2015 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
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25220005
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
菅野 重樹 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00187634)
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| 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, 付置研究所, 准教授 (50424817)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | 知能ロボット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究３年目も、前年度に引き続き、解析的・実験的に３つの課題に取り組み、技術の基盤化検討を行った。
人間とロボットの双方向意図伝達における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て、一連の移動戦略について検討した。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調停するための方法として、会話中，気付きの有無などのコンテキスト情報のモデル化を行った。人間とロボットの相対位置関係、通路の幅、人間の向きなどをレーザレンジファインダで計測して、これまでの知見（人間の反応モデルなど）に応じて適切に働きかけ行動を選択する協調移動行動戦略を開発した。
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段階の動作生成を基に、両者を統合した制御系の構築を行った。ロボットが腕を伸ばして人間に働きかける際、反力に基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ために軌道が修正され、十分な力を作用させられない。そこで、視覚情報を使った画像処理に基づき、２足歩行ロボットを使った実験により両者の最適なバランスを見出すことができた。
人間の心理的注意量の変化に基づいた人間運動の誘発制御手法を開発した。肢体への接触をモデルケースとして、肢体の力学特性分布や組織形状を計測し、接触時の人体内部変形状態を解析するための有限要素モデルを構築した。構築した有限要素モデルにより解析された複数の変形指標と不快感情を定量表現する生理指標や主観評価値との関連性について知見を得た。さらに、ロボットと人体の弱い接触による意図伝達を行うために、人間の目の位置と視線方向を検出し、人間の動作意図を検知するセンサモジュールを構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
これまでない能動的な接触を前提とした人間との協調的な働きかけ戦略を構築することができた。環境状況や相対距離に応じて適応的に働きかけ手法を変更させていく移動行動戦略を、物理的側面だけでなく心理面を考慮して構築できたことから、当初の目標以上の成果が得られているといえる。具体的には，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、光などを用いた意図伝達手法を開発し、人間の反応行動について分析を行った。コンテキスト(相対角度、速度など)や働きかけの手法に応じて、反応が変化したことから関係性を捉えられるようになった。
また，人間とロボットとの安全な接触を工学的に保障するための、接触ダイナミクスモデルを構築することができた。働きかけ部位や作用させる力ベクトルなどの具体的なパラメータ決定法についても言及できたことから、当初の目標以上の成果が得られたと考えている。具体的には，２足ヒューマノイドが他者と接触する場面において転倒を回避しつつ意図した移動を実現する基盤技術となる、ヒューマノイドの全身協調運動の生成手法を開発した。それを用いて、情動表出２足ヒューマノイドKOBIANによる移動行動を実現することができた。
さらに，強い接触時における人間の動作誘導機序や心理面を定量化するための生理指標について明確にすることができた。有限要素モデルの構築、個々人への適応技術、人間の動作意図を検知するセンサモジュールの構築についても取り組んでいることから、当初の目標以上の成果が得られたと考えている。具体的には，強い接触をともなう運動支援（介助）によって人間の全身を用いた運動を誘発する手法の検討、ロボットによる人体への接近から接触に対する心理的安全性の評価の検討、および、心理的アテンション量に基づく人間運動の誘発制御則の検討を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
個々の技術を体系化し、基盤的な技術まで昇華させ、統合化に向けたモジュール化を図る。また、実際の人環境下へロボットを導入し、いくつかのシナリオにおける協調移動行動を構築していく。
人間とロボットが互いに移動軌道を調整しあうための協調的な意図伝達手法を、より現実に近い動的な環境に適用させる。これまでは、相対速度が比較的小さいすれ違いを想定していたが、実際の人間環境化における流れのある環境でのすれ違いや複数人とのすれ違いに対応するための、協調移動行動戦略を構築する。また、これまでの成果を踏まえて、ロボットの行動が人間に与える心理の変化、移動効率の変化、ロボット自身の移動効率の変化をそれぞれ数量化し、環境状況に応じてロボットが行動選択を取れるような行動戦略の基盤技術を開発する。
２足ヒューマノイドロボットが、例えば手すりに体を預けつつ歩行するなど、他の物体から静的な力を受けつつ歩行することの実現を目指す。続いて、例えば他者と接触しつつすれ違うなど、他の物体から動的な力を受けつつ歩行することの実現を目指す。実環境下ではさまざまな拘束を受けるため、接触すべき場所が接触できる場所とはかぎらない。接触すべき範囲や安定余裕など、ロボットの行動選択にとって有用となる評価値を算出しておき、実環境下での不確定性に対処する方策を模索する。
触診ロボットを用いて、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の推定を行う。さらに、心理的な負荷が高いと考えられる強い接触、具体的には、歩行リハビリテーションにおけるロボットの歩行への介入、に関する研究を実施し、それによってもたらされる人間の心理状態変化を推定する実験を実施する。今まで構築した実験と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。
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[Journal Article] Utilization of Human-Like Pelvic Rotation for Running Robot2016
Author(s)
Takuya Otani, Kenji Hashimoto, Masaaki Yahara, Shunsuke Miyamae, Takaya Isomichi, Shintaro Hanawa, Masanori Sakaguchi, Yasuo Kawakami, Hun-ok Lim, Atsuo Takanishi
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Journal Title
Frontiers in Robotics and AI
Volume: Vol.2, No.17
Pages: 1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Design of Four-Arm Four-Crawler Disaster Response Robot OCTOPUS2016
Author(s)
Mitsuhiro Kamezaki, Hiroyuki Ishii, Tatsuzo Ishida, Masatoshi Seki, Ichiryu Ken, Yo Kobayashi, Kenji Hashimoto, Shigeki Sugano, Atsuo Takanishi, Masakatsu G. Fujie, Shuji Hashimoto, Hiroshi Yamakawa
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Journal Title
IEEE Int. Conf. Robotics and Automation
Volume: Vol.1, No.1
Pages: 1-8
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] A Falling Motion Control of Humanoid Robots Based on Biomechanical Evaluation of Falling down of Humans2015
Author(s)
Libo Meng, Zhangguo Yu, Xuechao Chen, Weimin Zhang, Marco Ceccarelli, Kenji Hashimoto, Atsuo Takanishi, Qiang Huang, Wenjuan Guo, Lin Xie, Huaxin Liu
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Journal Title
IEEE-RAS Int. Conf. on Humanoid Robots
Volume: Vol.1, No.1
Pages: 441-446
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Methods for Improving IMES Transmitters: Transmission Diversity, Variable Beamwidth Antenna, and Leaky Coaxial Cable2015
Author(s)
Kenjiro FUJII, Takamasa KAWAGUCHI, Hisanori MATSUMOTO, Makoto TANIKAWARA, Takashi TOYAMA, Yoshihiro SAKAMOTO, Wei WANG, Hiroaki ARIE, Alexander SCHMITZ, Shigeki SUGANO
Organizer
IEEE/SICE Int. Symp. System Integration
Place of Presentation
名古屋，日本
Year and Date
2015-12-12 – 2015-12-13
Int'l Joint Research
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[Presentation] Neuro-Dynamical Accounts for Postdiction2015
Author(s)
Shingo Murata, Yuichi Yamashita, Hiroaki Arie, Tetsuya Ogata, Jun Tani, and Shigeki Sugano
Organizer
Annual Meeting of the Association for the Scientific Study of Consciousness
Place of Presentation
Paris, France
Year and Date
2015-07-07 – 2015-07-10
Int'l Joint Research
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