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冗長自由度系で起こる逆運動学の設定不良の解消:ベルンシュタイン問題への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 16656085
研究種目

萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関立命館大学

研究代表者

有本 卓  立命館大学, 理工学部, 教授 (00029399)

研究分担者 平井 慎一  立命館大学, 理工学部, 教授 (90212167)
小澤 隆太  立命館大学, 理工学部, 講師 (40368006)
研究期間 (年度) 2004 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2006年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2005年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2004年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードベルンシュタイン問題 / 冗長ロボット / 冗長性解消 / 多関節到達運動 / 不良設定性 / 仮想スプリング・ダンパー仮説 / 繰返し学習 / 逆運動学 / 冗長自由度系 / 不良設定問題 / 書字ロボット
研究概要

冗長自由度系に関するベルンシュタイン問題に挑戦し、手先拘束が無い多関節到達運動に関しては、作業空間における仮想スプリング・ダンパー仮説(Virtual Spring-Damper Hypothesis)に基づく方法が有効に機能することを、理論的かつロボットの腕を用いた実験により、実証した。この仮説は、運動生理学の分野において唱えられた平衡点仮説、仮想軌道仮説、および逆ダイナミクス生成仮説と異なり、逆動力学の不良設定性を解消することなく、従って人為的な最適化のためのコスト関数を導入する必要のない全く自然な運動生成法を導く。また、冗長関節系による書字作業のように、重力下で手先拘束がある場合、仮想スプリング・ダンパー仮説が有効に機能し得るか、検証した。この場合、二つの重力補償法を考案し、良好なシミュレーション結果を得たが、決定的な方法と断定するまでには至っていない。また、理論的な検証についても、現時点では結論し得ていない。
本年度は、冗長関節系について、理想運動が繰返し学習によって獲得できることを理論的、かつ、実験的に示すことに成功した。この結果は、幼児の到達運動に関する学習の様式と対比させ得る。幼児が初めて、目の前の物体を取ろうとして手を伸ばすとき、腕や手の関節の動きを見ずに、手先のみを見ていることが観察されている。冗長関節系の場合、手先空間の次元は関節空間の次元より低くなる。この低次元作業空間で与えた理想軌道と学習更新則に基づいて、繰返し学習が有効に機能し得ることを見出した。しかも、低次元の作業空間のみに理想軌道を与えたとき、高次元の冗長な関節運動と理想の制御入力信号が一意的に定まることを理論的に示すことに成功した。この結果は、冗長関節系にも繰返し学習の理論体系があり得ること、また、これらの力学的本質が運動能力の獲得に関する発達心理学や脳科学の知見と対比し得ることを示唆する。

報告書

(3件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2007 2006 2005 2004

すべて 雑誌論文 (16件) 図書 (3件)

  • [雑誌論文] 非ホロノミック拘束下における3次元物体把持のシミュレータ構築2007

    • 著者名/発表者名
      吉田守夫, 有本 卓, Ji-Hun Bae
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌 25・2

      ページ: 280-288

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 仮想バネ・ダンパー仮説に基づいた冗長関節ロボットアーム制御法の実験的検証2007

    • 著者名/発表者名
      関本昌紘, 有本卓
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌 25・5(印刷中)

    • NAID

      10019583850

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] ロボット指一対による2次元物体把持の多様体上安定論2006

    • 著者名/発表者名
      有本 卓, 吉田守夫, 〓 芝薫
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集 42・7

      ページ: 791-798

    • NAID

      10020531427

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Natural resolution of ill-posed inverse kinematics for redundant robots : A challenge to Bernstein's degrees-of-freedom problem2006

    • 著者名/発表者名
      S.Arimoto, M.Sekimoto
    • 雑誌名

      J.of Robotics and Mechatronics 18・5

      ページ: 651-660

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Dexterity and versatility in pinching motion of robot fingers with multi-degrees of freedom2006

    • 著者名/発表者名
      J.-H.Bae, S.Arimoto, M.Sekimoto, R.Ozawa
    • 雑誌名

      Advanced Robotics 20・2

      ページ: 137-163

    • NAID

      10017984814

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] A natural redundancy-resolution for 3-D multi-joint reaching under the gravity effect2005

    • 著者名/発表者名
      M.Sekimoto, S.Arimoto
    • 雑誌名

      Journal of Robotic Systems 22・11

      ページ: 607-623

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Generation of natural motions for redundant multi-joint systems : A differential-geometric approach based upon the principle of least actions2005

    • 著者名/発表者名
      S.Arimoto, H.Hashiguchi, M.Sekimoto, R.Ozawa
    • 雑誌名

      Journal of Robotic Systems 22・11

      ページ: 583-605

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] A challenge to Bernstein's degrees-of-freedom problem in both cases of human and robotic multi-joint movements2005

    • 著者名/発表者名
      S.Arimoto, M.Sekimoto, R.Ozawa
    • 雑誌名

      IEICE Trans. on Fundamentals of Electronics, Communications, and Computer Sciences E88-A・10

      ページ: 2484-2495

    • NAID

      110003213260

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Control of an object with parallel surfaces by a pair of finger robots without object sensing2005

    • 著者名/発表者名
      R.Ozawa, S.Arimoto, S.Nakamura, J.-H.bae
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Robotics 21・5

      ページ: 965-976

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 冗長関節リーチング問題の不良設定性を自然解消する重力補償つき制御法と書字ロボットへの応用2005

    • 著者名/発表者名
      有本 卓, 橋口宏衛
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集 41・11

      ページ: 917-924

    • NAID

      10016867997

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] A challenge to Bernstein's degrees-of-freedom problem in both cases of human and robotic multi-joint movements2005

    • 著者名/発表者名
      S.Arimoto, M.Sekimoto, R.Ozawa
    • 雑誌名

      IEICE Trans.on Fundamentals of Electronics, Communications, and Computer Sciences E88-A・10

    • NAID

      110003213260

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] A simple control method coping with a Kinamatically ill-posed inverse problem of redundant robots : Analysis in case of a handwriting robot2005

    • 著者名/発表者名
      S.Arimoto, H.Hashiguchi, R.Ozawa
    • 雑誌名

      Asian Journal of Control

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Natural resolution of ill-posedness of inverse Kinematics for redundant robots : A challenge to Bernstein's degrees-of-freedom problem2005

    • 著者名/発表者名
      S.Arimoto, M.Sekimoto, H.Hashiguchi, R.Ozawa
    • 雑誌名

      Advanced Robotics

    • NAID

      10015563026

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] A challenge to Bernstein's degrees-of-freedom problem in both cases of human and robotic multi-joint movements2004

    • 著者名/発表者名
      S.Arimoto
    • 雑誌名

      Proc.of 2004 Int.Symp.on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA 2004)

      ページ: 1-13

    • NAID

      110003213260

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Natural resolution of ill-posed inverse kinematics for redundant robots : A challenge to Bernstein's degrees-of-freedom problem2004

    • 著者名/発表者名
      S.Arimoto, M.Sekimoto, R.Ozawa, M.Yoshida
    • 雑誌名

      Proc.of Complex Systems Intelligence and Modern Technology Applications (CSIMTA) 2004

      ページ: 620-627

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Control of a handwriting robot with DOF redundancy based on feedback in task coordinates2004

    • 著者名/発表者名
      H.Hashiguchi, S.Arimoto, R.Ozawa
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics 16・4

      ページ: 381-387

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [図書] Can Newtonian mechanics aid in the development of brain science? : A challenge to Bernstein's degrees-of-freedom problem, in "Complex Medical Engineering" (J.L. Wu. K. Ito. S. Tobimatsu. T. Nishida. H. Fukuvama (Eds.))2007

    • 著者名/発表者名
      S.Arimoto, M.Sekimoto
    • 出版者
      Springer, Berlin, Germany
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [図書] 知能科学 -ロボットの"知"と"巧みさ"-2007

    • 著者名/発表者名
      有本 卓
    • 総ページ数
      189
    • 出版者
      コロナ社 ロボティクスシリーズ6
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [図書] A Differential-Geometric Approach for Bernstein's Degrees-of- Freedom Problem, in "Lecture Notes in Control and Information Sciences"2007

    • 著者名/発表者名
      S.Arimoto
    • 出版者
      Springer Verlag(印刷中)
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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