ペン入力を用いたヒューマノイドロボットの運動・動作制御の提案
清水紀芳†

長谷川晶一†

稲見昌彦‡

Pen-based Interaction for Humanoid RobotNORIYOSHI SHIMIZU†SHOICHI HASEGAWA†

はじめに

1.

MASAHIKO INAMI‡

用いたものとして，実世界の車両型ロボットに搭載したカメラからの画像に対して，移動経路を描くことで現在，ヒューマノイドロボットに対して，実際の生指示を行う研究 5)，ペン自体を CG キャラクタに見立活環境の中で日常作業支援を行わせる研究が行われてて，ペンの傾きや移動により操作を行う研究がある 6)．

いる1)．また，個人の間でも安価な小型ヒューマノイ

本研究では，ユーザがカメラ付きモニタに対して，ドロボットを手に入れられるようになり，格闘競技やその画像上にペンで入力することで，ヒューマノイドサッカーの大会が開かれている 2)．このようにヒューロボットの移動や各関節の動作指示を行う．ユーザがマノイドロボットは人々に触れられる機会が増え，今ヒューマノイドロボットの各関節の動作指示を行う様後もその機会は増していくと考えられる．しかし，ヒ子の例を図１に示す．ユーザが目の前にあるロボットューマノイドロボットを使用する場合，歩行モーショをカメラで捉え，そのカメラ画像中のロボットに対しンを始めとした様々なモーションの作成が必要である．てペンで入力を行う．図の赤い線のように，右手の手そして使用する際には，事前に行動設計を行うことや，先を選択してから手先の軌道を描くことで，上下に動リアルタイム制御ではロボット視点に立ってコントロ作させることや，緑の線のように，胴体を選択して上ーラで操作する必要がある．このように，ヒューマノ

下方向へ描くことで，しゃがむ動作や膝を伸ばす動作

イドロボットの使用において，ユーザにはある程度のをさせられる．つまり，個別のパーツの指示を行うだ

知識や熟練が必要となってくる．

けでなく，逆運動学を用いることで複数パーツを連動

本研究では，初心者にとっても直感的にヒューマノして指示することが出来る．また，ロボットの足元かイドを使用できる，ペン入力を用いたヒューマノイド

ら軌跡を描くことで，ロボットの移動指示を行う．

ロボットの運動・動作制御を提案する．実世界内のロボットを捉えたカメラ画像に対してユーザがペンで入力することで，ユーザ視点でロボットの移動やタスクの指示，各パーツの動作指示を可能とする．

2.

ペン入力インタラクション

実世界の車両型ロボットや情報世界内の CG キャラ
クタに対して，移動経路を描いて指示を行う研究があ
図1 提案システム概念図（ロボットの動作指示）

る．天井カメラからの画像上にマウスでクリックすることで掃除ロボットの移動経路を指示する研究 3)や，

2.1

情報世界内の CG キャラクタに対して，マウスで移動システム構成を以下に示す．

経路を描いて移動させる研究がある 4)．また，ペンをユーザが持つカメラ付きモニタとしては，Tablet PCシステム構成（Latitude XT, Dell 社）を用い，USB カメラ（Qcam† 電気通信大学
The University of Electro-Communications

Pro for Notebooks, Logicool 社）をその背面に取り付け‡ 慶應義塾大学大学院 メディアデザイン研究科た．そして，操作対象のヒューマノイドロボットとしKeio University Graduate School of Media Designては全身に 18 自由度を持つ Bioloid（Robotis 社）を用いた．また，カメラ画像内のロボットの位置・姿勢，

情報処理学会 インタラクション 2009

地面の認識のための技術としては ARToolKit を使用しまた，動作指示においては，ロボットの各パーツやた．図２のように，ロボット頭部の立方体マーカーと連動したパーツの指示を可能とした．通常，小型ヒュ

地面認識用マーカーによって，カメラ画像内のロボッーマノイドロボットのモーションを作成する場合には，トの地面に対する位置・姿勢を求めることができ，移各関節の角度を個別に指示する方法が取られている．

動経路の指示が可能となる．

複数関節が連動するモーションの作成は，特に慣れてヒューマノイドロボットの各関節の動作指示を行ういないユーザにとっては困難であり時間が掛かる作業には，画像内のロボットの各パーツの位置を把握するである．また，安価なロボットの場合はサーボの出力必要がある．そのため，ロボットの各サーボの角度情が弱いため，特に下半身においては自重によって実際報を PC 側で受信し，立方体マーカーに対する各パーの指示値通りに動かず，細かな修正が必要になること

ツの位置情報を常に算出する．その位置情報により，がある．本方式では実環境のロボットに対して指示をユーザが選択したパーツの判定と動作を行う．

行うため，自重は考慮されており，逆運動学によって複数関節を同時に指示可能であり，短時間で希望する形状へとロボットを動作させることが出来る．

4.

おわりにユーザにとって直感的にヒューマノイドロボットを制御する方法としてペン入力による指示を提案し，実際に移動・動作指示を行うシステムの実装を行った．
今後は，移動指示においては経路だけで無く，一連のタスク（ごみのところへ行く→拾う→捨てる等）を簡単に指示できるシステムを実装する．動作指示におい
図2 システム構成

3.

アプリケーションてはリアルタイム制御のみの実装であるため，実際にモーションを作成できるシステムの実装を行う．また，ロボットの位置・姿勢把握に ARToolKit を使用したが，ユーザがロボットに対して移動経路の指示を行うモ

今後は画像内の特徴点やカメラの姿勢情報を利用する

ニタ画像を図３に示す．制御システムとしては，既に等して，実世界環境側からマーカーを無くす方法を検基本となる歩行モーションと旋回モーションが組み込討していく．

まれており，ユーザは赤い線のように移動経路を描くだけで指示が可能である．描かれた経路に従ってロボットが旋回角度を変更し，立方体マーカーと描かれた経路の位置関係に従って歩行距離を調節する．従来のヒューマノイドロボットの制御としては，コントロー
ラを用い，ロボットの視点で旋回角度，歩行距離を調節する必要があったが，ユーザ視点でロボットの移動を指示出来るため，直感的な操作が行える．

図3 ロボットの移動指示（ユーザが見るモニタ画像）

参考文

献1) 東京大学 IRT 研究機構
http://www.irt.i.u-tokyo.ac.jp
2) ROBO-ONE. http://www.robo-one.com/
3) 竹下勉，大矢晃久，油田信一: 家庭用掃除ロボ
ットの研究－天井カメラ画像を用いた動作指示－，日本機会学会ロボティクス・メカトロニク
ス講演会'04 講演論文集(2004)．
4) Takeo Igarashi, Rieko Kadobayashi, Kenji Mase,
idehiko Tanaka, “Path Drawing for 3DWalkthrough”, 11th Annual Symposium on User
Interface Software and Technology 1998, pp. 173174 (1998).
5) 森下圭介，呉世淑，清水紀芳，杉本麻樹，稲見昌彦，松野文俊，バーチャルライントレースによる遠隔ロボット操作に関する研究，第 25 回日
本 ロ ボ ッ ト 学 会 学 術 講 演 会 予 稿 集 ， pp. 6064(2007)．
6) Masaki Oshita,, Pen-to-mime: Pen-Based Interactive
Control of a Human Figure, Computers & Graphics,
Vol. 29, No. 6, Elsevier(2005).