計珊自動制御学舎東北支部第174匝】研究集会〔199軋5−8）
資料番号174−12

宇宙遠隔操作用オペレータ支援グラフィックシミュレータ

OperatorSuppoI・tingGraphicSimulator丘IrSpace
Teleoperation
0御所園敏彦，妻木勇一，内山勝
OToshihikoGoshozono，YuichiTsumaki，MasaruUchiyama
東北大学大学院工学研究科

GraduateSchoolofEngineering，TohokuUniversity
キーワード：宇宙遠隋操作（spaL：eteleoperation），予測表示（predictivediBPlav），
グラフィカルユーザインターフェース〔graphic吊lⅦ聞rint即h伴）．

オペレータ支援システム（operator6uppOrtSy如m）
達縮先：〒湘恥鮎丁9 仙台市青葉区荒巻字音菓01東北大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻
宇宙横システム学講座

御所園敏彦，恥1．＝〔022）別7−6973，臨Ⅹ：（022）21T・6軒1，払mail＝即Sho鮎p且亡亡・皿edl・t血oku▼aLjp

しかL．宇宙遠隔操作では，地上系と軌道上束

1． はじめにの間に数秒単位の通信時間遅れが存在するため．
現在，日本，アメリカ．ヨーロッパ，カナダ及オペレータの操作性は著Lく劣化し．作業効率もびロシアの国際協力のもとに国際宇宙ステーショ低下する．そこで，効果的なオペレータ支捷を行ンの建設計画が進行中であり．宇宙開発がますまい．オペレータの負担を軽減芋せることが必要とす盛んに行われるようになってきている．
なる．

しかし，宇宙空間のような厳Lい環境下においこれまで．視覚情報の時間遅れの影響に対してて大型構造物を建設する場合，莫大な費用と危険は．予測表示が有効であることが報告されているが伴う．そこで，人命の危険回避，コストの削減な

1）・2）両．一九力情報への時間遅れの影響に対すどといった問題を解決するため，宇宙用ロボット

る方法とLては，モデルに基づいた遠隔操作シスの開発が必要となる．このような宇宙用ロボット

テムが蛙案されている4）耳61

は，完全自律化されることが望まLいが，現在の筆者らの研究室では，宇宙遠隔操作粟験システ

技術ではその寛現は難しい．そこで，現実的であムを用いて．モデル誤差にロバストなモデルに基るのが遠隔操作によるロボットの活用である．とっいた遠隔操作システムを撞案してきが）．しかくに．有人打ち上げ技術を持っていない日本にとっし，これまで構築してきたグラフィックシステムて，宇宙遠隔操作技術は早急に開発Lなくてはな

は，MS−DOS上に構築Lていたため，解慄度が佐らない技術のひとつである．

一lなど，グラフィックス描画能力に大きな制限がー1一あった．このため，仮想環境等はワイヤフレームモデルしか使えず，臨場感に欠けていた．また，直交3自由度の力提示デバイスを用いていたため，姿勢情報を提示することができず，力情報に関しても高度な臨場感を得ることは困難であった．
本論丈では，3Dグラフィックス作成ツールキットOpenIJIVentOrを用いて仮想環境を構築L，新たに製作した小型6自由度ハブティツケインター
フェースと組み合せ，より高度な臨場感を提示可
能なオペレータ支援システムを構築したのでこれ

囲1 ARSノAの全景を報告する．さらに．本実験システムの基本性能を検証するため，ドイツ航空宇宙研究所（DIR）と基礎的な通信実験を行ったので，これについても述べる．

2・遠隔操作実験システムARS／A
2．1 システム構成
遠隔操作実験システムARS／A（AerospaceRobot
SyBtemfbrA−ARM）は．ATARM（Aob且uARM）と呼ばれる6軸多関節型産業用ロボットを中心とする軌道上系（スレーブ側）および6自由度小型ハ回2 AR即Aのハードウェア構成

ブティツタインターフェースを中心とする地上系（マスタ側）により構成される．地上系と軌道上系のコンピュータ間はメモリンクによって接続されフェース，制御用コンピュータ．グラフィックており，非同期で通信することが可能である．遠ス用ワークステーションなどから構成されて隔操作実験システムARS／Aの全景を囲1に示す．

いる．

また，ARS／Aのハードウェア構成を囲2に示す．
2．2 A−ARM

以下に，軌道上系および地上系の概要を示す．

A−ARMは日立製作所（株）製6軸多関節型産業●軌道上系用ロボットA6030である．A−ARMの外観を国3

軌道上系は，6軸多関節型ロボットA−ARM，に示す．A−ARMの手首部には，エンドエフェク制御用コンピュータ，手首部に装着された6タ等にかかる外力を検出するための￠動力覚セン

軸力覚センサ，ハンド，ビデオカメラなどかサ，およぴハンドなどを取り付けることができる．

ら構成される．
また，可搬重量はユ【kg】である．
●地上系

地上系は，6自由度小型ハブティツタインター−2−

3．オペレータ支援グラフィックシ
ミュレータ

宇宙遠隔操作では，数秒の時間遅れがあるため，軌道上系にあるスレーブアームをカメラの映像だ
けを見ながら遠隔操作するのは非常に難しい．そこで．時間遅れの影響を軽減するため，3Dグラ
フイツタスにより促想環境を構築し，予測表示を行うシステムを構築Lた．
現在，グラフィックシステムはSGI（SiliconG叩山一
囲3 A−ARMの外観ic5Im仁．）社製のワークステーション02上に構築されている．また，プログラム開発環境には，オブ

2．3 ハブティツタインターフェース

ジェクト指向の3Dグラフィックス作成ツールキットであるOpenInventorを用いた．Openhventor

ハブティツタインターフェースは，並進3自由は立方体，ポリゴン，テヰスト，カメラ．光源と度パラレル機構である改良型デルタ礫構と回転2いった豊富なオブジェクトを備えており，インタ自由度パラレル機構を組み合わせたハイブリッドテクティプな3Dアプリケーション間発にかかる型のパラレル榛構を採用Lている．回転2自由度時間を大幅に短縮することができる．

パラレル機構には5リンクパラレルジンパル横棒

OpemInventofによって作成したA−ARMのモが用いられている．このような桟橋にすることで，デルを囲5に示す．

小型ながらも広い作業領域を実現している．ハブ
ティツタインターフェースの概観を固4に示す．

囲5 A−ARMモデル
図4 ハブティツタインターフェー∵スの外観予測表示を行う場合気をつlナなければならないことは．データの受渡Lである．通常，グラフィックスの処理速度は，マニピュレータのサーボサンプリング周期に比べ遅い．Lたがって．グラフィッ
クスの処理速度にあったデータの受渡しを行わな〈てはならない．このため，現在，グラフィックーー3・−スのデータサンプリング周期を．グラフィックスの処理時間に比べ十分大きく取っている．しかし．
通信周期が長くなるため，将来的には，非同期のシェアドメモリ方式を採用する予定である．

4．DLRとの通信実験
1998年の秋に，ドイツのDLR（De山写d慨Zen−trum托rLuft−undRaumf瓦brt：ドイツ航空宇宙研究所〕とこれまで構築してきたシステムの有効性を検証するため，インターネットを用いた遠隔操作実験を行う予定である．
そこで，本実験に備え，1998年3月に基礎的な通信実験をDLR一束北大草間で行ったので．これ

囲6 vicおよぴvatによる通信の様子を示す．

方のグラフィックス用WSへ指令値を送り，グラ

4．1DLRとの通信フィックスモデルを操作Lた．

DLR仰のオペレータとの連絡用としてインター￣ †lmR
じ細Ⅳ†瓜；5GIW5SG†WS

オ会議システムは3種類ほど用意Lたが，最も適していたのが，Yic（VIdeoConftrencingtool），Vat‖（Ⅴ細山Audi8TDOl）というビデオ会議ツールおよ‖ ‖ 口 l ‖副刊 u 11 ‖びオーディオ会議ツールであった．実際に通信を行っている様子を図6に示す．長距離であるため．
ビデオの映像中音声に多少の乱れはあったが，コ肋mdミュニケーションをとるには十升な明瞭さであった．情報量の多い画像よりも音声の方が時間に依囲7 実巌システム存するため，ネットワークの影響を受けやすいようであった．また，音声の状態が悪い場合は，t乱1k

本宅廉では，ドイツと日本という非常に遠距離によるコミュニケーションが効果的であった．

での通信であったため．ネットワークの状態はあまり良くなかった．このため，ハブティツケイン

4．2 通信実験

ターフェースの制御用コンピュータとDLR側の今回は，基礎実験とLて．東北大学からハブテSGIワークステーション間の通信は，予想どおりィツタインターフェースを用いて，DLRのWS上円滑に行われなかったが，DLRのグラフィックモのAARMモデルを操作するという実験を行った．

デルを遠隔操作することは可能であった．この際回7に示すように，ハブティツケインターフェー

約1秒程度の時間遅れが存在Lた．pingコマン

スの制御用コンピュータからEthernetを介して親ドでネットワークの状態を調べると，64バイトのー4−F九R知∧

ネットによるビデオ会議システムを用いた．ビデ

データを送信L，そのデータが返ってくるまで約

3）葉木，内山：力制御型遠隔宇宙ロボット操作シ

40D【ms】かかっていた．また，パケットロスは30％

ステムにおける仮想ビームを用いた予測表示近くあった．の効果，機械学会論文集C鼠vol．62，nO．601，

このように，インターネットの環境は，宇宙遠

pp．3603−360畠，1996．

隔操作の環境に似ており，検証実験を行うには適

4）軌榊：インピーダンス制御型マスタ・スレーしていることがわかった．
ブ・システム（Ⅰ）．日本ロボット学会誌，Ⅷ1．呂，no．3，pp・241−252，1990．

5． 虫わりに

5）神風春江，描井，藤川：仮想環境におけ・る
本研究では，遠隔操作において重要な役割を持

バイラテラルマスタ・スレーブテレオペレ肘つオペレータ支援グラフィックシミュレータをSGIションに関する基礎実．軌計測自動制御学舎のワークステーション上に新たに構築した．また，論文集，VOl．28，nO．6，pp．750759フ19g2−

6日由度のハブティツタインターフェースと組合
6）中里，妻木，内山リー：地上モデルからのせ，DLR一束北大学問で基礎的な遠隔操作実験をカワイードバックを用いた宇宙テレロボテイ行った．

クス実験，第10回目木口ポット学会学術講

今後の課題としては以下のようなことが挙げら

演会予備集，pp．4醐492，1992．

れる．

7）妻木，星．成軋内山：幾何学的モデル誤差に・インターネット上における効率的な通信方法

ロバストなモデルに基づいた手首遠隔操作シの確立．

ステム，日本ロボット学会誌，VOl．15，nO．7，●リアリティのある仮想環境の構築．
pp．1025−1033，1997．
●3次元物理モデルの構築．

●障害物情報等の効果的な情報提示システムの構築．

参考文献
1）橋本，T．B．Sheridan，M，Ⅴ．Noyes：時間遅れを有するテレオペレーションにおける予告情報の効果．人間工学，VOl．ココ．no．2，pp．91−92，
1986．
2）A．Ⅸ．Bejc町．W．S．KimandS．C，Ⅵヨnem乱：The Phantom Robot：Predictive DispLay＄
由一Teleoperation withTimeI）el郷Pr弧OfIEEEITlt・Comr．onRoboticsa．ndAutomation，

pp．546−与51，1990．

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