小型無人ヘリコプタの遠隔操縦を
支援するための情報提示法の提案
高知工科大学大学院 工学研究科 基盤工学専攻
電子・光システム工学コース
星野研究室
國枝 惇一
目次

背景・目的

システム概要

小型無人ヘリコプタの操縦支援
操縦支援システム
 支援画面の作成


操縦支援画面の評価
評価実験
 評価方法
 結果


今後の予定・課題
背景
 小型無人ヘリコプタは、その機動性を生かし、
農薬散布や火山観測などに使用されている
 素早い情報収集能力を持つ可能性から、
災害時の状況把握などへの応用が期待されている
 課題の一つとして、操縦の難しさ、操縦技術獲得
までの期間や費用が膨大になることなどがある
目的

操縦技術の効率的な学習方法をシステムとして
作製し、操縦技術者の育成を目指す

操縦支援を行い、操縦方法を体感的に学習させる
PC
Simulation
system
原理的理解
シミュレータ
形式知の学習
Explicit knowledge
Basic study
system
DVD
Manual
基礎学習
Simulation
体感的理解
暗黙知の学習
Tacit knowledge
Control
support
system
RC helicopter
操縦支援
HMD
5
操縦支援システム概要
情報の視覚化
映像との合成
ヘリコプタ
受信機
映像・情報
送信機
傾度センサ
カメラ
制御用受信機
無線伝送
目視確認
ノートPC
USB等
有線伝送
操縦者
制御信号
HMD
制御用送信機
合成後の映像
操縦支援画面

小型無人ヘリコプタの操縦に必要な情報
地表との距離
 機体の角度・機首方向
 操縦者や障害物との距離


カメラや傾度センサを搭載し、必要な情報を補う


カメラは固定し、常に機首前方を映す
直観的な操縦を促すために、傾度を視覚的に表現する
Head Mount Display
320(H)x240(V):23Mpixel
操縦支援画面の評価実験
操縦支援に使用する傾度指示モデル
傾度を視覚化する為に、傾度指示
モデルを用いる
実際の機体に似せたモデル(2色)
機首方向・水平方向を表すモデル
ヘリコプタ等の姿勢支持器のモデ
Blue (RGB.105:173:255)
White (RGB.255:255:255)
Gray (RGB.127:127:127)
Green (RGB.33:142:33)
今回の実験に使用した操縦支援画面
モデル4種
機首方向3種
背景4色
・・・ 全48パターン
様々な条件下でも一定の認識率を保つことが求められるため,
風景として想定される背景を色で表現し、モデルの方向も3種類用意
実験概要
1.
2.
3.
4.
48枚の画像の中からランダムにPC画面に映す(Fig.1)
1枚につき0.4秒間だけ表示
画面を見た後、被験者は機首方向を解答用紙
(Fig.2)に矢印で記入(Fig.3)
全ての画像に対して同じように矢印を書いてもらう
Fig.1 the image Fig.2 response sheet Fig.3 example answer
実験環境
• 画像は一枚ずつ、ノートパソコンに投影
• 矢印を記入した後、Enterキーを押して次の画像を表示
• キー入力後、3秒で画像表示
70.0cm
15.0deg
Notebook
21.6cm
70.0cm
44.0cm
110cm
Display size W: 30.5cm
L: 23.0cm
View angle W: 15.5degree
L: 19.9degree
Graphic size W: 14.5cm
L: 14.5cm
実験結果の評価方法
実際の機首方向
α
用紙に記入された機首方向
α [°]: 実際の機首方向と記入された機首方向の角度差
Fig.4
 記入された調査用紙を、各画像に照らして機首方向
が正しいかどうか調べる
 角度差が少ないほど、瞬間的に機首方向を正しく認
識できていると判断する
 機首方向の判断は、各モデルに対し事前に説明
実験の構成
被験者
7
 20代前半の男性
名
アンケート問題
 モデル数
・・・
 背景色
・・・
 機体角度の種類

各48問
4
4
・・・
3
4 x 4 x 3 = 48 問
全回答数
7 x 48 = 336 : サンプル
実験結果
角度差 α [ °:degree]
評価基準を決めるために、回答の分布を調べた
分布調査のために、このデータには全ての回答を一様に示している
(48枚×7人分の回答)
40以上
回答数
データの評価方法
回答数
被験者の回答(336問)
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
0~2
3~5
6~8
9~11
12~14
15~17
18~20
21以上
角度差 α[ °:degree]
3度区切りでまとめ、角度差が少ないほうが高得点となるように得点化した
7 point
6 point
5 point
4 point
3 point
2 point
1 point
0 point
モデル別実験結果
ヘリコプタ型 白色(A)
ヘリコプタ型 赤色(B)
20
20
15
15
10
10
5
5
0
0
回答数
0
~
2
3
~
5
6
~
8
9
~
11
12
~
14
15
~
17
18
~
20
21
以
上
0
~
2
3
~
5
6
~
8
9
~
11
12
~
14
15
~
17
18
~
20
21
以
上
15
~
17
18
~
20
21
以
上
姿勢指示器(D)
紙飛行機型(C)
20
20
15
15
10
10
5
5
0
0
0
~
2
3
~
5
6
~
8
9
~
11
12
~
14
15
~
17
18
~
20
角度差 α
21
以
上
0
~
2
3
~
5
6
~
8
9
~
11
[ °:degree]
12
~
14
評価結果
ヘリ白(A)
ヘリ赤(B)
紙飛行機(C)
指示器(D)
平均角度差[°]
11.6
13.6
9.67
15.8
最大誤差[°]
39
41
95
174
標準偏差[° ]
8.16
9.84
11.2
30.8
平均得点
[point]
3.7
3.3
4.4
4.2
正答率[%]
72.1
62.6
78.0
73.3
正答率・・・21度以上の角度差を持つ回答を不正解とし、正解の回答数を示した
まとめ・今後の課題

結果:紙飛行機のモデルの認識率が高い

得点が高いほど認識率が高くなるよう得点を与えた

認識率の高さ ≠ 操縦性の向上

フライトシミュレータでの操縦性の検証

画像認識実験の再実験



単色背景でなく、実際の風景を使用
被験者数を増やす
HMDでの表示実験・認識実験
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災害時の情報収集を目的とした 小型無人ヘリコプタの