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2023/3/1

Augmented Avatar の提案と壱号機の試作検証- XPRIZE/AVATAR 決勝戦への進出 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．労働とは作業だけが必要な業態から，人とのコミュニケーションを必要とする業態まで幅広い．人は作業とコミュニケーションの両立が可能であるが，これを実現する人型の遠隔操作ロボットは現時点では複雑・高価である．本論文では作業とコミュニケーションの両立が可能であり，かつ，低価格な提供を目指した”Augmented Avatar”を提案するとともに，2021 年 9 月フロリダで開催された準決勝を日本チームで唯一勝ち抜き XPRIZE/AVATAR Finalist に選出されたシステムを紹介する．

1. はじめに

2. 活躍する Avatar ロボット

20 世紀初頭に約 15 億人であった世界人口は，2000 年に

遠隔操作は 1940 年代に放射線環境での作業を目的に研は 61 億人に到達し，2011 年には 70 億人，2020 年には 80

究が始まり[4]，1980 年代に電気・計算機技術の進展により億人を超えた．その一方で，日本では人口減少と少子高齢テレイグジスタンス[5]やテレプレゼンス[6]に昇華された．

化による労働力不足が懸念されている．空間を超えて作業

近年，スマートフォンやゲーム分野にて VR，AR 技術が普が可能である遠隔操作技術が人口の偏在を緩和するソリュ及するとともに，通信技術の進展と普及を背景に様々な分ーションとして期待できる[1][2]．労働とは作業だけが必要

野での適用が期待されている．例えば，建設機械を遠隔操な業態から，人とのコミュニケーションを必要とする業態

作する土木分野，da Vinci に代表される医療分野，及び，まで幅広い．人は作業とコミュニケーションの両立が可能

Avatarin や Ory Labo Inc.のリモートコミュニケーション分であるが，これを実現する人型の遠隔操作ロボットは現時野がある．土木分野の技術は 2011 年の東日本大震災での福点では複雑・高価である．本論文では作業とコミュニケー

島原発事故時の事例が報告されており，操作インターフェションの両立が可能であり，かつ，低価格な提供を目指しースについては迅速に設置可能な簡便さと，オペレータのた”Augmented Avatar”を提案する．筆者らは作業が可能な事前訓練の重要性が指摘されている[7]．医療分野で導入さ最小限の機能を有する Manipulation Avatar と，コミュニケれている da Vinci Surgical System は患者身体内の鉗子を，ーション伝達の促進のため人身体構造を模倣した外科医が操作インターフェースを介して間接的に手術をす

Communication Avatar という 2 つの Avatar をオペレータがるシステムであり，術部を最小限に抑えることができる．

シームレスに操作できるシステムを目指している．この試筆者が米国で体験した da Vinci の操作は専用のコンソール作機と基礎評価を実施して，その有用性を確認した．本シを利用しているがオペレータの操作インターフェースの延ス テ ム は 2021 年 9 月 フ ロ リ ダ で 開 催 さ れ た

長線上に術部内の鉗子が繋がっているような素晴らしい

XPRIZE/AVATAR[3] 準決勝を日本チームで唯一勝ち抜き「一体感」を感じることができた．リモートコミュニケー

Finalist に選出されている（図 1）．

ション分野では avatarin と Ory Labo Inc.がそれぞれ遠隔コミュニケーションサービスを開始している．avatarin を初のスタートアップとして設立した ANA は 2018 年に 1000 万ドルの賞金を出資した XPRIZE/AVATAR の開催を発表し，世界 81 カ国から 820 チームが参加し 2022 年 11 月に決勝戦がフロリダで開催された[8]．Ory Labo Inc.は障害者の方々が遠隔操作で仕事をする café を設立し運営している．
Ory Labo Inc.の吉藤代表と筆者を含む対談において[9]，出演者全員が OriHime を遠隔操作してくれた”マサさん”のプレゼンスを顔と手が動くシンプルな AVATAR を介して十図 1

筆者らのチーム LAST MILE[4]分に感じることができた．

XPRIZE/AVATAR 決勝戦に進出†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 Japan755

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3. Augmented Avatar の提案
これまでに活躍している Avatar はマニピュレーション，あるいは，コミュニケーションに特化していることが多い（図 2）．GITAI の G1 や MELCO 試作機[10]の遠隔操作式の人型ロボットの場合，マニピュレーション作業に特化したものであったとしても，その身体構造を利用して周囲にいる人とのコミュニケーションは可能である．ただし，高い出力をもつロボットは，近くでコミュニケーションを行う場合，対面者に心理的な恐怖心を与える．一方，コミュニケーションに特化した ERICA， Orihime は，優れたコミ

図 ３提案する Augmented Avatarュニケーション機能を有するが，実用的なマニピュレーション作業は不可能である．
本論文では，人のマニピュレーションとコミュニケーシ
ョンの 2 つの機能を独立設計した後に，各 Avatar を組合せることで人機能を再構成する”Augmented Avatar”を遠隔操作システムとして提案する（図３）．”Augmented Avatar”では，各機能に必要最小限のシンプルな仕様で設計が可能であり，全体として低価格なシステムを実現することが可能である．また，各機能用に設計された機能特化 Avatar は複数のアプリケーションでの再利用ができるため設計の効率化が可能である．また，人が近くにいる環境で運用される

人はトレーニングにより道具を自身の身体図式として獲得することが示唆されている[11]．また，手先を表示すれば身体が透明でも身体所有感を保持することが可能であることも示されている[12]．これらの知見は人の身体所有感や運動主体感の柔軟性を示すものである．このことから，筆者らは提案する Augmented Avatar について，遠隔作業に必要な Manipulation Avatar と，遠隔コミュニケーションに重要な身体図式を有する Communication Avatar を物理的には別身体構造としながら，オペレータは２つの身体を１つの身体として操作できることを目指している．

場合に，ハイパワーモータを有した Manipulation Avatar の電 源 を OFF に す る こ と で 安 全 を 確 保 し な が らCommunication Avatar で遠隔操作システムを運用することも可能である．提案する Augmented Avatar には以下の特徴がある．
・Avatar 周辺の人への安心感
・設計の柔軟性と再利用性
・低コスト

4. Augmented Avatar の試作（壱号機）
人のマニピュレーションとコミュニケーションという 2つの機能の両⽴を Manipulation Avatar と Communication
Avatar の各機能を分離した 2 つの Avatar で設計を実施した後に，各 Avatar を組合せることで⼈機能を再構成する ”Augmented Avatar” を 試 作 し た （ 図 ４ (a) ）．
Communication Avatar には⼈のコミュニケーション機能として⾔語伝達だけでなく，重要性が指摘されている表情やジェスチャーの⾮⾔語伝達[13]の機能実装をした．表情はオペレータの顔映像を Communication Avatar の顔部に表⽰し，ジェスチャーは⼈の⾝体構造を簡略化した双腕アームで表現する構成とした．また，周囲に⼈がいる環境でも安⼼できるように低出⼒モータにて設計した．
Manipulation Avatar は作業に合わせた出⼒・速度・駆動範囲等の仕様を満たすアームとハンドを選定，あるいは，設計する．本論⽂の試作機では作業としてパズルゲームを対
象 と し ペ イ ロ ー ド 250[g] の WidowX250 Robot Arm(Trossen Robotics)を選定した．本試作機は，各機能に必要最⼩限のシンプルな仕様で設計されているため数⼗万円程度の低価格なシステムである．試作した Augmented Avatar
は⾼さ 1450mm/奥⾏き 660mm/幅 350mm で，1 時間程度の運⽤が可能なバッテリを搭載した状態で 30kg である．

図 2

3 つの軸(マニピュレーション，コミュニケーション，コスト)と Avatar のポジショニング© 2023 Information Processing Society of Japan

また，試作した Augmented Avatar は運搬の容易性を実現するために，図４(b)の２つのスーツケースに分解梱包可能であり組⽴・分解は 20 分程度で可能である．

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図 5

２つの Avatar から構成される Augmented Avatar(a) Communication Avatar(b) Manipulation Avatar

4.3 移動台車
Mover は市販品の AirWheel® SE3 を改造使用している．
改造後も図６(a)のように通常の人搭乗での電動運転が可
図 4試作した Augmented Avatar（壱号機）

能である．遠隔操作時には図６(b)にあるように手動操作部に相当する 2 個のモータを取付けることで前進と左右旋回

4.1 マニピュレーション・アバターが可能である．

Manipulation Avatar（図５(b)）は市販品の WidowX250
Robot Arm (Trossen Robotics)を使用している．250g までの把持・運搬が可能な 5 自由度アームと 1 自由度のグリッパが実装されている．図７の操作インターフェースではアーム先端の前後・左右・上下の 3 自由度とグリップ開閉操作が可能である．グリッパが鉛直下向きとなる制約条件付
きの逆運動学計算によりアーム実装される 5 個への指令値が生成されている．これ以外にも定型操作についてはMotion Button にて予め設計された動作実行が可能である．
現在，Communication Avatar との接触回避機能，及び，電流検知によるトルク制限機能を実装し安全を確保している．
将来的には周囲の人検知センサとの連携により人との接触

図 6電動台車 AirWheel® SE3(a) 搭乗操作 (b) 遠隔操作の可能性がある場合にはモータ電流値をカットする機能を設けて安全性確保を実施する．

4.4 ジョイスティック型操作インターフェース

4.2 コミュニケーション・アバターcomputer(SBC)である Jetson®を利用している．Jetson®には

操 作 イ ン タ ー フ ェ ー ス の 計 算 機 と し て single board
Communication Avatar（図５(a)）は単眼カメラと，遠隔地

図７(a)に示すようにオペレータが視認する操作モニタ，オの人に音声と表情を伝えるための小型モニタ(iPad mini)と，ペレータを撮影するオペレータカメラ，操作入力をするジ

オペレータの非言語伝達をするための腕と手を動かすためョイスティック，マイク/スピーカ，及び，通信のための wi-の電動モータが左右両腕で 4 個，首・胴体の回転に 2 個実fi が接続されている．操作モニタには図７(b)に示すように装されている（図４(a)）． オペレータの表情と音声に加えCommunication Avatar にセットされた Avatar カメラ映像，て，腕や顔・胴体の向きを動かすことで遠隔地の人はオペ

オペレータの撮影状況を確認するオペレータカメラ映像，レータの様子を視覚的に理解することが可能となり非言語

及び，図７(c)に示すように操作モードを選択する mode

的な情報伝達の効率化が期待される．将来的にはオペレー

selector が表示されている．操作モードは communication

タ表情からの自動行動生成が可能となる Emotion Engine のmode，manipulation mode，mover mode の 3 つが用意されて搭載を計画しているが，現状は図７の操作インターフェーおり，モードによるジョイスティックの入力アサインを図スの Emotion Button で予め設計された行動が実行される仕7(d)とした．具体的な各モードの操作方法を以下に示す．

様である．首と胴体は操作インターフェースであるジョイスティックで遠隔手動操作されている．

© 2023 Information Processing Society of Japan757

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communication mode

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4.5 仮想到達点を利用した半自動操作

Communication Avatar の視線を操作するために首と胴体試作した操作インターフェースではシンプルさを重視すをジョイスティックで 2 自由度操作する．ジョイスティるため 3 次元での立体視ではなく奥行き知覚が難しい平面

ック根元のボタンには，非言語的な情報伝達を促進するモニタを利用している．このため，Manipulation Avatar 操ための腕や顔・胴体の一連のシーケンスを事前に設定し作の際に衝突の危険性があることがオペレータの操作負荷

た Emotion Button を用意している． 現在の試作機で実装となっている．この課題を解決するために，平⾯モニタ上されているシーケンスは各腕の 3 段階の角度，及び，両に 3 軸の並進座標を提⽰しながら，Manipulation Avatar の腕の同時上下動作である．

到達点を CG 映像で操作する⽅法が考えられる．図８(a)はmanipulation mode

Manipulation Avatar の到達点を表す実機位置を，図８(b)Manipulation Avatar のアーム先端の前後・左右・上下の 3は本説明でターゲットとするパズルピースの”⽩い⽺”を，自由度とグリップ開閉をジョイスティックで操作する．

図８(c)はパズル上の並進座標と操作インターフェースのジョイスティック根元のボタンでは定型操作を Motion

操作の関係を，図８(d)は仮想到達点(CG）がターゲットとButton にて動作実行が可能である．

する”⽩い⽺”に到達するまでの⼀連の操作の⼀例を⽰してmover mode

いる．図８(d)の 0sec でオペレータはパズルの上に表⽰さMover の前後と左右旋回をジョイスティックにて操作すれている⻘丸の仮想到達点(CG)と実映像であるターゲッ

る．Mover のハンドル舵角を視認できるように画面上にトとする”⽩い⽺”を⾒⽐べて，8sec までの間に仮想到達点進行方向の矢印とハンドル舵角を表示している（図 7(e)）．

(CG)を XY ⾯内でターゲット位置に操作 I/F で移動させ，これら 3 つのモードにおいて共通の機能としてジョイステ

10sec までの間に仮想到達点(CG)を Z ⽅向に移動させていィック根元の回転ノブでジョイスティックの操作量とアバる．この⼀連の操作において，平⾯モニタに 3 軸の並進座ターの動作量のスケーリングを調整する Gain Scaling 機能標が重畳されていることでオペレータは奥⾏きを含めターを設けている．これにより大きな動作から繊細な動作までゲット位置まで仮想到達点(CG)を直感的に操作することスムーズに可能となっている．

が出来るとともに，操作している仮想到達点(CG)の⻘丸は実機ではなく CG であるため衝突の危険がなくストレスがない．最終的に実機の⼿先到達点が到達すべき空間座標が決定したら，オペレータは実機の動作決定を実⾏する．動
作決定後は Manipulation Avatar の⼿先到達点が⾃動的にCG の⼿先到達点（仮想到達点(CG)）で決定した空間座標に移動する．操作時間としては CG を操作する時間に加えて，実機アームの先端が到達するための応答時間が必要であるが，奥⾏き情報が得られること，及び，安⼼して動かせることで，オペレータの操作負荷を低減することができる．

図 8

半自動操作モード(a) ⼿先到達点 (b) ターゲット (c) 座標系(d) 仮想到達点(CG)の操作の一例
図 7

操作インターフェース(a) 外観 (b) オペレータモニタ画面 (c) モード選択(d)ジョイスティック (e) mover mode 画面© 2023 Information Processing Society of Japan758

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5. 基礎的な検証実験
人は身体表現を重視することや[14]，身体図式の一致が運動主体性や身体所有権の強い感覚を喚起する[15]ことが2P-66
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た．提案手法は人との直接的なコミュニケーションには及ばないが，画面だけの遠隔コミュニケーションを改善する効果を確認できた．

知られている．これらのことから人型ロボットは，リモー
トコミュニケーションに有効であることがわかる．本検証
では Avatar の形態の違いが被験者に与える印象の違いについて基礎的な検証を実施する．
5.1 検証方法
インタラクティブなパズルゲームを対象として 5 名の被験者により評価実験を実施した．パズルゲームでは被験者の相手（以後，レシピエントと記す）と挨拶をした後に，会話をしながら，レシピエントが指示するパズルを被験者

図 10る影響の検証結果（被験者 5 名）にとってもらう．本実験では Avatar の役割として図９に示すように人，身体を伴わない画面だけ(iPad mini)，及び，擬似身体を有する Augmented Avatar の 3 ケースの形態を準備し，各被験者にはこの順番で合計 3 回の遠隔コミュニケーションの実験を実施した．5 名の被験者は 20 歳から 50 歳までの男性である．検証実験中は被験者の振る舞いを確認するためにパズルを置いた部屋での被験者のビデオ撮影と，実験後は「Q1. 視覚的な馴染みやすさ」，「Q2. 指示伝達のわかりやすさ」，「Q3. 気持ちの伝わりやすさ」の 3 点についてのアンケートを実施する．被験者への 3 点のアンケー
トは，人を対象としたケース（図９(a)）を 100 点とした場合の相対値として評価点の回答を指示した．

Avatar 形態がリモートコミュニケーションに与え5.3 考察試作した Communication Avatar では身体動作が言語伝達だけでなく，非言語伝達として有効であることを確認した．
被験者実験後のヒアリングでは，「⾸や胴体，あるいは⼿が動くことで，どこを⾒ればいいのかわかりやすい」という意⾒が被験者全員からあった．実験中のビデオを⾒るとCommunication Avatar の腕の動きや⾸・腰の動きが⼩さく
挨拶の際に，⼈のケースでは元気よく⼿を上げて応答する被験者（図１１(a)）でも，Augmented Avatar のケースでは⼿をあげるのを躊躇している様⼦が⾒られた（図１１(c)）．⾝体構造や動きについては更なる研究開発が必要である．また，「Communication Avatar により⼈の⾒た⽬がデフォルメされていると，普段緊張して話しづらい⼈とも話がしやすそう」という意⾒が被験者 4 ⼈からあった．⼈との直接的なコミュニケーションではなく，擬似的な⾝体を設けることの⼼理的な効果を含めた研究は興味深い．

図 9

3 つの Avatar 形態(a) 人 (b) 画面のみ(iPad mini)(C) 身体図式を有する試作した Augmented Avatar
5.2 検証結果
5 名の被験者アンケートの結果を図１０に示す．3 つの質問事項への評価点の平均値として，人のケースを 100 点として，身体を伴わない画面だけ(iPad mini)のケースは 52点であり，擬似身体を有する提案手法である AugmentedAvatar のケースは 77 点であった．画面だけのケースで「Q1.
視覚的な馴染みやすさ」は 5 名の被験者の平均点は 45 点であり最も低かった．一方，Augmented Avatar のケースでは「Q3. 気持ちの伝わりやすさ」は 78 点であり最も高かっ© 2023 Information Processing Society of Japan

図 11

レシピエントから挨拶された時の被験者の反応759

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6. XPRIZE/AVATAR 準決勝
ANA が 2018 年 に 1000 万 ド ル の 賞 金 を 出 資 し た
XPRIZE/AVATAR の開催を発表し[3]，世界 81 カ国から 820チームが参加し 2022 年 11 月に決勝戦がフロリダで開催された[8]．筆者らのチームは LAST MILE -Another Small World
Project -として，提案する”Augmented Avatar”（図１２）に

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業・コミュニケーション・移動の一連の操作が可能である
こと，及び，コミュニケーションを介したインタラクティ
ブな作業について，非言語伝達を担う身体があることが円滑なコミュニケーションを実現することを確認するとともに，XPRIZE/AVATAR 準決勝では本コンセプトにて挑戦しFinalist に選出された．て大会に参戦した[16]．参戦に向けて若干の H/W の更新を参考文献実施したが基本的な構成は 4 章に記載した通りである．本[1]

大会の特徴として，オペレータは開発者ではなく XPRIZEが用意する初見の審査員であることである．60 分の練習時間だけでテストに臨む形式である．このため，人に似た身体構造を有する人型ロボットとヘッドマウントを利用した立体視は直感的操作に有利であると考えられる．多くのチームが人型ロボットと立体視可能なヘッドマウント式の操作インターフェースで参戦する中，LAST MILE はシンプル・コンパクトをコンセプトに非人型ロボットと平面モニタでの参戦に挑戦した．準決勝ではコミュニケーションを重視したタスクが多かったことと，XPRIZE が準備する公平かつ，システムのパフォーマンスを最大限に引き出そうとする素晴らしい審査員の方々のお陰で，2021 年 9 月フロリダで開催された XPRIZE/AVATAR 準決勝を日本チームで唯一勝ち抜き Finalist に選出された[17]．

図 12XPRIZE/AVATAR 準決勝参加のAugmented Avatar 試作機（壱号機 ver.2）

7. まとめ空間を超えて作業とコミュニケーションが可能である分身ロボット（Avatar）技術は，人口の偏在を緩和するソリューションとして期待を集めている．筆者らは幅広い業態への適用を目指し，低価格で作業とコミュニケーションの両立が可能な”Augmented Avatar”を提案し，試作した．試作機では XPRIZE/AVATAR 準決勝のタスクを対象にした作

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https://www.xprize.org/prizes/avatar/articles/ana-avatar-xprizeannounces-finalists

業が可能な最小限の機能を有する Manipulation avatar と，非言語伝達をするための身体構造を模倣した
Communication Avatar という 2 つの Avatar をオペレータがシームレスに操作できるシステムを構築した．遠隔での作© 2023 Information Processing Society of Japan“Orihime”は株式会社オリィ研究所の登録商標です．
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“Jetson”はエヌビディアコーポレーションの登録商標です.

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