立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第27号) 2018

ビジュアルアシストを利用した福祉車両の運転支援制御系の構築
Design of Steering Assist of Welfare Vehicle using Visual Assist System
2161023

研究代表者

熊本大学大学院

先端科学研究部

教授

松永信

智[研 究 の 目 的]
超高齢社会では，自力で福祉車両の運転ができれば，活動範囲が広がり高齢者の QOL は大幅に向上する。しかし，高齢者は周辺認知能力の低下に伴い，狭所では方向転換が難しく壁へ

図1

ビジュアルアシストの概念衝突する場合もある。そのため，高齢者の操作機能と認知機能を同時に補償する安全な操縦アPC であり，現実世界にデジタルコンテンツレシスト法が求められる。

イヤーを重ね合わせて，仮想物体が現実世界に初心者にとっては，福祉車両をゲームのよう組 み 込 ま れ た よ う に 表 示 す る 技 術 で あ る。

な客観視点 (以下，第三者視点) で捉えること

HMD は透過型ディスプレイを使用しているたが出来れば操縦が容易になる事が知られている。

め，通常のデバイスと異なり周辺環境を直接視

しかし，第三者視点への視点変換は複雑な処理認できるため，走行路に人が飛び出す危険な状が必要となる。この課題に対して，擬似的に視況でも車両を止めることが可能である。

点変換を実現する制御手法が提案されている。

図 1 に示す様に，AR により搭乗車両の前方

本 研 究 で は，拡 張 現 実 (Augmented Reali-に第三者視点で仮想誘導車両を投影する。操縦ty : AR) を用いて仮想車両をリモート操縦し，者は，この仮想車両を手元のジョイスティック

一方現実世界の車両と仮想隊列を構成することで後方からリモート操縦を行う。仮想車両と運で，第三者視点での安全な操縦を可能にする新転者の搭乗する福祉車両とは仮想的な隊列制御

たなビジュアルアシスト技術を構築する。

系が構築されており，搭乗車両は仮想車両を追従することで安全な走行を実現できる。
AR を 使 っ て 仮 想 車 両 を 表 示 す る に は，[研究の内容・成果］

HMD の姿勢だけでなく，その HMD を装着したドライバが乗っている車両の位置・姿勢が実

1．操縦支援システムの構成
仮想隊列制御の概念を図 1 に示す。操縦者は時間で必要となる。制御システムは，福祉車両

Microsoft HoloLens (以下 Head Mounted Dis-の制御と AR を使って操縦者に画像を提示する

play : HMD) を装着し，福祉車両に搭乗する。

2 つのコントローラから構成される。福祉車両

HMD は，CPU や GPU が組み込まれた専用ののコントローラでは、仮想車両と追従車両の位― 1 ―立石科学技術振興財団

車両のリモート制御を行ない，追従車両の速度及 び 操 舵 角 の 制 御 に は ACC (Active CruiseControl) と地点追従法 (Target Point Following) を用いることで，仮想的な第三者視点での操作を実現する。
ACC は，車間距離と相対速度の値から車両の速度を制御し車間距離を保持する手法である。
また，地点追従法は，自律走行する車両を前もって設定された経路に沿って進むように車両の舵角を制御する手法である。詳細は省略する
が，地点追従法では追従精度を向上させるため
図2

STAVi の操縦例に，ウェイポイント法を用いた精密な地点追従を使って制御した。また，パラメータ変動に対置・姿 勢 を 求 め る。Arduino は，操 縦 者 が リしてロバストなモデル誤差抑制補償器 (MEC)

モート操作するジョイスティック値と，車両のを実装している。

エンコーダ値を使って，追従車両の位置・姿勢を計算する。操縦者に画像を提示するコント

3．HMD 画像の表示手順

ローラでは，HMD に組み込まれているジャイ2 次元平面上の仮想車両 (Virtual Preceding

ロセンサの値により頭部姿勢を推定する。車両Vehicle) の位置と頭部姿勢から，HMD 上で 3からシリアル通信によって送られてきた福祉車次元表示する手法について述べる。

両及び仮想車両の位置・姿勢情報と組み合わせデザインした仮想車両のコンテンツを HMDて第三者視点の映像を求め，Raspberry pi を経上に表示するためには，図 4 に示すように，位由して HMD へと表示する。図 2 に実験車両

置・姿 勢 の 変 換 処 理 が 必 要 で あ る。図 5 は，STAVi を示す。

HMD 上に投影された仮想車両であり，この操作性や動力学的パラメータは実際の STAVi と2．仮想車両と実車両の仮想隊列制御同様に設定している。なお，STAVi は同図の図 3 にシステムの概要を示す。先行する仮想

図3

マゼンダの線上を隊列を作り自動走行する。

ビジュアルアシスト制御系のブロック図― 2 ―Tateisi Science and Technology Foundationの走行軌跡である。また，STAVi の走行軌跡との比較のために，熟練ドライバの 5 回の走行データの平均軌道を求め赤実線で記している。
図では初心者の 2 回目の走行経路を例示してい図4

視点画像変換るが，仮想車両を利用することで初心者でもゴールまで到達出来ていることがわかる。
次に走行の質を評価するために，図 9 に熟練者の平均走行波形に対する偏差の二乗誤差の総和を示す。図中⃝は，ゴールまで走行出来たことを示し，× は途中で接触したことを意味する。従来手法では偏差の二乗誤差は微減してい図5

るが，失敗した第一回と成功した第三回の誤差

AR を使った仮想車両表示

積分は大きく，ぎりぎりで通過していることがわかる。提案手法では，成功した第二回目から4．実験結果提案する操縦支援手法を評価するために，幅2 m の狭い廊下を走行する。廊下にはさらにダ誤差は明らかに小さく，経路は熟練者に近くなっている。

ンボールの障害物が置かれており，そのレイアウトを図 6 に示す。図 7 に実験風景を示す。なお，仮 想 車 両 の 最 高 速 度 は 0.5 m/s (約 2km/h)，最大ヨーレートは 0.5 rad/s である。
図 8 に走行軌道の比較を行う。同図は走行経路であり，0 m から走行を開始し，18 m 地点がゴールである。図において，点線が STAVi

図6(a) 従来手法

狭い廊下に配置された障害物(b) 提案手法

図8(a) Front view(b) Back view(c) 4 m 地点の仮想車両(d) 7 m 地点の仮想車両

図7実験風景初心者の走行経路の比較 (2 nd試行)

図 9 熟練者に対する偏差の二乗誤差― 3 ―立石科学技術振興財団[今後の研究の方向，課題］

00690]，2016[ 6 ] 下川京将，松永信智，岡島寛：福祉車両の遠隔操縦による後列からの隊列誘導実験，第 34 回計測

AR を使って仮想車両と実車両の仮想隊列制

自動制御学会九州支部学術講演会，203A3, 2016

御系を構成し，第三者視点を模擬したビジュア[ 7 ] 田中友樹，宮本洋孝，松永信智，岡島寛：モデルアシスト制御系を実装した。提案する手法を

ル誤差抑制補償器を用いた SSV の屋外操縦支援の用いれば，短時間で熟練者相当の操作性を実現できることを実験により明らかにした。

評価，第 59 回自動制御連合講演会，Fr. A6-2, pp.
770-773，2016[ 8 ] 松永信智，田中友樹，岡島寛，坂本一将：モデ

走行実験での失敗は，主に壁との接触が原因

ル誤差抑制補償器を用いた走行支援制御系による福である。さらなる安全性を追求するためには，

祉用 SSV の操作性評価，ロボティクス・メカトロ

壁との接触を回避する自動操縦機能を付加した支援機能について検討する必要がある。また，操作の熟練は本研究の重要な課題であるが，高齢者など被験者の幅を広げ，数多くの利用者に対し定量的に評価する予定である。

ニクス講演会，1P1-F10, 2017[9]

木村大亮，松永信智，岡島寛：拡張現実を用いた福祉車両の操縦支援システム，ロボティクス・メ
カトロニクス講演会 2A1-J08, 2017[10] 松永信智，岡島寛，松野大亮，志田裕紀：ドライビングシミュレータを用いた注視距離依存型操舵
モデルの推定と評価，日本機械学会論文集，Vol.
83, No. 851, [DOI : 10. 1299/transjsme. 16-00519],
2017[研究の発表，論文等］[1][11] Ryota Kimura, Nobutomo Matsunaga, Hiroshi

宮本洋孝，田中友樹，岡島寛，松永信智：PID 制

Okajima, Gou Koutaki : Driving Assistance System

御を用いたモデル誤差抑制補償器によるスキッドス

for Welfare Vehicle using Virtual Platoon Control

テア型車両の操縦支援制御，電気学会論文誌 C，with Augmented Reality, SICE Annual Conference,Vol. 136, No. 5, pp. 642-649, [DOI : 10. 1541/ieejeiss.

[DOI : 10.23919/SICE.2017.8105516], 2017136.642], 2016
[2]

Tatsuya[12] Ryota Kimura, Nobutomo Matsunaga, Hiroshi
Sugano,Hiroshi

Okajima,SatoshiOkajima, Gou Koutaki, Design of Virtual Platoon

Samura and Nobutomo Matsunaga : Narrow Space

Control System using Augmented Reality to Assist

Driving of Welfare Vehicles using Robust Platoon

Welfare Vehicle Users, Proc. of 17th ICCAS, [DOI :Control with Adaptive Way Point Tracking, SICE

10.23919/ICCAS.2017.8204460], 2017 (Outstanding

Annual Conference, [DOI : 10. 1109/SICE. 2016.

Paper Award)

7749175], 2016
[3]

[13]

Shoichi Sakamoto, Tomoki Tanaka, Hiroshi

Hirotaka Miyamoto, Tomoki Tanaka, HiroshiOkajima and Nobutomo Matsunaga, Maneuver-Okajima and Nobutomo Matsunaga : Experiment ofability Evaluation of Skid Steer Welfare Vehicle for

Robust Driving Assistance Control for Skid Steer

Robust Assistance Control with Model Error Com-

Welfare Vehicle using Model Error Compen- sator,

pensator, 17th ICCAS, [DOI : 10. 23919/ ICCAS.

16th ICCAS, [DOI : 10.1109/ICCAS.2016. 7832329],

2017.8204335], 20172016 (Outstanding Paper Award)[4][14] 木村亮太，小柳俊博，松永信智，岡島寛，上瀧Yuki Shida, Hiroshi Okajima, Daisuke Matuno,

剛：拡張現実感技術による仮想隊列制御を用いた操Nobutomo Matsunaga : Evaluation of Steering

縦支援の評価，第 35 回計測自動制御学会九州支部

Model with Real-time Measurement of Gazing
Distance by using Driving Simulator, 16th ICCAS,[DOI : 10.1109/ICCAS.2016.7832297], 2016
[5]

学術講演会，202B3, 2017[15] 松永信智，田中友樹，岡島寛，坂本一将：モデ
ル誤差抑制補償器を用いた福祉用 SSV の走行支

菅野達也，壇裕介，岡島寛，松永信智：モデル援制御系による屋外走行実験，日本機械学会論文

誤差抑制補償器による福祉用パーソナルビークルの集，Vol. 84, No. 858, [DOI : 10. 1299/transjsme. 17-

ロバストな屋内隊列走行システムの走行評価，日本00349], 2018

機 械 学 会 論 文 集，[DOI : 10. 1299/transjsme. 15-― 4 ―