人間共存型ロボットの能動的な働きかけによる人間協調技術の研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25220005
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 菅野 重樹 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00187634)
• 研究分担者: 高西 淳夫 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50179462) ; 石井 裕之 早稲田大学, 理工学術院総合研究所(理工学研究所), 准教授(任期付) (10398927) ; 小林 洋 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (50424817)
• 研究期間 (年度): 2013-05-31 – 2018-03-31
• キーワード: 知能ロボット

研究実績の概要

最終年度では、(Ａ)接近～弱い接触による協調的な意図伝達、(Ｂ)人間‐ロボットの接触ダイナミクスモデル、(Ｃ)強い接触による協調的な人間運動の誘発、において開発してきた個々の成果を人間協調技術として統合し，実シナリオでの実証実験を行った．
まず，ヒューマノイドロボットが人間に対して力学的働きかけを行う際に必要不可欠な，動作の安定化制御技術として，体幹および上肢の動作によって下肢の動作を補償するアルゴリズムを考案した．この技術を用いることで，ロボットから人間への，より安定な働きかけが可能となる．次に，心理的な負荷が高いと考えられる強い接触において，心理的な負担を与えずに，移動へ介入する方法の研究を行った．移動運動中に強い接触を与えるタイミングを調整するアルゴリズムを開発し，実験を行った結果，運動誘発の程度を変化できることを確認した．
上記の結果を考慮し，ロボットから人への意図伝達度に着目した人の状態推定手法を開発し，連続的な働きかけによる協調移動手法を構築した．これは，人とロボットのすれ違い幅から働きかけの必要性を判断する干渉度，ロボットの働きかけの意図が人へ伝達される度合いである認知度を推定し，ロボットが通路を移動中に干渉が判定された場合，推定された認知度に応じて，進路示唆，声掛け，接触といった働きかけを行う人間協調移動技術である．働きかけには，人に期待する行動変化を対応付けており，働きかけの意図の伝達度を判断する働きかけ達成度を，期待する変化と実際の変化との差分から計算する．働きかけ後，規定時間内に人の行動変化が観察されない場合は，より意図伝達度の強い働きかけを実行する．実シナリオを模擬した通路での人・ロボット移動実験において，働きかけ達成度評価の有無で比較実験を行った結果，有りのほうが人の動きがスムーズになり，接触を行った場合でも心理的な負担を軽減できることを確認した．

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 北京理工大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 北京理工大学
• [雑誌論文] Learning to Achieve Different Levels of Adaptability for Human?Robot Collaboration Utilizing a Neuro-dynamical System (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Murata, Y. Li, H. Arie, T. Ogata, Sugano
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems 巻: PP ページ: 1-14
  • DOI: 10.1109/TCDS.2018.2797260
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effective Input Order of Dynamics Learning Tree (2018)
  • 著者名/発表者名: C. Kim, S. Hama, R. Hirai, K. Takahashi, H. Yamada, T. Ogata S. Sugano
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: 32 ページ: 122-136
  • DOI: 10.1080/01691864.2018.1427146
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large Range Impedance Shaping for Physical Human Robot Interaction Through Light Quantity Measurement Based Torque Regulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang, W., Wei, C., Suga, Y., Kuo, C., Schmitz, A., Sugano, S.
  • 雑誌名: IEEE Robotics and Automation Letters 巻: 3 ページ: 187-194
  • DOI: 10.1109/LRA.2017.2738332
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Series Clutch Actuators With a High Torque-to-Weight Ratio for Open-Loop Torque Control and Collision Safety (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang, Y., Schmitz, A., Kobayashi, K., Alvarez Lopez, J.A., Matsuo, Y., Sakamoto, Y., Sugano, S.
  • 雑誌名: IEEE Robotics and Automation Letters 巻: 3 ページ: 297-304
  • DOI: 10.1109/LRA.2017.2737482
  • 査読あり
• [雑誌論文] Covering a Robot Fingertip With uSkin: A Soft Electronic Skin With Distributed 3-Axis Force Sensitive Elements for Robot Hands (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomo, T.P., Schmitz, A., Wong, W.K., Kristanto, H., Somlor, S., Hwang, J., Jamone, L., Sugano, S.
  • 雑誌名: IEEE Robotics and Automation Letters 巻: 3 ページ: 124-131
  • DOI: 10.1109/LRA.2017.2734965
  • 査読あり
• [雑誌論文] Upper-Body Control and Mechanism of Humanoids to Compensate for Angular Momentum in the Yaw Direction Based on Human Running (2018)
  • 著者名/発表者名: Takuya Otani, Kenji Hashimoto, Shunsuke Miyamae, Hiroki Ueta, Akira Natsuhara, Masanori Sakaguchi, Yasuo Kawakami, Hum-Ok Lim, Atsuo Takanishi
  • 雑誌名: Applied Science 巻: 44 ページ: 1-16
  • DOI: 10.3390/app8010044
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamic Motion Learning for Multi-DOF Flexible-Joint Robots Using Active-Passive Motor Babbling through Deep Learning (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi, T. Ogata, J. Nakanishi, G. Cheng, S. Sugano
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: 31 ページ: 1002-1015
  • DOI: 10.1080/01691864.2017.1383939
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Repeatable Folding Task by Humanoid Robot Worker using Deep Learning (2017)
  • 著者名/発表者名: P. Yang, K. Sasaki, K. Suzuki, K. Kase, S. Sugano, T. Ogata
  • 雑誌名: IEEE Robotics and Automation Letters 巻: 2 ページ: 397-403
  • DOI: 10.1109/LRA.2016.2633383
  • 査読あり
• [雑誌論文] Probabilistic neural network applied to eye tracking control to alter the direction of an endoscopic manipulator (2017)
  • 著者名/発表者名: Yang Cao, Satoshi Miura, Quanquan Liu, Yo Kobayashi, Shigeki Sugano, Masakatsu G. Fujie
  • 雑誌名: Mechanical Engineering Journal 巻: 4 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1299/mej.15-00568
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple empirical model for identifying rheological properties of soft biological tissues (2017)
  • 著者名/発表者名: Yo Kobayashi, Mariko Tsukune, Tomoyuki Miyashita, Masakatsu G. Fujie
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW E 巻: 95 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.95.022418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accuracy to Detection Timing for Assisting Repetitive Facilitation Exercise System Using MRCP and SVM (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Miura, Junichi Takazawa, Yo Kobayashi, Masakatsu Fujie
  • 雑誌名: Robotics and Biomimetics Journal 巻: 4 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1186/s40638-017-0071-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] RNNを備えた二台ロボット間インタラクションの複雑性解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 澤弘樹
  • 学会等名: 情報処理学会 第80回全国大会
• [学会発表] Mixing Actual and Predicted Sensory States based on Uncertainty Estimation for Flexible and Robust Robot Behavior (2017)
  • 著者名/発表者名: Singo Murata
  • 学会等名: 26th International Conference on Artificial Neural Networks (ICANN 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] RNNを備えたロボットと人間の模倣インタラクションの解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村田真悟
  • 学会等名: 発達神経科学学会 第6回大会
• [学会発表] 神経回路モデルを用いた感覚不確実性の予測による状況変化に対する適応的行動生成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 増田航
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
• [学会発表] Exploiting the Slip Behavior of Friction Based Clutches for Safer Adjustable Torque Limiters (2017)
  • 著者名/発表者名: Wang, Y.
  • 学会等名: IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a Capacitive-type 6-axis Force-Torque Sensor (2017)
  • 著者名/発表者名: Somlor, S.
  • 学会等名: IEEE Sensors Conference 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Design & Implementation of an Emergency Stop Function for On-Power Clutch Based Adjustable Torque Limiters (2017)
  • 著者名/発表者名: Wang, Y.
  • 学会等名: IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] A Wearable Sensor for Fingertips That Can Measure 3-Axis Force (2017)
  • 著者名/発表者名: Harris KRISTANTO
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
• [学会発表] 新しいセンサ配置を取り入れた小型静電容量式6軸力センサの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 黄 振善
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
• [学会発表] Development of an optical sensor based torque regulation system with friction observer (2017)
  • 著者名/発表者名: Chang Wei
  • 学会等名: IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Friction observer design for optical sensor based torque control (2017)
  • 著者名/発表者名: Chang Wei
  • 学会等名: 第35回 日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] 連続的な働きかけによる協調移動手法の提案～ロボットから人への意図伝達度に着目した人状態推定技術～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 河野遼介
  • 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論文集(SI2017)
• [学会発表] 自律移動ロボットにおける軽接触を用いた人の移動誘導～人の向き・接触部位・方向に応じた人の移動性評価～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 円谷優佑
  • 学会等名: 第35回日本ロボット学会学術講演会論文集(RSJ2017)
• [学会発表] 人の感情と印象に基づく協調移動時のロボットの行動評価と関連性分析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林彩乃
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2017論文集(Robomech’17)
• [学会発表] Mechanical Design of a Jumping and Rolling Spherical Robot for Children with Developmental Disorders (2017)
  • 著者名/発表者名: Yujiro Mizumura
  • 学会等名: 2017 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (RoBio2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Motion evaluation of a modified multi-link robotic rat (2017)
  • 著者名/発表者名: Chang Li
  • 学会等名: 2017 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Angular momentum compensation in yaw direction using upper body based on human running (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuya Otani
  • 学会等名: 2017 IEEE International Conference on Robotics and Autmation (ICRA 2107)
  • 国際学会
• [学会発表] "生体シミュレーションと多元計算解剖学", 多元計算解剖モデルによる知能化手術に向けて (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林洋
  • 学会等名: 第26回日本コンピュータ外科学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanical model of soft biological tissues for computer aided surgery (2017)
  • 著者名/発表者名: Yo Kobayashi
  • 学会等名: The 39th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC’17)
  • 国際学会 / 招待講演