情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023

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2023/3/1

ワンクリック操作を目指した Augmented Avatar 弐号機の試作検証- XPRIZE/AVATAR 決勝戦 日本最高位 春名 正樹†1†2

荻野 正樹†2田頭 茂明†2森田 晋†1

概要：労働力の偏在を解決するために分身ロボット(Avatar)の社会実装が期待されている．我々は低価格ながら作業と人とのコミュニケーションを可能とする Augmented Avatar を提案している．誰もが簡単に操作できる操作インターフ
ェースとして台車とアームの移動をワンクリック操作できる Augmented Avatar 弐号機を試作した．本試作機で 2022
年 11 月にロサンゼルスで開催された XPRIZE/AVATAR 決勝戦に参戦した．我々のチーム LAST MILE は参加 820 チー
ム中，世界 12 位，日本最高位を獲得した．

1. はじめに

2. XPRIZE/AVATAR Final

20 世紀初頭に約 15 億人であった世界人口は，2020 年に準決勝，決勝を通して本大会の大きな特徴の１つとしては 80 億人を超えた．その一方で，日本では人口減少と少子オペレータは開発者ではなく主催者である XPRIZE が用意

高齢化による労働力不足が懸念されている．筆者らは途上するチームのロボットを初めて見る審査員であり，60 分の国での small world project[1][2]の活動を通して住みたい場

練習時間だけでテストに臨む形式である．このため参加チ

所，暮らしたい人と生活する重要性を再認識し，空間を超ームは，出来るだけ一般的なタスクを遂行可能であるようえて作業できる遠隔操作技術が人口の偏在を緩和するソリに機能を実装しておくこと，そして，できるだけ早く操作ューションとして実現することを目指している[3][4]．実証

者が操作を習得できるように直感的に操作が可能なインタ実験の一環として，国際的な遠隔操作ロボットの競技会ーフェースを設計しておくことが求められる．また，対象

XPRIZE/AVATAR[5]に参戦した．その準決勝大会では，筆者物の情報は 3 ヶ月前に知らされるものの，実際のテストコらのグループでは低価格ながら作業と人とのコミュニケーースは大会前日に発表される点である．

ションを可能とする”Augmented Avatar”を提案し，壱号機に決勝戦のテストコース（図 2）は「惑星 X」を想定した環て 2021 年 9 月にフロリダで開催された準決勝を通過した境とのことで合った．単に走破するだけではなくコース途[6]．決勝戦では，誰もが簡単に操作できる操作インターフ

中に 10 個のタスクが用意されている（図 3）．準決勝とのェースを目指して台車とアームの移動をワンクリック操作

大きな違いは移動距離が長くなったこと，コミュニケーシ可能な弐号機では試作した．本弐号機はマニピュレーショョンに比べて作業の比重が大きいこと，バッテリ駆動とすン，移動，及び，外装の更新設計も実施した．我々のチーること，及び，途中のタスクに失敗したら次のタスクに進ム LAST MILE – Another Small World Project –[7]は 2022 年

めない 4 点があった．以下に 10 個のタスクについて説明

11 月ロサンゼルスで開催された決勝戦で，大会開始当初のする．

参加 820 チーム[8]の中で世界 12 位，日本最高位を獲得した（図 1）．本稿では決勝戦の詳細と Augmented Avatar 試作弐号機について紹介する．

図 2
図 1

Team / LAST MILE - Another Small World Project –XPRIZE/AVATAR 決勝戦のテストコース「惑星 X」
本番前日に現地で公開†1 三菱電機（株） / 先端技術総合研究所†2 関西大学/ 総合情報学部© 2023 Information Processing Society of Japan761

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図 3

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テストコースの 10 個のタスク

初期移動（Task1）
スタート地点からコマンダーのいるエリアに Avatar が全部入ったら Task1 が成功（図 4）．

図 6

ゲート開けるレバーの操作（上部は会場モニタ）

長距離移動（Task5）
ゲートを通過後，20m ほどの移動をして，次のタスクのエリアに向かう（図 7）．

図 4

スタート地点からコマンダーエリアまでの移動

自己紹介（Task2）とコマンドの伝達（Task3）
図 4 のエリアに到達した後に，コマンダーが Avatar の視線が合っていると判断したらコマンダーとオペレータがお互いに自己紹介をするタスクがスタートする．視線や顔の向きががずれていると声だけかけても無視されていた．自己図 7「惑星 X」の 20m の移動紹介の後に，コマンダーから図 2 のテストコースでのタスクが伝えられ，それをオペレータが理解していることを反キャニスターの重量計測（Task6）と移動（Task7）復して伝えることで Task3 が成功したと判断される（図 5）．

見た目同じキャニスターが数本立てられていて，この中で重たい方のキャニスターを抜き取るタスクである（図 8）．
キャニスーを持ち上げたとしても，オペレータが重さを”感じる”ことができなければタスクは成功したと判断されない．”感じる”方法はオペレータの判断に任されている．抜き取ったキャニスターを，その横にある穴へ差し込むことで Task7 を成功したと判断される．

図 5

コマンダーと Avatar のコミュニケーション

遮断器のレバー操作（Task4）
テストコースのゲートを通るためのレバーを押し上げるタ
スク．遮断器内のスプリングは調整されており，さほど大きな力が必要ではない（図 6）．
図8© 2023 Information Processing Society of Japan「惑星 X」の 20m の移動

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狭幅移動（Task8）
長距離移動とは違い，短距離の狭幅移動である．惑星 X の岩石が置いてあり，それを避けながら次のタスクエリアに移動する（図 9）．

図 11

表面形状の違う石

順位付
10 個の Task が 1 点ずつ，さらに，オペレータが操作性について 3 点，図 5 のコマンダーがコミュニケーションについて 2 点をつける．満点が 15 点である．15 点獲得したチ
図9「惑星 X」の岩石を避けて短距離を移動ーム同士の場合には，10 個の Task を終了するまでにかかった時間で順位が決まる．

電動ドライバ操作（Task9）
立ててある電動ドライバを持ち上げて，壁にあるボルトを外す作業である．電動ドライバにはバッテリがついていて3kg 程度の重さがある．また，電度ドライバのトリガを押3. 我々の挑戦
3.1 非人型ロボット

し込みビットを回転させる必要があり，トリガの押込みにこれまでに筆者らは人型ロボットの開発をしてきたは 3kg 程の力が必要であった（図 10）．2 本のドライバ用意[3](図 12)．直感的な操作という観点では，自分の身体構造されているのは 1 つのドライバを倒しても，落としてもチと似ていることのメリットは高い．特に，視点と手の位置ャンスを残すためである．本ドライバには前述の遮断器のの関係が同じであることはメンタルローテーションの点でような細工はされていない．

有利である．ただし，ビジネス的な観点では様々な業態へのコンタクトをしてきたがコストパフォーマンスの観点でニーズを見出せていないない状況である．今後しばらく，人代替可能な機能とコストパフォーマンスが両立した人型ロボットの出現の可能性は低いと考えている．コミュニケーションの観点から人型であるメリットは大きいが，コストと周囲の人（以後，レシピエント）に与える警戒感の課
題から，我々は新たに Augmented Avatar を提案し，コミュニケーション向けの Communication Avatar と，作業向けのManipulation Avatar を別々に設計・統合することにした（図図 10電動ドライバ13）．誰もが使える遠隔操作サービスへとつながる開発に重点を置き，非人型ロボットを選択した．

触覚提示（Task10）
Taks9 でボルトを外すと扉が開き，その中に 2 種類の石が置いてある．石の前には黒いカーテンが引いてあり直接的に見ることはできなくなっている．ゴツゴツした方の石を取り出すタスクである（図 11）．実際には，カーテンの隙間や，手先にカメラのついた Avatar の場合には，視覚的に見ることができるが，審査員は視覚以外で触覚を”感じる”ことができないと，石を取り出さないように指示されているようであった． 図 11 では石は 2 つであるが，実際のテストでは 4-5 個程度置かれていた．
図 12© 2023 Information Processing Society of Japan

筆者らが試作した人型 Avatar

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4. Augmented Avatar の試作（弐号機）
決勝戦向けに試作した Augmented Avatar 弐号機について紹介する．コミュニケーション向けの Communication Avatarと，作業向けの Manipulation Avatar，及び，操作インターフェースについて記載する（図 15）．

図 13

人型 Avatar と提案する Augmented Avatar イメージ

3.2 非装着型操作インターフェース
オペレータの頭部の動きに合わせて立体映像を提供できるヘッドマウントディスプレイ（以後，HMD）は，両眼視差と運動視差を活用できることから，奥行知覚に優位であり，直感的な操作という観点で優れた装置である．ただし，誰もがどこでも使える遠隔操作サービスという観点ではHMD の利用には筆者らは懐疑的である．誰もがどこでも使っているスマホこそが最終的な操作インターフェースになるべきであると考えている．このためには両眼視差による立体視は省略する必要があり，我々は通常の非立体視モニタを利用することにした．
3.3 シンプルなワンクリック操作
スマホで操作することを考えた場合，Avatar への運動入力は簡易的であることが望ましい．Avatar には 360deg カメラが搭載されており，行きたい場所をモニタ上でマウス指定して，マウスクリックの長押しで姿勢制御と移動制御をシーケンシャルに実行するワンクリック操作を実装した．
本操作方法は移動台車とアーム操作に適用される（図 14）．

図 15

Augmented Avatar 弐号機

4.1 Communication Avatar
Communication Avatar は首 1 自由度，片腕 2 自由度，片足 1 自由度，仮面 UP/DOWN1 自由度，及び，Communication
Avatar を支える下部には上下・水平・回転の 3 自由度の合計 11 自由度が実装されている（図 16）．上下・水平・回転
は，オペレータの視点操作に同期，及び，Manipulation Avatarの手先駆動と移動台車駆動に先行して，連動動作することで，Avatar の周囲にいる人にオペレータの意図を知らせる役割を持たせている．首，腕の動きはオペレータの操作イ
ンターフェースに用意されたアイコンを押すことで事前に用意された動作をしたり，移動台車の動きに合わせて歩行動作をする．仮面の UP/DOWN はオペレータがコミュニケーションをする意志を表現することができる．

図 16
図 14

Communication Avatar

ワンクリック操作シーケンス© 2023 Information Processing Society of Japan764

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4.2 Manipulation Avatar

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手先に，1 つは Communication Avatar と連動して動くアル

Manipulation Avatar は，アームに可搬重量 5kg の xARM6®

ミバーに取付けられている．2 種類目は Manipulation Avatarを採用している．ハンドは Robotis Hand をベースに，カメのハンド指先に仕込まれたカメラであり対象物の把持をすラが仕込まれている Vision Finger を採用した指，圧力センる際や，表面形状を視認するために実装した．ただし，表サを実装した自作指，及び，電動ドリルのトリガを押すた

面形状の視認は直前の通達で NG ということで大会では使めのワイヤー駆動指の 3 指を実装した．ハンド背面には用していない．3 種類目はスマホに搭載されたカメラであTask10 の石の表面計測用に 16ch の TOF センサを実装してりレシピエントとのコミュニケーション時の視線合わせにいる（図 17）．また，アームとハンドの結合部には 6 軸力活用している．

センサを実装して，キャニスターの重量計測に活用する．

図 19
図 17

実装されている 3 種類のカメラ

Manipulation Avatar と実装されているセンサ
4.6 操作インターフェース

4.3 移動台車

前述の 2 つの 360deg カメラを非立体視モニタに提示す

全方向移動可能なメカナムホイールを採用している．マるために 3 つの映像提示モードを準備した．1 つはニピュレーション時の横方向移動はアームの駆動範囲を補Manipulation Avatar のカメラ，1 つは Manipulation Avatar の間することができ有用である．

ハンド手先を側面から見るカメラ，1 つはこれらの映像をサイド・バイ・サイドで表示する（図 20）．オペレータは

4.4 外装デザイン
筆者らは近い将来ロボットと自然の融合を目指しており，そのコンセプトとして草木の造形を外装に活用した．また，Task に合わせて適した映像提示モードを選択する．スマホ
カメラの映像は別途オペレータ側に用意されたスマホに提示される．

構体には光が拡散しやすい透明素材を活用し，緑の大地と青い空を表現するために緑と青の LED を配置した（図 18）．
決勝戦の会場では Friendly なデザインに子供やヨーロッパ系の方々を中心に興味を引いてもらった．

図 20

Avatar カメラのオペレータへの映像提示の例

3.3 節に紹介したワンクリック操作以外の操作はモニタ上のアイコン，及び，小型ジョイスティック（Orbital2）に
図 18

ロボットと自然の融合を表現したデザイン実装されている．小型ジョイスティックの操作方法は画面下に出力することで操作の複雑さを緩和している（図 21）．

4.5 カメラCommunication Avatar とレシピエントの視線一致はベゼ

本試作機には 3 種類のカメラが実装されている（図 19）．

ルレス・ノッチレススマホと拡張モニタを組み合わせ，両

1 種類目は，ワンクリック操作を可能にする 2 つの 360deg

者のモニタへの映像配分を適切に制御することで実現してカメラは，奥行き知覚が不足しがちな非立体視モニタを補いる．この方法はモニタ前にカメラを配置 する必要がなくうためにも活用する．1 つは Manipulation Avatar のハンドユニークな工夫である（図 22）．

© 2023 Information Processing Society of Japan765

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5. XPRIZE/AVATAR FINAL での参戦と結果
XPRIZE/AVATR を通して，誰もがどこからでも使える遠隔操作サービスを実現するために，非人型ロボット，非装着型操作インターフェース，非立体視モニタでのシンプルな操作をコンセプトに Augmented Avatar 弐号機を試作し，我々のチーム LAST MILE – Another Small World Project –[7]は 2022 年 11 月ロサンゼルスで開催された決勝戦に参戦した．大会開始当初の参加 820 チーム[8]の中で世界 12 位，日本最高位を獲得した．
図 21

アイコンと小型ジョイスティックでの操作

6. まとめ空間を超えて作業できる遠隔操作技術が人口の偏在を緩和するソリューションとして実現することを目指し，その一環として，XPRIZE/AVATAR[5]に参戦した．低価格ながら作業と人とのコミュニケーションを可能とする
Augmented Avatar を提案し，壱号機にて 2021 年 9 月にフロ
図 22

スマホと拡張モニタを利用したリダで開催された準決勝を通過し，2022 年 11 月にロサン独自の視線一致技術

ゼルスで開催された決勝戦では，大会開始当初の参加 820チームの中で世界 12 位，日本最高位を獲得した．

Manipulation Avatar のハンドに取り付けられた圧力センサと 6 軸力センサの出力は図 23 に示すようにオペレータの画面上に出力される．また，圧力センサの値はハンド指先謝辞

西田宗千佳様にはロサンゼルス会場での取材と記事発表，及び，写真提供を頂き感謝の意を表する．の LED にも輝度として表示される．Task10 における視覚での表面形状認識が NG ということで，16ch の TOF セン
サ値を空間的に平均化して測定される距離を図示する方法

参考文献[1]を実装した．オペレータの操作インターフェースモニタに岩の形状が出力される（図 24）．
[2]

[3]

[4]

図 23

圧力センサと 6 軸力センサの出力

[5]
[6]

[7]
[8]

図 24

TOF センサによる計測とモニタへの表示© 2023 Information Processing Society of Japan

三菱電機（株） “BOP 層の暮らしに向けた研究開発の取組” 2018, [Online]. Available:
https://www.mitsubishielectric.co.jp/corporate/sustainabilitysquare/report/images/2017/SWP_J.pdf
三菱電機（株） “BOP 層の暮らしに向けた研究開発の取組（動画）” 2018, [Online]. Available:
https://m.youtube.com/watch?v=plYM_eWOTfE&feature=youtu.be&noapp=1
M. Haruna et al., “Development of Remote Machine System with
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https://avatar.xprize.org/prizes/avatar.
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関西大学, “LAST MILE – Another Small World Project” 2021,[Online]. Available: http://ogilab.kutc.kansai-u.ac.jp/small_world/
avatarin, “「ANA AVATAR XPRIZE」決勝戦レポート” 2022,[Online]. Available: https://about.avatarin.com/blog/5977/“Microsoft Office 製品情報“. https://office.microsoft.com/jajp/products, (参照 2016-02-20).

“xARM”は深圳市衆為創造科技有限公司の登録商標です．

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