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2013 Fiscal Year Annual Research Report

高度熟練技術の抽出・保存・認識・再現を目的とした腱駆動ロボットハンドの研究

Research Project

Project/Area Number 12J07163
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

野崎 貴裕  慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012 – 2014-03-31
Keywordsハプティクス / 動作認識 / バイラテラル制御 / 動的計画法 / マスタ・スレーブ / 座標変換 / 腱駆動 / ロボットハンド
Research Abstract

本研究の目的は人間の技術を抽出・保存・認識・再現することで人間と同様に器用で汎用性のあるロボットを実現することである。腱駆動ロボットハンドにバイラテラル制御を実装することで、遠隔操作時の情報から人間の技能・器用さを解明する。本年度においては以下の研究成果を得た。
1. 多自由度システムにおける制御系非干渉化のため、モード空間外乱観測器を用いた慣性行列の対角化手法を提案した。本手法により位置制御系と力制御系との干渉を抑圧し、高精度なバイラテラル制御を実現することができる。本手法はモデル化誤差が大きい場合において高い非干渉化性能を発揮することを、安定性解析、性能解析および多自由度システムを用いた比較実験により確認した。
2. 触覚情報を用いた人間手指動作の認識手法を提案した。本手法では、まずバイラテラル制御を実装した5自由度マスタ・スレーブロボットハンドにより触覚情報を抽出し8種類の要素動作に分類する。次に、これら分類された動作情報を参照ベクトルとして、認識対象となる操作者の動作の認識を行う。人間は同一動作においても速度にぶれが生じることから、動的計画法による時間軸補正を施し、認識率向上を図った。本手法の有用性は被験者の協力のもと、実験により確認した。
3. スケーリングを伴うバイラテラル制御を用いた動作構築手法を提案した。従来の動作再現手法の欠点は制御剛性が常に一定であることであり、これが再現時の物体位置変動に対する不適応性をまねいていた。本手法は、抽出した触覚情報から時々刻々と変化する人間の機械インピーダンスを導出し、これを基に人間動作を再構築する手法である。インピーダンス導出にあたっては動的計画法および最小二乗法を用いた。腫瘍摘出操作を模擬した実験を実施し提案手法の有用性を確認した。従来手法では把持の失敗や過剰な力が見受けられたのに対し、提案手法では腫瘍位置の変動に適応し腫瘍摘出に成功した。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

  • Research Products

    (19 results)

All 2014 2013

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (14 results)

  • [Journal Article] Motion-Copying System with Variable Impedance Based on Scaled Bilateral Control in One-Degree-of-Freedom Robot2014

    • Author(s)
      T. Nozaki, T. Mizoguchi, and K. Ohnishi
    • Journal Title

      IEEJ Journal of Industry Applications

      Volume: Vol.3-1 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1541/ieejjia.3.1

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Decoupling Strategy for Position and Force Control Based on Modal Space Disturbance Observer2014

    • Author(s)
      T. Nozaki, T. Mizoguchi, and K. Ohnishi
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Industrial Electronics

      Volume: Vol.61-2 Pages: 1022-1032

    • DOI

      10.1109/TIE.2013.2264788

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stiffness Transmission of Scaling Bilateral Control System by Gyrator Element Integration2014

    • Author(s)
      T. Mizoguchi, T. Nozaki, and K. Ohnishi
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Industrial Electronics

      Volume: Vol.61-2 Pages: 1033-1043

    • DOI

      10.1109/TIE.2013.2264787

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recognition of Human Combined Motion from Haptic Information Using Similarly Structured Master and Slave Robot Hands2013

    • Author(s)
      T. Nozaki, T. Mizoguchi, Y. Suzuki, D. Yashiro, and K. Ohnishi
    • Journal Title

      Electronics and Communications in Japan

      Volume: Vol.96-12 Pages: 15-23

    • DOI

      10.1002/ecj.11566

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] An Object-Coordinate-Based Bilateral Control System Using Visual Information2013

    • Author(s)
      Y. Nakajima, T. Nozaki, Y. Oyamada, and K. Ohnishi
    • Journal Title

      Electronics and Communications in Japan

      Volume: Vol.96-8 Pages: 41-49

    • DOI

      10.1002/ecj.11464

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 実世界ハプティクスの理論とその最先端2014

    • Author(s)
      大西公平, 野崎貴裕, 溝口貴弘
    • Organizer
      平成26年電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      愛媛県
    • Year and Date
      2014-03-20
  • [Presentation] Extraction and Realization of Human Actions2014

    • Author(s)
      T. Nozaki, K. Tanida, T. Mizoguchi, T. Nakano, Y. Saito, and K. Ohnishi
    • Organizer
      The 13th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, AMC 2014
    • Place of Presentation
      神奈川県
    • Year and Date
      2014-03-16
  • [Presentation] Haptics for Industries2014

    • Author(s)
      K. Ohnishi, T. Nozaki, and T. Mizoguchi
    • Organizer
      The 13th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, AMC 2014
    • Place of Presentation
      神奈川県
    • Year and Date
      2014-03-15
  • [Presentation] Impedance Correction in Time Delayed Teleoperation System2014

    • Author(s)
      T. Mizoguchi, T. Nozaki, and K. Ohnishi
    • Organizer
      The 13th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, AMC 2014
    • Place of Presentation
      神奈川県
    • Year and Date
      2014-03-15
  • [Presentation] Experimental Evaluation of Motion Reproduction System with Selected Information2014

    • Author(s)
      S. Kyo, T. Nozaki, T. Mizoguchi, and K. Ohnishi
    • Organizer
      The 13th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, AMC 2014
    • Place of Presentation
      神奈川県
    • Year and Date
      2014-03-14
  • [Presentation] 力覚伝達機能を有する移動マニピュレータにおける内力補償法2014

    • Author(s)
      山室昭彦, 吉村信人, 許倩南, 嶌本慶太, 野崎貴裕, 大西公平
    • Organizer
      平成26年度電気学会産業計測制御/メカトロニクス制御合同研究会
    • Place of Presentation
      東京都
    • Year and Date
      2014-03-11
  • [Presentation] 差分仕事率に基づく動作の評価手法2014

    • Author(s)
      溝口貴弘, 野崎貴裕, 大西公平
    • Organizer
      平成26年度電気学会産業計測制御/メカトロニクス制御合同研究会
    • Place of Presentation
      東京都
    • Year and Date
      2014-03-11
  • [Presentation] 直流電動機における位置センサレス運動制御2014

    • Author(s)
      神原義幸, 魚住誠二, 嶌本慶太, 野崎貴裕, 大西公平
    • Organizer
      平成26年度電気学会産業計測制御1メカトロニクス制御合同研究会
    • Place of Presentation
      東京都
    • Year and Date
      2014-03-11
  • [Presentation] インピーダンス制御に基づく加速度基準バイラテラル制御の解釈と力触覚情報量削減への応用2014

    • Author(s)
      野崎貴裕, 清水就平, 溝口貴弘, 大西公平
    • Organizer
      平成26年度電気学会産業計測制御/メカトロニクス制御合同研究会
    • Place of Presentation
      東京都
    • Year and Date
      2014-03-10
  • [Presentation] Motion Reproduction Using Timescaling for Adaptation to Difference in Environmental Location2014

    • Author(s)
      T. Nozaki, T. Mizoguchi, and K. Ohnishi
    • Organizer
      The IEEE International Conference on Industrial Technology, ICIT 2014
    • Place of Presentation
      Busan, Korea
    • Year and Date
      2014-02-27
  • [Presentation] Time Delay Compensation for Tendon-Driven Bilateral Control Using Modal Decomposition and Communication Disturbance Observer2014

    • Author(s)
      K. Shimamoto, Y. Ohno, T. Nozaki, and K. Ohnishi
    • Organizer
      The IEEE International Conference on Industrial Technology, ICIT 2014
    • Place of Presentation
      Busan, Korea
    • Year and Date
      2014-02-27
  • [Presentation] A Consideration to Window Problem in Mechanical Power Factor Calculation2014

    • Author(s)
      T. Mizoguchi, T. Nozaki, and K. Ohnishi
    • Organizer
      The IEEE International Conference on Industrial Technology, ICIT 2014
    • Place of Presentation
      Busan, Korea
    • Year and Date
      2014-02-27
  • [Presentation] 腱駆動ロボットによる身体行為の人工実現2013

    • Author(s)
      野崎貴裕, 溝口貴弘, 大西公平
    • Organizer
      平成25年度電気学会メカトロニクス制御研究会
    • Place of Presentation
      新潟県
    • Year and Date
      2013-11-22
  • [Presentation] Power Factor Analyses in Mechanical System Focusing on Trajectory and Environment2013

    • Author(s)
      T. Mizoguchi, T. Nozaki, and K. Ohnishi
    • Organizer
      The IEEE International Symposium on Industrial Electronics, ISIE 2013
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      2013-05-30

URL: 

Published: 2015-07-15  

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