人間座標一致ロボットを用いたサイバーフィジカルインタラクション

Research Project

Project/Area Number	23K20010
Research Category	Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	1002:Human informatics, applied informatics and related fields
Research Institution	Tokyo University of Science
Principal Investigator	佐々木智也東京理科大学, 先進工学部機能デザイン工学科, 助教 (20979596)
Project Period (FY)	2023-08-31 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	予測モデル / 深層学習 / ユーザインタフェース / 人間機械協調 / インタラクションデザイン / 触覚提示
Outline of Research at the Start	本研究では、実空間とサイバー空間がシームレスに接続したサイバーフィジカルインタラクションの実現のために、人間座標一致ロボットを用いたセンシング・アクチュエーション技術を確立する。一般に、センサやアクチュエータの選定には設置型と装着型によって使用可能範囲や重量にトレードオフが生じる。そこで、非接触で人間と座標を共有する新しいロボットシステムを導入することで、この制約の解消を試みる。本研究は、自由空間で人間と環境の情報を同時に取得し、任意のタイミングで物理的作用が可能なインタフェースを提案することで、ロボティクスやヒューマンコンピュータインタラクションにおけるシステム設計に貢献する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、人間座標一致ロボットを用いたセンシング・アクチュエーション技術を確立することで、自由空間で人間と環境の情報を同時に取得し、任意のタイミングで物理的作用が可能となるようなサイバーフィジカルインタラクションを提供することである。本年度は、人間座標一致ロボットの移動におけるセンシング技術の開発および、サイバーフィジカルシステムにおける視点操作技術の開発を行った。移動におけるセンシング技術の課題として、ロボットが人間の近接領域で動作するために、ロボットの動作軌道が人間の動きに適切に追従し、かつ高い応答性が要求されることが挙げられる。そこで、深層学習を用いて人間とロボットの双方に適した軌道を生成する手法を提案した。まず、人間の歩行動作に対して、ロボットの移動性能を考慮して最適化した動作軌道を事前に計算する。その動作軌道を学習データとして、人間の歩行動作から動作軌道を予測するニューラルネットワークモデルを構築した。構築したモデルは、0.2秒分の歩行データを用いて最大1.0秒先のロボットの動作軌道を予測する。シミュレーションを用いて、提案手法がロボットの移動性能を向上させること、センサの遅延を補償できることを確認した。サイバーフィジカルシステムにおける視点操作技術では、サイバー環境を介した遠隔ロボット使用時のカメラ視点操作について、作業対象となる物体とカメラ間の相対的な座標変化に着目した操作手法を提案し、原理検証を行うための予備実験を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の計画に基づき、人間座標一致ロボットのセンシング基盤技術につい、研究開発とシミュレーションによる検証の成果が得られているため、おおむね順調に進展している。
Strategy for Future Research Activity	今後は、シミュレーションで検証した手法を実機に適用して評価する。また、アクチュエーション技術を開発し、これらを統合したインタフェースの評価を行う。