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筋空間における類似性を活かした道具使用ダイナミック運動のロボットによる実現

研究課題

研究課題/領域番号 12J10392
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関東京大学

研究代表者

西川 鋭  東京大学, 情報理工学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
2014年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード筋骨格系 / 棒高跳び / ロボット / ダイナミック運動 / 出力特性 / 粘弾性 / 二関節筋 / 姿勢特性 / 拮抗 / 準備動作 / 運動切替 / モーメントアーム / 空気圧人工筋 / 筋シナジー / ハイブリッド機構 / トルク特性
研究実績の概要

本研究では、身体外物体の特性活用によるロボットの運動能力拡大として、筋骨格ロボットによる道具使用ダイナミック運動実現を目的とした。運動生成において、類似運動からの要素転用を図った。道具使用ダイナミック運動として棒高跳びを取り上げ、その実現法を調べた。
前年度に続き、筋トルク―角度特性に着目し、角度依存モーメントアーム機構(ADMA)が垂直跳び高さに与える効果をシミュレーションで調べた。結果、股関節、膝関節、足首関節の順で高い跳躍を可能とするトルクピーク角度が関節限界から可動域中程に移動した。ここで跳躍動作中の姿勢によるトルク発揮有効性の差の影響が示唆された。これは、似た姿勢を通る運動間での適切な出力特性の共通性を示唆する。そこで、棒高跳びロボット設計のために、似た動作の鉄棒の逆上がりにおいてADMA導入の有効性を確認した。
棒高跳びにおける筋骨格系の働きとして、粘弾性が跳躍高さ安定性に与える効果を調べた。結果、粘弾性ありモデルが粘弾性なしモデルよりも外乱による誤差が小さく、外乱の種類により単関節粘弾性、二関節粘弾性の有効性が異なった。これは、棒高跳びの高さ安定性向上への筋骨格系の粘弾性の有用性、外乱の種類による単関節筋、二関節筋の賦活の使い分けの重要性を示唆する。
棒を操作する関節腕を持つロボットは身体重心が棒先端から離れるため、この要素を含むモデルにより曲げ動作が棒高跳びに与える効果を再検討した。このモデルにおいても曲げ動作による跳躍高さ向上が確認され、棒先端に質点のあるモデルと比べて遅い動作切り替えの有効性が確認された。
知見を統合し、筋骨格二腕ロボットを開発した。棒高跳び実験により切り替えタイミングの跳躍方向制御への有効性を示し、ロボットは最大1.72mの棒高跳びを実現した。この成果はロボットによる身体・環境複合系を活かす適応的運動実現に向けた重要な学術的・技術的貢献である。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (24件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] A Musculoskeletal Bipedal Robot Designed with Angle-Dependent Moment Arm for Dynamic Motion from Multiple States2014

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Nishikawa, Kazutoshi Tanaka, Kazuya Shida, Toshihiko Fukushima, Yasuo KuniYoshi
    • 雑誌名

      Advanced Robotics

      巻: Vol.28 号: 7 ページ: 487-496

    • DOI

      10.1080/01691864.2013.876936

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 立位での巧緻動作における支持腕の肩外転角度が手先の停止安定性に与える影響2014

    • 著者名/発表者名
      西川鋭, 田中一敏, 國吉康夫.
    • 学会等名
      第23回日本バイオメカニクス学会大会 (JSB2014), O2-A4
    • 発表場所
      国立スポーツ科学センター(東京都北区)
    • 年月日
      2014-09-13 – 2014-09-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 準備局面の拮抗的筋活動が踏み出しリーチングに与える効果2014

    • 著者名/発表者名
      田中一敏, 西川鋭, 國吉康夫.
    • 学会等名
      第32回 日本ロボット学会学術講演会 (RSJ2014), 3B1-02
    • 発表場所
      九州産業大学(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2014-09-04 – 2014-09-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Adjustment of Pressure in Antagonistic Joints with Pneumatic Artificial Muscles for Rapid Reacting Motions2014

    • 著者名/発表者名
      K. Tanaka, S. Nishikawa and Y. Kuniyoshi.
    • 学会等名
      17th International Conference on Climbing and Walking Robots (CLAWAR2014), pp.183-190 【査読付】
    • 発表場所
      the Poznan University of Technology, Poznan, Poland
    • 年月日
      2014-07-21 – 2014-07-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Active Bending Motion of Pole Vault Robot to Improve Reachable Height2014

    • 著者名/発表者名
      T. Fukushima, S. Nishikawa and Y. Kuniyoshi.
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA2014), pp.4208-4214 (TuD13.2) 【査読付】
    • 発表場所
      the Hong Kong Convention and Exhibition Center, Hong Kong, China
    • 年月日
      2014-05-31 – 2014-06-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 二関節バネダンパ機構が外乱下の棒高跳びに与える効果2014

    • 著者名/発表者名
      西川鋭, 福島俊彦, 國吉康夫.
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会 (Robomech2014), 1A1-A08
    • 発表場所
      富山市総合体育館(富山県富山市)
    • 年月日
      2014-05-25 – 2014-05-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 確率的目標状態への遷移時間を最小化する準備動作2014

    • 著者名/発表者名
      田中一敏, 西川鋭, 國吉康夫.
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会 (Robomech2014), 1P1-P03
    • 発表場所
      富山市総合体育館(富山県富山市)
    • 年月日
      2014-05-25 – 2014-05-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Active Bending Motion of Pole Vault Robot to Improve Reachable Height2014

    • 著者名/発表者名
      Toshihiko Fukushima, Satoshi Nishikawa and Yasuo Kuniyoshi.
    • 学会等名
      the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2014)
    • 発表場所
      Hong-Kong, China(発表確定)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Adjustment of Pressure in Antagonistic Joints with Pneumatic Artificial Muscles for Rapid Reacting Motions2014

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi Tanaka, Satoshi Nishikawa and Yasuo Kuniyoshi.
    • 学会等名
      the 17th International Conference on Climbing and Walking Robots (CLAWAR. 2014)
    • 発表場所
      Poznan, Poland(発表確定)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Preliminary Motions on Agile Motions2013

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi Tanaka, Satoshi Nishikawa and Yasuo Kuniyoshi.
    • 学会等名
      the 16th International Conference on Advanced Robotics (ICAR 2013)
    • 発表場所
      Montevideo, Uruguay
    • 年月日
      2013-11-28
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Effective Timing of Swing-Up Motion by a Pole-Vaulting Robot2013

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Nishikawa, Toshihiko Fukushima and Yasuo Kuniyoshi.
    • 学会等名
      the 16th International Conference on Advanced Robotics (ICAR 2013)
    • 発表場所
      Montevideo, Uruguay
    • 年月日
      2013-11-27
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 棒高跳びにおける跳躍パフォーマンス向上のための溜め動作2013

    • 著者名/発表者名
      西川鋭, 福島俊彦, 國吉康夫.
    • 学会等名
      第7回 Motor Colltrol 研究会(MC 2013)
    • 発表場所
      東京大学弥生講堂, 東京
    • 年月日
      2013-09-07
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 敏捷動作に先立つ構えの効果検討2013

    • 著者名/発表者名
      田中一敏, 西川鋭, 國吉康夫.
    • 学会等名
      第31回 日本ロボット学会学術講演会(RSJ 2013)
    • 発表場所
      首都大学東京 南大沢キャンパス, 東京
    • 年月日
      2013-09-06
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] ポール曲げ効果から観る棒高跳びにおける身体-ポール協調動作2013

    • 著者名/発表者名
      福島俊彦, 西川鋭, 國吉康夫.
    • 学会等名
      第7回 Motor Control 研究会(MC 2013)
    • 発表場所
      東京大学弥生講堂, 東京
    • 年月日
      2013-09-06
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 棒高跳びにおけるスイング動作タイミングがポールの挙動に与える効果のロボットによる検討2013

    • 著者名/発表者名
      西川鋭, 福島俊彦, 國吉康夫.
    • 学会等名
      第31回 日本ロボット学会学術講演会(RSJ 2013)
    • 発表場所
      首都大学東京 南大沢キャンパス, 東京
    • 年月日
      2013-09-05
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 棒高眺びロボットのポール曲げ動作による跳騒高さ向上2013

    • 著者名/発表者名
      福島俊彦, 西川鋭, 國吉康夫.
    • 学会等名
      第31回 日本ロボット学会学術講演会(RSJ 2013)
    • 発表場所
      首都大学東京 南大沢キャンパス, 東京
    • 年月日
      2013-09-05
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] CPGの調整により故障時の身体の物理的変化に即応する四足歩行ロボットの開発2013

    • 著者名/発表者名
      三浦拳, 西川鋭, 國吉康夫.
    • 学会等名
      第31回 日本ロボット学会学術講演会(RSJ 2013)
    • 発表場所
      首都大学東京 南大沢キャンパス, 東京
    • 年月日
      2013-09-05
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 敏捷動作生成に先立つ構え生成手法の検証2013

    • 著者名/発表者名
      田中一敏, 西川鋭, 國吉康夫.
    • 学会等名
      第19回 創発システムシンポジウム
    • 発表場所
      大阪アカデミア, 大阪
    • 年月日
      2013-08-31
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 可変な関節トルク分配比を備えた筋骨格四脚ロボット2013

    • 著者名/発表者名
      西川鋭, 志田和也, 國吉康夫.
    • 学会等名
      第19回創発システムシンポジウム
    • 発表場所
      大阪アカデミア, 大阪
    • 年月日
      2013-08-31
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of Energy Consumption by Movement of Center of Rotation of Joint2013

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi Tanaka, Satoshi Nishikawa and Yasuo Kuniyoshi.
    • 学会等名
      the 16th International Conference on Climbing and Walking Robots (CLAWAR 2013)
    • 発表場所
      Sydney, Australia
    • 年月日
      2013-07-15
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Design and Test of Torque-Angle Relationship Control System2013

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Shida
    • 学会等名
      the 6th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2013)
    • 発表場所
      Darmstadt, Germany
    • 年月日
      2013-03-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Transitional Buckling Model for Active Bending Effect in Pole Vault2013

    • 著者名/発表者名
      Toshihiko Fukushima
    • 学会等名
      the 6th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2013)
    • 発表場所
      Darmstadt, Germany
    • 年月日
      2013-03-12
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Angle-Dependent Moment Arm with Biased Pivot for Jumping from Various Squatting Positions2013

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Nishikawa
    • 学会等名
      the 6th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2013)
    • 発表場所
      Darmstadt, Germany
    • 年月日
      2013-03-12
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 筋骨格駆動のヒト規範足部を備えたロボットによる跳躍2012

    • 著者名/発表者名
      西川鋭
    • 学会等名
      第30回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2012)
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター、北海道
    • 年月日
      2012-09-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 少数筋群からなるフェーズ分けによる運動学習2012

    • 著者名/発表者名
      西川鋭
    • 学会等名
      第6回Motor Control研究会(MC2012)
    • 発表場所
      自然科学研究機構 岡崎コンファレンスセンター、愛知
    • 年月日
      2012-06-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [備考] 個人ページ

    • URL

      http://www.isi.imi.i.u-tokyo.ac.jp/~nisikawa/pub.html

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.isi.imi.i.u-tokyo.ac.jp/~nisikawa/pub.html

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.isi.imi.i.u-tokyo.ac.jp/~nisikawa/pub

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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