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計測自動制御学会東北支部第 283回研究集会 (2013.
10.
25)
資料番号 283‑
15

遠隔ロボットの過去画像を利用した周辺環境の提示
SurroundingEnvironmentDisplayusingPast][magefor
TeleoperatedMobileRobot
0高野￨導史，妻木勇一

oHiroshiTakano，YuichiTsumaki
山形大学

YamagataUn
iv
er
sity
キーワード: 遠隔移動ロポット (teleoper
叫 edmobilerobot)，過去画像 (pastimage)，周辺環境(surroundingenvironment)，操作支援システム (operat.
orsupports
ystem)，〒992‑
8510 山形県米沢市城南 4丁目 3‑16
山形大学大学院理工学研究科機械システム工学専攻

連絡先:

高野博史， E‑
mail:ttr
7662
1也前 .
y
祖 略 的a‑u.ac.jp

1. 緒言を測定し 3次元環境地図を作成している 3) しかし，計調J
I
用レーザーは高価であり，システム遠隔移動ロボッ卜は，災害現場など人が立ちも複雑になってしまう.

入ることが危険な区域で活躍することが多い.

これに対し我々は，カメラより取得した画像

しかし，遠隔地からの情報量には制限があるたのみを用い，ロポットの周辺環境を認識しやす

めロポットを遠隔操作することは容易ではない.

くするための支援システムを提案する. .~也のセ

遠隔移動ロボットを操作する場合において重ンサを必要としないため，簡易なシステムで実要なことは，ロボットの周辺環境を認識するこ現できる.周辺環境を提示するために過去画像ととロボット自身の環境に対する車体感覚を把を使用するが，現在画像も提示するため，環境握することの 2つである.これらをわかりやすの変動にも対応できる.本論文では開発した支く提示するために多くの研究が行われている.

援システムについて述べる.

城間らは，過去画像にロポットのグラフイックを重畳することで， 府J
f1敢的に状況を認識できる

2. 支援システムようにしたり. しかし，過去画像によって周辺環境を提示しているため，現在の状況を認識す

2.
1 原理

ることができない.爾藤らは，全方位カメラを用いて周辺状況を提示している 2) 全方位の現支援システムの原理を F
ig.
lに示す. F
ig.
lに在映像を見ることができるが，映像の分解能がおいて，水色が移動ロボットのカメラで位置①低いとし寸問題点がある.戸畑らは，周辺環境から位置②へ移動したものとする.位置①で得られる情報は緑色の部分であり，位置①で得ら唱'‑.
② Screen① Screen

Fig.2 Simulation(Straight)

Fig.1 Outline
れる情報はオレンジ色の部分である.スクリー
ン①において，位置①から得られる情報は緑線の範囲であるが，位置①に進むと黄色線の部分の情報が得られなくなる.そこで，スクリーン②に位置①からの過去情報を拡大して映すことで，位置②で得られる情報よりも外側の部分を提示することができる.

rn)
Fig.3 Simulation(Left七u

スクリーン①からスクリ}ン②への過去画像
中心角度に応じて過去画像の貼り付け角度を変の拡大率は，進む距離とスクリーンまでの距離化させる.その上で，現在画像を貼り付ける.

で決定される.緑色の部分とオレンジの部分は

Fig.
3において左側の部分が黒く表示されるの相似の関係となり，拡大率は午となる

は，左折することにより画角の左端が過去画像の外側に出てしまい情報がなくなるためである.

2.
2 ロボットが移動する場合の薗像合成

それを解消するために，ジンパル機構を導入し，直進する場合の画像を Fig.2に示す. Fig.
2

カメラの向きを動かせるようにする.

は仮想空間での検証用プログラムのスクリーンである.このプログラムは， GLUTを用いてポ2.
3 ジンパル機構による周囲画像の合成

リゴンで環境を構築しているが，図に示す映像

F
ig.
4にジンパノレ機構を導入することを想定

はポリゴンを直接提示しているのではなく，一し，カメラの向きを変えて，周囲を見回した場

度，平面画像としてキャプチャした過去画像を合の実行画面を示す. F
ig.4において，枠で因拡大し，その上に最新の画像を重畳させたもの

われた部分が現在画像であり，その外側の部分である.シミュレーション上ではロボットの位が過去画像をそのまま残した状態である.ジン

置が正確にわかるため，幾何学的な矛盾がない

パル機構を動かす指令値を利用し，画像の中心かどうかが確認できる.

点が球状になるように座擦を計算して表示してF
ig.
2において，枠で因われた部分が現在画いる.概要を Fig.
5にしめす. Fig.
5において像であり，その外側の部分が過去画像の拡大に

Eは画像の中心点を指しよって補われた部分である.直進の場合，過去bは ν軸上の単位ベクトルである .ιJは次式となる.

画像を進む距離によって拡大し，その上に現在(1)

α一川

α 7

c= ‑;
‑‑:‑X 0(2)司

画像を貼り付ける.

￨α1‑‑‑﹃司C場合，直進と同様に過去画像を拡大し，曲進の×

一一ァd

曲進する場合の画像を Fig.
3に示す.曲進の︐︒
GWirelesscamera

義喜一詔ceiver

Fig.4 S
imulation(withcameramotion)

w

eQu

ιEUw
ev
omev
dnD

μO

i

U0F︐
.

zx

Fig.5 Coor
dinateofS
creen
以上より画像を表示する際の各頂点は，画像のe+ザ
横幅を ω，縦幅を hとすることで， a+きのように表すことができる.

Fig.7 Gimbalmechanism

3.
2 コントローラー

3. 実験装置
本章では遠隔移動ロボットを操作するシステ
ムのハードウェアについて述べる.システム全

コントローラーには，ギョムンエンターテイ

FTRACINGHANDLE
メント千土の REALDRlを使用する.このコントローラーはハンドルと体を Fig.6に示す.

ペダルによって指令を入力するため， 自動車を運転するように操作することができる.

3.
1 遠隔移動ロボット
遠隔移動ロボットには ZMP社の RoboC
訂を3.
3 Opti
宣旨ack使用する. RoboCarは車型のロボットで，サイズは 429.
0x195.
0x2
12.
2m m，メインコント
ローラ 08は Linuxである.画像を取得するためのカメラ部分は，ジンパル機構に変更している.ジンパル機構のアクチュエータには，双葉電子工業社の R8301CRを使用している.カメ

ystem社の無線カメラ HG‑88sを
ラには， RFS使用する.カメラとジンバル機構部分を F
ig.7

移動ロボットの操作はコントローラーにて行うが，ジンバル機構によるカメラの動きも操作することは難しい.人は見たいものがある場合，その方向に頭部を向ける.これと同じようにカメラを動すために Opti
Trac
kVI00:R2で頭の動きを取得し，それに合わせてカメラを動かせるようにする. OptiTrackVI00:R2は NaturalP
oint社のものである.に示す.

οqF
ig.9 Suppor
tsystem(Straight)
Fig.8 Ov
erv
iewofExperiment

3.
4 ヘッドマウントディスプレイ
頭の動作によってカメラを操作するために，ディスプレイが固定されていると操作画面が見れなくなる.常に操作画面を見ることができるようにヘッドマウントディスプレイを使用し，どの方向に頭を動かしても問題がないようにする.
ヘッドマウントディスプレイには，オリンパス
光学工業社の Eye‑Trekを使用する.

Fig.10 S
upportsystem(leftturnw
ithg
im‑balmotion)

5. 結論
搭載カメラより取得した画像のみを用い，ロ

4. 動作検証

ボットの周辺環境を認識しやすくするための支ロボッ

援システムを提案した.本システムは，他のセトを操作した.操作者の状態を F
ig.
8に，操作ンサを必要としないため，簡易なシステムで実時の支援システム画面を F
ig.
9，Fig.10に示す.

現できる.また，実験システムを構築し，動作F
ig.9，Fig.10において，枠の内側が現在画像検証を行った.今後は被験者による実験を行い，である.なお，枠は理解しやすいように後から支援システムの評価を行う予定である.

実際に支援システムを用いた状態で，書き込んだものであり，実際には表示されない.
画面下に見える灰色の台形部分は，車体感覚を参考文献

わかりやすくするためにグラフィックスで提示

1) 城間直司，長井宏和，加護谷譲二，杉本麻樹，したものである.支援システムにより，障害物

稲見昌彦，松野文俊:ロポットの遠隔操作のための過去画像履膝を用いたシーン複合，計測自動制御学会論文集， Vo
l.4，1No.12，pp.1036‑
005.
1043，2のおおよその位置が過去画像により認識できた.
映像がゆがんでいるのは，ロボットの位置の不正確さによるものである.周辺の映像はこのよかむには十分と考えられる.また，現在映像が2) 戸畑亨大，倉爪亮，村上剛司，長谷川勉:群ロ
3
ポットによる 3次元環境計測と地図生成，第 1回ロボティクスシンポジア講演会予稿集， pp.
159‑165，2008.

歪む事はないので，もっとも重要な正面の映像3) 粛藤研作，滑川清，竹村治雄:移動ロボットのうにゆがみが発生するが，おおよその位置をつ遠隔操縦インタフェースのための全方位映像と三次元形状モデルを用いた・情報提示手法，日本
ノ〈ーチヤノレリアリティ学会論文誌， Vol.12，No.
4.2
007.には影響はないことを明記しておく.

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