2014 Fiscal Year Annual Research Report
人間共存型ロボットの能動的な働きかけによる人間協調技術の研究
| Project/Area Number |
25220005
|
|---|
| Research Institution | Waseda University |
|---|
Principal Investigator |
菅野 重樹 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00187634)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤江 正克 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20339716)
高西 淳夫 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50179462)
石井 裕之 早稲田大学, 理工学術院, 講師 (10398927)
小林 洋 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (50424817)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
|
| Keywords | 知能ロボット |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
研究２年目も引き続き、３つの課題：接近～弱い接触による協調的な意図伝達、人間‐ロボットの接触ダイナミクスモデル構築、強い接触による協調的な人間運動の誘発機序の設定に基づき、解析的・実験的に検討を進めた。
人間とロボットが移動軌道を協調的に調整しながら移動を実現する意図伝達手法を構築するために、人間とロボットとの距離、接触位置・方向・力の大きさをパラメータとし、人間のロボットに対する反応行動の観測・分析を行った。その結果、人間行動モデルの構築に必要な定量的な知見を得た。次に、能動的な接触、ジェスチャーといった異なるチャンネルを利用したロボットの働きかけとそれに対する人間の反応の相関を、ロボットを用いた対人実験から心理的、物理的な両側面から明確化し、協調移動の局所的基本モデルを構築した。ところで、ロボットが人間への働きかけを行う場面においては、力学的には働きかけるべき点（位置）と働きかける力ベクトルの決定が行われ、続いてそれに基づきロボットが自律的に動作生成する２段階となる。そこで、例とした２足歩行ロボットを対象に、３次元空間内の任意の位置に任意の力ベクトルを作用させる動作を実現するためのアルゴリズムを構築した。
また、ロボットによる強い接触をともなう運動によってもたらされる人間の心理的注意量の変化に基づく人間運動の誘発制御手法の構築については、ロボットによる接触を受けたときの人間の心理状態モデルの検討実験と、ロボットの接触動作を個人特有の身体機能差に基づき決定する運動解析を行った。まず、触診ロボットマニピュレータを用いて、人間とロボットの配置によって人間が抱く不快感情を調査する実験の準備を行い、生活支援ロボットにおける人間の運動の支援をモデルケースに、ロボットが支援する物理量を個人によって異なる身体的特徴や能力に応じて決定する手法を検討した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
モーションキャプチャーなどを使った物理的観測だけでなく、アンケートを用いた心理的観測から、本課題のコア技術となるロボットの働きかけと人間の反応の相関の定量的な評価は順調に進捗している。保有するロボットシステムを上手く活用することで、開発した各種モデルは随時、ロボットを用いて評価しており、モデル化に対するフィードバックが有効に働き、比較的早い段階でよりよいモデルへの修正・改善が行えた。また、音声、目線、移動進路の示唆（ロボット特有の方法）など、他のチャンネルを用いた働きかけについても、コンテキスト（状況）に応じて、使い分けや組み合わせが効果的になる可能性が示唆された。
ロボットによる人間への働きかけの実現については、最も基本的要素である働きかけ動作を生成するアルゴリズムの構築に取り組んだ。例として用いた２足歩行ロボットは、常に転倒の危険性があるため、働きかけ動作は歩行や立位の維持が可能な範囲内で行われなくてはならない。そこで３次元空間内の任意の位置に、任意の力ベクトルを作用させる行動生成アルゴリズムを構築した。実験的にその効果を確認することができたため、目標は概ね達成されたといえる。
人間－ロボットの全身協調運動ダイナミクスモデルの構築、および全身協調運動ダイナミクスモデルを身体機能の個人差や環境の変化に合わせてリアルタイムにパラメータチューニングする計測制御技術の検討を行った。その結果、モデルについては評価実験において妥当性を示すことができ、また、個人差に合わせてパラメータチューニングする方法論の基礎を構築することができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
人間とロボットが移動軌道を協調的に調整しながらそれぞれの移動を実現する、より高次の双方向意図伝達手法の開発を行う。ロボットの働きかけ手法として、接触やジェスチャーなどに加え、言語や光などを用いた他の方法論を含めた一連の移動戦略を検討する。また、人間の反応モデルに基づきロボットがコンテキストを理解して取るべき行動について分析を行う。そのために、人間の内部状態を推定して読み取った人間の意図とロボット自らの意図をうまく調停するための方法として、不確定性と非線形性を含むコンテキスト情報の適切なモデル化を検討する。
ダイナミクスモデルについては，２足歩行ロボットによる人間への能動的な働きかけを実現するための２段階の動作生成を実現できたことから、両者を統合した制御系の構築を行う。その場合，各々の寄与の程度を適切に設定する必要がある。例えば、ロボットが腕を伸ばして人間に働きかける際、反力にもとづく軌道修正の効果が大きいと、設定した外力を人間に作用させる前に軌道が修正され、十分な力を作用させられない。そこで、実験により両者の最適なバランスを見出す。
ロボットによる強い接触をともなう運動によってもたらされる人間の心理状態変化については、触診ロボットマニピュレータを用いた実験を継続する。人間とロボットの運動解析を行い、人間の心理的アテンション量の変化に基づいた人間運動の誘発制御手法の構築を目指す。また、個人特有の身体機能差の計測とパラメータチューニング手法を、人体の機械特性の個人差や心理状態の個人差にも応用・展開していく。
さらに、上記アプローチの具体的な統合を行うために、これまで設定してきた物理的・心理的の両面からの評価パラメータを再検討し、共通項の抽出と各パラメータの対応について考察を進める。そして、これらのパラメータと人間－ロボット協調のダイナミクスモデルとの関係を明らかにしていく。
|
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] Development of a Smart Surgical Robot with Bended Forceps for Infant Congenital Esophageal Atresia Surgery2014
Author(s)
Quanquan Liu, Yo Kobayashi, Bo Zhang, Takehiko Noguchi, Yu Takahashi, Yuya Nishio, Yang Cao, Satoshi Ieiri, Kazutaka Toyoda, Munenori Uemura, Morimasa Tomikawa, Makoto Hashizume, Masakatsu G.Fujie
-
Journal Title
IEEE International Conference on Robotics & Automation
Volume: 1
Pages: 2430-2435
DOI
Peer Reviewed
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
