運動・行動制御の自己組織化と機能形成に関する研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06452253
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 伊藤 宏司 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (30023310)
• 研究分担者: 鄭 心知 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (10262966)
• キーワード: 運動制御 / 自己組織化 / 機能形成 / 冗長自由度 / 生体システム / 運動インピーダンス / ロボティクス

研究概要

身体の巧みな運動・行動は、筋骨格系・脊髄のインピーダンス可変機構、およびそれらを操る高度な内部制御機構に支えられている.そこでは、フィードバックを主体とするサーボ制御・適応制御の上位機構として、外部環境の特性やそれらとの相互作用を自己組織的に表現した内部モデル及びそれらに基づくフィードフォワード制御機構が中心的な役割を果たしていると考えられる.
人間の動作には、ジャグリング、テニス、バッティングなど、素早く正確な制御を要求される動作が多く見られる.これらは、ダイナミック・マニピュレーション(Dynamic Manipulation)と呼ばれ、従来のフィードバックを中心とした制御法では、実現が困難な課題である.たとえば、バッティングでは、私たちは事前に“素振り"という練習を反復して行う.これは身体のダイナミクスやボールの軌道を想定して、自分自身の身体の運動軌道をプランニングしていると考えることができる.ここでは、ロボットアームによるボールの捕捉・打撃を取り上げ、ボールの確率的な動きとロボットの動特性を考慮したノミナル軌道の生成法及びそれを利用したフィードフォワードとフィードバックを組み合わせた制御方策を提案した.ノミナル軌道は、ボールの軌道の確率分布とロボットアームの動き易さを考慮した確率的動的可操作度とダイナミックプログラミングを用いて生成した.また、ノミナル軌道に基づくフィードフォワード制御と刻々のボールの軌道予測値に基づくフィードバック制御の割合を予測誤差の分散を利用して制御することにより、過度な制御トルクがかからない捕捉・打撃動作を実現した.

研究成果

• [文献書誌] B.L.Lu: "Computation of Multiple Inverse Kinematic Solutions for Redundant Manipulators by Inverting Madular Nenral Networks" 電気学会論文誌. 116-C,1. 49-56 (1996)
• [文献書誌] 山北昌毅: "三輪車の動的制御とヒューマンオペレーション" 電気学会論文誌. 116-C,1. 66-74 (1996)
• [文献書誌] 辻 敏夫: "等尺性筋収縮における人間の手先インピーダンスの解析" 計測自動制御学会論文集. 32,2. 271-280 (1996)
• [文献書誌] 伊藤 聡: "エネルギー消費量に基づく四足歩行パターン遷移発振器-力学モデル" 計測自動制御学会論文集. 32,11. 1535-1543 (1996)
• [文献書誌] Z.W.Luo: "Noulinear Robuso Control for Robot Compliant Manipulation on Dynamic Environments" Advanced Robotics. 10,2. 213-227 (1996)
• [文献書誌] J.Q.Wu: "Adaptive Hybrid Control of Manipulators on Uncertain Flexible Objects" Advanced Robotics. 10,5. 469-485 (1996)
• [文献書誌] K.Hayashi: "Computational Biomechanics" Springer, 277ページ (1996)