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2019 年度 実績報告書

自己と他者の動作データからの内部モデルの構築と行動則の獲得

計画研究

研究領域人工知能と脳科学の対照と融合
研究課題/領域番号 16H06565
研究機関株式会社国際電気通信基礎技術研究所

研究代表者

森本 淳  株式会社国際電気通信基礎技術研究所, 脳情報通信総合研究所, 研究室長 (10505986)

研究期間 (年度) 2016-06-30 – 2021-03-31
キーワードロボティクス / 機械学習
研究実績の概要

脳の運動制御手法に学んだ階層的運動生成モデルを用いる方法論を、ヒト型ロボットモデルのように多自由度の系においてもリアルタイムで環境において動作生成可能であることを、特に視覚系を用いたバランス制御を導入する形で進めた。その結果、実ヒューマノイドロボットにおいて、開発した階層的な運動生成モデルがリアルタイムで作動することが確認できた。一方で、多自由度ヒト型ロボットモデルの動力学シミュレータを用いたリアルタイム制御の検証においては、動的に目的関数を連続的に切り替えることによって、適応的に多様な動作を生み出すことができるかどうかについて検討を進め、それが可能であることをシミュレーション実験的に示した。特に、階層構造を用いない場合との比較を行い、従来法では、リアルタイムで多自由度の動作を生成できないような課題において、提案する階層的なアプローチを用いた場合には、限られた計算コストで目的とするタスクに対して十分な動作性能をリアルタイムで発揮できることが分かった。
一方で、これまで開発してきたハイブリッドアクチュエータシステムを用いて、次の3つ成果を得た。
1)人工筋を1軸に2筋配置することにより、精緻な剛性制御が可能となること実験的に示し、また理論的な検証も行った。
2)ヒトが装着できるような外骨格アシストロボットにハイブリッドアクチュエータを導入した際に、ヒトが装着した状態でのインタラクティブな人工筋の動作特性の同定方法を開発し、ヒトの動作帯域においてのロボットの特性を見出すことができるようになった。
3)ヒトの腕の筋によって導出される可操作性を、開発したハイブリッドアクチュエータシステムでヒトの動作をアシストすることにより、その可操作性を高めることが可能となることを実験的に示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

脳の運動制御手法に学んだ階層的運動生成モデルを用いる方法論を、ヒト型ロボットモデルのように多自由度の系においてもリアルタイムで動作生成可能であることを示した上で、特に視覚系を用いたバランス制御を組み合わせる形で、実ヒト型ロボットにおいて提案した方法論を実装可能であることを示した。また提案手法の有用性を従来手法と比較することによって示し、さらに動的に目的関数を連続的に切り替えることによって、適応的に多様な動作を生みことができることをモデル実験において示した。この成果は英文学術論文誌に採択された。加えて、これまで開発してきたハイブリッドアクチュエータシステムを用いて、ヒトとのインタラクション課題を中心に、その性能評価や可操作性などヒトの能力拡張に関する研究が進捗し、これらの成果が英文学術論文誌に複数採択された。

今後の研究の推進方策

今後は、今年度においても継続して進めてきた脳の運動制御手法に学んだ階層的運動生成モデルを用いる方法論を発展させる。ヒト型ロボットモデルのような多自由度の系においてリアルタイムで動作を生成するときに、特に実環境においては短い制御周期での各関節での局所フィードバックが重要であることがわかってきた。そこで、ヒトの脊髄系の制御メカニズムを参考に、さらに深い階層構造を持つ運動生成モデルに発展させ、そのようなメカニズムが制御の頑健性にどのように貢献するかを検証する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] ヨージェフ・ステファン研究所(スロベニア)

    • 国名
      スロベニア
    • 外国機関名
      ヨージェフ・ステファン研究所
  • [雑誌論文] Stable control of force, position, and stiffness for robot joints powered via pneumatic muscles2019

    • 著者名/発表者名
      Barkan UGURLU,Paolo FORNI,Corinne DOPPMANN,Emre SARIYILIZ,Jun MORIMOTO
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industrial Informatics

      巻: 15 ページ: 6270-6279

    • DOI

      10.1109/TII.2019.2916228

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Assistive arm-exoskeleton control based on human muscular manipulability2019

    • 著者名/発表者名
      Tadej PETRIC,Luka PETERNEL,Jun MORIMOTO,Jan BABIC
    • 雑誌名

      Frontiers in Neurorobotics

      巻: 13 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fnbot.2019.00030

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Design of physical user-robot interactions for model identification of soft actuators on exoskeleton robots2019

    • 著者名/発表者名
      Masashi HAMAYA,Takamitsu MATSUBARA,Tatsuya TERAMAE,Tomoyuki NODA,Jun MORIMOTO
    • 雑誌名

      International Journal of Robotics Research

      巻: - ページ: 1-14

    • DOI

      10.1177/0278364919853618

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Full-body optimal control toward versatile and agile behaviors in a humanoid robot2019

    • 著者名/発表者名
      Koji ISHIHARA,Takeshi D. ITOH,Jun MORIMOTO
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 15 ページ: 119-126

    • DOI

      10.1109/LRA.2019.2947001

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 階層モデルを用いた人型ロボットの運動生成2020

    • 著者名/発表者名
      石原弘二
    • 学会等名
      異分野融合ワークショップ「脳型情報処理によるロボットラーニングの技術革新」
    • 招待講演
  • [学会発表] Motor learning algorithms2019

    • 著者名/発表者名
      Jun MORIMOTO
    • 学会等名
      Skolkovo Robotics 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Learning to write anywhere with spatial transformer image-to-motion encoder-decoder networks2019

    • 著者名/発表者名
      Barry RIDGE,Rok PAHIC,Ales UDE,Jun MORIMOTO
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Exploiting human and robot muscle synergies for human-in-the-loop optimization of EMG-based assistive strategies2019

    • 著者名/発表者名
      Masashi HAMAYA,Takamitsu MATSUBARA,Jun-ichiro FURUKAWA,Yuting SUN,Satoshi YAGI,Tatsuya TERAMAE,Tomoyuki NODA,Jun MORIMOTO
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Convolutional encoder-decoder networks for robust image-to-motion prediction2019

    • 著者名/発表者名
      Barry RIDGE,Rok PAHIC,Ales UDE,Jun MORIMOTO
    • 学会等名
      28th International Conference on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region(RAAD2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] 状態予測に基づくロボットの階層的な運動制御2019

    • 著者名/発表者名
      森本淳
    • 学会等名
      第13回Motor Control研究会
    • 招待講演
  • [産業財産権] 制御システム2019

    • 発明者名
      伊藤健史、石原弘二、森本淳
    • 権利者名
      伊藤健史、石原弘二、森本淳
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-215401

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公開日: 2021-01-27  

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