ヒト型ロボットアームによる舞踊動作の発現と創発

• Project/Area Number: 13035037
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: University of Tsukuba (2002); University of the Ryukyus (2001)
• Principal Investigator: 星野 聖 筑波大学, 機能工学系, 助教授 (80251528)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000); Fiscal Year 2002: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2001: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: ヒト型ロボットアーム / 動作の見まね学習 / 3次元運動推定 / 随意運動の創発 / 4指のアブダクション / 不良設定問題 / 舞踊CGアニメーション / 手指の自動トラッキング / ジェスチャ認識 / 最適制御モデル

Research Abstract

舞踊や手話動作に見られるような,ヒトの比較的複雑な随意運動や順序運動の多くは「見まね」により獲得される.上肢動作の見まね学習においては,第一に,網膜に映った他者3次元上肢運動の2次元写像映像から3次元運動を復元する過程第二に,自己上肢の各筋肉のどれを,どのような時間的タイミングで,どのような強度で収縮させるかのパターンに変換する過程,の少なくとも2過程が必要である.また特に手指動作の見まね学習では,第三に,サイズが小さいにも関わらず形状が複雑で自己遮蔽が多く,しかも大きな空間を動く手指3次元動作の2次元映像から,高速かつ高精度に形状推定を行う過程も必要となる.このような制御上の不良設定問題を持つ問題や,生理学レベルでの情報処理機構が不明な対象に対しては,生理学的に等価な工学システムを設計し,それを操作して入出力関係を検討することにより,脳の情報処理の一端を伺い知ることが可能となる.
本課題では,(1)エアシリンダを使ったヒト型ロボットアームの設計,(2)ヒト型ロボットハンドの設計,(3)単眼CCDカメラによる上肢3次元動作の推定システム設計,(4)非接触的方法による手指形状の実時間推定システムの設計,(5)データグローブによるロボットハンド制御,などを行った.(1)と(2)により実証研究のためのハードウエア的基盤を作り,(3)と(4)により上肢や手指の3次元運動推定,(5)により手指制御を実験的に検討して,動作の見まね学習機構の理解に迫った.開発したヒト型ロボットハンド1号機は大きさと重さがヒト手指と同程度で,しかも拇指以外の4指間の開閉ができるため,手話や舞踊動作といった「情報発信」が可能である.同ハンドを使って,ダイナミクスや自由度数が異なるデータグローブでの遠隔操作に成功し,前提となった自由度低減や自由度合成の知識を,次課題の「見まね」(非接触的方法)での動作再現に活用した.

Research Products

• [Publications] Hoshino K.: "CGA synthesizer interpolating and extrapolating motion"Intl. Workshop on Entertainment Computing. 1. 334-341 (2002)
• [Publications] Odo S., Hoshino K.: "Recognition of luman hand gesture"Intl. Workshop on Entertainment Computing. 1. 220-227 (2002)
• [Publications] Hoshino K.: "Dance CGA animation synthesizer"6th World Conf.Systemics, Cybernetics and Informatics. 13. 70-74 (2002)
• [Publications] Hoshino K.: "Quantitatire analysis of motions and inpressions"IEEE Intl.Sympo.Intelligent Signal Processing and Communication Systems. 2. 243-247 (2002)
• [Publications] 星野 聖, 他3名: "自己遮蔽にロバストな上肢3次元運動推定"映像情報メディア学会誌. 56・10. 1624-1628 (2002)
• [Publications] T.Arakaki, K.Hoshino: "Dance CG animation tool producing subjective impressions"Proc. Intl. Sympo. KANSEI Technology. 1. 169-172 (2001)
• [Publications] S.Odo, K.Hoshino: "Tracking of target object in sequential image based on visual characteristics"Proc. 2001 Intl. Sympo. Nonlinear Theory and its Applications. 7. 179-182 (2001)
• [Publications] K.Kamisato, K.Hoshino: "Relationship between characteristics of human motions and subjective impressions in dancing"Proc. 2001 Intl. Sympo. Nonlinear Theory and its Applications. 7. 545-548 (2001)
• [Publications] 星野聖 他3名: "2つの動作の内挿外挿表現を合成するCGAシステム"インタラクティブシステムとソフトウェア. 27. 95-100 (2001)
• [Publications] 小渡悟, 神里志穂子, 星野聖: "時間情報が弁別の手がかりとなる手話単語の解析"映像情報メディア学会誌. 56. 302-306 (2002)