ロボットにおける弾性・慣性・位置エネルギの巧みな利用による動的運動制御法の研究

• 研究課題/領域番号: 24680021
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 知覚情報処理・知能ロボティクス
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 水内 郁夫 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60359651)
• 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: 27,690千円 (直接経費: 21,300千円、間接経費: 6,390千円); 2014年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2013年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2012年度: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
• キーワード: ロボット / 動的動作 / 弾性活用 / エネルギフロー / 動作実現 / 力学的エネルギ / 物理的弾性 / 感覚運動系 / 筋骨格型ロボット / 動的運動

研究成果の概要

本研究の成果の概要は、(1)系の力学的エネルギの総量をできるだけ増加させ続けるようなアクチュエータ指令決定法(フィードバック励振制御)、(2)多リンク系の力学的エネルギの流れ(エネルギフロー)の解析、(3)時間反転積分法とそれに基づく制御指令列生成法、(4)弾性を有する人工筋の筋経路決定法、(5)コンプレッサ搭載型空気圧駆動全身型ロボットの開発、などである。
当初実現性に確信を持てなかった課題に対し、コアとなる理論を生み出すことに成功し、さらにその理論の有効性をシミュレーションと実世界実験により確認することができた。

研究成果

• [雑誌論文] End-Tip Speed Maximization for Noncyclic Swing Motion Based on Time Reversal Integral in Multiple-Joint Robots (2015)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Hondo
  • 雑誌名: Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation 巻: なし
  • 査読あり
• [雑誌論文] ロボットリンク間干渉力の巧みな活用による対象部位の瞬間的な高エネルギ状態創出の力学的原理の解明 －平面3リンクロボットでの解明－ (2015)
  • 著者名/発表者名: 朝岡 忠, 水内 郁夫
  • 雑誌名: 第20回ロボティクスシンポジア予稿集 巻: なし ページ: 571-578
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developing a Super-Small High-Pressure Compressor and a Regenerative Air Pressure System for High Efficiency of Self-Contained Pneumatic Robots (2014)
  • 著者名/発表者名: Shouhei Kumakura, Ikuo Mizuuchi
  • 雑誌名: Proceedings of The 9th JFPS International Symposium on Fluid Power 巻: なし ページ: 305-310
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integration of Artificial Neural Networks and Linear Systems for the Output Feedback Control of Nonlinear Vibration Systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Javier Francisco Guerrero Razuri, David Sundgren, Ikuo Mizuuchi, Antonio Moran, Rahim Rahmani
  • 雑誌名: Proceedings of The 33rd Chinese Control Conference 巻: なし ページ: 1850-1855
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kinetic Energy Maximization on Elastic Joint Robots Based on Feedback Excitation Control and Excitation Limit Hypersurface (2013)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Hondo, Ikuo Mizuuchi
  • 雑誌名: Journal of Robotics and Mechatronics 巻: 25 ページ: 347-354
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design Approach of Biologically-Inspired Musculoskeletal Humanoids (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuto Nakanishi, Shigeki Ohta, Takuma Shirai, Yuki Asano, Toyotaka Kozuki, Yuriko Kakehashi, Hironori Mizoguchi, Tomoko Kurotobi, Yotaro Motegi, Kazuhiro Sasabuchi, Junichi Urata, Kei Okada, Ikuo Mizuuchi and Masayuki Inaba
  • 雑誌名: International Journal of Advanced Robotic Systems 巻: Vol.10 号: 4 ページ: 1-13
  • DOI: 10.5772/55443
  • 査読あり
• [学会発表] 直列弾性関節ロボットにおける重力を考慮した時間反転積分法を用いた3次元投擲運動計画 (2014)
  • 著者名/発表者名: 本堂 貴敏, 水内 郁夫
  • 学会等名: 第32回日本ロボット学会学術講演会講演論文集, RSJ2014AC1Q3-08
  • 発表場所: 九州産業大学
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [学会発表] ロボットリンク間干渉力の活用による対象部位の瞬間的な高エネルギ状態遷移の実機実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 朝岡 忠, 水内 郁夫
  • 学会等名: 第32回日本ロボット学会学術講演会講演論文集, RSJ2014AC1B3-07
  • 発表場所: 九州産業大学
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [学会発表] 直接教示によるロボット動作修正を通した修正言語獲得法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 駿介, 水内 郁夫
  • 学会等名: 第32回日本ロボット学会学術講演会講演論文集, RSJ2014AC2H2-02
  • 発表場所: 九州産業大学
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [学会発表] 人間の主観的プロセスを再現する試みと可能性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水内 郁夫
  • 学会等名: 2014年度日本認知科学会サマースクール (若手研究者プレゼンテーション)
  • 発表場所: 箱根湯本富士屋ホテル
  • 年月日: 2014-09-01 – 2014-09-03
  • 招待講演
• [学会発表] Human-Inspired Robot Design of Hardware and Software (2014)
  • 著者名/発表者名: Ikuo Mizuuchi
  • 学会等名: Seminar at Italian Institute of Technology
  • 発表場所: ジェノヴァ（イタリア）
  • 年月日: 2014-07-15
  • 招待講演
• [学会発表] 弾性・リンク運動エネルギ増加条件の導入による時間反転積分法の直列弾性関節ロボットへの拡張法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 本堂 貴敏, 水内 郁夫
  • 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2014講演論文集, 3P2-I04
  • 発表場所: 富山市総合体育館
  • 年月日: 2014-05-26 – 2014-05-28
• [学会発表] 運動指令とロボットリンク間におけるエネルギ伝達との関係の状態行動価値関数に基づく解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 朝岡 忠, 水内 郁夫
  • 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2014講演論文集, 1P2-Q05
  • 発表場所: 富山市総合体育館
  • 年月日: 2014-05-26 – 2014-05-28
• [学会発表] 高圧コンプレッサと空気圧回生システムを搭載した自立型空気圧駆動ロボットBIRDLEG の開発と跳躍動作実現 (2014)
  • 著者名/発表者名: 熊倉 翔平, 水内 郁夫
  • 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2014講演論文集, 2A2-P03
  • 発表場所: 富山市総合体育館
  • 年月日: 2014-05-26 – 2014-05-28
• [学会発表] 空気圧駆動筋骨格ヒューマノイドによる弾性を活用した跳躍動作のための足裏反力制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 恒岡 佑哉, 水内 郁夫
  • 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2014講演論文集, 1A1-C06
  • 発表場所: 富山市総合体育館
  • 年月日: 2014-05-26 – 2014-05-28
• [学会発表] 運動連鎖の活用による効率の良いエネルギ伝達を目的とした ロボット運動パターン生成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 朝岡 忠, 水内 郁夫
  • 学会等名: 第19回ロボティクスシンポジア予稿集
  • 発表場所: 有馬グランドホテル（兵庫県神戸市）
• [学会発表] Design and Modal Analysis of Feedback Excitation Control System for Vertical Series Elastic Manipulator (2013)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Hondo, Ikuo Mizuuchi
  • 学会等名: IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
  • 発表場所: Tokyo Big Sight (Tokyo, Japan)
• [学会発表] Robot Motion Evaluation of a Musculoskeletal Robot by Simulation in Terms of Energy Flow in the Kinetic Chain (2013)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Asaoka, Ikuo Mizuuchi
  • 学会等名: IEEE International Conference on Mechatronics and Automation
  • 発表場所: Kagawa International Conference Hall (Takamatsu, Japan)
• [学会発表] Musculoskeletal Humanoids: Human-Inspired Design of Hardware and Software (2013)
  • 著者名/発表者名: Ikuo Mizuuchi
  • 学会等名: 10th Latin American Robotics Symposium (X LARS) (IEEE-RAS)
  • 発表場所: Arequipa, Peru
  • 招待講演
• [学会発表] Biologically-inspired musculoskeletal humanoids (2013)
  • 著者名/発表者名: Ikuo Mizuuchi
  • 学会等名: International Summer School on Humanoid Soccer Robots 2013
  • 発表場所: Bonn, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] 時間反転積分法と終端状態最適化に基づく多関節投擲運動における制御入力計画法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 本堂 貴敏, 水内 郁夫
  • 学会等名: 第31回日本ロボット学会学術講演会講演論文集
  • 発表場所: 首都大学東京 南大沢キャンパス (東京都八王子市)
• [学会発表] ヒューマノイド操縦の主観的評価を用いて生成した評価関数の運動学習における有効性の検証 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 駿介, 湯本 裕矢, 水内 郁夫
  • 学会等名: 第31回日本ロボット学会学術講演会講演論文集
  • 発表場所: 首都大学東京 南大沢キャンパス (東京都八王子市)
• [学会発表] 多関節筋を有する空気圧駆動筋骨格ヒューマノイドの二値弁を用いた関節角度制御システム (2013)
  • 著者名/発表者名: 恒岡 佑哉, 水内 郁夫
  • 学会等名: 第31回日本ロボット学会学術講演会講演論文集
  • 発表場所: 首都大学東京 南大沢キャンパス (東京都八王子市)
• [学会発表] 重力・弾性ポテンシャルエネルギを考慮したフィードバック励振制御系の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 本堂 貴敏, 水内 郁夫
  • 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2013講演論文集
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
• [学会発表] 高効率自立型空気圧駆動ロボットのための超小型高圧コンプレッサ及び空気圧回生システムの実現 (2013)
  • 著者名/発表者名: 熊倉 翔平, 水内 郁夫
  • 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2013講演論文集
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
• [学会発表] 人間のヒューマノイド操縦上達過程における感覚運動制御の変化に基づく評価器自動生成法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 駿介, 湯本 裕矢, 水内 郁夫
  • 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2013講演論文集
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
• [学会発表] Design and Development of a Compressor- Embedded Pneumatic-Driven Musculoskeletal Humanoid (2012)
  • 著者名/発表者名: Ikuo Mizuuchi, Masaki Kawamura, Tadashi Asaoka, Shouhei Kumakura
  • 学会等名: 12th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots
  • 発表場所: Business Innovation Center Osaka (大阪府)
  • 年月日: 2012-12-01
• [学会発表] Jumping Motion Experiments on a NAO Robot with Elastic Devices (2012)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Hondo, Yuta Kinase, Ikuo Mizuuchi
  • 学会等名: 12th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Rxabots
  • 発表場所: Business Innovation Center Osaka (大阪府)
  • 年月日: 2012-12-01
• [学会発表] Exploring the Possibility of Mechanical Energy as a Multipurpose Evaluation Function for Learning of Whole Body Dynamic Motions (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuya Yumoto, Ikuo Mizuuchi
  • 学会等名: 12th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots
  • 発表場所: Business Innovation Center Osaka (大阪府)
  • 年月日: 2012-12-01
• [学会発表] Determining the Optimal Multiarticular Muscle Arrangement of a Museuloskeletal Robot for a Specific Motion using Dynamics Simulation (2012)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Asaoka, Masaki Kawamura, Shouhei Kumakura, Ikuo Mizuuchi
  • 学会等名: 12th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots
  • 発表場所: Business Innovation Center Osaka (大阪府)
  • 年月日: 2012-11-30
• [学会発表] ロボットへの人間の物体操作スキル伝達を目的とした摩擦提示可能な操縦装置の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田修子
  • 学会等名: The 9th IEEE Tokyo Young Researchers Workshop
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター(東京都)
  • 年月日: 2012-11-27
• [学会発表] 低速カメラを用いた被写体ブレに基づくボールの物理モデルによる軌道予測法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 潘旻イク
  • 学会等名: The 9th IEEE Tokyo Young Researchers Workshop
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター(東京都)
  • 年月日: 2012-11-27
• [学会発表] 様々な制御量目標を設定可能な学習制御器によるロボットの動作実現法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 熊倉翔平
  • 学会等名: The 9th IEEE Tokyo Young Researchers Workshop
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター(東京都)
  • 年月日: 2012-11-27
• [学会発表] 動的全身運動の学習における汎用的評価指標としての力学的エネルギの有効性の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 湯本裕矢
  • 学会等名: The 9th IEEE Tokyo Young Researchers Workshop
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター(東京都)
  • 年月日: 2012-11-27
• [学会発表] 人間の上達過程に基づく機械学習の評価指標抽出法に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木駿介
  • 学会等名: The 9th IEEE Tokyo Young Researchers Workshop
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター(東京都)
  • 年月日: 2012-11-27
• [学会発表] 人体とロボットの形と機能 (2012)
  • 著者名/発表者名: 水内郁夫
  • 学会等名: 第74回形の科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京農工大学(東京都)(招待講演)
  • 年月日: 2012-11-17
• [学会発表] 人間の物体操作スキル抽出を目的とした摩擦状態提示可能なウェアラブル操縦装置の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田修子,水内郁夫
  • 学会等名: 日本ロボット学会第30回記念学術講演会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] 1質点棒高跳びモデルの助走速度・棒接地角・跳躍方向解析に基づく棒高跳び運動における最適剛性の検証 (2012)
  • 著者名/発表者名: 本堂貴敏,水内郁夫
  • 学会等名: 日本ロボット学会第30回記念学術講演会
  • 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
• [学会発表] 低速カメラを用いた被写体ブレに基づくボール軌道予測法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 潘旻燈,水内郁夫
  • 学会等名: 日本ロボット学会第30回記念学術講演会
  • 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
• [学会発表] Determining an Optimal Multiarticular Muscle Arrangement of a Musculoskeletal Robot for a Specific Motion using Human Motion Data (2012)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Asaoka, MasakiKawamura, Shouhei Kumakura, Ikuo Mizuuchi
  • 学会等名: 2012 IEEE International Conference on Mechatro nics and Automation
  • 発表場所: Wangjiang Hotel Chengdu(中国.成都)
  • 年月日: 2012-08-08
• [学会発表] フィードバック励振制御と等エネルギ面解析に基づく弾性関節を活用した高運動エネルギ実現法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 本堂貴敏,水内郁夫
  • 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'12
  • 発表場所: アクトシティ浜松(静岡県)
  • 年月日: 2012-05-29
• [学会発表] 重心加速度を最大化する筋張力に基づく動力学解析による筋骨格ロボットの多関節筋配置法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 朝岡忠,川村政貴,熊倉翔平,水内郁夫
  • 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'12
  • 発表場所: アクトシティ浜松(静岡県)
  • 年月日: 2012-05-29
• [学会発表] 弾性を有する跳躍用装具によるヒューマノイドの跳躍運動実現 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木名瀬裕太,本堂貴敏,水内郁夫
  • 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112
  • 発表場所: アクトシティ浜松(静岡県)
  • 年月日: 2012-05-29
• [学会発表] コンプレッサ搭載型空気圧駆動筋骨格ヒューマノイドbuEnwaの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川村政貴,朝岡忠,熊倉翔平,水内郁夫
  • 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'12
  • 発表場所: アクトシティ浜松(静岡県)
  • 年月日: 2012-05-28
• [学会発表] 小型ヒューマノイドによる踏み台運搬とよじ登り動作に基づく卓上物品の運搬行動 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮澤章利,水内郁夫
  • 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'12
  • 発表場所: アクトシティ浜松(静岡県)
  • 年月日: 2012-05-28
• [学会発表] 卓球ロボットを想定したボールの並進・回転速度の観測に基づく軌道予測計算法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 潘旻燈,水内郁夫
  • 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'12
  • 発表場所: アクトシティ浜松(静岡県)
  • 年月日: 2012-05-28
• [学会発表] 動的全身運動の学習における汎用的評価指標としての力学的エネルギの有効性の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 湯本裕矢,水内郁夫
  • 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'12
  • 発表場所: アクトシティ浜松(静岡県)
  • 年月日: 2012-05-28
• [学会発表] 様々な制御量目標を設定可能な学習制御器による筋骨格ヒューマノイドの動作実現法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 熊倉翔平,水内郁夫
  • 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'12
  • 発表場所: アクトシティ浜松(静岡県)
  • 年月日: 2012-05-28
• [備考] 東京農工大学水内研究室
  • URL: http://mizuuchi.lab.tuat.ac.jp/
• [備考] 東京農工大学 水内研究室
  • URL: http://mizuuchi.lab.tuat.ac.jp/