維持したまま、データ転送量を低減することが可能となる。
【００８７】
更に、ロボット１０は、遠隔操作端末１０１との間の通信品質や通信容量に応じて、転送データの削減率を制御することが好ましい。例えば、ロボット１０は、通信速度が低い場合は、転送データの削減量を大きく設定し、通信速度が高い場合は削減量を小さくする。あるいは、ロボット１０と遠隔操作端末１０１間の通信量が、予め設定された通信容量を超える場合、転送データの削減量が大きくなるように設定される。ここで、通信品質は、ロボット１０と遠隔操作端末１０１との間の伝送路における通信速度や伝搬環境（例えば受信強度）を示し、ロボット１０又は遠隔操作端末１０１において測定される。ロボット１０自身が通信品質の測定を行いこれに応じて転送率の設定・変更を行ってもよい。しかし、ロボット１０の処理負荷の軽減や軽量化の観点から、通信品質の測定及びロボット１０に対する転送率の設定・変更の制御は、遠隔操作端末１０１によって行われることが好ましい。
【００８８】
以上のように、本発明によれば、計測対象物の表面形状に関する情報を効率よく選定し、遠隔操作端末１０１に転送できる。このため、通信速度が低い、通信容量の上限が小さい、あるいは通信品質が劣悪な状況においても、少ないデータ通信量で、ロボット１０を遠隔操作するが可能となる。又、遠隔操作に重要な影響を与える形状に関するデータを選択して早期に送信しているため、ユーザは迅速な判断が可能となり、ロボット１０を使ったオペレーションを短時間で完遂することが可能となる。
【００８９】
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。上述した実施例及び実施の形態は、技術的な矛盾がない範囲内で組み合わせて実行できる。
【符号の説明】
【００９０】
１        ：伝送装置
２        ：３次元センサ
３        ：脚部
４        ：腕部
１０      ：ロボット
１１      ：点群座標算出部
１２      ：データ選定部
１３      ：認識部
１４      ：通信部
１５      ：コントローラ
１６      ：アクチュエータ
２０      ：点群データ
３０      ：グリッド
３１      ：セル
３２      ：重要点
１００    ：データ伝送システム
１０１    ：遠隔操作端末
１０２    ：出力装置
１０３    ：入力装置
１０４    ：伝送装置
２０１    ：通信部
２０２    ：表示部
２０３    ：制御部
４０１、４０２    ：エンドエフェクタ
【図１】
2015197329.tif 000003
【図２】
2015197329.tif 000004
【図３】
2015197329.tif 000005
【図４】
2015197329.tif 000006
【図５】
2015197329.tif 000007
【図６】
2015197329.tif 000008
【図７】
2015197329.tif 000009
【図８】
2015197329.tif 000010
【図９】
2015197329.tif 000011
【図１０】
2015197329.tif 000012
【図１１】
2015197329.tif 000013
【図１２】
2015197329.tif 000014
【図１３】
2015197329.tif 000015
【図１４】
2015197329.tif 000016
【図１５】
2015197329.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2015197329.tif 000019