2020 年度研究成果報告書

人型システム力学理論の新展開とインタラクション指向モーションシンセシスの創成

研究課題

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研究課題/領域番号	17H00768
研究種目	基盤研究(A)
配分区分	補助金
応募区分	一般
研究分野	知能ロボティクス
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	吉田英一国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 副研究センター長 (30358329)
研究分担者	吉安祐介国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (10712234) 遠藤維国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (40599073) 鮎澤光国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (60649086) 今村由芽子国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (60760436) Kheddar Abder 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 客員研究員 (90572082)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	ディジタルヒューマンモデル / モーションシンセシス / 動力学解析 / 最適化 / 人間動作解析
研究成果の概要	本研究では、人型システムの力学・制御を新たな視点で捉え、インタラクションを伴う運動の最適化手法を汎用的な形で再構築することで、新たなモーションシンセシス手法を実現した。剛体の運動を包括的に扱う１８次元多様体（ＣＭＴＭ）を考案し、人型システムの位置・姿勢および速度・加速度、力を含む動力学的な物理量の勾配計算を高速に行う手法を構築した。これらの物理量の組み合わせで表現されるエネルギー消費や動作安定性などの評価関数を最適化する運動生成手法の体系を創出した。実問題への適用として、人間型ロボットによる装着型支援機器評価のための人動作の再現や、慣性センサに基づく人間の運動と身体負荷の実時間推定を実現した。
自由記述の分野	ロボティクス
研究成果の学術的意義や社会的意義	剛体の運動を包括的に扱う１８次元多様体（ＣＭＴＭ）はこれまでの動力学解析にはない新たな着想である。これを人型システムに適用し、力や関節トルクを含む任意の物理量の一般化座標、速度、加速度に対する勾配を、数値微分でなく解析的に求める計算手法を構築したことは、学術面で新規性が高い。またこの成果は汎用性が高いため、人型ロボットを用いた定量評価による支援機器の普及、また簡易センサによる人の運動や負荷の解析・実時間モニタリングによる製品の人間工学的設計改良や労働環境の改善などに活用でき、社会的・産業的な波及効果も期待される。