計測自動制御学会東北支部第232回研究集会（2006．11．24）
資料番号232・7

移動ロボットを対象とした遠隔制御システムの開発
DevelopmentofaRemoteControISystembrMobileRobots

O梅原昭久暮，小林義和‡＊，白井健二■‡
OAkihisaUmebara，YbshikazuKobayashi，KenjiShirai

霊日本大学大学院，＊＊日本大学

GraduateSchool，NihonUmiversity，

NihonUniversity

キーワード：移動ロボット（Mob止eRobot），遠隔制御（RemoteControl），GUI（GraphicalUserInterface）
連絡先：〒963−8642 福島県郡山市田村町徳定字中河原1番地
日本大学大学院工学研究科情報工学専攻生産システム工学研究室 梅原昭久，
恥1．：（024）956−8824，Fax：（024）956−8863，E・mail：noah＠ushiwaka．ce．nihon・u．aC．jp

1． 緒言

遠隔操作ロボット用のナビゲーション・シス

テムを開発することを目的としている．遠隔近年，ロボット技術は飛躍的に進歩し，製操作ロボットとしては，特殊車輪により全方造，公共，医療・福祉などの様々な分野にお向移動が可能であるロボットに遠隔操作機いてロボットが活躍している．また高速なイ構を搭載したものを使用している．そのロボ

ンターネット環境の普及により，以前に比べットを，PTZ（PanTiltZoom）カメラを用短時間で大量の情報通信が可能となった．そいた映像表示機能，3次元マップによるロボ

れにより遠隔操作ロボットの操作性が向上

ットの位置表示機能などを有する操作用

し，今まで以上に様々な分野での活躍が期待GUIにより，ネットワークを介して操作すされている．ロボットの遠隔操作を行う隙にることでシステムを実現している．

は，動作の正確性といったロボットの機能的な部分が最も重要であるが，それに加えて操作者が必要な情報を取得しながら，快適に操作を行うことを可能とするシステムが必須となる．

2． システム構成
2．1全方向移動型田ポット
図1に全方向移動型ロボットを示す．本ロ

ボットは搭載されている制御用pCによってそこで本研究では，操作者が多機能な操作制御される．特殊車輪を用いた四輪駆動方式用GUI（GraphicalUserInterfaco）を用いを採用しており，各車輪にモータと制御用アた快適な遠隔操作を行うことを可能とする，ンプが取り付けてある．PCからの信号は，電圧発生装置を介して電圧に変換され，モータに印加される．
前述した特殊車輪として，斜スラスト発生
車輪を使用している．この車輪はMecanum

Wもeel方式であり，250￠の大車輪に10￠の小車輪が450傾けて取り付けてある．車輪の回転により斜め方向に速度ベクトルを発生する特徴を持ち，推進力は各車輪で発生する速度ベクトルの和となる．これにより通常の車輪と異なる8方向への移動とその場での旋回を可能としている．斜スラスト発生
車輪を用いた移動について図2に示す．

2．2 遠隔操作システム
本研究で使用している遠隔操作システムの概要を図3に示す．本システムは前述した全方向移動型ロボットに遠隔操作機構を搭載し，操作用PC上で実行される操作用GUIからネットワークを介した遠隔操作を実現している．遠隔操作ロボットに搭載されている制御用PCと操作用PCにおける通信には，ソケット通信を用いたクライアント・サーバ方式を使用している．
遠隔操作における両PC間での通信処理をチャート図とし，図4に示す．遠隔操作ロボ
ットが機動すると同時に制御用プログラムが立ち上がり，操作用PCからの接続要求を受けるまで待機する．接続要求を受け，両PC間での接続が確立された後に遠隔操作が制御用PC可能となる．操作用PC側では，接続されたジョイスティックによる移動情報が格納された送信ソケットを，一定時間毎に制御用PCに送信する．制御用PC側では，受信したソケット内の移動情報に基づき，対応した全方向移動型ロボット
斜スラスト発生量輪電圧がモータに印加される．以降，システムの終了まで順次この動作を繰り返す．また操作用GUI上にロボットのステータスを表示

椚g．1全方向移動型ロボットするために，移動状琴や発生している問題などの各種情報を随時制御用PC側から送信している．操作用PC側に問題が発生した場合は通信を切断し，遠同操作ロボットは再度接続要求待ちの状態で待機する．遠隔操作ロボ
ットに動作不能となるエラーが発生した場合は強制的にシステムを停止する．

直進移動（前方向）

椚g．2斜スラスト発生車輪を用いた移動

Fig．3遠隔操作システム

3．1ロボット周辺の映像表示機能
制押用PC

躁作用PC

遠隔操作ロボットに搭載されたPTZカメラからロボット周辺の外部の映像を取得し，GUI上への表示を行っている．映像表示に関する処理の流れを図6に示す．PTZカメラを用いることで，1台のカメラのみである程度の視野（±1000）を確保することが可能である．
箆』

GUI上における映像の表示は，カメラかt（時即Fig．4遠隔操作プログラム
3．操作用G〕Ⅰ
全方向移動型ロボットを同ネットワーク

ら取得した静止画を一定時間毎（15負）S）に更新することで行っている．静止画の送受信には前述した通信プログラムを使用している．

上のPCから操作を行う際に使用する操作用GUIを作成した．操作用GUIの概観を図5に示す．

本GUIは主な機能として，後述する「ロボット周辺の映像表示機能」と「3次元マップによる位置表示機能」の二つの機能を有している．その他の機能として，ウインドウ左下部にロボットの移動状況といった各種情＜周辺映像の表示＞報の表示を行い，右下部では映像表示機能にFig． ロボット周辺の映像表示

使用しているPTZカメラの操作を行うこと3．2 3次元マップによる位置表示機能が可能である．

耳

遠隔操作ロボットを運用する環境の3次元マップを作成し，マップ上にロボットの操作情報を反映させることで，ロボットの現在位置の表示を行っている．マップ上における赤色のシンボルがロボット本体を示している．
ロボットの位置算出を行うために，別途に開発された全方向電動車椅子用シミュレータの動作解析を反映させている．遠隔操作の際に通信される操作情報と動作解析を合わせることで位置の算出を行っている．現在でFig．5操作用GUIは，水平な平面空間においてほぼ同様の動作結果が得られている．

4．画像処理lこよる障害物検知機能
操作者が視覚的に障害物を認識するために，作用GUI上にPTZカメラから取得した周辺映像が表示されている．しかしながら，ネットワークを介して操作するために遅延が発生してしまい，GUI上に表示される映像と実際のロボット周辺の環境が同じとは限らない．
そこで，遠隔操作ロボット側にPTZカメラにて取り込んだ画像を用いた障害物検知を行わせる．画像処理方法としてはフレーム間差分法を用い，色の異なるピクセルが指定した閥値を超えた場合にGUIからの操作が不可能になる．これにより，ロボットの前方に障害物が急に現れた際に衝突を防そことが可能である．
5．緒言

5．1結論
遠隔操作ロボットを対象としたナビゲーション・システムの開発を行い，以下の結論を得た．
（1）遠隔操作ロボットを対象に，ネットワー
クを介した遠隔操作を可能とした．
（2）ロボット周辺の映像表示や3次元マップによる位置表示などの機能を有する操作用GUIを作成した．
（3）カメラから取得した画像を用いた障害物検知を可能とした．
5．2 今後の課題（1）遠隔操作システムの精度を向上させ，操作用GUIの操作性を高める．
（2）斜面や凹凸面などにおける動作解析を行い，位置表示機能に反映させる．
（3）LRFを導入し，距離による障害物検知を行う．

参考文献

1）桐生彰，

小林義和，白井健二：全方向移動電動車椅子用シミュレータの開発と動作解析，精密工学会学術講演会公演論文集，vol．2003S（2003）pp．561−561