• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2014 年度 実績報告書

身体運動の変動性に着目した協調制御モデルの構築と実験的検証

研究課題

研究課題/領域番号 26289129
研究機関名古屋大学

研究代表者

宇野 洋二  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10203572)

研究分担者 香川 高弘  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30445457)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワード運動制御 / 制御工学 / ヒューマノイド / 知能ロボティクス / 生体生命情報学
研究実績の概要

人間の身体運動の協調メカニズムを解明するために、運動計測実験を行うとともに、協調制御のモデルについて検討した。
運動計測実験では、まず、身体を揺動したり外乱を与えたりできる実験システムを構築した。この実験システムはクランク機構を搭載した揺動装置と腕に外乱を与えるためのマニピュレータから構成されている。次に、身体の自由度が変化すると関節間の協調がどのように変わるかを調べた。具体的には、被験者が水の入ったコップを手に持って立位で静止しているときに、水平台の振動装置を用いて、足もとを水平方向に振動させたときの身体動作を計測する実験を行った。その際に被験者の足首や膝関節を拘束すると、身体の関節間の協調がどのように変化するかをUCM解析により調べた。その結果、下肢の拘束箇所を増やすと、関節角空間の中で手先躍度に対して冗長となる方向のばらつきが増加した。このことは、利用可能な身体自由度が減少して運動タスクが難しくなると、関節間の協調がより強く働くようになることを示唆している。さらに、腕の機械的インピーダンスを推定するために、デジタル信号処理システムを組み込んだフィードバックシステムも構築して動作テストを開始した。
協調制御のモデルについては、運動軌道にある程度のばらつきを許容しながら、運動タスクの目標については高い精度で達成できる制御法を考案した。具体的には、身体の立位姿勢制御において、重心位置を一意に決めてしまうのではなく、転倒を防ぐ支持多角形内に床反力中心があればよいことに注目して、関節角度の変動を許容する制御法を提案した。この制御法を3リンク倒立振子に適用し、外乱が加わった際に重心はかなり変動するが、より小さな駆動トルクで効率的に立位姿勢を維持できることを示した。

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

身体運動の計測実験システムを構築して動作テストを始めるなど、予定通りの実験ができる環境が整った。また、小型ヒューマノイドロボット(DARwIn-OP)を購入し、足圧センサのプログラムを改善するなど開発環境を整えた。
一方、協調制御のモデルについてはまだ初歩的な研究段階にあり、今後改良を重ねなければならないが、3リンクの立位維持制御の計算機シミュレーションを始めるなど、制御モデルの具体的な検討に入った。

今後の研究の推進方策

構築した実験システムを用いて、被験者が台の上でコップをもって身体を揺らされているときの腕の機械的インピーダンスを推定する。その際、コップの水の有無や視覚情報の有無などの条件を組み合わせた実験パラダイムをくむ。実験では、マニピュレータにより手先に外乱(微小摂動)を与えたときの手先力と腕の変位を計測することで、インピーダンスパラメータ((腕をバネとみなしたときの剛性や粘性の係数)の値を推定する。この計測実験では、被験者の安全性が十分に確保されるよう、万全の安全対策をとる。特に、ロボットアームが伸展しきった姿勢でも被験者の体幹に接触しないように各装置を配置し、また緊急停止のためのスイッチを複数個取り付ける。実験中は、このスイッチを被験者と実験者、補助員(1名)のそれぞれが持ち、万一、ロボットが暴走しそうになったときには、直ちに停止できるようにする。これらの安全対策と実験手順を詳細に詰めて申請書を作成して、「名古屋大学安全厚生委員会倫理部会」の審査を受け、承認後に実験を開始する。
解析においては実験条件ごとに関節の協調度を算出して、インピーダンスパラメータの推定値との関係を検討する。これらの結果に基づいて、人が手先の振動を抑制するために腕の力学特性を変更することで関節同士を協調させているかどうかを考察する(尚、予備的な計算機シミュレーションでは、スティフネスの値を下げれば関節の協調度は高くなるし手先のジャークの値は低くなる)。

次年度使用額が生じた理由

人の運動計測実験が順調に進み被験者が少なくて済んで、謝金としての支出が予定より減額された。またモータコントールユニットの内容を精選して、必要不可欠なデジタル信号処理システムのみ購入したため、今年度の物品費が少なくて済み、次年度の使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

ロボットハンドの先端の力覚センサを導入するための追加費用にあてる。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] ヒトの動作の最適化モデル2014

    • 著者名/発表者名
      宇野洋二
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌

      巻: 32 ページ: 525-529

    • DOI

      10.7210/jrsj.32.525

  • [雑誌論文] Change of a motor synergy for dampening hand vibration depending on a task difficulty2014

    • 著者名/発表者名
      Togo, S., Kagawa, T., & Uno, Y.
    • 雑誌名

      Experimental Brain Research

      巻: 232 ページ: 3101-3109

    • DOI

      10.1007/s00221-014-3994-x

    • 査読あり
  • [学会発表] 視覚フィードバックの遅延を低減したときのヒト腕の目標追従運動2015

    • 著者名/発表者名
      暮石昌志,香川高弘,宇野洋二
    • 学会等名
      電子情報通信学会NC研究会
    • 発表場所
      玉川大学(東京都)
    • 年月日
      2015-03-17 – 2015-03-17
  • [学会発表] ユーザ動作のセンシングと軌道最適化に基づく装着型ロボットのオンライン歩行制御2015

    • 著者名/発表者名
      加藤高之,香川高弘,宇野洋二
    • 学会等名
      第2回制御部門マルチシンポジウム
    • 発表場所
      東京電機大学(東京都)
    • 年月日
      2015-03-06 – 2015-03-06
  • [学会発表] 多関節ロボットの関節間協調を用いた重心変動を許容する立位姿勢制御2015

    • 著者名/発表者名
      伊藤穂高,香川高弘,宇野洋二
    • 学会等名
      第2回制御部門マルチシンポジウム
    • 発表場所
      東京電機大学(東京都)
    • 年月日
      2015-03-06 – 2015-03-06
  • [学会発表] ユーザの動作に基づく装着型ロボットのオンライン最適歩行パターン生成2014

    • 著者名/発表者名
      加藤高之,香川高弘,宇野洋二
    • 学会等名
      電子情報通信学会MBE研究会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-12-13 – 2014-12-13
  • [学会発表] 支持多角形内における重心位置のばらつきを許容する立位姿勢制御2014

    • 著者名/発表者名
      伊藤穂高,香川高弘,宇野洋二
    • 学会等名
      電子情報通信学会NC研究会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-12-13 – 2014-12-13
  • [学会発表] クーロン摩擦を考慮した制御対象の逆モデル獲得のための誤差順伝播学習2014

    • 著者名/発表者名
      清澤悠,香川高弘,宇野洋二
    • 学会等名
      電子情報通信学会NC研究会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-12-13 – 2014-12-13
  • [学会発表] 逐次的な歩様の変更のための歩行補助ロボットの軌道計画法2014

    • 著者名/発表者名
      加藤高之,香川高弘,宇野洋二
    • 学会等名
      第32 回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      九州産業大学(福岡県)
    • 年月日
      2014-09-05 – 2014-09-05
  • [学会発表] 関節アームの軌道生成のためのリカレントニューラルネットワーク2014

    • 著者名/発表者名
      石田将規,香川高弘,宇野洋二
    • 学会等名
      第8回Motor Control研究会
    • 発表場所
      筑波大学
    • 年月日
      2014-08-09 – 2014-08-09
  • [学会発表] 全身バランスの階層的協調制御に対する UCM 解析2014

    • 著者名/発表者名
      竹内花帆,香川高弘,宇野洋二
    • 学会等名
      第8回Motor Control研究会
    • 発表場所
      筑波大学
    • 年月日
      2014-08-09 – 2014-08-09
  • [学会発表] 全身リーチング運動の軌道生成モデル2014

    • 著者名/発表者名
      工藤直紀,香川高弘,宇野洋二
    • 学会等名
      第8回Motor Control研究会
    • 発表場所
      筑波大学
    • 年月日
      2014-08-09 – 2014-08-09
  • [学会発表] フィードバックコントローラを組み込んだ神経回路の 誤差順伝播学習2014

    • 著者名/発表者名
      清澤悠,香川高弘,宇野洋二
    • 学会等名
      第8回Motor Control研究会
    • 発表場所
      筑波大学
    • 年月日
      2014-08-09 – 2014-08-09
  • [学会発表] 随意的共収縮は冗長方向の運動協調に影響を与えない2014

    • 著者名/発表者名
      東郷俊太,香川高弘,宇野洋二
    • 学会等名
      第8回Motor Control研究会
    • 発表場所
      筑波大学
    • 年月日
      2014-08-08 – 2014-08-08

URL: 

公開日: 2016-06-01  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi