人の巧みさに関する軟組織の力学の解明

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20246049
• 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: 知能機械学・機械システム
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 平井 慎一 立命館大学, 理工学部, 教授 (90212167)
• 研究分担者: 田中 弘美 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (10268154) ; 犬伏 俊郎 滋賀医科大学, MR医学総合研究センター, 教授 (20213142) ; 森川 茂廣 滋賀医科大学, 医学部, 教授 (60220042) ; 井上 貴浩 岡山県立大学, 情報工学部, 准教授 (60453205)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: ソフトメカニクス / 軟組織 / 巧みさ / 力学 / 内部変形

研究概要

本研究の目的は,人の軟組織が運動の巧みさにどのように貢献しているかを力学的に解明することである.まず,軟組織の変形モデリングのために,動的なレオロジー変形を有限要素近似により定式化するとともに,変形過程の計測結果から変形モデルのパラメータを推定する手法を確立した.次に,軟組織のMR画像から内部変形を計算する手法を提案するとともに,軟組織のモデリング手法を基に人指の変形モデルを構成し,人指の変形をシミュレーションする手法を確立した.さらに,柔軟指のポテンシャルエネルギーを定式化するとともに,柔軟指により把持される物体の運動を制御する手法を提案した.提案する制御手法を用いると情報伝達の遅れに対してロバストに物体を操作できることを示し,それが柔軟指のポテンシャルエネルギーの性質に帰することを示した.

研究成果

• [雑誌論文] Modeling and Estimation of Rheological Properties of Food Products for Manufacturing Simulations (2011)
  • 著者名/発表者名: Zhongkui Wang, Shinichi Hirai
  • 雑誌名: J.of Food Engineering Vol.102 ページ: 136-144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling and Analysis of a Frictional Sliding Soft Fingertip, and Experimental Validations (2011)
  • 著者名/発表者名: Van Ho, Shinichi Hirai
  • 雑誌名: Advanced Robotics Vol.25,No.3 ページ: 291-311
  • 査読あり
• [雑誌論文] パラレルイメージング用アレイコイルを利用した13Cスペクトロスコピックイメージングの試み (2011)
  • 著者名/発表者名: 森川茂廣,村山浩之,藤本栄,椎野顯彦,犬伏俊郎,栗林秀人
  • 雑誌名: 日磁医誌 Vol.31 ページ: 65-69
  • 査読あり
• [雑誌論文] 物理世界と情報世界をつなぐソフトインターフェース (2010)
  • 著者名/発表者名: 平井慎一
  • 雑誌名: 日本ロボット学会誌,ロボティック・サイエンス論文特集号 Vol.28,No.4 ページ: 503-511
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amyloid imaging using high-field magnetic resonance (2010)
  • 著者名/発表者名: Amatsubo T., Yanagisawa D., Morikawa S., Taguchi H., Tooyama I.
  • 雑誌名: Magn Reson Med Sci Vol.9 ページ: 95-99
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physical Parameter Identification of Uniform Rheological Deformation Based on FE Simulation (2009)
  • 著者名/発表者名: Zhongkui Wang, Kazuki Namima, Shinichi Hirai
  • 雑誌名: 生体医工学 Vol.47,No.1 ページ: 1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] 柔軟指による把持物体の姿勢制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 井上貴浩,平井慎一
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集C編 Vol.75,No.757 ページ: 2537-2546
  • 査読あり
• [雑誌論文] 摘み滑り動作を利用した布地の展開動作 (2009)
  • 著者名/発表者名: 柴田瑞穂,太田剛士,平井慎一
  • 雑誌名: 日本ロボット学会誌 Vol.27,No.9 ページ: 1029-1036
  • 査読あり
• [雑誌論文] 視覚情報遅れを考慮した2指1自由度対ロボットハンドによる対向操り動作 (2009)
  • 著者名/発表者名: 井上貴浩,松井俊樹,平井慎一
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 Vol.45,No.12 ページ: 678-687
  • 査読あり
• [雑誌論文] Percutaneous aspiration of spinal ventricle cysts using real-time magnetic resonance imaging and navigation (2009)
  • 著者名/発表者名: Takahashi S., Saruhashi Y., Odate S., Matsusue Y., Morikawa S.
  • 雑誌名: Spine Vol.34 ページ: 629-634
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptive 4D MR Imaging for MRI-guided Therapy Using Navigator-Based Respiratory Signal (2008)
  • 著者名/発表者名: Tokuda J., Morikawa S., Haque H.-A., Tsukamoto T., Matsumiya K., Liao H., Masamune K., Dohi T.
  • 雑誌名: Magn Reson Med Vol.59 ページ: 1051-1061
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development and Analysis of a Sliding Tactile Soft Fingertip Embedded with a Micro Force/Moment Sensor
  • 著者名/発表者名: Van Ho, Viet Dzung Dao, Susumu Sugiyama, Shinichi Hirai
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Robotics (掲載決定)
  • 査読あり
• [学会発表] Toward a Platform for Modeling and Simulating Dynamic Stick-Slip Transitions of Soft Fingertips (2011)
  • 著者名/発表者名: Van Ho, Shinichi Hirai
  • 学会等名: 第16回ロボティクスシンポジア予稿集(275-282)
  • 発表場所: 指宿シーサイドホテル(鹿児島)
  • 年月日: 2011-03-14
• [学会発表] A Local Geometric Preserving Approach For Interior Deformation Fields Measurement From MR Volumetric Images of Human Tissues (2010)
  • 著者名/発表者名: Penglin Zhang, Hirai Shinichi
  • 学会等名: IEEE Int.Conf.on Robotics and Biomimetics (Robio 2010)(437-441)
  • 発表場所: Tianjin, China
  • 年月日: 20101214-20101218
• [学会発表] SURF and Spatial Association Correspondence for the Extraction and Matching of Feature Points from MR Images of Deformed Tissues (2010)
  • 著者名/発表者名: Xubing Zhang, Shinichi Hirai, Penglin Zhang
  • 学会等名: IEEE Int.Conf.on Robotics and Biomimetics (Robio 2010)(448-453)
  • 発表場所: Tianjin, China
  • 年月日: 20101214-20101218
• [学会発表] Contact Modeling and Parameter Switching for Simultaneous Reproduction of Rheological Force and Deformation (2010)
  • 著者名/発表者名: Zhongkui Wang, Shinichi Hirai
  • 学会等名: IEEE Int.Conf.on Robotics and Biomimetics (Robio 2010)(726-731)
  • 発表場所: Tianjin, China
  • 年月日: 20101214-20101218
• [学会発表] Modeling and Property Estimation of Japanese Sweets for Their Manufacturing Simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: Zhongkui Wang, Shinichi Hirai
  • 学会等名: IEEE/RSJ Int.Conf.on Intelligent Robots and Systems (IROS 2010)
  • 発表場所: Taipei
  • 年月日: 20101018-20101022
• [学会発表] Modelless and Grasping-Forceless Control by Robotic Fingers Capable of Mechanically Coupled Movement (2010)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Inoue, Shinichi Hirai, Daisuke Takizawa
  • 学会等名: IEEE/RSJ Int.Conf.on Intelligent Robots and Systems (IROS 2010)
  • 発表場所: Taipei
  • 年月日: 20101018-20101022
• [学会発表] Modeling and Parameter Estimation of Rheological Objects for Simultaneous Reproduction of Force and Deformation (2010)
  • 著者名/発表者名: Zhongkui Wang, Shinichi Hirai
  • 学会等名: 1st Int Conf.on Applied Bionics and Biomechanics (ICABB-2010)
  • 発表場所: Venice, Italy
  • 年月日: 20101014-20101016
• [学会発表] Finite Element Modeling of Rheological Objects for Simultaneously Reproducing their Deformation and Force Behaviors (2010)
  • 著者名/発表者名: Zhongkui Wang, Shinichi Hirai
  • 学会等名: 6th Joint Workshop on Machine Perception and Robotics (MPR2010)
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 20101008-20101009
• [学会発表] The Feature Points Matching of Non-rigid Tissues Based on SURF, Spatial Association Correspondence and Clustering : Application to MR 2-D Slice Deformation Measurement (2010)
  • 著者名/発表者名: Xubing Zhang, Shinichi Hirai, Penglin Zhang
  • 学会等名: 6th Joint Workshop on Machine Perception and Robotics (MPR2010)
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 20101008-20101009
• [学会発表] Robotic Unfolding of Hemmed Fabric using Pinching Slip Motion (2010)
  • 著者名/発表者名: Mizuho Shibata, Tsuyoshi Ota, Shinichi Hirai
  • 学会等名: Int.Conf.on Advanced Mechatronics (ICAM2010)
  • 発表場所: Suita, Japan
  • 年月日: 20101004-20101006
• [学会発表] Robotic Manipulation with Large Time Delay on Visual Feedback Systems (2010)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Inoue, Shinichi Hirai
  • 学会等名: IEEE/ASME Int.Conf.on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM2010)
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 20100707-20100709
• [学会発表] Two-Phased Controller for a Pair of 2-DOF Soft Fingertips Based on the Qualitative Relationship between Joint Angles and Object Location (2010)
  • 著者名/発表者名: Yujiro Yamazaki, Takahiro Inoue, Shinichi Hirai
  • 学会等名: Proc.IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation(4294-4301)
  • 発表場所: Anchorage
  • 年月日: 20100503-20100508
• [学会発表] Design of a Small-Scale Tactile Sensor with Three Sensing Points for Using in Robotic Fingertips (2010)
  • 著者名/発表者名: Van Ho, Viet Dzung Dao, Susumu Sugiyama, Shinichi Hirai
  • 学会等名: Proc.IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation(4855-4860)
  • 発表場所: Anchorage
  • 年月日: 20100503-20100508
• [学会発表] Two-Dimensional Dynamic Modeling of a Sliding Motion of a Soft Fingertip Focusing on Stick-To-Slip Transition (2010)
  • 著者名/発表者名: Van Ho, Shinichi Hirai
  • 学会等名: Proc.IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation(4315-4321)
  • 発表場所: Anchorage
  • 年月日: 20100503-20100508
• [学会発表] Two-Phased Force and Coordinates Controller for a Pair of 2-DOF Soft Fingers (2009)
  • 著者名/発表者名: Yujiro Yamazaki, Takaihro Inoue, Shinichi Hirai
  • 学会等名: IEEE Int.Conf.on Robotics and Biomimetics (Robio 2009)(931-937)
  • 発表場所: Guilin, China
  • 年月日: 20091219-20091223
• [学会発表] Simulation of Soft Fingertip Deformation under Contact and Rolling Constraints using FEM and CSM (2009)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Namima, Zhongkui Wang, Shinichi Hirai
  • 学会等名: IEEE Int.Conf.on Robotics and Biomimetics (Robio 2009)(1585-1590)
  • 発表場所: Guilin, China
  • 年月日: 20091219-20091223
• [学会発表] Modeling and Parameter Identification of Rheological Object Based on FE Method and Nonlinear Optimization (2009)
  • 著者名/発表者名: Zhongkui Wang, Shinichi Hirai
  • 学会等名: IEEE/RSJ Int.Conf.on Intelligent Robots and Systems (IROS 2009)
  • 発表場所: St.Louis, U.S.A.
  • 年月日: 20091011-20091015
• [学会発表] Parameter Estimation of Rheological Object Based on FE Simulation and Nonlinear Optimization (2009)
  • 著者名/発表者名: Zhongkui Wang, Shinichi Hirai
  • 学会等名: 5th Joint Workshop on Machine Perception and Robotics (MPR2009)
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 20091004-20091005
• [学会発表] Inner Displacement Measurement of Grasping by Robotic Hand (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Abe, Zhongkui Wang, Kazuki Namima, Shigehiro Morikawa, Shinichi Hirai
  • 学会等名: 5th Joint Workshop on Machine Perception and Robotics (MPR2009)
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 20091004-20091005
• [学会発表] 3-dimensional finite element method based needle insertion simulation considering needle tip shape (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi S., Satake K., Shirai Y., Tanaka H.T., Morikawa S.
  • 学会等名: 23rd Int.Cong.and Exh.Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS) 2009
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 20090623-20090627
• [学会発表] Wiping Motion for Deformable Object Handling (2009)
  • 著者名/発表者名: Mizuho Shibata, Tsuyoshi Ota, Shinichi Hirai
  • 学会等名: Proc.IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation(134-139)
  • 発表場所: Kobe
  • 年月日: 20090512-20090517
• [学会発表] Analysis of Sliding of a Soft Fingertip Embedded with a Novel Micro Force/Moment Sensor : Simulation, Experiment, and Application (2009)
  • 著者名/発表者名: Van Ho Anh, Viet Dzung Dao, Susumu Sugiyama, Shinichi Hirai
  • 学会等名: Proc.IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation(889-894)
  • 発表場所: Kobe
  • 年月日: 20090512-20090517
• [学会発表] Physical Parameter Identification of Rheological Object Based on Measurement of Deformation and Force (2009)
  • 著者名/発表者名: Zhongkui Wang, Kazuki Namima, Shinichi Hirai
  • 学会等名: Proc.IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation(1238-1243)
  • 発表場所: Kobe
  • 年月日: 20090512-20090517
• [学会発表] Parallel-distributed Model in Three-dimensional Soft-fingered Grasping and Manipulation (2009)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Inoue, Shinichi Hirai
  • 学会等名: Proc.IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation(2092-2097)
  • 発表場所: Kobe
  • 年月日: 20090512-20090517
• [学会発表] An Optical and Electromagnetic Hybrid Tracking System for MR Image Guided Interventional Procedures (2009)
  • 著者名/発表者名: Morikawa S., Haque H.-A., Naka S., Murakami K., Kurumi Y., Tani T, Inubushi T.
  • 学会等名: ISMRM 17th Scientific Meeting and Exhibition
  • 発表場所: Honolulu, U.S.A.
  • 年月日: 20090418-20090424
• [学会発表] Simulation of Deformation in Robotics (Keynote Speech) (2009)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Hirai
  • 学会等名: Asia Simulation Conference 2009
  • 年月日: 2009-10-07
• [学会発表] Force/Moment Sensing During Sliding Motion using a Micro Sensor Embedded in a Soft Fingertip (2008)
  • 著者名/発表者名: Van Ho Anh, Viet Dzung Dao, Susumu Sugiyama, Shinichi Hirai
  • 学会等名: Proc.10th Int.Conf.on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV 2008)
  • 発表場所: Hanoi, Vietnam
  • 年月日: 20081217-20081220
• [学会発表] Physical Parameter Identification of Rheological Object Based on FE Dynamic Model (2008)
  • 著者名/発表者名: Zhongkui Wang, Shinichi Hirai
  • 学会等名: 4th Joint Workshop on Machine Perception and Robotics (MPR2008)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 20081100
• [学会発表] Physical Parameter Identification of Isotropic Uniform Deformation Based on FE Simulation (2008)
  • 著者名/発表者名: Zhongkui Wang, Kazuki Namima, Shinichi Hirai
  • 学会等名: 生体医工学シンポジウム2008(BMES2008)
  • 発表場所: Toyonaka
  • 年月日: 20080900
• [学会発表] Task-selection Control by Thumb and Forefinger Based on Softfinger Contact (2008)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Inoue, Shinichi Hirai
  • 学会等名: Third Asia International Symposium on Mechatronics (AISM2008)
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 20080827-20080831
• [学会発表] Modeling of Needle Insertion for Percutaneous Minimally Invasive Therapy (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi S., Morikawa S., Shirai Y., Tanaka H.T.
  • 学会等名: 22nd Int.Cong.and Exh.Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS 2008)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 20080625-20080628
• [図書] Mechanics and Control of Soft-fingered Manipulation(ISBN978-1-84800-980-6) (2008)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Inoue, Shinichi Hirai
  • 総ページ数: 245
  • 出版者: Springer-Verlag
• [備考] ホームページ等
• [備考] 和文
  • URL: http://www.ritsumei.ac.jp/se/~hirai/project/GASR2008-j.html
• [備考] 英文
  • URL: http://www.ritsumei.ac.jp/se/~hirai/project/GASR2008-e.html