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Human Balance Control and Understanding of Aerial Sense by Humanoid Robots

Research Project

Project/Area Number 20H04267
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 61050:Intelligent robotics-related
Research InstitutionWaseda University (2022-2023)
Meiji University (2020-2021)

Principal Investigator

HASHIMOTO Kenji  早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 教授 (10449340)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywordsヒューマノイド / 人型ロボット / 脚型ロボット / 跳躍運動
Outline of Research at the Start

本研究では,人体運動を模擬可能な人型ロボットの開発を通して,ヒトのバランス制御と空中感覚を理解することを目的とする.ヒトのバランス制御や空中感覚について明らかにすることができれば,一部の感覚器官の情報を欠落させたり遅延させたりすることで,感覚器疾患の再現が可能になり,感覚器疾患の予防や治療,機能回復に役立てることができる.さらに体操競技のトレーニングでは選手の空中感覚の実体について十分に検討されていないため,競技力向上に向けたトレーニング方法の提案にもつながる.

Outline of Final Research Achievements

This study aims to understand human balance control by modeling the human motor control system and implementing it into a humanoid robot. Focusing on the motion synergy (the planar covariation), which is a characteristic of human gait, we introduced this feature as a reward in reinforcement learning. This approach suggested that the planar covariation is one of the factors characterizing human walking motions, such as heel-strike and toe-off walking. Inspired by human jumping movements, we devised a method to generate jumping motions for robots using linear model predictive control. This method includes inequality constraints ensuring the center of pressure remains within the support area and equality constraints preventing the robot from rotating during the flight phase. The jumping motion was successfully realized in both simulations and actual robots.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ヒトのバランス制御をモデル化することができれば,平衡機能障害などの感覚器疾患の理解につながる.ロボットは各感覚器官のセンサ入力の大小や遅延を任意に変更することができるため,感覚器疾患の予防や治療,機能回復のためのリハビリテーションに有用なデータを提供することができる.ロボットはそれ自身がセンサの集合体であり,運動に関わる様々なデータを取得することはヒトに比べ容易であり,実験の再現性も高い.以上のように,本研究の成果はロボット工学,機械工学,人間工学などの幅広い工学分野だけでなく,脳科学やスポーツ科学,病態神経科学,実験病理学など様々な分野への波及効果が期待され,学術的・社会的に意義がある.

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 3 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (2 results)

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      Volume: 12 Issue: 2 Pages: 92-92

    • DOI

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      CLAWAR 2023. Lecture Notes in Networks and Systems

      Volume: 811 Pages: 15-27

    • DOI

      10.1007/978-3-031-47272-5_2

    • ISBN
      9783031472718, 9783031472725
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      Yamano Junsei、Kurokawa Masaki、Sakai Yuki、Hashimoto Kenji
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      CLAWAR 2023. Lecture Notes in Networks and Systems

      Volume: 810 Pages: 217-228

    • DOI

      10.1007/978-3-031-47269-5_21

    • ISBN
      9783031472688, 9783031472695
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      Volume: 41 Issue: 2 Pages: 789-805

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      Volume: 66 Issue: 8

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      International Journal of Mechatronics and Automation

      Volume: 8 Issue: 4 Pages: 163-174

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      Volume: - Pages: 1182-1187

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      10.1080/01691864.2020.1813624

    • NAID

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      https://hashimoto-lab.jp/

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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