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自己と他者の動作データからの内部モデルの構築と行動則の獲得

Planned

Project AreaCorrespondence and Fusion of Artificial Intelligence and Brain Science
Project/Area Number 16H06565
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionAdvanced Telecommunications Research Institute International

Principal Investigator

森本 淳  株式会社国際電気通信基礎技術研究所, 脳情報通信総合研究所, 研究室長 (10505986)

Project Period (FY) 2016-06-30 – 2021-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥69,550,000 (Direct Cost: ¥53,500,000、Indirect Cost: ¥16,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
Fiscal Year 2019: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
Fiscal Year 2018: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
Fiscal Year 2017: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
Fiscal Year 2016: ¥14,950,000 (Direct Cost: ¥11,500,000、Indirect Cost: ¥3,450,000)
Keywords機械学習 / ロボティクス
Outline of Annual Research Achievements

脳の運動制御手法に学んだ階層的運動生成モデルを用いる方法論を、ヒト型ロボットモデルのように多自由度の系においてもリアルタイムで環境において動作生成可能であることを、特に視覚系を用いたバランス制御を導入する形で進めた。その結果、実ヒューマノイドロボットにおいて、開発した階層的な運動生成モデルがリアルタイムで作動することが確認できた。一方で、多自由度ヒト型ロボットモデルの動力学シミュレータを用いたリアルタイム制御の検証においては、動的に目的関数を連続的に切り替えることによって、適応的に多様な動作を生み出すことができるかどうかについて検討を進め、それが可能であることをシミュレーション実験的に示した。特に、階層構造を用いない場合との比較を行い、従来法では、リアルタイムで多自由度の動作を生成できないような課題において、提案する階層的なアプローチを用いた場合には、限られた計算コストで目的とするタスクに対して十分な動作性能をリアルタイムで発揮できることが分かった。
一方で、これまで開発してきたハイブリッドアクチュエータシステムを用いて、次の3つ成果を得た。
1)人工筋を1軸に2筋配置することにより、精緻な剛性制御が可能となること実験的に示し、また理論的な検証も行った。
2)ヒトが装着できるような外骨格アシストロボットにハイブリッドアクチュエータを導入した際に、ヒトが装着した状態でのインタラクティブな人工筋の動作特性の同定方法を開発し、ヒトの動作帯域においてのロボットの特性を見出すことができるようになった。
3)ヒトの腕の筋によって導出される可操作性を、開発したハイブリッドアクチュエータシステムでヒトの動作をアシストすることにより、その可操作性を高めることが可能となることを実験的に示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

脳の運動制御手法に学んだ階層的運動生成モデルを用いる方法論を、ヒト型ロボットモデルのように多自由度の系においてもリアルタイムで動作生成可能であることを示した上で、特に視覚系を用いたバランス制御を組み合わせる形で、実ヒト型ロボットにおいて提案した方法論を実装可能であることを示した。また提案手法の有用性を従来手法と比較することによって示し、さらに動的に目的関数を連続的に切り替えることによって、適応的に多様な動作を生みことができることをモデル実験において示した。この成果は英文学術論文誌に採択された。加えて、これまで開発してきたハイブリッドアクチュエータシステムを用いて、ヒトとのインタラクション課題を中心に、その性能評価や可操作性などヒトの能力拡張に関する研究が進捗し、これらの成果が英文学術論文誌に複数採択された。

Strategy for Future Research Activity

今後は、今年度においても継続して進めてきた脳の運動制御手法に学んだ階層的運動生成モデルを用いる方法論を発展させる。ヒト型ロボットモデルのような多自由度の系においてリアルタイムで動作を生成するときに、特に実環境においては短い制御周期での各関節での局所フィードバックが重要であることがわかってきた。そこで、ヒトの脊髄系の制御メカニズムを参考に、さらに深い階層構造を持つ運動生成モデルに発展させ、そのようなメカニズムが制御の頑健性にどのように貢献するかを検証する。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report

Research Products

(35 results)

All 2020 2019 2018 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 6 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 15 results,  Invited: 5 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ヨージェフ・ステファン研究所(スロベニア)

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  • [Int'l Joint Research] ヨージェフ・ステファン研究所(スロベニア)

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  • [Int'l Joint Research] Jozef Stefan Institute(スロベニア)

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  • [Journal Article] Stable control of force, position, and stiffness for robot joints powered via pneumatic muscles2019

    • Author(s)
      Barkan UGURLU,Paolo FORNI,Corinne DOPPMANN,Emre SARIYILIZ,Jun MORIMOTO
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Industrial Informatics

      Volume: 15 Pages: 6270-6279

    • DOI

      10.1109/tii.2019.2916228

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Assistive arm-exoskeleton control based on human muscular manipulability2019

    • Author(s)
      Tadej PETRIC,Luka PETERNEL,Jun MORIMOTO,Jan BABIC
    • Journal Title

      Frontiers in Neurorobotics

      Volume: 13

    • DOI

      10.3389/fnbot.2019.00030

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Design of physical user-robot interactions for model identification of soft actuators on exoskeleton robots2019

    • Author(s)
      Masashi HAMAYA,Takamitsu MATSUBARA,Tatsuya TERAMAE,Tomoyuki NODA,Jun MORIMOTO
    • Journal Title

      International Journal of Robotics Research

      Volume: - Pages: 1-14

    • DOI

      10.1177/0278364919853618

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Full-body optimal control toward versatile and agile behaviors in a humanoid robot2019

    • Author(s)
      Koji ISHIHARA,Takeshi D. ITOH,Jun MORIMOTO
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 15 Pages: 119-126

    • DOI

      10.1109/lra.2019.2947001

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Human-in-the-loop control and task learning for pneumatically actuated muscle based robots2018

    • Author(s)
      Tatsuya TERAMAE,Koji ISHIHARA,Jan BABIC,Jun MORIMOTO,Erhan OZTOP
    • Journal Title

      Frontiers in Human-in-the-Loop Robot Control and Learning

      Volume: 12 Pages: 71-71

    • DOI

      10.3389/fnbot.2018.00071

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A Gaussian Process-Based Active Learning Approach for Exoskeleton Robots2018

    • Author(s)
      濱屋 政志、松原 崇充、森本 淳
    • Journal Title

      SYSTEMS, CONTROL AND INFORMATION

      Volume: 62 Issue: 10 Pages: 423-428

    • DOI

      10.11509/isciesci.62.10_423

    • NAID

      130007632587

    • ISSN
      0916-1600, 2424-1806
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] An optimal control strategy for hybrid actuator systems: Application to an artificial muscle with electric motor assist2018

    • Author(s)
      Koji Ishihara, Jun Morimoto
    • Journal Title

      Neural Networks

      Volume: 99 Pages: 92-100

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2017.12.010

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ヒト動作の模倣によるヒト型ロボット動作学習2018

    • Author(s)
      森本淳
    • Journal Title

      生体の科学

      Volume: 69 Issue: 1 Pages: 51-53

    • DOI

      10.11477/mf.2425200754

    • ISSN
      0370-9531, 1883-5503
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      2017 Annual Research Report
  • [Journal Article] Skill learning and action recognition by arc-length dynamic movement primitives2017

    • Author(s)
      T.Gaspar, B.Nemec, J.Morimoto, A.Ude
    • Journal Title

      Robotics and Autonomous Systems

      Volume: 100 Pages: 225-235

    • DOI

      10.1016/j.robot.2017.11.012

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Soft humanoid motor learning2017

    • Author(s)
      Jun Morimoto
    • Journal Title

      Science Robotics

      Volume: 2

    • DOI

      10.1126/scirobotics.aaq0989

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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 階層モデルを用いた人型ロボットの運動生成2020

    • Author(s)
      石原弘二
    • Organizer
      異分野融合ワークショップ「脳型情報処理によるロボットラーニングの技術革新」
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      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Motor learning algorithms2019

    • Author(s)
      Jun MORIMOTO
    • Organizer
      Skolkovo Robotics 2019
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Learning to write anywhere with spatial transformer image-to-motion encoder-decoder networks2019

    • Author(s)
      Barry RIDGE,Rok PAHIC,Ales UDE,Jun MORIMOTO
    • Organizer
      IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Exploiting human and robot muscle synergies for human-in-the-loop optimization of EMG-based assistive strategies2019

    • Author(s)
      Masashi HAMAYA,Takamitsu MATSUBARA,Jun-ichiro FURUKAWA,Yuting SUN,Satoshi YAGI,Tatsuya TERAMAE,Tomoyuki NODA,Jun MORIMOTO
    • Organizer
      IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA2019)
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Convolutional encoder-decoder networks for robust image-to-motion prediction2019

    • Author(s)
      Barry RIDGE,Rok PAHIC,Ales UDE,Jun MORIMOTO
    • Organizer
      28th International Conference on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region(RAAD2019)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 状態予測に基づくロボットの階層的な運動制御2019

    • Author(s)
      森本淳
    • Organizer
      第13回Motor Control研究会
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      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Model-based approaches to humanoid motor learning2019

    • Author(s)
      Jun MORIMOTO
    • Organizer
      5th CiNet Conference, Computation and Representation in Brains and Machines
    • Related Report
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    • Invited
  • [Presentation] Estimating humerus head elevation in human shoulder joints via gaussian process regression2018

    • Author(s)
      Sara HAMDAN,Erhan OZTOP,Jun-ichiro FURUKAWA,Jun MORIMOTO,Barkan UGURLU
    • Organizer
      Turkey Robotics Conference(TORK2018)
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Robotizing double-bar ankle-foot orthosis2018

    • Author(s)
      Tomoyuki NODA,Asuka TAKAI,Tatsuya TERAMAE,Eiko HIROOKA,Kimitaka HASE,Jun MORIMOTO
    • Organizer
      IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA2018)
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Deep encoder-decoder networks for mapping raw images to dynamic movement primitives2018

    • Author(s)
      Rok PAHIC,Andrej GAMS,Ales UDE,Jun MORIMOTO
    • Organizer
      IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA2018)
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Shoulder glenohumeral elevation estimation based on upper arm orientation2018

    • Author(s)
      Sara HAMDAN,,Erhan OZTOP,Jun-ichiro FURUKAWA,,Jun MORIMOTO,Barkan UGURLU
    • Organizer
      40th International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bayesian optimisation of exoskeleton design parameters2018

    • Author(s)
      Daniel F.N. GORDON,Takamitsu MATSUBARA,Tomoyuki NODA,Tatsuya TERAMAE,Jun MORIMOTO,Sethu VIJAYAKUMAR
    • Organizer
      7th IEEE RAS/EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics(BioRob 2018)
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A data-driven approach for estimating human behavior with collaborative filtering2018

    • Author(s)
      Jun-ichiro FURUKAWA,Jun MORIMOTO
    • Organizer
      Joint workshop of UCL-ICN, NTT, UCL-Gatsby, and AIBS
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Humanoid motor learning from observed human behaviors2018

    • Author(s)
      Jun MORIMOTO
    • Organizer
      Joint Workshop of UCL-ICN,NTT,UCL-Gatsby,and AIBS
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Reinforcement learning of phase oscillators for fast adaptation to moving targets2018

    • Author(s)
      Guilherme MAEDA,Okan KOC,Jun MORIMOTO
    • Organizer
      Conference on Robot Learning(CoRL2018)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ユーザ嗜好に基づくEMGを用いた運動支援制御器のベイズ最適化2018

    • Author(s)
      濱屋政志, 松原崇充, 古川淳一朗, 孫雨庭, 八木聡明, 寺前達也, 野田智之, 森本淳
    • Organizer
      第19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(SI2018)
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] A forward and inverse optimal control framework to generate humanoid robot movements with hierarchical MPC2017

    • Author(s)
      K.Ishihara,J.Furukawa, J.Morimoto
    • Organizer
      3rd Multidisciplinary Conference on Reinforcement Learning and Decision Making(RLDM2017)
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Trajectory representation by nonlinear scaling of dynamic movement primitives2016

    • Author(s)
      A.Ude, R.Vuga, B.Nemec, J.Morimoto
    • Organizer
      IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS2016)
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ヒューマノイドロボットの運動学習2016

    • Author(s)
      森本淳
    • Organizer
      第16回Kフォーラムざっくばらんフォーラム「情報学からの価値創造」
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] A hierarchical model predictive control approach to generate biped robot movements in real-time2016

    • Author(s)
      K.Ishihara, J.Morimoto
    • Organizer
      IEEE International Conference on Simulation, Modeling, and Programming for Autonomous Robots(SIMPAR2016) Workshop
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] これからの強化学習 「高次元・実環境における強化学習」2016

    • Author(s)
      森本淳、杉本徳和
    • Total Pages
      9
    • Publisher
      森北出版
    • ISBN
      4627880316
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 制御システム2019

    • Inventor(s)
      伊藤健史、石原弘二、森本淳
    • Industrial Property Rights Holder
      伊藤健史、石原弘二、森本淳
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2016-07-04   Modified: 2021-01-27  

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