共振に基づくロボット運動学習理論による人の運動学習の理解

• 研究課題/領域番号: 15K18005
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 知能機械学・機械システム
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 植村 充典 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (00512443)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2015年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 運動学習 / 関節剛性 / 歩行 / ロボット制御 / 共振 / エネルギー効率 / 人の運動制御 / ロボット / 運動制御

研究成果の概要

本研究では、共振に基づく運動学習制御法を用いた場合のロボットの運動学習と、人の運動学習を比較し、人の運動学習がどのように行われているかを調べた。共振に基づく運動学習法では、周期的な運動において運動パターンと関節剛性を同時に学習することで、最小の消費エネルギーで運動を生成できる。本方法を、人の歩行時における遊脚の運動を模擬したモデルに適用すると、人の歩行運動と非常に似た運動パターンに収束した。また、力場の特性を変更しつつ周期的な上肢運動を行うタスクでは、運動の学習過程においても人とロボットは似た運動パターンとなった。つまり、共振に基づく運動学習制御法が、人の運動学習に似ていることが示された。

研究成果

• [雑誌論文] 膝装具歩行における制御戦略の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鎌田一平，植村充典，平井宏明，宮崎文夫
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 82 号: 843 ページ: 16-00236-16-00236
  • DOI: 10.1299/transjsme.16-00236
  • NAID: 130005285774
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Highly Energy-Efficient Palletizing Tasks Using Resonance-Based Robot Motion Control (2016)
  • 著者名/発表者名: Kento Matsusaka, Mitsunori Uemura, Sadao Kawamura
  • 雑誌名: Journal of Mechanical Engineering and Automation 巻: 6 ページ: 8-17
  • 査読あり
• [雑誌論文] ヒトの下肢運動にかかわる不変量としての筋シナジー (2016)
  • 著者名/発表者名: 富永健太, 飯村太紀, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 巻: 52 号: 1 ページ: 37-45
  • DOI: 10.9746/sicetr.52.37
  • NAID: 130005122187
  • ISSN: 0453-4654, 1883-8189
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Realization of Highly Energy Efficient Pick-and-place Tasks using Resonance-based Robot Motion Control (2016)
  • 著者名/発表者名: Kento Matsusaka, Mitsunori Uemura and Sadao Kawamura
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: 30 号: 9 ページ: 608-620
  • DOI: 10.1080/01691864.2015.1134345
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Stiffness Adjustment Mechanism Maximally Utilizing Elastic Energy of A Linear Spring For A Robot Joint (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Uemura, Kento Matsusaka, Yawara Takagi and Sadao Kawamura
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: Vol.29 号: 20 ページ: 1331-1337
  • DOI: 10.1080/01691864.2015.1059367
  • 査読あり
• [学会発表] Efficacy of a knee orthosis that uses an elastic element (2017)
  • 著者名/発表者名: I. Kamada, M. Uemura, H. Hirai, and F. Miyazaki
  • 学会等名: Proc. 39th Annual Int. Conf. the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • 国際学会
• [学会発表] 先端化学繊維ロープを用いた軽量脚・腕ロボット (2017)
  • 著者名/発表者名: 植村充典、八木聡明、平井宏明、宮崎文夫、川村貞夫
  • 学会等名: 第35回日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] 足首周りの角運動量に基づく脚ロボットバランス制御の実験的検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 八木聡明、植村充典、平井宏明、宮崎文夫
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演2017
• [学会発表] 可変剛性機構を用いたロボット膝装具の開発と実験的評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健司、寺田祐基、植村充典、平井宏明、宮崎文夫
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演2017
• [学会発表] Equilibrium-point-based synergies that encode coordinates in task space: A practical method for translating functional synergies from human to musculoskeletal robot arm (2016)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki Yoshikawa, Hiroaki Hirai, Eichi Watanabe, Yuma Nagakawa, Akira Kuroiwa, Emerson Grabke, Mitsunori Uemura, Fumio Miyazaki, OHermano Igo Krebs
  • 学会等名: 2016 IEEE-RAS 16th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids)
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2016-10-15
  • 国際学会
• [学会発表] Exploiting invariant structure for controlling multiple muscles in anthropomorphic legs: II. Experimental evidence for three equilibrium-point-based synergies during human pedaling (2016)
  • 著者名/発表者名: Eichi Watanabe, Takanori Oku, Hiroaki Hirai, Fumiaki Yoshikawa, Yuma Nagakawa, Akira Kuroiwa, Emerson Paul Grabke, Mitsunori Uemura, Fumio Miyazaki, Hermano Igo Krebs
  • 学会等名: 2016 IEEE-RAS 16th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids)
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2016-10-15
  • 国際学会
• [学会発表] 足首周りの角運動量を用いたバランス指標に基づく脚ロボットの歩行制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 学会等名: 第34回日本ロボット学会学術講演会（RSJ2016）
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] ヒト上肢の姿勢保持時における終点と平衡点の一致を利用した新しい筋シナジー推定法の提案 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉川 史哲, 平井 宏明, 渡邉 英知, 植村 充典, 宮崎 文夫
  • 学会等名: 第34回日本ロボット学会学術講演会（RSJ2016）
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] 柔軟関節と高制御性能を両立する反力利用弾性アクチュエータ (2016)
  • 著者名/発表者名: 植村 充典, 水口 大喜, 河村 晃宏, 川村 貞夫
  • 学会等名: 第34回日本ロボット学会学術講演会（RSJ2016）
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] 下肢筋骨格ロボットによる前方ペダリングの再現と考察 ―筋シナジーに基づくヒトの運動戦略の解析と制御への応用― (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡邉 英知, 奥 貴紀, 平井 宏明, 吉川 史哲, 植村 充典, 宮崎 文夫
  • 学会等名: 第34回日本ロボット学会学術講演会（RSJ2016）
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] 足首周りの角運動量に基づく脚ロボットの立位可安定性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 植村充典、平井宏明、宮崎文夫
  • 学会等名: 第33回日本ロボット学会 学術講演会
  • 発表場所: 東京電機大学東京千住キャンパス（東京足立区）
  • 年月日: 2015-09-04
• [学会発表] Mechanism and Control of Robotic Arm using Rotational Counterweights (2015)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Kawamura, Byunghyun Gang, Mitsunori Uemura and Sadao Kawamura
  • 学会等名: Proc. of the 2015 IEEE International Conference on Robotics & Automation (ICRA2015)
  • 発表場所: Seattle, Washington, USA
  • 年月日: 2015-05-26
• [学会発表] 可変弾性拮抗駆動関節の平衡点移動による運動形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松阪憲人，水口大喜，植村充典，河村晃宏，川村貞夫
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会2015
  • 発表場所: 京都市勧業館みやこめっせ（京都府京都市）
  • 年月日: 2015-05-17
• [産業財産権] 脚型機構体、歩行ロボット、姿勢制御方法及びプログラム (2016)
  • 発明者名: 植村 充典, 宮崎 文夫, 平井 宏明
  • 権利者名: 植村 充典, 宮崎 文夫, 平井 宏明
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-04-01
  • 外国