複 数 視 覚 を 用 い た 遠 隔 操 作 シ ス テ ム の 研 究
光 井 輝 彰大 野 尚 則丹 羽 義 典岐阜県工業技術センター 電子情報技術部
岐 阜 県 羽 島 郡 笠 松 町 北 及 47
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方法が必要である。また、視覚を切り換えたときに作近年、遠隔操作について多くの研究が行われて 業点を見失う可能性もあるため、視覚切り替え時のカいるが、複雑な操作や精度が要求されるような作業を メラ操作についても検討する必要がある。
遠隔地から行うには、装置が大規模になりがちであり ２．２ 視覚座標系を用いた操作ロボットの操作は作業点付近の映像だけで操作が行容易ではない。本研究では，複数の視覚を用いた遠隔操作手法を提案し、試作システム(図１)による実験か えるように、ロボット先端部の動作方向を与えることら簡易なシステムでも正確な遠隔操作が行えることを で行う。この場合に視覚切り替え時の操作者の混乱を示す。なお、ここでの視覚とは作業現場に設置した上 無くすために，視覚座標系を用いたロボット操作方法下左右に動作可能なカメラからのステレオ映像を示す。 を検討する。
図２（ a）は，一般的な操作方法であるが、視点位置が変化する場合，ロボットの操作方向とモニターに
２. 遠隔 操作手法の検討表示される映像での見かけのロボット動作方向が異な
２ ．１ 多視 覚に よ る遠 隔操 作の 問 題点
組立作業等の精度を要求される作業を遠隔地から行 るため，操作者は常に操作方向に関して注意する必要うためには、作業点近傍の分解能の高い映像が必要で がある。
一方，図２（ b）は視覚座標系を用いた操作で，カあり、同時に作業環境全体の認識も必要である。カメメラの位置、方向とロボット先端部の位置から算出さラからの映像を市販されている一般的な HMD や 3D
テレビジョンで表示する場合、分解能の高い映像を表 れる変換行列を用いて、入力された方向情報の座標変示するためにはカメラの視野範囲は必然的に狭くなる。 換を行い、操作座標系を視覚座標系に一致させた操作視野範囲を広げるためにカメラ方向を上下左右に可動 方法である。この方法ではロボットの操作方向と映像式にしても、ほとんどの場合作業現場全体を見渡すこ における見かけのロボット動作方向は同一のものとなとは不可能である。さらに、いくら分解能の高い映像 り、操作者は視覚情報のみにより，ロボットを操作すを使用しても、障害物やロボット自身の陰などの死角 ることができ，直感的な操作が可能となる。

１ ．はじめに１〜３）が必ず存在することから、作業は制限されざるを得ない。これらの問題に対し、分解能は高いが視野範囲は狭い複数の視覚から、作業環境を様々な方向・位置から観察することにより、作業環境の全体を認識する手法は、操作を行う上で非常に有効であると考えられる。
さらにこの手法では、操作に最も有効な位置からロボットを操作する事も出来る。
しかしこのような複数視覚を用いた場合、カメラの方向や視点の位置によって、ロボットの動作方向に混乱が生ずる可能性がある。そのため、視覚を切り換えても常に同じ感覚でロボットの操作を行うための操作

図１

システム全景ForwardLeft

Right?
（ａ）（ｂ）
図２ 操作方向とロボット動作方向の関係

図３

システム構成２ ．３ カメ ラ操 作 方法
カメラの動作は操作意識をなくすために、操作者の頭の基準位置（ホーム位置）からの変位量に連動させて行う。視覚切り替え時に作業点を見失うという問題に対しては視覚切り替え時に作業点を提示する作業点検出機能で対応する。これは，視覚切り替え時に映像の中心に作業点が映るようにカメラを回転させ，このカメラ位置を中心に、頭のホーム位置からの変位量分カメラを連動させる機能である。これにより視覚切り替え時に作業点の位置を見失うことも無く、スムーズに作業を継続する事が出来る。また、作業を継続中に無理な姿勢を取ることもなく、常にホーム位置を基準として操作が継続できる。

＊単位：㎜(a)視覚１台(b)視覚２台
図４ 作業精度比較実験結果
181614３．シス テム仕様
時 間 （秒 ）1210
図３に試作システムの構成図を示す。本システムは，8ロボット制御システムと視覚制御システムの２つのサ6ブシステムにより構成され、２つのサブシステムの間4は共有メモリで接続し，ロボット先端位置やカメラの20角度など必要な情報の共有を行う。
123456789 10
ロボット制御システムでは，３次元入力装置による試行回数
ロボット先端アーム部分の直交座標系でのインクリメ
ンタリーな位置制御と、アームの回転、傾き、開閉制
図５ 作業点検出にかかる時間御を行う。入力装置は、 X、 Y、 Z、 ROLL、 PITCH、YAW の６自由度の入力とボタン操作が可能である。
視覚制御システムでは，ＨＭＤ上に取り付けられた 標系を用いた時は，画面上での位置関係のみでの操作
３次元トラッキング装置により、操作者の頭の動きに ができるため直感的にハンドロボット先端を作業対象あわせて、視覚ユニット上のステレオカメラを上下左 へ移動することができた。
最後に，作業点検出機能による作業時間の短縮の効右に２軸動作させる。視覚ユニットの選択はロボット
果について，視覚切り換え直後からロボット先端位置操作を行う３次元入力装置のボタンにより行う。
なお試作システムでは複数視覚として２台の視覚ユ を認識するまでの時間を測定した。熟練操作者によるニットを用い，１台はロボットの横に設置し、もう１ １０回の試行の結果を図５に示す。横軸は試行回数，縦軸は視覚切り替え後から作業点を認識するまでの時
台は作業に適当な場所に設置している。
間とする。この平均時間約１０．５秒が，視覚切り換え毎に短縮できると言える。
４．実験

最初に単視覚と複数視覚による作業性の検証実験として、ブロックを別のブロックの上に整列させ積み上げる Pick & Place 作業を行った。ブロックを死角となる位置（作業時にロボット等の影になる位置）に置いた場合は，自明ではあるが，単視覚を用いた作業では不可能であったが，２視覚の場合には作業を行うことができ，視覚の数が多いほど死角が減少し，作業可能な領域が広がることが確認できた。
次に，単視覚と複数視覚を用いて，作業精度について比較実験を行った。同一の Pick&Place 作業を５回行い，その時の目的位置とのずれ量を測定した。これらの値の平方自乗平均を図４に示す。図より複数視覚を利用した方が作業精度が高いことがわかる。
次に，視覚座標系を用いたロボット操作の有効性についての評価実験として、作業環境の水平面に傾斜をつけ，かつ作業環境の周囲を無地の板で囲んだ環境でPick & Place 動作を行った。 視覚座標系を用いない時は，ロボットの動作方向と操作方向を確認しながらのロボット操作を強いられた。それに対して，視覚座

５．まとめ
本研究では複数の視覚を用いた遠隔操作手法を提案し、作業環境の全体の状況を掴むことにより比較的簡易なシステムでも正確な遠隔操作を容易に行うことが出来ることを示した。
今後，現在２台である視覚ユニットの台数を増やすことによって得られる作業効率の変化について検討し，実用的な作業への適用について研究を行っていく予定である。

[参考文献]
1) 黒木雅嗣ら ,"遠隔操作における能動立体視の効果と生理指標を用いる評価法", T.IEE Japan, Vol.
115-C, No.2, 1995
2) 舘章ら,"ﾃﾚｲｸﾞｼﾞｽﾀﾝｽ･ﾏﾆﾋﾟｭﾚｰｼｮﾝ･ｼｽﾃﾑの設計と評
価", T.IEE Japan, Vol. 115-C, No.2, 1995
3) THOMAS B. SHERIDAN, "Telerobotics, automation,and human supervisory control", The MIT Press, 1992