• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Understanding of interlocking mechansim in forearm of mammals for design of versatile quadrupedal robot

Research Project

Project/Area Number 21H01269
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Fukuhara Akira  東北大学, 電気通信研究所, 助教 (10827611)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 増田 容一  大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (70849760)
郡司 芽久  東洋大学, 生命科学部, 助教 (80833839)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Keywords前腕不動化現象 / 旋回歩行の運動計測 / 旋回歩行の運動制御 / 反射バランス制御 / バイオメカニクス / 四脚動物 / 旋回行動 / 前肢ロック機構 / 四脚ロボット / 解剖学
Outline of Research at the Start

四脚動物が示す歩行,走行,採餌,営巣といった多芸多彩な振る舞いの背後には,器用に働く前肢の存在がある.前肢は,身体を力強く支持・推進させるロコモータとして機能する一方で,推進の向きを変える「舵取り」の役目や,物体を把持操作するマニピュレータとしての機能も有する.この前肢の状況依存的な機能発現の源泉ともいえる現象を,申請者らはライオン前肢の解剖から発見した.それは前肢の体重支持に伴う「足先の不動化現象」である.本研究では,解剖学,ロボット工学,制御工学の連携により不動化現象のメカニズム全容を明らかにし,四脚ロボットの即時適応的な振る舞いを生み出す脚抹消の新たな設計論へと昇華することを目的とする.

Outline of Final Research Achievements

This study found locking phenomenon in the forearms of carnivorous mammals depending on body supporting weight. To understand the forelimb locking mechanism and to clarify the effects of the forearm' locking phenomenon on the turning gait motion, this study conducted animal dissection, locomotion measurement, and robot experiments. The results of anatomical measurements revealed that the immobilization phenomenon of the forearm is caused by the linkage through flexor muscles such as palmaris longus and carpometacarpal flexor muscles. In addition, the gait analysis of a red panda’ walking turn revealed that the duty factor of the hind-inside limb increased during the turning gait. In addition, a sensor feedback law based on leg load and trunk movement speed was successfully used to generate a turning gait of the robot according to the timing of turning and the robot's morphology.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

四肢の筋骨格ネットワークを介することで矢状面上の関節が連動し,体重指示などの機能を発現することは,ウマなどの走行性哺乳類や,ワニなどの爬虫類,走行性の鳥類の事例が報告されていた.本研究で明らかになった前腕不動化機構では,肘や手首,指関節といった矢状面上の関節の連動だけでなく,手首のねじりを生み出す橈尺関節にまで連動が及び,体重指示に伴う屈筋群の張力の増加が前腕の回外運動を阻害するものである.こうした負荷状況に応じた3次元的な連動メカニズムは,マニピュレーションなどに活用可能な前脚抹消を多自由度にしつつ,運動制御を簡易化する基盤技術として大いに資することが期待される.

Report

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

    (42 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (35 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 6 results) Remarks (1 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Journal Article] Decentralized control mechanism for limb steering in quadruped2024

    • Author(s)
      Amaike Hayato、Fukuhara Akira、Kano Takeshi、Ishiguro Akio
    • Journal Title

      Advanced Robotics, Accepted

      Volume: -

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Decentralized Control Mechanism Underlying Morphology-Dependent Quadruped Turning2023

    • Author(s)
      Amaike Hayato、Fukuhara Akira、Kano Takeshi、Ishiguro Akio
    • Journal Title

      Journal of Robotics and Mechatronics

      Volume: 35 Issue: 5 Pages: 1290-1299

    • DOI

      10.20965/jrm.2023.p1290

    • ISSN
      0915-3942, 1883-8049
    • Year and Date
      2023-10-20
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Tracing Feline Shoulder toward Adaptive Legged Robots2023

    • Author(s)
      Fukuhara Akira
    • Journal Title

      Journal of the Robotics Society of Japan

      Volume: 41 Issue: 3 Pages: 247-252

    • DOI

      10.7210/jrsj.41.247

    • ISSN
      0289-1824, 1884-7145
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Comparative anatomy of quadruped robots and animals: a review2022

    • Author(s)
      Akira Fukuhara, Megu Gunji, Yoichi Masuda
    • Journal Title

      Advanced Robotics

      Volume: 36 Issue: 13 Pages: 612-630

    • DOI

      10.1080/01691864.2022.2086018

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Producing non-steady-state gaits (starting, stopping, and turning) in a biologically realistic quadrupedal simulation2022

    • Author(s)
      Sellers William Irvin、Cross Charlotte Francesca、Fukuhara Akira、Ishiguro Akio、Hirasaki Eishi
    • Journal Title

      Frontiers in Ecology and Evolution

      Volume: 10 Pages: 1-15

    • DOI

      10.3389/fevo.2022.954838

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 食肉目哺乳類の多義的な前肢にみられる前腕不動化機構2024

    • Author(s)
      福原洸, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 石黒章夫
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2024
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 四脚ロボットの肩部ハンモック可変剛性機構2024

    • Author(s)
      福原洸, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 石黒章夫
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2024
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Exploring Design Principle Underlying Polysemantic Forelimb of Carnivoran Mammals2023

    • Author(s)
      Akira Fukuhara
    • Organizer
      The 11th international symposium on adaptive motion of animals and machines
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 食肉目哺乳類の多義的な前肢の運動理解にむけた多自由度脚機構の提案2023

    • Author(s)
      福原洸, 天池隼斗, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 石黒章夫
    • Organizer
      第41回日本ロボット学会学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 開かれたシステムの設計論を目指して:生物模倣ロボットから多義的身体へのアプローチ2023

    • Author(s)
      福原洸
    • Organizer
      身体性認知科学と実世界応用に関する若手研究会 (第19回ECSRA研究会)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Body-support-dependency of the torsional stiffness in the forearm of Asian black bear (Ursus thibetanus)2023

    • Author(s)
      Akira Fukuhara, Hayato Amaike, Megu Gunji, Yoichi Masuda, Kenjiro Tadakuma, Akio Ishiguro
    • Organizer
      International Conguress of Vertebrate Morphology ICVM 2022
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quadruped robots toward decoding functionality of carnivorous mammal’s anatomical structures; flexible shoulder and polysemantic forearm2023

    • Author(s)
      Akira Fukuhara, Hayato Amaike, Megu Gunji, Yoichi Masuda, Kenjiro Tadakuma, Akio Ishiguro
    • Organizer
      The 11th international symposium on adaptive motion of animals and machines
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 食肉目哺乳類の多義的な前肢に備わる前腕不動化現象の理解に向けて2023

    • Author(s)
      福原洸, 天池隼斗, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 石黒章夫
    • Organizer
      第35回自律分散システム・シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ウマ後肢の筋腱構造を再現したロボットによるトロット歩容の解析2023

    • Author(s)
      吉田龍矢,宮下和大,増田容一, 郡司芽久, 福原洸,高橋佑治,大村一, 多田隈建二郎,石川将人
    • Organizer
      第35回自律分散システム・シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] バルブで作るロボットの神経基盤 第五報:バランス戦略と脚ロコモーションを両立する無脳よろめき制御2023

    • Author(s)
      石橋昇,増田容一,福原洸
    • Organizer
      第35回自律分散システム・シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 解剖学的ウマ型ロボットのwalk 歩容における筋腱弾性エネルギの解析2023

    • Author(s)
      小林有恒, 宮下和大 , 増田容一, 郡司芽久, 福原洸, 高橋佑治, 大村一, 多田隈建二郎(, 石川将人
    • Organizer
      第35回自律分散システム・シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Biomimetic robots exploring design principles underlying animal body for field deployable soft robotics2023

    • Author(s)
      Akira Fukuhara
    • Organizer
      Workshop of Field Deployable Soft Robotics: Challenges and Opportunities [W5b] in ROBOSOFT2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] On the role of the leading limb in quadrupedal turning2023

    • Author(s)
      omoe Maeta, Hayato Amaike, Akira Fukuhara, Takeshi Kano, Akio Ishiguro
    • Organizer
      The 11th international symposium on adaptive motion of animals and machines
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Comprehensive Robot Model Based on Horse Anatomy: Towards Understanding the Passive Dynamics of Limbs2023

    • Author(s)
      Yoichi Masuda, Kazuhiro Miyashita, Aritsune Kobayashi, Tatsuya Yoshida, Megu Gunji, Akira Fukuhara, Yuji Takahashi, Ohmura Hajime, Kenjiro Tadakuma, Masato Ishikawa
    • Organizer
      The 11th international symposium on adaptive motion of animals and machines
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ウマ後肢の筋・腱構造を再現した解剖学的ロボットモデルにおける ウォーク・トロット歩容の創発2023

    • Author(s)
      吉田龍矢, 宮下和大, 増田容一, 郡司芽久, 福原洸, 高橋佑治, 大村一, 多田隈建二郎, 石川将人
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 食肉目哺乳類の多義的な前肢の筋腱連動メカニズムの検討2023

    • Author(s)
      福原洸, 天池隼斗, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 石黒章夫
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 四脚動物のリード脚の挙動に着目した高速旋回メカニズムに関する一考察2023

    • Author(s)
      前田友絵, 天池隼斗, 福原洸, 加納剛史, 石黒章夫
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 筋腱構造から創発されるネコ型ロボットの走行運動2023

    • Author(s)
      増田容一, 福原洸, 郡司芽久
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 押してもコケない無脳よろめきロボット2023

    • Author(s)
      石橋昇, 増田容一, 福原洸
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 工学者のための解剖レシピ:ロボット実験室でできる省スペースの解剖法2023

    • Author(s)
      増田容一, 郡司芽久, 福原洸
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] レッサーパンダを対象とした旋回 時の歩容特性解析2022

    • Author(s)
      津島 知世,天池 隼斗, 谷中 由妃,小澤 賢一, 増田 容一,福原 洸, 郡司 芽久
    • Organizer
      日本動物学会第93回早稲田大会2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 旋回実現のための前腕の活用 -遠位部から姿勢を変える-2022

    • Author(s)
      天池隼斗,福原洸,郡司芽久,増田容一,多田隈建二郎,加納剛史,石黒章夫
    • Organizer
      第34回自律分散システム・シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] よろめきを活用した無能二脚バランス制御2022

    • Author(s)
      石橋昇,増田容一,郡司芽久,福原洸,石川将人
    • Organizer
      第34回自律分散システム・シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ウマ前肢の筋・腱構造による歩行運動の創発2022

    • Author(s)
      宮下和大,増田容一,郡司芽久,福原洸,多田隈建二郎,石川将人
    • Organizer
      第34回自律分散システム・シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ウマ後肢の筋・腱を模倣した歩行ロボットのロバスト性調査2022

    • Author(s)
      小林有恒,増田容一,郡司芽久,福原洸,多田隈建二郎,石川将人
    • Organizer
      第34回自律分散システム・シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 神経反射モデルを用いた二脚ロボットのよろめき運動の創発2022

    • Author(s)
      石浦寛文,増田容一,郡司芽久,福原洸,石川将人
    • Organizer
      第34回自律分散システム・シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 四肢の解剖とロボット再現によるウマの歩行メカニズム解明に向けて2022

    • Author(s)
      宮下和大,小林有恒,増田容一,郡司芽久,福原洸,多田隈建二郎,石川将人
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 柔軟素材の癒着と剥離を活用したソフトロボットの造形法2022

    • Author(s)
      増田容一,郡司芽久,福原洸
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 蹴ってもコケない無能よろめきロボットの実現に向けて2022

    • Author(s)
      石橋昇,石浦寛文,増田容一,郡司芽久,福原洸,石川将人
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ロボット表面に馴染む平面型マッキベン式人工筋肉の簡単な製造法2022

    • Author(s)
      増田容一,郡司芽久,福原洸
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Poltsemantiv body in animal's versatile behabiors guiding flexible robot design2021

    • Author(s)
      Akira Fukuhara
    • Organizer
      IROS 2021 Workshop on New Advances in Soft Robots Modeling and Control
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] しなやかな動きと創発システム2021

    • Author(s)
      福原洸
    • Organizer
      計測自動制御学会 システム・情報部門 自律分散システム部会 創発システム勉強会2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ロボット屋が知らない解剖の世界2:肩の構造と柔軟な身体2021

    • Author(s)
      福原洸
    • Organizer
      SICE Tohoku x 多義的メカニクス研究会オンライン講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ウマ前肢の筋・腱構造による体重支持機能の創発2021

    • Author(s)
      宮下和大,増田容一,郡司芽久,福原洸,多田隈建二郎,石川将人
    • Organizer
      第39回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] マイコンレスで歩行運動を創発するネコ後肢型ロボットの開発2021

    • Author(s)
      若本稜生,増田容一,郡司芽久,福原洸,多田隈建二郎,石川将人
    • Organizer
      第39回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 多義的メカニクス研究会

    • URL

      https://polysemanticrobotics.wixsite.com/tagimech

    • Related Report
      2023 Annual Research Report 2022 Annual Research Report
  • [Funded Workshop] Organized Session: Comprehensive biomimetics - decoding functionality of animal body by collaboration between anatomy and robotics, AMAM20232023

    • Related Report
      2023 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi