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全方位映像・形状情報を用いた遠隔ロボット操縦インタフェースの提案と評価

齋藤 研作, 大阪大学大学院 修士学位論文, Feb. 2007.

論文概要

未知環境の情報収集を目的とした移動ロボットの遠隔操縦では,操縦者が遠隔地の環境情報を十分に把握できることが効率性・安全性の面から重要となる.しかし一般に利用されているカメラを用いた情報提示では,視野角の限定や物体の奥行き感覚の欠如などから,操縦に必要な情報を得ることが困難であった.そこで本研究では,ロボットに全方位の映像・形状情報を取得可能なカメラとレンジセンサを搭載した状況を想定し,これらから得られた映像・形状情報を統合してシームレスな提示を行うことで直観的な環境把握を可能とするインタフェースを提案する.提案手法では,広視野角の没入型ディスプレイを用いて全方位映像と3 次元地図を提示する.全方位映像はその全ての領域を操縦者に対して同時に提示するため,ロボットの前方部分と後方・側方部分に領域を分割し,前方部分をディスプレイ正面に,後方・側方部分をディスプレイ上部にバックミラーのようにパノラマ映像として提示する.一方,3次元地図は遠隔地環境で取得した3 次元形状に色情報をマッピングし,その上に現在のロボットの位置姿勢を示すロボットモデルを重畳したものである.これをディスプレイ下部にミニチュア提示することで客観的に環境中の位置関係を把握することができる.また,映像と形状のマッチングを利用した手法を提案し,その応用例としてリアルタイム映像上で直観的に移動経路計画ができる機能を考案した.これらの手法の有効性を確認するため,実際に遠隔ロボット操縦システムの試作を行い,シミュレータを用いた実験と実環境での実験によってインタフェース使用時の操縦効率・探索効率を調べた.その結果,主観評価において,全方位映像や3 次元地図を提示することの優位性を確認した.また,全方位映像や3 次元地図の提示に関する既存手法との比較を行った結果,全方位映像提示については既存手法に対する優位性は見られなかったが,3 次元地図提示に関する評価ではシミュレーション実験と実環境での実験の両方で提案手法のほうが優れているという結果が示された. (pdf file)

関連論文

  • "遠隔ロボット操縦のための全方位映像・形状情報の複合提示手法", 電子情報通信学会 技術研究報告, MVE2006-80, Mar. 2007. (pdf file)
  • "遠隔ロボット操縦のための映像・形状情報の複合提示手法の提案と評価", 電子情報通信学会 技術研究報告, MVE2006-51, Sep. 2006. (pdf file)
  • "遠隔ロボット操縦のための映像・形状情報を用いた複合現実型インタフェース", 日本バーチャルリアリティ学会 大会論文集, 2C2-4, Sep. 2006. (pdf file)
  • "全方位映像と3次元形状モデルを用いた移動ロボットの遠隔操縦インタフェース", 電子情報通信学会 技術研究報告, MVE2005-28, Sep. 2005. (pdf file)
  • "半球面ディスプレイを用いた移動ロボットの遠隔操縦システム", 日本ロボット学会 学術講演会予稿集, 3B22, Sep. 2005. (pdf file)
  • "移動ロボットを用いた3次元再構築のための計測・提示システムの開発", 画像の認識・理解シンポジウム(MIRU)講演論文集, pp. 1642-1643, Jul. 2005. (pdf file)
  • "移動ロボットの遠隔操縦のための三次元情報提示システムの提案", 電子情報通信学会 総合大会講演論文集, D-12-128, Mar. 2005.
  • "遠隔操縦ロボットを用いた実環境情報収集のための VR 情報提示システム", 大阪大学 特別研究報告, Feb. 2005.
  • "A 2D-3D Integrated Interface for Mobile Robot Control Using Omnidirectional Images and 3D Geometric Models", Proc. IEEE and ACM Int. Symp. on Mixed Augmented Reality (ISMAR), pp. 173-176, Oct. 2006. (pdf file)