情報処理学会 インタラクション 2016
IPSJ Interaction 2016

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日用品ドローンを用いたインタラクション手法
今泉 友弘1,a)

沖 真帆1,b)

塚田 浩二1,c)

概要：本研究ではドローンの活用場所を日常生活に設定し，既存の日用品を小型ドローンを用いて拡張する「日用品ドローン」を提案する．日用品ドローンでは，小型ドローンのベースステーションにスマートフォンを内蔵し，スマートフォンのカメラやセンサを用いて機体の位置推定や移動制御を行う．今回，日用品ドローンの一例として，デスクライトを想定したランプシェードローンのプロトタイプを作成した．

Interaction Techniques for Drone-based Commodities
Tomohiro Imaizumi1,a)

Maho Oki1,b)

Koji Tsukada1,c)

Abstract: We propose drone-based commodities, which can augment functions of daily commodities using
small drones. The drone-based commodity consists of a small drone and a base station. We attached asmartphone inside the base station to control the drone using equipped sensors. The drone appearance isdesigned like a daily item. We developed a lamp-type prototype called LampShaDrone .

1. はじめに近年，ドローンが小型化/低コスト化されてきたことで，一般のユーザー層に普及しはじめ，メディアにも広く取り上げられるようになった．形状や機能は様々である

プリケーションを通して人間とのインタラクションを観察することで，新しいドローンの活用事例と人々の生活への影響を検証する．

2. 日用品ドローン

が，メインローターを 2 基以上搭載したマルチコプターを日用品ドローンは，日用品を模した超小型ドローンと，指して「ドローン」と呼ばれることが多い．これらにカメAndroid スマートフォンを格納したベースステーションかラを取り付け，空中から撮影した映像の活用は広く注目をら構成される（図 1）．家庭内で日常的に使用するためには，集めている．また, 大手通販会社の Amazon は荷物の輸送

騒音や吹き下ろし風，危険性の少ない超小型のドローンを手段としてドローンを活用することで，近距離輸送を自動用いることが望ましい．しかし，小型のドローンは総じて化/高速化することを検討している．

スペックや機能でミドルクラスのドローンに大きく劣る．

このように，ドローンの価値は広く認められているが，一特に，処理能力や積載重量が小さいため，カメラやセンサ

般社会に登場してから日が浅く，用途は限定的である．

を用いた制御や位置推定が困難である．日用品ドローンでそこで，本研究ではドローンの新しい活用事例として，日は，これらの欠点を補うために，スマートフォンをベース常空間におけるドローンと人間とのインタラクションに注ステーションに格納し，スマートフォンのカメラやセンサ目した．具体的には，既存の日用品をドローンを用いて拡をドローンの移動制御や機能拡張に用いる．ドローンのフ張した「日用品ドローン」を一般家庭に配置し，様々なアレームやベースステーションなどの外装は，レーザーカッ
ターや 3D プリンタを使用して独自に設計し，外観的にも，

1a)b)c)

公立はこだて未来大学 システム情報科学部 情報アーキテクチャ学科
Future University Hakodateb1012023@fun.ac.jp
oki@fun.ac.jp
tsuka@acm.org© 2016 Information Processing Society of Japan

日用品に近い装置の製作を目指す．これらのデバイスを用いて，日常生活空間で常時動作可能なドローンのプロトタイプを製作する．

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図 3

図 1

マイクを用いたドローンの移動制御のイメージ図

日用品ドローンの基本システム構成

でネットワークを構築し，ドローンの操作やセンシングの2.1 スマートフォンのセンサを用いたインタラクション
本項では，ベースステーションに格納したスマートフォンを用いて，小型ドローンを制御する 3 つのアプローチを紹介する．

2.1.1 スマートフォンのカメラを用いたドローンの位置役割を分担することにより柔軟な制御ができると考えられる．

3. ランプシェードローン
本項では，実装したドローンとスマートフォンを組み込んだ日用品の一つとして，デスクライトを想定したランプ認識
ドローンの底面部に AR マーカーや LED アレイでパター

シェードローンについて紹介する．ランプシェードローン

ンを作り，その真下に置いたスマートフォンのカメラの映はシェード部分が本体から分離して飛び回ることによって，像を画像認識することにより，ドローンの位置を推定し，机の上などで照らす位置を変える機能を持ったデスクライ制御に反映することができると考える（図 2）．

トである（図 4）．ランプシェードローンは，ドローンを内蔵したシェード部分とスマートフォンを内蔵したベースステーションから構成される．ドローンは LED リングを取り付け，ランプシェードのヘッドを模したフレームに格納する．ベースステーションにはスマートフォンを内蔵し，カメラを使った画像認識による移動制御を行う．スマートフォンには独自のアプリが稼働しており，内蔵カメラと画像処理を中心にドローンの位置推定や制御を行う．
ドローンはスマートフォンに標準で搭載されているセン
サ値の変動をトリガーにしてベースステーションから飛び立ち，事前に登録したアクションを行う．たとえば，手を2 回打ち鳴らすと，ベースステーションから飛び立ち事前登録してある場所に移動して，宙に浮いた状態で LED を点灯する．
図 2

カメラを用いた位置認識のイメージ図

2.1.2 スマートフォンのマイクを用いた制御
スマートフォンのマイクから検出した音を用いて，ドローンの挙動を変化させることが考えられる．例えば，手拍子を行うことで，小型ドローンの離陸や移動制御に反映できると考えられる（図 3）．

2.1.3 ネットワーク経由の情報を用いた制御センサ以外にも，ネットワーク経由の情報をトリガーにしてドローンを制御する手法が考えられる．例えば，スタンドに仕込んだスマートフォンと，他のスマートデバイス© 2016 Information Processing Society of Japan

図 4 ランプシェードローンのイメージ

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3.1 実装本項目ではランプシェードローンの実装方法について述べる．

3.2 ハードウェアプ ロ ト タ イ プ に 使 用 す る ド ロ ー ン は Bitcraze 社 の「crazyflie 2.0」を選定した（図 5）．これは，ローターを含めた直径が 14cm，重量が 27g と小型軽量なボディであり，姿勢制御に利用するジャイロセンサー・加速度センサー・磁気センサー・圧力センサーを搭載したクアッドコプターである．また，汎用ポートには積載重量（15g）の範囲で

図 6

ランプシェードローンのプロトタイプ拡張ボードを装着することが可能である．通信は，BLE（Bluetooth Low Energy）をサポートしており，Android・iPhone などのデバイスと接続が可能である．また，ファームウェアやコントロールソフトのソースコードが Web に公開されているため，本研究での利用に最適であると考えた．本体の底面には Bitcraze 社の純正拡張ボードの一つである LED リング（図 5 右）を取り付け，照明として利用する．これを，3D プリンタで出力したランプシェードのヘッドカバーを模したフレーム（図 5）に格納する．フ
レームの強度と荷重制限はトレードオフの関係にあるため，フレームの形状を工夫することで強度を保ちつつ軽量化を図った．

図 7

ベースステーションは，3D プリンタで筐体を出力し，An-ベースステーションで待機状態のランプシェードローン（左）とベースステーションの構成（右）droid を固定する固定具を取り付けた上に，小型ドローンの足場としてレーザーカッターで切り出した透明なアクリ回）の制御に反映させる．画像認識では，位置，角度，距離ルボードを取り付けた (図 6)．の検出を行うために，AR マーカーか LED の点灯パターンを利用する．Android アプリケーションでは，動作パターンを定義するインタフェースを用意し，ユーザーが手軽に用途を切り替えられるように実装する．ベースステーショ
ンに格納した Android は，音をトリガにするか，他のスマートデバイスから操作を行うことを検討している．

4. 議論
4.1 ドローンの法規制について
図 5

左 : Crazyflie2.0 右 : LED リングを装着した下面

2015 年 12 月に改正航空法が施行され *1 ，屋外の特定の飛行場所／時間／用途でドローンを飛行させる多くの場合に，国土交通省への事前承認が必要となった．ただし，屋内での飛行や，総重量が 200 ｇ未満のドローンは規制の対象から除外されているため，本研究の試作／検証に支障は

3.3 ソフトウェアないと考える．

ドローンの操作は，Crazyflie2.0 本体と BLE で接続した Android 端末から行う．アプリケーションは，Bitcraze

4.2 積載荷重の課題

社が公開しているコントロールアプリ「crazyflie-android-

本研究で使用しているドローンの積載荷重は 15g と非常client」を拡張して実装する．具体的な機能としては，ベーに小さいため，実装過程で様々な問題が生じた．まず，厚みスステーションから露出したカメラから画像認識を用いたのあるフレームを装着した場合，本体の重量の総計によっ位置推定を行い，上昇・下降・空中での静止（ホバーリンては離陸すらままならない場合がある．また，フルパワー

グ），ピッチ（前進・後退）・ロール（左右移動）・ヨー（旋*1© 2016 Information Processing Society of Japan

http://249planet.com/dronecamera-satsuei-fukei

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2016/3/2で離陸したとしても，余力がない状態では安定飛行は困難して，ミドルクラス以上のドローンが使われる場合が多である．これらのことを踏まえると，拡張ボードなどのオいが，本研究では室内の日常生活での利用に焦点を当て，プションとフレームを装着した状態で，8 割程度のパワー超小型ドローンを使用している．さらに，小型ドローンので離陸できるような重量が望ましい．そのため，フレームベースステーションに内蔵したスマートフォンのセンサやの形状の工夫，カーボン素材などの軽量で高耐久な素材のカメラを用いて，移動制御等を行う点が特徴である．

使用，装着する部品を最小限に留めるといった対策が有効であると考える．

6. おわりに本研究では，超小型ドローンと，スマートフォンに搭載4.3 非接触給電による自動給電したベースステーションから構成される「日用品ドロードローンの根本的な問題として，バッテリーの持続時間ン」を提案した．日用品ドローンは，スマートフォン内部の短さがある．本研究のドローンは日用品として使うことのセンサやカメラを用いて，様々なインタラクションを実を前提としているため，頻繁な充電作業がユーザビリティ現する．今後は，基本的な性能の安定化と応用例の追加をの低下を招くことが考えられる．そこで，本研究では本体行なっていく．さらに，実際に複数人のユーザーに日用品とベースステーションに非接触給電モジュールを追加し，ドローンを利用してもらい，フィードバックを得ることにドローンがベースステーションに待機している間に充電すより，評価と改良に役立ていきたい．

ることを検討している．

5. 関連研究

参考文献[1]

本研究に関連する先行研究を紹介する．Harshit Agrawal
らの L

evolved[1] は，ドローンを用いて部屋の中にいる[2]

人間を支援する研究で，本体下部に照明のついたドローンと，部屋の中に設置されたセンサーを用いて，「暗いところで本を読んでいるときに頭上を照らしてくれる」「探し物がある場所を照らす」など，まるで使用人のような役割を[3]果たしている．Matthew Louis Mauriello ら [2] は赤外線カメラを取り付けたドローンを半自立的に制御し，建物の熱[4]画像を半自動的に収集して，建物の省エネ性能の評価などに利用している．MS-06LA[3] は，2 基のレーザースキャナ[5]を用いて周囲の環境を 3D で認識し，災害現場などの偵察への利用が期待されている．PD4[4] は，有線給電方式のドローンであり，長時間の飛行を可能にしたものである．ま[6]

た，EverCopter[5] も有線給電方式のドローンであり，1 台の EverCopter は地上の電源に接続され，それに接続された２台目からの EverCopter は半永久的な飛行が可能となる．また，末端の EverCopter にバッテリーを搭載し，任意のタイミングで切り離しが可能である．これにより，半[7]Harshit Agrawal, Sang-won Leigh, Pattie Maes: Levolved: Autonomous and Ubiquitous Utilities as Smart
Agents, UBICOMP ’15, pp.487-491, (2015).
Matthew Louis Mauriello, Leyla Norooz, Jon E.
Froehlich, Understanding the Role of Thermography in
Energy Auditing: Current Practices and the Potential for Automated Solutions, CHI 2015, pp. 1993-2002,(2015).
産業応用型電動マルチローターヘリコプター
https://mini-surver.com/archive/New-minisurveryorpamphlet.pdf¿（2015/12/21 アクセス）.
PRODRONE,「products」https://www.prodrone.jp/products/pd4,（2015/11/4 アクセス).
興野 悠太郎, 米澤 拓郎, 野崎 大幹, 小川 正幹, 伊藤 友隆,
中澤 仁, 高汐 一紀, 徳田 英幸 : EverCopter: 着脱可能な有線給電式 空中センシングプラットフォーム Vol.2014研究報告ユビキタスコンピューティングシステム, No.26,
pp.1-7, (2014).
Keita Higuchi, Jun Rekimoto, A Flying Telepresence
Platform to Augment Moving Sensation，Transactionof The Virtual Reality Society of Japan，Vol.19, No.3,(2014. 9).
Kei Nitta, Keita Higuchi and Jun Rekimoto, HoverBall :Augmented Sports with a Flying Ball , 5th International
Conference on Augmented Human (AH 2014), (2014).

永久的なセンシングを実現している．これらは，ドローンのバッテリー持続時間の問題の根本的な解決ではないが，必ずしも遠くに飛ばす必要のない用途では有効な解決手段であると考える．Flying Head[6] は，人間の歩く，屈むなどの日常的な身体動作をパラメータとしてドローンの制御に取り入れることで，操作性を向上させるものである．これによって，従来の操作デバイスのような長期の訓練を必要としない操作系を構築している．Hover Ball[7] は，小型ドローンをボールに組み込むことで，飛ぶ／曲がる／止まるといった本来のボールの動きからかけ離れた動作を実現している．
これらの研究では，荷重制限や処理能力，安定性を重視© 2016 Information Processing Society of Japan1091