身体運動の変動性に着目した協調制御モデルの構築と実験的検証

• 研究課題/領域番号: 26289129
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 制御・システム工学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 宇野 洋二 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10203572)
• 研究分担者: 香川 高弘 愛知工業大学, 工学部, 准教授 (30445457)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円); 2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2016年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2015年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2014年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 身体運動 / 関節間協調 / 協調制御 / 冗長性 / UCM解析 / バランス制御 / ヒューマノイド / 多関節アーム / 仮想軌道 / 運動協調 / 知能ロボティクス / 制御工学 / 生体生命情報額 / 生体生命情報学 / 運動制御 / 生体生命工学

研究成果の概要

人間の身体運動では多くの関節が互いに協調して、調和のとれた巧みな動きが実現されている。本研究課題では、システムの冗長性と運動の多様性という観点から、運動協調のメカニズムの解明をめざした。特に、多関節の運動軌道の変動性に着目し、人が運動タスクを実行しているときの関節角のばらつきを定量的に解析した。この運動解析に基づいて制御メカニズムを考察し、各関節の動きが多少ばらついても、全体として協調的に動作してタスクを達成できる制御モデルを考案した。さらに、身体揺動と外乱付加の可能な実験装置を設計・構築し、人の運動計測実験とロボットの実機実験により、協調制御モデルの検証を行った。

研究成果

• [雑誌論文] ヒトのバランス保持動作における階層的協調の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹内花帆，香川高弘，宇野洋二
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌D 情報・システム 巻: J99-D 号: 2 ページ: 214-223
  • DOI: 10.14923/transinfj.2015JDP7027
  • ISSN: 1880-4535, 1881-0225
  • 年月日: 2016-02-01
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Changes in motor synergies for tracking movement and responses to perturbations depend on task-irrelevant dimension constraints (2016)
  • 著者名/発表者名: Togo, S., Kagawa, T., and Uno, Y.
  • 雑誌名: Human Movement Science 巻: 46 ページ: 104-116
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Whole-body reaching movements formulated by minimum muscle-tension change criterion (2016)
  • 著者名/発表者名: Kudo, N., Choi, K., Kagawa, T., and Uno, Y.
  • 雑誌名: Neural Computation 巻: 28 (5) 号: 5 ページ: 950-969
  • DOI: 10.1162/neco_a_00830
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Changes in motor synergies for tracking movement and responses to perturbations depend on task-irrelevant dimension constraints (2016)
  • 著者名/発表者名: Togo, S., Kagawa, T., and Uno, Y.
  • 雑誌名: Human Movement Science 巻: 46 ページ: 104-116
  • DOI: 10.3389/fncom.2016.00069
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] フィードバックコントローラを組み込んだ誤差順伝搬学習システム (2015)
  • 著者名/発表者名: 清澤悠，香川高弘，宇野洋二
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌D 情報・システム 巻: J98-D 号: 6 ページ: 1047-1056
  • DOI: 10.14923/transinfj.2014JDP7125
  • ISSN: 1880-4535, 1881-0225
  • 年月日: 2015-06-01
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optimization-based motion planning in joint space for walking assistance with wearable robot (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kagawa, H. Ishikawa, T.i Kato, C. Sung, and Y. Uno
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Robotics 巻: 31 号: 2 ページ: 415-424
  • DOI: 10.1109/tro.2015.2409434
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Control model for dampening hand vibrations using information of internal and external coordinates (2015)
  • 著者名/発表者名: Shunta Togo, Takahiro Kagawa, Yoji Uno
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 10 号: 4 ページ: e0125464-e0125464
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0125464
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of humanoid whole-body motion with smooth transition (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Sung, T. Kagawa, and Y. Uno
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: 0 号: 9 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1080/01691864.2015.1024284
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ヒトの動作の最適化モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 宇野洋二
  • 雑誌名: 日本ロボット学会誌 巻: 32 号: 6 ページ: 525-529
  • DOI: 10.7210/jrsj.32.525
  • NAID: 130004680016
  • ISSN: 0289-1824, 1884-7145
• [雑誌論文] Change of a motor synergy for dampening hand vibration depending on a task difficulty (2014)
  • 著者名/発表者名: Togo, S., Kagawa, T., and Uno, Y.
  • 雑誌名: Experimental Brain Research 巻: 232 号: 10 ページ: 3101-3109
  • DOI: 10.1007/s00221-014-3994-x
  • 査読あり
• [学会発表] UCMに基づく冗長関節アームの協調制御法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木場亮太，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第30回自律分散システムシンポジウム
• [学会発表] ヒューマノイドロボットによる障害物踏み越え動作の生成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川岸敬生，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第30回自律分散システムシンポジウム
• [学会発表] 繰り返し計算に基づく仮想軌道制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木雄大，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
• [学会発表] 視点を固定した身体運動における関節間協調 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田悠馬，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
• [学会発表] ヒトの視覚フィードバック遅れの低減がバランス制御に与える影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 野々村陽翼，石淵大志，香川高弘
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
• [学会発表] フィードバックトルクを用いた冗長関節アームの協調動作生成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木場亮太，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 機械振興会館（東京）
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 多関節アームの繰り返し制御における仮想軌道の調整 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大島悠輔，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 機械振興会館（東京）
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 単振子と倒立振子に基づく歩行バランスに関する検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会MEとバイオサイバネティクス研究会
  • 発表場所: 機械振興会館（東京）
  • 年月日: 2017-03-13
• [学会発表] フィードバックゲインに応じた仮想軌道修正に基づくロボットアーム制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大島悠輔，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第29回自律分散システム・シンポジウム
  • 発表場所: 調布クレストンホテル（東京）
  • 年月日: 2017-01-30
• [学会発表] 仮想軌道を参照するフィードバック制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宇野洋二，大島悠輔，鈴木雄大，香川高弘
  • 学会等名: 第11回Motor Control研究会
• [学会発表] Sense of body ownership and control of arm movement under immersive VR environment (2017)
  • 著者名/発表者名: Kagawa, T., Ichioka, K. and Uno Y.
  • 学会等名: Life Engineering Symposium 2017
• [学会発表] フィードバックトルクを利用した冗長関節アームのオンライン軌道生成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木場亮太，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第35回日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] 弾道歩行モデルに基づく転倒の条件に関する検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第35回日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] On-line learning system for gait assistance with wearable robot (2017)
  • 著者名/発表者名: Kagawa, T., Takahashi, F. and Uno Y.
  • 学会等名: SICE Annual Conference 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 冗長多関節アームにおける仮想軌道制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木雄大，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第18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] 歩行補助ロボットと協調する歩行器の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 福井俊太郎，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会MEとバイオサイバネティクス研究会
• [学会発表] VR環境下での歩行におけるオプティカルフローの不一致が姿勢制御に与える影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本谷拓磨，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
• [学会発表] EEG data during postural sway induced by optic flow (2017)
  • 著者名/発表者名: Kagawa, T. and Uno Y. 他
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
• [学会発表] 歩行補助ロボットの軌道計画に対する学習制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋史哉，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第17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（SI2016）
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（札幌）
  • 年月日: 2016-12-17
• [学会発表] VR 環境における自己身体感覚の評価に関する検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 市岡紘平，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 17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（SI2016）
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（札幌）
  • 年月日: 2016-12-16
• [学会発表] ヒューマノイドロボットによる障害物踏み越え動作の生成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川岸敬生，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第34回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学（山形）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] 没入型VR環境における視覚と性感覚が自己身体感覚に与える影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 市岡紘平，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第10回モーターコントロール研究会
  • 発表場所: 慶應義塾大学（横浜）
  • 年月日: 2016-09-01
• [学会発表] 姿勢の変動を許容する全身運動の制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 熊澤一樹，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会NC研究会
  • 発表場所: 玉川大学
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] 重心周りの角運動量を考慮したヒューマノイドロボットのバランス維持 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小森拓真，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第16回計測自動制御学会SI部門講演会（SI2015）
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-12-15
• [学会発表] 多関節アームの姿勢の多様性を許容する位置制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 熊澤一樹，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第16回計測自動制御学会SI部門講演会（SI2015）
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-12-14
• [学会発表] On-line control of continuous walking of wearable robot coordinating with user's voluntary motion (2015)
  • 著者名/発表者名: Kagawa, T., Kato, T., and Uno, Y.
  • 学会等名: The 2015 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS2015)
  • 発表場所: Hamburg, Germany
  • 年月日: 2015-10-03
  • 国際学会
• [学会発表] 多関節アームの逆ダイナミクスモデルを獲得するための誤差順伝搬学習システム (2015)
  • 著者名/発表者名: 清澤悠，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第25回日本神経回路学会全国大会（JNNS2015）
  • 発表場所: 電気通信大学
  • 年月日: 2015-09-03
• [学会発表] 没入型VR環境における視覚誘発性身体動揺の計測と解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 市岡紘平，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第９回モーターコントロール研究会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-06-26
• [学会発表] Task-dependent distribution and constrained optimization of via-points for smooth robot motions (2015)
  • 著者名/発表者名: Sung, CH., Muhlig, Ｍ., Gienger M., and Uno, Y.
  • 学会等名: 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)
  • 発表場所: Seattle, USA
  • 年月日: 2015-05-28
  • 国際学会
• [学会発表] A control model of human-dampening hand vibration using internal and external information (2015)
  • 著者名/発表者名: Togo, S., Kagawa, T., and Uno, Y.
  • 学会等名: Neural Control of Movement 25th Annual Meeting
  • 発表場所: Charleston, USA
  • 年月日: 2015-04-21
  • 国際学会
• [学会発表] 視覚フィードバックの遅延を低減したときのヒト腕の目標追従運動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 暮石昌志，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会NC研究会
  • 発表場所: 玉川大学（東京都）
  • 年月日: 2015-03-17
• [学会発表] ユーザ動作のセンシングと軌道最適化に基づく装着型ロボットのオンライン歩行制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 加藤高之，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第2回制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 東京電機大学（東京都）
  • 年月日: 2015-03-06
• [学会発表] 多関節ロボットの関節間協調を用いた重心変動を許容する立位姿勢制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤穂高，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第2回制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 東京電機大学（東京都）
  • 年月日: 2015-03-06
• [学会発表] ユーザの動作に基づく装着型ロボットのオンライン最適歩行パターン生成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤高之，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会MBE研究会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-12-13
• [学会発表] 支持多角形内における重心位置のばらつきを許容する立位姿勢制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤穂高，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会NC研究会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-12-13
• [学会発表] クーロン摩擦を考慮した制御対象の逆モデル獲得のための誤差順伝播学習 (2014)
  • 著者名/発表者名: 清澤悠，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会NC研究会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-12-13
• [学会発表] 逐次的な歩様の変更のための歩行補助ロボットの軌道計画法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤高之，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第32 回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 九州産業大学（福岡県）
  • 年月日: 2014-09-05
• [学会発表] 関節アームの軌道生成のためのリカレントニューラルネットワーク (2014)
  • 著者名/発表者名: 石田将規，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第８回Motor Control研究会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2014-08-09
• [学会発表] 全身バランスの階層的協調制御に対する UCM 解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 竹内花帆，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第８回Motor Control研究会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2014-08-09
• [学会発表] 全身リーチング運動の軌道生成モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 工藤直紀，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第８回Motor Control研究会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2014-08-09
• [学会発表] フィードバックコントローラを組み込んだ神経回路の 誤差順伝播学習 (2014)
  • 著者名/発表者名: 清澤悠，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第８回Motor Control研究会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2014-08-09
• [学会発表] 随意的共収縮は冗長方向の運動協調に影響を与えない (2014)
  • 著者名/発表者名: 東郷俊太，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第８回Motor Control研究会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2014-08-08