階層型力学変容系による人型ロボット全身運動表現と制御

• 研究課題/領域番号: 18H03310
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分61050:知能ロボティクス関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 杉原 知道 大阪大学, 工学研究科, 招へい准教授 (70422409)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2020年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2019年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2018年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: ロボティクス / 運動制御 / 力学系 / 人型ロボット / 運動知能

研究成果の概要

力学系としてみた人型ロボットの構造を、重心のなす低次元力学系（上位力学系）と四肢のなす力学系（下位力学系）によって階層的に表現し、それがさらに連続的に変容することで多様な全身動作を統合的に記述・創出する枠組の確立、およびそれに基づく制御器開発を行った。力学系階層化が可能な数理的背景の考察、下位力学変容系の開発、上位・下位力学系を効果的に結合する制御アーキテクチャの考案、実験用人型ロボット開発を具体的課題として進めた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

大自由度な人型ロボットの状態空間を身体力学の階層性に基づいて構造化することで、力学変容の利点を生かした全身制御器設計に明解な道筋を与えることに、本研究の学術的意義がある。ロボットの動作レパートリーを加算的に開発する従来方法とは逆の、既存動作と新規動作の共通項に基づき制御器を汎化することでレパートリーを増加するアプローチを可能にする。本研究により、人以上の運動能力を持つ人型ロボットの登場が現実味を帯びる。被災地の復旧等へのロボット応用が切実に望まれる今、その社会的意義は大きい。

研究成果

• [雑誌論文] Responsive navigation of a biped robot that takes into account terrain, foot-reachability and capturability (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto T.、Sugihara T.
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: 35 号: 8 ページ: 516-530
  • DOI: 10.1080/01691864.2021.1896382
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Foot-guided control of a biped robot through ZMP manipulation (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto T.、Sugihara T.
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: 34 号: 21-22 ページ: 1472-1489
  • DOI: 10.1080/01691864.2020.1827031
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Survey on model-based biped motion control for humanoid robots (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Ko、Kamioka Takumi、Sugihara Tomomichi
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: 34 号: 21-22 ページ: 1353-1369
  • DOI: 10.1080/01691864.2020.1837670
  • 査読あり
• [雑誌論文] A survey: dynamics of humanoid robots (2020)
  • 著者名/発表者名: Sugihara Tomomichi、Morisawa Mitsuharu
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: 34 号: 21-22 ページ: 1338-1352
  • DOI: 10.1080/01691864.2020.1778524
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 人型ロボット運動制御から人運動理解への展開 (2020)
  • 著者名/発表者名: Sugihara Tomomichi
  • 雑誌名: 脊髄外科 巻: 34 号: 3 ページ: 243-249
  • DOI: 10.2531/spinalsurg.34.243
  • NAID: 130007969993
  • ISSN: 0914-6024, 1880-9359
• [雑誌論文] 運動知能---運動から迫る実世界に開かれた知能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉原知道
  • 雑誌名: 日本ロボット学会誌 巻: 36 ページ: 609-615
  • NAID: 130007531172
  • 査読あり
• [学会発表] 3D biped locomotion control including seamless transition between walking and running via 3D ZMP manipulation (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomomichi Sugihara, Kenta Imanishi, Takanobu Yamamoto and Stephane Caron
  • 学会等名: 2021 IEEE International Conference on Robotics and Automation
  • 国際学会
• [学会発表] 積層変調アーキテクチャに基づく二脚ロボットの SEAN システム (2021)
  • 著者名/発表者名: 山本孝信, 杉原知道
  • 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2021
• [学会発表] Toward on-line fitting of a human skeleton-marker model for accurate motion tracking (2020)
  • 著者名/発表者名: Tianyi Zou and Tomomichi Sugihara
  • 学会等名: The 8th IEEE RAS/EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics
  • 国際学会
• [学会発表] Fast identification of a human skeleton-marker model for motion capture system using stochastic gradient descent method (2020)
  • 著者名/発表者名: Tianyi Zou and Tomomichi Sugihara
  • 学会等名: The 8th IEEE RAS/EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of a Step-and-Brake Controller of a Human Based on COM-ZMP Model and Terminal Capturability Condition (2020)
  • 著者名/発表者名: Miharu Kojima and Tomomichi Sugihara
  • 学会等名: The 8th IEEE RAS/EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of COM Control Behavior of a Human in Stance as a Dynamical System (2020)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Murai and Tomomichi Sugihara
  • 学会等名: The 8th IEEE RAS/EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of a Human Hand Kinematics by Measuring and Merging of Nail-Based Finger Motions (2020)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Tani, Ryo Nozawa and Tomomichi Sugihara
  • 学会等名: 2020 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems
  • 国際学会
• [学会発表] 運足誘導型二脚ロボット制御の可捕性条件緩和による計算安定化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山本孝信, 杉原知道
  • 学会等名: 第38回日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] ZMPの3次元的操作による二脚ロボットの歩行・跳躍統一制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 今西健太, 山本孝信, 杉原知道
  • 学会等名: 第38回日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] ZMPの3次元的操作による可捕性規範凹凸地面上二脚運動制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 杉原知道, カロン ステファン
  • 学会等名: 第38回日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] 非対称倒立振子モードの可捕性に基づく着地点誘導型二脚運動制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 杉原知道, 小島美晴, 山本孝信
  • 学会等名: 第38回日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] SLAM-SEAN for Higher Autonomy of Mobile Robots in Unknown Environment (2020)
  • 著者名/発表者名: Jingqiu Zuo, Takanobu Yamamoto, Tomomichi Sugihara
  • 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2020
• [学会発表] 作業性を考慮した運動分類に基づく人型指機構の駆動系設計 (2020)
  • 著者名/発表者名: 野澤崚, 杉原知道
  • 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2020
• [学会発表] ZMP自励振動と遊脚振子運動の連動による二脚ロボットの全方位移動制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本孝信, 杉原知道
  • 学会等名: 第20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
• [学会発表] 人の運動特性を再現するロボットハンド機構の試作と評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 谷英紀, 野澤崚, 杉原知道
  • 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2019
• [学会発表] ニューラルネットワークを用いた可動する零自由度機構の運動計算 (2019)
  • 著者名/発表者名: 影山将也, 杉原知道
  • 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2019
• [学会発表] 柔軟さと高精度位置決めを両立するロボットアームの可変損失補償制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤匡裕, 杉原知道
  • 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2019
• [学会発表] 抗/従重力の自然な遷移と足首の回内・回外が可能な人型ロボットの複合下腿機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴江卓也, 杉原知道
  • 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2019
• [学会発表] Nステップ可捕性を保証する二脚ロボットのリアルタイム運足制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本孝信
  • 学会等名: 第24回ロボティクスシンポジア
• [学会発表] Autonomous Biped Stepping Control Based on the LIPM Potential (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenta Imanishi
  • 学会等名: 2018 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots
  • 国際学会
• [学会発表] LIPMポテンシャルに基づく二足ロボットの自律的足運動制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 今西健太
  • 学会等名: 第36回日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] 外界や目的地の変動に低感度な二脚ロボットの移動経路計画 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本孝信
  • 学会等名: 第36回日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] 運動計測による全指爪位置を基準とした人の手の関節配置同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 谷英紀
  • 学会等名: 第36回日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] 地形・運動学的制約・Capturabilityを考慮した二脚ロボットの即時的着地位置決定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本孝信
  • 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
• [学会発表] Humanoid Robotics toward Intelligence that is Open to the Real World (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomomichi Sugihara
  • 学会等名: 2018 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 運動知能---運動から迫る実世界に開かれた知能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉原知道
  • 学会等名: 第36回日本ロボット学会学術講演会