計測自動削粗学舎割ヒ支部第177回研究集会（199乱10．31）
資料番号17丁−19

仮想目標と実目標の融合制御
Thefusion亡OntrOloftheimaglnarygOalandtheactualone●○鈴木正義♯，渡部慶二＊

OMasayoshiSuzuki＊，KeijiWataJlabe‡
事山形大学工学部

ポFacultyofenglneCriIlg，YamagataUniversity
キーワード＝ 移動ロボット（InObilerobot・），仮想目標（imaginarygoal），経路制御（routingeontrot）
連絡先：〒g犯−003且 米沢市城南4−3−16山形大学工学部電子情報上苧専攻渡部研究室
鈴木正義，≠1・二（023即26−3326，臨x・＝（023日〕24−2丁52，E一口−ail＝8uZ止i馳甘乱t乱．yZ．y皿aglta−¶」≡H＝jp

1． はじめにいる。 LかLながら、現実的には限界が生じ、福祉用具の開発・・改善は急がれている。

疾病▲貴傷により身体の一部もLくは大部分のそこで、歩くという人間の基本的な機能に欠陥機能を尖った人々が再び自立意欲を持って生活すをもつ人々を補助するための電要な移動手段としるためには、それぞれの状況と環境に応じて、介て利用されてきた車椅子に着日してみた。現在、護棟器・住宅設備の整備、改善が必要といわれてより安全で快適に使用できる知能化された電動車いる。これに加えて、昨今における高齢化率の著椅子の研究が盛んになされているが、障害者・高しい増加により、介護を要する障害を持つ高齢者齢者にとってより使いヤすいものにするためには、が増え、社会福祉に対する社会の受け止め方は大自立性だけでなく利用者と電動車椅子の間に操作きく変化し、障害者・高齢者への種々の支援が求力を要しない意思伝達が必要であると考える。以められるようになってきている。

上のことから、本研究では、ヒューマンインター

障害者1高齢者に対する工学・技術からの支援

フューズを重視した信頼感のもてる意図伝達シスの根底にある考え方は、一般的な健常者の身体機テムについて検討することを目的とする。

能を社会生活に必要な身体樺能レベルととみなL、これに達しない障害者・高齢者の身体機能レベル

2． システム構成を福祉用具で補おうというものである。これに村本研究では、周囲の環境を認識して障害物なして、段差をなくす、両手で操作が必要な機器を片手でも操作可能とするといった社会的インフラどには自立的に対応し、また、利用者の非言語的（住居・職場・公共の場等）のアクセシプル化が検行動を常に観察することにより、その行動の中に討され、可能な範囲で実行されまた効果もあげて含まれる人間が何をしたいのかという意図を認識

ー1−

L、その要求に基づいた行動をとることで人間のロボットが移動中に視覚情報を用いてポイント状操作を支接Lてくれるような知的中椅子の実現をの目標にビジュアルフィードバックを用いて追従日指すが、今回は意図伝達に重点を置いて話を進させる。また実時間処理を行うという観点から、めていく。

某日標は床面上にあるものとする。

このようなシステムを構成する際に大きな問題になるのが、移動ロボット（以下、電動車椅了−を移動ロボットとする）の誘導法である．。これまでの誘導法には、ランドマークや地剛吉報を持たせたものが多く、画像の比較■対応づけ（マッチンダ）を行うことで位置の認識を行っている。しかL、
Fig・2 モニタ画面上の画像画像データの情報量が多いため、大量のシーンを記憶することが困難で、また、シーンのマッチン

利用者視点カメラで周囲の環境を認識L目標グの計算コストが大きく、リアルタイム制御シス地点まで移動させる。このとき、最初に示された
テム特有の致命的な問題へと発展しかねない。さ目標地点に向かって移動Lているかどうかを利用らに、環境の変化への適応力にも欠け、白牲な経者にフィードバックするためモニタ画面には日標

路教示とは言えない。そこで、利用者に特別な知地点が常時更新され映L出されている。なお、移識を要せず、Lかもその場その場で視覚情報を通動ロボットの位置は移動ロボット位置認識力メラじた経路教示が可能となるように、仮想目標（仮を使って伝えるものとする。

想空間内で指示された点）を導人することを提案する。

3．仮想目標と実目標の融合その構成岡をFig．1に示す。Fig．1で利用者視点3．1 システムのモデル化

カメラで車椅子の前方を掘l）モニタに映し出す。

利用者は意図伝達のためにマウスを操作し、モニこのようなシステムを実現するために、Fig．3のようにモデル化した。仮想牡界における絶対的な位置・方向を表す位置認識力メラ座轢系、利用者視点の位置・方向を表す利用者座標系、これに加えて、利用者が提示する仮想臼標を生成する仮想世界座標系を用いる。

世■需■カメラ塵標茶

Fig．1 システム構成国

Fig．3 システムの座標系

タ画面上の点を示すことで意図を伝える（Fig．2〕。

利用者がモニタ上で示した点を仮想世界座標ー2−系の仮想目標とする。これを利用者座槙系に変換に注目する。Fig・5（丘）は移動ロボットがCCDカする。さらに位置認識力メラ座標系に変操し、仮メラから取り込んだ画像で、◎印は利用者によっ想目標を某日標とLて同定する。移動に伴う利用て指L示された仮想目標の利用者座標系に掛・ナる

者座標系と仮想目標座標系の関係を位置認識力メ点である。とする。また、Jは画像のボトムラインラ座標系から逆算し、モニタに仮想日標を峡L出と仮想R標との偏差、dは画像のセンターラインし日培地点に追従していく様子を確認する。と仮想目標との偏差を意味する。またFig．5〔c〕は移動ロボットと利用者座標系における仮想目標の3．2 座標変換

対応点を枯と上から見た図を示L、2次元に単純

ここでは、座標変換を用いた仮想目標と某日樟化きれたものである。これにより、利用者座標系の融合法について述べる。そのために、さきほどにおける仮想目標の倖標（￡．‖封。，ヱ0）は次のようにモデル化したシステムを透視変換しFig．4のような計算できる。

座標系肘の連動を考える。これにより、位置認識力メラ座標系に対する利用者視点の変化がそのまま位置認識力メラ視点の位置・方向の変化に反映きれることになり、位置認識力メラの視点により直積制御することが可能になる。

一＝サ・」・・1

来日＃（1。．鴇）一（Ⅹ。．Y。）

Fi岩．4 座標系対の連動

位置認識力メラ座標系・利用者座標系は、それFjg．5 仮想目標の利同者描標系への変換

ぞれのカメラの真下を庶点とL、カメラ視線の進行方向をy軸とする。
これをもとに、仮想目標が示きれてから、位置T＝tan−1

記註カメラ座標系の某日標に変換し、史新されたd＝移動ロボットの位・姿勢から仮想自標へと逆変化

J＋瓜・COSTするまでの過程をみてL・、く。

●ご0

克・亡OST呂in（α＋7）＝

そこでまず最初に、Fig，4の利悶着視点聖標亮

3−

J＋α・COS7lより同様にして、Fig．4の位置認識力メラ座標系にゐ・亡OSlr・l：仁．ごJ・S叫α＋1・）▼d（4）における移動ロボットの位置卜甘m7㌦）が計算で恥＝／トC−−t〔凸＋「・〕

（5）

きる。

和＝0
軋＝tan￣1

注目すると、Fig風二より、位置認識力メラ座標系

y＝■ ㌦ん（6〕d■COS7J▲亡（】S（α＋7）（8）〉（7）
1㌦＋y＝〟■亡OS〔」β＋∂）（9）

ただL、

rl：カメラの傾斜角

J＋A・COS占・∬Ⅳ島（10）（〃一里・COS∂

J：焦点距離Sim（β＋占）＝

九：利用者視点カメラの床面からの高さ

J＋A・COS占より

d：焦点から仮想目標地点までの距離．＼ m‥〔打−んト亡OS占・上）J・Si】1（β＋占）

和：移動ロボットの進行方向成分と目標点との1㌦二岬一九トcot（β＋∂〕距離
g…−・（I

的：移動ロボットから目標点までの進行方向成分の距離

ただし、

如：移動ロボットの進行方向と目標点とがなす角

β：カメラの傾斜角とする。

〃：位置認識力メラの床面からの高さ
A：焦．在から移動ロボットまでの距離とする。
次に、さきほど求めた利用者座標系における仮想目標の座標（∬。灘，ヱ。）を位置認識力メラ座標系へと変換する。これが某日標〔∬射†こTg。）となり、座標系対の連動の基準ともなる点である。
Fig．7に示すように、位置認識力メラ座標系からみた移動ロボットの原点座標〔∬m，㌦〕と回転角βmから、回転と平行移動の変換行列を用いて以下のように求めることができる。

日警血与盃那欄

Y、＼ 利用軸標来転二】三
位置蹄カメラ座標系

Fig．7 移動ロボットの位置姿勢

Fig・6 移動ロボットの位置認識座標系への変換−4＝り最後に、移動ロボットの移動に伴い変化する仮想月進行方向の同完を行い、走行スピードは・一定とす

悟の座標を求める。これは、移動後の位置記識カメる。制御信号はパルス的に入力することとし、目／／ ラ座標系における移動ロボットの座標（ズーnコ1ノニーl〕

標地点までのずれが大きいときには、人力信号を′

および傾きβm、固定された某日標の座標け町Irニ）

長崎問もしくは複数回、ずれが小さいときは単位より、式（1ユ）の逆の刊flRで利用者座標系におけるパルスを入力し目標地点に追従させる。制御アル

仮想目標の対応点（T∴訂。′）を求め、さらに仮想世ゴリズムをまとめると次のようになる。

界座標系上への点（p∬，脚）へと逆変換する。

1）マウスで示された仮想昌標（pだ，脚）より、dを利用者座標系の訂Dにほ帥に変換Lたの．日用ネ■ル轄唐

利用者座標牒
■ち卓を道草し、モニタ上の目標地点が中心にこくるように移動ロボットをその場で回転さJ ■11・せる。

2）上で求めた師より、目標地点が中心下部にくlh・−、▲、¶、るように前進する。
3）移動ロボットの前進に伴い、仮想日襟を更新・： ゝ．」1丁．）→（Ⅹ○■．T。・再描画する。
Fig．呂 仮想目標の逆変換

4〕位置認識力メラにより、常時移動ロボットの位置・姿勢を監視し、それをもとに定期的にL．
′ー一基㌔品軌道修」［を行う。

仁U ㌫㌦‰り以上より、利用者視点と位置認識力メラ視点を連動させることにより、移動ロボットの位置t姿勢を認識することができ、制御可能となることを

siI巾＋T′）
ナノ −ん・CnS7′・恥

g′＝J・tan7′（17）

確かめる「〕（18）

5． おわりに

ただL

T′＝加1封−α（19）本稿では、移動ロボットの誘導法に仮想目標を利用することで、視覚情報を媒体とした意図伝達

屯 利親者座標系の制御がその場その場で自然に行えるようなシステムを利用者座標系を目標座標系に一致させる制御を提案した。

簡単に述べる。まず、利用する基本動作とLては、今後は制御プログラムを作成し、その信頼性を確かめる。また、操作力軽減をにらんだインター

1）回転（その場で画像方向を向く）

フェースの改良▲改善、安全性一自立性に関する
2）直進（画像の方向に進む）機能の統合・開発も進める。

を用意し、これらの動作の繰り返Lにより、室内の移動を行う。ロボットが直進Lてしlる場合でも−5劇参考文献
1）柴田智宏，松本吉丸稲葉推考井上博允＝「人が搭乗Lその場その場で行動を指示できるパー∴ソナル視覚移動ロボットHyIlerScooterの開発」，日本
ロボット学会誌TVOl．14．Ⅳ0．81pp55−64，Nov・1996
判久保田首席本秀軋原島文雄＝「視覚センサとレンジセンサの強調による移動ロボットのナビ

ゲーション」，日本ロボット学会弘vnl．17，No4．，ppll−1占，Al】g・19醐

3）若松清弘田村浩・・郎＝「ロボットの削御」，計測自動制御学会4）高木幹雄，下田陽久：「画像解析ハンドブック」，
東京大草出版会ー6一