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人型システム力学理論の新展開とインタラクション指向モーションシンセシスの創成

研究課題

研究課題/領域番号 17H00768
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 知能ロボティクス
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

吉田 英一  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 副研究センター長 (30358329)

研究分担者 吉安 祐介  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (10712234)
遠藤 維  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (40599073)
鮎澤 光  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (60649086)
今村 由芽子  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (60760436)
Kheddar Abder  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 客員研究員 (90572082)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円)
2019年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円)
2018年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
2017年度: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
キーワードディジタルヒューマンモデル / モーションシンセシス / 動力学解析 / 最適化 / 人間動作解析 / 人型システム
研究成果の概要

本研究では、人型システムの力学・制御を新たな視点で捉え、インタラクションを伴う運動の最適化手法を汎用的な形で再構築することで、新たなモーションシンセシス手法を実現した。剛体の運動を包括的に扱う18次元多様体(CMTM)を考案し、人型システムの位置・姿勢および速度・加速度、力を含む動力学的な物理量の勾配計算を高速に行う手法を構築した。これらの物理量の組み合わせで表現されるエネルギー消費や動作安定性などの評価関数を最適化する運動生成手法の体系を創出した。実問題への適用として、人間型ロボットによる装着型支援機器評価のための人動作の再現や、慣性センサに基づく人間の運動と身体負荷の実時間推定を実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

剛体の運動を包括的に扱う18次元多様体(CMTM)はこれまでの動力学解析にはない新たな着想である。これを人型システムに適用し、力や関節トルクを含む任意の物理量の一般化座標、速度、加速度に対する勾配を、数値微分でなく解析的に求める計算手法を構築したことは、学術面で新規性が高い。またこの成果は汎用性が高いため、人型ロボットを用いた定量評価による支援機器の普及、また簡易センサによる人の運動や負荷の解析・実時間モニタリングによる製品の人間工学的設計改良や労働環境の改善などに活用でき、社会的・産業的な波及効果も期待される。

報告書

(4件)
  • 2020 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 2件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Simultaneous Control Framework for Humanoid Tracking Human Movement With Interacting Wearable Assistive Device2020

    • 著者名/発表者名
      Ito Takahiro、Ayusawa Ko、Yoshida Eiichi、Kobayashi Hiroshi
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 5 号: 2 ページ: 3604-3611

    • DOI

      10.1109/lra.2020.2979663

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fusion of Multiple Motion Capture Systems for Musculoskeletal Analysis2020

    • 著者名/発表者名
      Samy Vincent、Ayusawa Ko、Yoshiyasu Yusuke、Sagawa Ryusuke、Yoshida Eiichi
    • 雑誌名

      Proc. of the IEEE/SICE International Symposium on System Integration

      巻: - ページ: 295-299

    • DOI

      10.1109/sii46433.2020.9025818

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Predictive Inverse Kinematics: optimizing Future Trajectory through Implicit Time Integration and Future Jacobian Estimation2019

    • 著者名/発表者名
      Ayusawa Ko、Suleiman Wael、Yoshida Eiichi
    • 雑誌名

      Proc. of the IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems

      巻: - ページ: 566-573

    • DOI

      10.1109/iros40897.2019.8968110

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Musculoskeletal Estimation Using Inertial Measurement Units and Single Video Image2019

    • 著者名/発表者名
      Samy Vincent、Ayusawa Ko、Yoshiyasu Yusuke、Sagawa Ryusuke、Yoshida Eiichi
    • 雑誌名

      Proc. of the IEEE Int. Workshop on Advanced Robotics and its Social Impacts

      巻: - ページ: 39-44

    • DOI

      10.1109/arso46408.2019.8948820

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Towards Unified Framework for Trajectory Optimization Using General Differential Kinematics and Dynamics2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Eiichi、Ayusawa Ko
    • 雑誌名

      Robotics Research. Springer Proceedings in Advanced Robotics

      巻: 10 ページ: 217-232

    • DOI

      10.1007/978-3-030-28619-4_21

    • ISBN
      9783030286187, 9783030286194
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comprehensive theory of differential kinematics and dynamics towards extensive motion optimization framework2018

    • 著者名/発表者名
      Ayusawa Ko、Yoshida Eiichi
    • 雑誌名

      The International Journal of Robotics Research

      巻: 37 号: 13-14 ページ: 1554-1572

    • DOI

      10.1177/0278364918772893

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Online Center of Mass and Momentum Estimation for a Humanoid Robot Based on Identification of Inertial Parameters2018

    • 著者名/発表者名
      Mori Kenya、Ayusawa Ko、Yoshida Eiichi
    • 雑誌名

      Proc. of the IEEE-RAS Int. Conf. on Humanoid Robots

      巻: 1 ページ: 257-263

    • DOI

      10.1109/humanoids.2018.8625037

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimization Framework of Humanoid Walking Pattern for Human Motion Retargeting2018

    • 著者名/発表者名
      Masuda Shimpei、Ayusawa Ko、Yoshida Eiichi
    • 雑誌名

      Proc. of the IEEE-RAS Int. Conf. on Humanoid Robots

      巻: 1 ページ: 725-731

    • DOI

      10.1109/humanoids.2018.8625060

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On Prioritized Inverse Kinematics Tasks: Time-Space Decoupling2018

    • 著者名/発表者名
      Suleiman Wael、Ayusawa Ko、Kanehiro Fumio、Yoshida Eiichi
    • 雑誌名

      Proc. Int. Workshop on Advanced Motion Control

      巻: 1 ページ: 108-113

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comprehensive Theory of Differential Kinematics and Dynamics for Motion Optimization2017

    • 著者名/発表者名
      Ayusawa Ko、Yoshida Eiichi
    • 雑誌名

      Proc. Robotics: Science and Systems XIII

      巻: 1

    • DOI

      10.15607/rss.2017.xiii.063

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Generating persistently exciting trajectory based on condition number optimization2017

    • 著者名/発表者名
      Ayusawa Ko、Rioux Antoine、Yoshida Eiichi、Venture Gentiane、Gautier Maxime
    • 雑誌名

      Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation

      巻: 1 ページ: 6518-6524

    • DOI

      10.1109/icra.2017.7989770

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Understanding and Exploiting Object Interaction Landscapes2017

    • 著者名/発表者名
      Pirk S?ren、Krs Vojtech、Hu Kaimo、Rajasekaran Suren Deepak、Kang Hao、Yoshiyasu Yusuke、Benes Bedrich、Guibas Leonidas J.
    • 雑誌名

      ACM Transactions on Graphics

      巻: 36 号: 4 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1145/3072959.3083725

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Simulation-based design for robotic care device: Optimizing trajectory of transfer support robot2017

    • 著者名/発表者名
      Imamura Yumeko、Ayusawa Ko、Endo Yui、Yoshida Eiichi
    • 雑誌名

      Proc. IEEE Int. Conf. on Rehabilitation Robotics

      巻: 1 ページ: 851-856

    • DOI

      10.1109/icorr.2017.8009355

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Digital and Physical Twins for Design and Evaluation: Human, Digital Actor and Humanoid2019

    • 著者名/発表者名
      吉田英一
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Advanced Robotics and Mechatronics (ICARM),
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Comprehensive Theory of Differential Kinematics and Dynamics Towards Extensive Motion Optimization Framework2019

    • 著者名/発表者名
      吉田英一
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Robotics and Automation 2019, Workshop on Toward Online Optimal Control of Dynamic Robots: From Algorithmic Advances to Field Applications
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 力学パラメータの同定法に基づいた人型ロボットの重心・運動量の実時間推定2018

    • 著者名/発表者名
      森 賢哉、鮎澤 光、吉田 英一
    • 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2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 歩行パターンジェネレータを用いた人間歩行動作のヒューマノイドによる再現手法2018

    • 著者名/発表者名
      増田 慎平、鮎澤 光、吉田 英一
    • 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2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Real-time Motion Reconstruction using Digital Human Models and IMU-based MoCap System2018

    • 著者名/発表者名
      Endo Yui, Yoshida Eiichi
    • 学会等名
      1st International Conference on Inteligent Human Systems Integration
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-01-27  

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