様々な車両モデルを利用した二輪駆動型移動ロボットの 
遠隔操作インタフェース 
中内 靖  金井 裕也  野口 勝則  松原 隆  柏木 英一 
防衛大学校 情報工学科 
〒239-8686 神奈川県横須賀市走水 1-10-20 
E-mail: nakauchi@nda.ac.jp 
災害救助や極限作業に利用される移動ロボットは人の高度な判断能力を必要とするため，一般
に遠隔操作により制御される．移動ロボットは二輪駆動型が一般的であり，その場での左右回転
と前後進による遠隔操作が主に用いられている．一方，人は自動車，フォークリフトなど他の運
転方法を習得しており，これら人が慣れ親しんでいる運転方法をエミュレートした遠隔操作イン
タフェースを取り入れることにより，操作性の良いインタフェースを提供できることが期待でき
る．そこで本研究では，二輪駆動型移動ロボットに対して，様々な運転方法をエミュレートする
遠隔操作インタフェースを構築する．また，実験により操作性の優劣について評価する． 
 Remote Control Interface System for Two Wheeled Mobile Robots 
with Various Vehicle Type Emulations 
Yasushi Nakauchi, Yuuya Kanai, Katsunori Noguchi 
Takashi Matsubara, Eiichi Kashiwagi 
Dept. of Computer Science, National Defense Academy 
1-10-20 Hashirimizu, Yokosuka, Kanagawa 239-8686 
Abstract 
In general, mobile robots, which are used for inspections and rescuing in nuclear plants and disaster 
areas, are remotely operated by human.  This is because these operations require the sophisticated human 
skills, which are difficult to replace by current technologies.  The robots used for these situations are two 
wheeled mobile robots and usually provided rather simple operations (i.e. to move forward/backward and 
to turn right/left).  But if we can provide the remote control interface that is accustomed for people (i.e. car, 
forklift, etc.), it is assumed that we can provide more easily to control and performance effective mobile 
robot remote operations.  In this paper, we propose remote control interface system, which emulate 
various vehicle types, which are accustomed by people.  And by experiments with subjects, we confirm 
the efficiency of the proposed interface system. 
ヒューマンインタフェース 98－８
（２００２． ５． １７）
１．はじめに 
災害救助や極限作業に利用される移動ロボ
ットは人の高度な判断能力を必要とするため，
一般に遠隔操作により制御される．実際に，
2001 年 9 月 11 日米国で起こった同時多発テロ
の災害救助活動においても，Murphy らのグル
ープは様々なタイプの移動ロボットを遠隔操
作により利用していた[ 1] ． 
移動ロボットの動作機構は二輪駆動型が一
般的であり，その遠隔操作のインタフェースで
は，その場での左右回転と前後進による操作が
主に用いられている．一方，人は自動車，フォ
ークリフトなど他の運転方法を習得しており，
これら人が慣れ親しんでいる運転方法をエミ
ュレートした遠隔操作インタフェースを取り
入れることにより，操作性の良いインタフェー
スを提供できることが期待できる． 
そこで本研究では，二輪駆動型移動ロボット
に対して，従来人が慣れ親しんでいると考えら
れる，自動車，フォークリフト等，様々な運転
方法をエミュレートする遠隔操作インタフェ
ースを構築する．また，実験により操作性の優
劣について評価する． 
２．移動ロボットの遠隔操作 
移動ロボットは大きく，車輪型と歩行型に分
類される．車輪型は他の移動機構と比較して，
高速安定移動が可能であり，エネルギー効率が
よく，機構・制御が容易であることから，
Shakey[ 2] ，山彦[ 3] をはじめとする多くの研究
用移動ロボットならびに，RWI 製 B21，K- Team
製 Khepera など多くの商用移動ロボットにお
いて，車輪型が利用されている． 
車輪型移動ロボットの多くは二輪駆動型1
であり，その遠隔操作インタフェースでは，ロ
                                                  
1 ２自由度(独立した二輪動作機構)により，平面内における任意の位置と方位にロボットを位置決めすることが可能である． 
ボット搭載の CCD カメラからの動画像をユー
ザに提示するとともに，動作機構との整合性ゆ
え，前後進ならびにその場での左右方向への回
転による操作入力手法が多く用いられている
[ 4, 5] ．しかしながら，例えば角を曲がる際，
所望の回転角をきちんと出すことは困難であ
り，その後直進するにしたがい方向にずれが生
じていたことに気が付いたり，例え初期の方向
が正しくとも，ロボットが移動するにつれ，移
動誤差により方向にずれが生じてきているこ
とに気がついたりすることが頻繁に生じる．こ
のような場合，ユーザは前進しては一旦停止し
て，その場回転により方向を修正することを繰
り返す必要がある．これらの現象は，CCDカメ
ラからの映像では，ずれが生じていることに気
が付きにくいという体勢感覚の欠如，また，ず
れに気が付いた際に即座に微調整を行うこと
が困難であるという操作入力方法の非柔軟性
に原因があると考えられる． 
一方，これらの欠点を補う手法として，ロ
ボット搭載の CCDカメラの画像上において，ユ
ーザが移動させたい場所を直接指示する手法
が提案されている[ 3] ．しかしながら提案手法
では，ロボットが移動すべき位置を三次元的に
求める必要があることから，指示可能な場所は
画像の床面上に限られており，障害物等が多く
存在する環境では利用が困難である． 
そこで本研究では，最も一般的である，キ
ーボード入力による操作方法を採用し，汎用で
幅広く利用可能となるようインタフェースシ
ステムを構築する．  
３．様々な車両モデルによる遠隔操作 
本研究では，以下に示す 5 つの車両モデルに
よる遠隔操作インタフェースを構築する．遠隔
操作の指示入力方法には，キーボード，ジョイ
スティック，専用操作レバー，マスタロボット
が考えられる．本研究では，このうち最も一般
Forward 
Backward 
Right turn Left turn 
Right turn 
Left turn Forward 
Back ward 
的であるキーボード入力による指示方法を採
用2することとし，以下，図１～５中の操作パ
ネルはテンキー( 1～9) への操作命令キーの割
当を示している． 
( 1)  二輪駆動型 
二輪駆動型の機構である動輪を直接的に操
作する，最も基本的な運転方法をエミュレート
する( 図１参照) ．二輪駆動型では左輪速度 v１
と右輪速度 v２のそれぞれを独立に制御する．
v１ならびに v２を同符号同速度にすることによ
り直進・後進させ，速度に差分を持たせること
により斜めに回転させ，異符号にすることによ
りその場回転させることが可能である．自由度
はあるが，両輪の設定測度と結果として生じる
ロボットの動作の相関についてのメンタルモ
デルを形成することが困難なため，操作しづら
いと考えられる． 
図 2 自律移動型ロボット 
V 1 V2 
V 1 V2 
図１ 二輪駆動型モデル 
( 2)  自律移動ロボット型 
一般的な二輪駆動型移動ロボットの操作方
法である，その場での左右回転と前後進による
運転方法をエミュレートする( 図２参照) ．それ
ぞれのキーは続けて押されることにより，その
場での左右回転と前後進の速度がそれぞれ加
速する．  
( 3)  自動車型 
一般的な四輪自動車である前輪操舵・後輪駆
動による運転方法をエミュレートする( 図３参
照) ．前輪操舵角 φｃと後輪駆動速度 vｃにより
運転され，実際に移動ロボットへの速度命令値
v１ならびに v２は以下の式により計算される．
ここで Lｃは前後輪の間の仮想車軸間距離，Lm
は車輪の間の距離である． 
v１ = vc { 2Lc + Lm cos( φ c)  }  / 2Lc  
v２ = vc { 2Lc -  Lm cos( φ c)  }  / 2Lc 
Lｃ V 2 V 1 
φ ｃ V ｃ φ ｃ 
図３ 自動車型モデル 
 ( 4)  フォークリフト型 
フォークリフト車と同様の後輪操舵・後輪駆
動による運転方法をエミュレートする( 図４参
照) ．後輪操舵角 φf と後輪駆動速度 vf により
運転され，実際に移動ロボットへの速度命令値
v１ならびに v２は以下の式により計算される．
ここで Lf は前後輪の間の仮想車軸間距離，Lm
は車輪の間の距離である． 
V 2 V 1 
φ ｆ V ｆ φ ｆ 
                                                  
2 他の操作入力方法は，キーボードへの入力操作をエミュレートすることにより実現可能であると考える． 
図４ フォークリフト型モデル 
v１ = vf { 2Lf si n( φf )  -  Lm cos( φf )  } / 2Lf 
CCD Camera Gripper 
v２ = vf { 2Lf si n( φf )  + Lm cos( φf )  } / 2Lf  
( 5)  ハイブリッド型 
自動車型，フォークリフト型ならびに自律移
動ロボット型のその場回転に関する運転モー
ドを選択的に実施可能とした運転方法をエミ
ュレートする( 図 5 参照) ．任意のモードで運転
中に， φｃを入力することにより自動車型モー
ドにて， φf を入力することによりフォークリ
フト型モードにて操作することが可能となる．
また，Lef t  / Ri ght  t urn を入力することによ
り自律移動ロボット型モードのその場左右回
転をさせることができる．なお，自動車型とフ
ォークリフト型の運転モードの切替えでは，
vｃならびに vf の速度は維持され，また， φｃ
ならびに φf の初期値は，回転半径も維持され
るように，そのときの v１ならびに v２より計算
された値とする．速度ならびに操舵角を維持し
た切替えにより，運転モード切替時においても
ロボットの移動軌跡が維持されるため，スムー
ズな切替えとなる． 
図６ Khepera の外観 
遠 隔 操 作 用 の イ ン タ フ ェ ー ス な ら び に
Khepera の 動 作 プ ロ グ ラ ム は Pent i um Ⅱ 
( 450MHz) の Li nux マシン上で J ava により開発
した．Khepera への操作命令は RS- 232c により
送受信が，また，CCDカメラの映像は画像入力
ボードにより入力させるようにした．ハイブリ
ッド型の場合の操作インタフェースを図７に
V ｃ/ V ｆ 
V ｃ/ V ｆ 
Left turn 
Right turn 
図５ ハイブリッド型モデル 
本研究では小型ロボット Khepera を利用し
て実装を行った( 図６参照) ．Khepera は本体の
直径 55mm，高さ 30mmの移動ロボットであり，
可動範囲 200° の Arm先端には最大 40mm開く
ことのできる Gri pper が取り付けられており，
対象物を把持することが可能である．また，遠
隔における動画を取得するために小型白黒
CCD Camera を Khepera の上部に取り付けた． 
図７ J ava による Khepera の遠隔操作インタ
図７左上の「Cont rol  Met hod」メニューに
より，５種類の操作モードを選択することが可
能となっている．中上にはロボット搭載の CCD
カメラからの映像が，その下には Khepera の線
画が，また右下には入力用のキーボードが表示
される．Khepera の線画は，その時エミュレー
ションされている車両モデルのタイヤが表示
されるようになっており，図の例ではフォーク
リフトの４つのタイヤが操舵角とともに表示
されている．また，その時の操舵角にてロボッ
トが進行する軌跡がロボット中心より描画さ
れるようになっている．車両モデルのエミュレ
ーションの切替えは，「Cont rol  Met hod」によ
る明示的な選択時，ならびにハイブリッド型に
おける操舵角 φｃと φf の入力切替えによる車
両モデルの切替え時に発生する．なお，キーパ
ッドについては第３章に説明したテンキーに
加え，グリッパ開閉（キーｚに割当）ならびに
アーム上下（キーｘに割当）を指示できるよう
にした．ユーザからの指示は J ava の画面上に
マウスポインティングにより入力することも
可能であるが，キーボードからの直接入力も受
け付けるようにした． 
コース A 
コース B 
START 
 START 
 START 
５種類の遠隔操作インタフェースの特性を
評価するために，サイズ 60cm× 60cm× 2.5cm
の箱庭を作成し，図８に示す３種類のコースを
設定し実験を行った．コースＡは比較的長いス
トロークから形成されており，コーナリングを
含む長距離の移動能力を評価する．コースＢは
フィルムケースを３個並べており，それぞれの
前にある窪地に奥まで押し込む．効率よく小回
りでき，物体のハンドリングができることを評
価する．コースＣはＡとＢを組み合わせたもの
であり，総合的な操作性能を評価する． 
コース C 
図８ 実験コース 
被験者５人により，３つのコースそれぞれに
対して５種類の操作モードによりタスクを実
施させた．タスク遂行時間の平均ならびに分散
を図９に示す． 
実験結果より，コースＡでは急カーブをスム
ーズに走行できる自動車型が適していること
がわかった．コースＢでは小回りのきくフォー
クリフト型が適していることがわかった．また，
コースＣではその両方の性能を持ったハイブ
リッド型が適していることがわかった．自律移
動ロボット型は直線では適しているが，コーナ
リングでは微妙な角度調整のために，その都度
Two WheelsMobile RobotCarForkliftHybrid
時間 (Sec.)
コースＡコースBコースC
図９ 実験結果 
［参考文献］ 停止してその場回転する必要があるため，自動
車型とフォークリフト型を併用できるハイブ
リッド型が適していた．二輪駆動型はどのコー
スにおいても操作が困難であった． 
[ 1] ht t p: //www. csee. usf . edu/robot i cs/crasar/ 
[ 2]  Charl es A.  Rosen,  “ An Experi ment al  
Mobi l e Aut omat i on” ,  SRI  AI  Group 
Techni cal  Not e 39,  1970.  ６．おわりに 
本研究では二輪駆動型移動ロボットに対し
て，様々な運転方法をエミュレートする遠隔操
作インタフェースを構築した．特に，実際には
機構的に実現が困難である，自動車型，フォー
クリフト型，自律移動ロボット型を組み合わせ
たハイブリッド型による運転方法を提案し，実
験により，その有効性を確認した． 
[ 3]  関本武志，坪内孝司，油田信一：” 視覚映
像とポインティングデバイスを用いた移動
ロボットの操縦システム” ，第 14 回日本ロ
ボット学会学術講演会予稿集，pp. 337- 338,  
1996． 
[ 4]  浅沼和範，白幡哲，梅田和昇：” インター
ネットを介した移動ロボットの遠隔操作に
おけるユーザーインターフェース” ，日本
機械学会関東支部第７期総会講演会講演論
文集，pp. 299- 300,  2001.  
本研究ではキーボード入力による操作を実
施したが，キーボードへの入力をジョイスティ
ックや専用操作レバーからの入力に置き換え
ることが可能である．今後，他の物理的な入力
方法による操作性の相違についても検討する
予定である．また，今回使用したロボットにお
いても，赤外線センサを持っており，ロボット
周囲の障害物の情報をある程度取得すること
が可能である．今後，ロボットが持つセンサ情
報を遠隔操作の補助とするよう，さらに改良を
試みる計画である． 
[ 5]  Li xi ang Yu,  Pui  Wo Tsui ,  Quan Zhou,  
Huosheng Hu,  “ A Web- Based Tel erobot i c 
Syst em f or Research and Educat i on at  
Essex” ,  Porc.  of  I EEE/ASME 
I nt ernat i onal  Conf erence on Advanced 
I nt el l i gent  Mechat roni cs,  pp. 37- 42,  
2001.  