A Study of Coordinated Control Model Based on the Variability of Physical Movements

• Project/Area Number: 26289129
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Control engineering/System engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Uno Yoji 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10203572)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 香川 高弘 愛知工業大学, 工学部, 准教授 (30445457)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥15,210,000 (Direct Cost: ¥11,700,000、Indirect Cost: ¥3,510,000); Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2016: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2015: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2014: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 身体運動 / 関節間協調 / 協調制御 / 冗長性 / UCM解析 / バランス制御 / ヒューマノイド / 多関節アーム / 仮想軌道 / 運動協調 / 知能ロボティクス / 制御工学 / 生体生命情報額 / 生体生命情報学 / 運動制御 / 生体生命工学

Outline of Final Research Achievements

The human can perform dexterous motion tasks coordinating redundant multi-joints of his body. We approached the control mechanism of human physical movements from the viewpoint of a computational theory. Human body movements in various tasks were mathematically analyzed focused on the variability of joint trajectories. In addition, a synergistic control model allowing task-irrelevant variability was proposed on the basis of the redundancy of systems. The validity and efficiency of the proposed model were confirmed by the measurement experiments of human physical movements and the control experiments of actual robots.

Research Products

• [Journal Article] An Analysis of Hierarchical Coordination for Human Balance Motions (2016)
  • Author(s): 竹内花帆，香川高弘，宇野洋二
  • Journal Title: 電子情報通信学会論文誌D 情報・システム Volume: J99-D Issue: 2 Pages: 214-223
  • DOI: 10.14923/transinfj.2015JDP7027
  • ISSN: 1880-4535, 1881-0225
  • Year and Date: 2016-02-01
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Changes in motor synergies for tracking movement and responses to perturbations depend on task-irrelevant dimension constraints (2016)
  • Author(s): Togo, S., Kagawa, T., and Uno, Y.
  • Journal Title: Human Movement Science Volume: 46 Pages: 104-116
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Whole-body reaching movements formulated by minimum muscle-tension change criterion (2016)
  • Author(s): Kudo, N., Choi, K., Kagawa, T., and Uno, Y.
  • Journal Title: Neural Computation Volume: 28 (5) Issue: 5 Pages: 950-969
  • DOI: 10.1162/neco_a_00830
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Changes in motor synergies for tracking movement and responses to perturbations depend on task-irrelevant dimension constraints (2016)
  • Author(s): Togo, S., Kagawa, T., and Uno, Y.
  • Journal Title: Human Movement Science Volume: 46 Pages: 104-116
  • DOI: 10.3389/fncom.2016.00069
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Forward-Propagation Learning Systems with a Feedback Controller (2015)
  • Author(s): 清澤悠，香川高弘，宇野洋二
  • Journal Title: 電子情報通信学会論文誌D 情報・システム Volume: J98-D Issue: 6 Pages: 1047-1056
  • DOI: 10.14923/transinfj.2014JDP7125
  • ISSN: 1880-4535, 1881-0225
  • Year and Date: 2015-06-01
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Optimization-based motion planning in joint space for walking assistance with wearable robot (2015)
  • Author(s): T. Kagawa, H. Ishikawa, T.i Kato, C. Sung, and Y. Uno
  • Journal Title: IEEE Transactions on Robotics Volume: 31 Issue: 2 Pages: 415-424
  • DOI: 10.1109/tro.2015.2409434
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Control model for dampening hand vibrations using information of internal and external coordinates (2015)
  • Author(s): Shunta Togo, Takahiro Kagawa, Yoji Uno
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 10 Issue: 4 Pages: e0125464-e0125464
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0125464
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis of humanoid whole-body motion with smooth transition (2015)
  • Author(s): C. Sung, T. Kagawa, and Y. Uno
  • Journal Title: Advanced Robotics Volume: 0 Issue: 9 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1080/01691864.2015.1024284
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Optimization Models of Human Movements (2014)
  • Author(s): 宇野洋二
  • Journal Title: Journal of the Robotics Society of Japan Volume: 32 Issue: 6 Pages: 525-529
  • DOI: 10.7210/jrsj.32.525
  • NAID: 130004680016
  • ISSN: 0289-1824, 1884-7145
• [Journal Article] Change of a motor synergy for dampening hand vibration depending on a task difficulty (2014)
  • Author(s): Togo, S., Kagawa, T., and Uno, Y.
  • Journal Title: Experimental Brain Research Volume: 232 Issue: 10 Pages: 3101-3109
  • DOI: 10.1007/s00221-014-3994-x
  • Peer Reviewed
• [Presentation] UCMに基づく冗長関節アームの協調制御法 (2018)
  • Author(s): 木場亮太，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第30回自律分散システムシンポジウム
• [Presentation] ヒューマノイドロボットによる障害物踏み越え動作の生成 (2018)
  • Author(s): 川岸敬生，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第30回自律分散システムシンポジウム
• [Presentation] 繰り返し計算に基づく仮想軌道制御 (2018)
  • Author(s): 鈴木雄大，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
• [Presentation] 視点を固定した身体運動における関節間協調 (2018)
  • Author(s): 吉田悠馬，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
• [Presentation] ヒトの視覚フィードバック遅れの低減がバランス制御に与える影響 (2018)
  • Author(s): 野々村陽翼，石淵大志，香川高弘
  • Organizer: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
• [Presentation] フィードバックトルクを用いた冗長関節アームの協調動作生成 (2017)
  • Author(s): 木場亮太，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
  • Place of Presentation: 機械振興会館（東京）
  • Year and Date: 2017-03-14
• [Presentation] 多関節アームの繰り返し制御における仮想軌道の調整 (2017)
  • Author(s): 大島悠輔，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
  • Place of Presentation: 機械振興会館（東京）
  • Year and Date: 2017-03-14
• [Presentation] 単振子と倒立振子に基づく歩行バランスに関する検討 (2017)
  • Author(s): 香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 電子情報通信学会MEとバイオサイバネティクス研究会
  • Place of Presentation: 機械振興会館（東京）
  • Year and Date: 2017-03-13
• [Presentation] フィードバックゲインに応じた仮想軌道修正に基づくロボットアーム制御 (2017)
  • Author(s): 大島悠輔，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第29回自律分散システム・シンポジウム
  • Place of Presentation: 調布クレストンホテル（東京）
  • Year and Date: 2017-01-30
• [Presentation] 仮想軌道を参照するフィードバック制御 (2017)
  • Author(s): 宇野洋二，大島悠輔，鈴木雄大，香川高弘
  • Organizer: 第11回Motor Control研究会
• [Presentation] Sense of body ownership and control of arm movement under immersive VR environment (2017)
  • Author(s): Kagawa, T., Ichioka, K. and Uno Y.
  • Organizer: Life Engineering Symposium 2017
• [Presentation] フィードバックトルクを利用した冗長関節アームのオンライン軌道生成 (2017)
  • Author(s): 木場亮太，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第35回日本ロボット学会学術講演会
• [Presentation] 弾道歩行モデルに基づく転倒の条件に関する検討 (2017)
  • Author(s): 香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第35回日本ロボット学会学術講演会
• [Presentation] On-line learning system for gait assistance with wearable robot (2017)
  • Author(s): Kagawa, T., Takahashi, F. and Uno Y.
  • Organizer: SICE Annual Conference 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 冗長多関節アームにおける仮想軌道制御 (2017)
  • Author(s): 鈴木雄大，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第18回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
• [Presentation] 歩行補助ロボットと協調する歩行器の開発 (2017)
  • Author(s): 福井俊太郎，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 電子情報通信学会MEとバイオサイバネティクス研究会
• [Presentation] VR環境下での歩行におけるオプティカルフローの不一致が姿勢制御に与える影響 (2017)
  • Author(s): 本谷拓磨，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
• [Presentation] EEG data during postural sway induced by optic flow (2017)
  • Author(s): Kagawa, T. and Uno Y. 他
  • Organizer: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
• [Presentation] 歩行補助ロボットの軌道計画に対する学習制御 (2016)
  • Author(s): 高橋史哉，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第17回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会（SI2016）
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌）
  • Year and Date: 2016-12-17
• [Presentation] VR 環境における自己身体感覚の評価に関する検討 (2016)
  • Author(s): 市岡紘平，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 17回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会（SI2016）
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌）
  • Year and Date: 2016-12-16
• [Presentation] ヒューマノイドロボットによる障害物踏み越え動作の生成 (2016)
  • Author(s): 川岸敬生，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第34回日本ロボット学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学（山形）
  • Year and Date: 2016-09-07
• [Presentation] 没入型VR環境における視覚と性感覚が自己身体感覚に与える影響 (2016)
  • Author(s): 市岡紘平，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第10回モーターコントロール研究会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（横浜）
  • Year and Date: 2016-09-01
• [Presentation] 姿勢の変動を許容する全身運動の制御 (2016)
  • Author(s): 熊澤一樹，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 電子情報通信学会NC研究会
  • Place of Presentation: 玉川大学
  • Year and Date: 2016-03-23
• [Presentation] 重心周りの角運動量を考慮したヒューマノイドロボットのバランス維持 (2015)
  • Author(s): 小森拓真，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第16回計測自動制御学会SI部門講演会（SI2015）
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-12-15
• [Presentation] 多関節アームの姿勢の多様性を許容する位置制御 (2015)
  • Author(s): 熊澤一樹，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第16回計測自動制御学会SI部門講演会（SI2015）
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-12-14
• [Presentation] On-line control of continuous walking of wearable robot coordinating with user's voluntary motion (2015)
  • Author(s): Kagawa, T., Kato, T., and Uno, Y.
  • Organizer: The 2015 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS2015)
  • Place of Presentation: Hamburg, Germany
  • Year and Date: 2015-10-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多関節アームの逆ダイナミクスモデルを獲得するための誤差順伝搬学習システム (2015)
  • Author(s): 清澤悠，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第25回日本神経回路学会全国大会（JNNS2015）
  • Place of Presentation: 電気通信大学
  • Year and Date: 2015-09-03
• [Presentation] 没入型VR環境における視覚誘発性身体動揺の計測と解析 (2015)
  • Author(s): 市岡紘平，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第９回モーターコントロール研究会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2015-06-26
• [Presentation] Task-dependent distribution and constrained optimization of via-points for smooth robot motions (2015)
  • Author(s): Sung, CH., Muhlig, Ｍ., Gienger M., and Uno, Y.
  • Organizer: 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)
  • Place of Presentation: Seattle, USA
  • Year and Date: 2015-05-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A control model of human-dampening hand vibration using internal and external information (2015)
  • Author(s): Togo, S., Kagawa, T., and Uno, Y.
  • Organizer: Neural Control of Movement 25th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Charleston, USA
  • Year and Date: 2015-04-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 視覚フィードバックの遅延を低減したときのヒト腕の目標追従運動 (2015)
  • Author(s): 暮石昌志，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 電子情報通信学会NC研究会
  • Place of Presentation: 玉川大学（東京都）
  • Year and Date: 2015-03-17
• [Presentation] ユーザ動作のセンシングと軌道最適化に基づく装着型ロボットのオンライン歩行制御 (2015)
  • Author(s): 加藤高之，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第2回制御部門マルチシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京電機大学（東京都）
  • Year and Date: 2015-03-06
• [Presentation] 多関節ロボットの関節間協調を用いた重心変動を許容する立位姿勢制御 (2015)
  • Author(s): 伊藤穂高，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第2回制御部門マルチシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京電機大学（東京都）
  • Year and Date: 2015-03-06
• [Presentation] ユーザの動作に基づく装着型ロボットのオンライン最適歩行パターン生成 (2014)
  • Author(s): 加藤高之，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 電子情報通信学会MBE研究会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-12-13
• [Presentation] 支持多角形内における重心位置のばらつきを許容する立位姿勢制御 (2014)
  • Author(s): 伊藤穂高，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 電子情報通信学会NC研究会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-12-13
• [Presentation] クーロン摩擦を考慮した制御対象の逆モデル獲得のための誤差順伝播学習 (2014)
  • Author(s): 清澤悠，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 電子情報通信学会NC研究会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-12-13
• [Presentation] 逐次的な歩様の変更のための歩行補助ロボットの軌道計画法 (2014)
  • Author(s): 加藤高之，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第32 回日本ロボット学会学術講演会
  • Place of Presentation: 九州産業大学（福岡県）
  • Year and Date: 2014-09-05
• [Presentation] 関節アームの軌道生成のためのリカレントニューラルネットワーク (2014)
  • Author(s): 石田将規，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第８回Motor Control研究会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2014-08-09
• [Presentation] 全身バランスの階層的協調制御に対する UCM 解析 (2014)
  • Author(s): 竹内花帆，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第８回Motor Control研究会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2014-08-09
• [Presentation] 全身リーチング運動の軌道生成モデル (2014)
  • Author(s): 工藤直紀，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第８回Motor Control研究会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2014-08-09
• [Presentation] フィードバックコントローラを組み込んだ神経回路の 誤差順伝播学習 (2014)
  • Author(s): 清澤悠，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第８回Motor Control研究会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2014-08-09
• [Presentation] 随意的共収縮は冗長方向の運動協調に影響を与えない (2014)
  • Author(s): 東郷俊太，香川高弘，宇野洋二
  • Organizer: 第８回Motor Control研究会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2014-08-08