論文集抄録
〈Vol.43 No.11(2007年11月)〉
論 文 集 (定 価) (本体1,660円＋税)
年間購読料 (会 員) 6,300円 (税込み)
〃 (会員外) 8,820円 (税込み)
タイトル一覧
［論 文］
［ショート・ペーパー］
［論 文］
［論 文］
▲
■ Design of Acceptable Handing Motion of An Arm-robot Utilizing "Kansei" Transfer Function
愛媛大学・柴田 論，山本智規
本論文では，腕型ロボットから人間への手渡し協調運動生成を，感性伝達関数という概念を取り入れることにより人間にとって心理的に受け入れられるものとする一手法について検討する．まず，従来あまり行われていなかった，垂直平面内の人間どうしの手渡し動作の特徴解析，およびモデル化を行う．人間どうしの手渡し運動特性を，渡し側の運動を受け側の運動に対する協調という点から分析する．その結果，渡し側の運動生成は，単に受け側の運動軌道に同期するだけではなく，独特の滑らかさが含まれていることを明らかにした．その滑らかな協調特性を，“協調伝達関数”という概念を含むモデルにより表現した．さらに，ロボットに人間心理に好ましい手渡し協調運動を生成させることを目指し，協調伝達関数に基づく“感性伝達関数”の概念を提案し，感性的効果をロボットの運動生成に実現する手法を提案する．そして，実際に腕型ロボットから人間への手渡し運動実験をいくつかの感性伝達関数のパラメータのもとに行い，心理学的評価を通じて感性伝達関数の感性的効果について検討した．その結果，人間心理に好ましく，また異なる心理的効果を感性伝達関数により表現できることを確認した．
▲
■ ステレオ画像列からの動作認識
弘前大学・小野口一則，佐藤正明
1枚の画像で水平(X軸)方向，垂直(Y軸)方向，時間軸方向の情報を保持するTemporal Templatesにステレオ視で求めた視差情報を加え，奥行き(Z軸)方向の動作の違いが容易に把握できるジェスチャー認識手法を提案する．視差を複数の段階に分け，各視差段階において動作が検出された画素にフレーム番号に応じた輝度を割り当て，動作の履歴情報が含まれるグレースケールの特徴画像(Temporal Template)を作成する．各ジェスチャーに対し，全視差段階の特徴画像をSVM で学習し，ジェスチャーモデルを生成する．そして，入力画像列から求めた特徴画像をジェスチャーモデルと照合し，ジェスチャーの種類を識別する．従来のTemporal Templates法との比較実験を行い，奥行き方向の動きの違いが重要となるジェスチャーの識別に本手法が有効であることを示した．
▲
■ ハプティックジョイスティックによる障害物回避と制振性を考慮したオペレータ支援システムの開発
岐阜大学・矢野賢一
豊橋技術科学大学・竹本充志，寺嶋一彦
港湾や建設現場における荷の搬送や積み下ろしに，旋回，起伏，巻上げ下げの3動作により任意の位置に荷を搬送でき，かつ作業場所を容易に変更することのできる旋回クレーンが多く用いられている．港湾における作業においては，荷物の積み下ろし時間の短縮が求められているうえ，吊り荷が振動しやすく，非常に難しい作業となっている．本研究では，旋回クレーンの操作にハプティック制御技術を導入し，障害物や可動限界に接近した際，操作者に危険回避情報を力覚提示可能なハプティックジョイスティックシステムを構築する．そして最終的には，搬送作業中における搬送計画や経路決定などの非定型作業は，操業者が自ら指令を与え行うが，操作が非常に難しいとされる振動抑制制御と障害物への衝突回避は，機械が自律的に行う安全性と作業性を考慮した旋回クレーンのオペレータ支援システムの開発を行うことを目的とする．制御系設計においては，振れ角情報は使用せず，ロープ長変動を考慮した上で残留振動抑制と速い正確な荷物の位置決めを同時に行えるハイブリッド整形法を旋回クレーンの制御に適用する．また，障害物回避を行うために，拡散方程式によるポテンシャル法を適用し，旋回クレーンの速度制御を行う．
▲
■ 指根元部圧迫時における指先触感度の向上
広島大学・丁 憙勇
大阪大学・金子 真，東森 充
広島大学・松川寛二
血流がヒトの指先触感度にどのように影響を及ぼすかということについてはほとんどわかっていない．本研究では，指根元部を強制的に圧迫した状態で触感度がどのように変化するかについて実験的に調べることを目的としている．レーザー血流計で指先部にたまる血量，非接触式硬さ計で指先部の硬さ，さらにWeberの法則に基づいた実験装置を構築して触感度の実験を行い，圧迫した状態では，圧迫しない場合に比べ，危険率0.1%以下で一触感度が向上することを発見した．さらに測定点の硬さと触感度の間にも強い相関が現れることがわかった．
▲
■ 異なる時系列を持った視聴覚信号による人間のリズム生成に関する研究
東京大学・緒方大樹，竹中 毅，上田完次
これまで，視聴覚信号によって同時に誘導される人間のリズム生成は，おもに聴覚からの影響を受け，視覚の効果は小さいかほぼないと考えられてきた．しかしながら，われわれがこれまでにおこなってきた研究から，視覚もしくは聴覚のみによって誘導されるリズム生成において，周期的な時間構造を持つ視覚刺激は，同様の時間構造を持つ聴覚刺激に比べて，同等かそれ以上の効果をリズム生成に与えることがわかってきた．そこで本研究では，ランダムな時間構造と周期的な時間構造を持った視聴覚信号に基づく交互タッピング課題を用いて，視聴覚によって同時に誘導される人間のリズム生成に関してより詳細な観察をおこなうことにした．結果，確かに聴覚信号の効果は大きいが，周期的な視覚刺激はランダムな聴覚刺激と同時に提示された場合，リズム生成に影響を及ぼすことが明らかとなった．この結果は，外界の時間情報を得る感覚の違いに加えて，その時間情報の構造によっても人間のリズム生成が異なる影響を受けることを意味しており，このことはリズム生成において視聴覚の役割が異なることを示唆している．視聴覚による二重的な運動制御の誘導は人工物の設計論の視点からも有効であると考えられる．
▲
■ 複雑な環境変動における認知を伴うタイミング機構−環境の複雑性を考慮したインタフェース設計のための基礎的研究−
東京工業大学・武藤ゆみ子，三宅美博
ミュンヘン大学・エルンスト ペッペル
近年，ロボティクスやIT技術などの分野において，人間のコミュニケーション支援を目的とする技術が，数多く提案されている．しかし，これらを実際の人間の生活する環境に適用するためには，実環境のもつ動的な複雑さを考慮することが必要不可欠であると考えられる．
そこで本研究は，実世界のもつ複雑さを考慮したインタフェース設計のための基礎的な知見を得るため，複雑に変動する環境へ人間が適応する過程に注目し，そのような環境における人間のタイミング機構を，認知との関連から明らかにすることを目的とした実験的な解析を行った．具体的には，環境の時間構造の認知とそれに基づく適応メカニズムの関係を検討するため，環境変動の複雑性を制御できる新たな実験パラダイムを提案し，それに対する人間の応答特性の解析を行った．その結果，単調な環境では身体化された自動的プロセスを中心としてタイミング制御を行っているが，複雑な環境では自動的プロセスだけでなく，認知的プロセスも併用していたことが明らかになった．この結果から，人間の環境適応の仕組みを評価する上で，人間が環境の複雑さを如何に認知しているかということが重要であり，それによって戦略を柔軟に変化させることができる人間の適応機構の存在を示唆した．
［ショート・ペーパー］
▲ ■ 弾性エネルギを付加した受動歩行モデルの提案
電気通信大学・水野正博，大竹 博，田中一男
アクチュエータなどの動力源を用いずに重力のみを利用して斜面を降りる受動歩行に関する研究が行われている．しかし，受動歩行動作は切替を伴った非線形システムであるため，その理論的な解析は非常に困難である．本論文では，受動歩行ロボットの支持脚と遊脚の間にバネやゴムを取り付けることによって，歩行動作に弾性エネルギを付加した新たな受動歩行モデルを提案する．受動歩行ロボットは歩幅が大きすぎる，もしくは，小さすぎると直ぐに転倒する傾向があり，バネやゴムの弾性エネルギによる復元力を利用することで，遊脚の振り出しを抑制し，より安定した歩行を可能にする．本論文では，はじめに，考案した受動歩行モデルの運動方程式を示す．つぎに，シミュレーションにより弾性エネルギの効果を示す．最後に，実機を用いた実験により，受動歩行ロボットに弾性エネルギを付加することの有効性を示す．
▲
■ パッシブ型スキーロボットによるアルペンスキー・ターンの実験的研究
秋田県立大学・嵯峨宣彦，齋藤直樹
近年，さまざまな視点でスキーのターンに関する研究が進められている．また，スキーロボットを利用して，スキー･ターンのメカニズムも明らかになってきている．しかしながら，これらの近似式を使って導出された力学モデルは，アルペンスキーのターンに適合していない．そこで，さらに，スキーターンの理論的な解明を行うため，パッシブターン型スキーロボットを製作し，重心位置や体重移動のタイミング，スキー板の形状などが及ぼすターンへの影響を調べた．本論文では，これらの実験結果について報告する．
▲ ■ Transient-SOMを用いた手画像命令学習システム
富士通・羽野ともえ
山口大学・呉本 尭，小林邦和，大林正直
Kohonenの自己組織化マップ（SOM）をベースとして，画像分類，行動判別および学習結果を保存することができる複数の機能層を持つTransient-SOMを構築し，実用性を重視した手画像命令学習システムを提案する．提案システムでは，手画像の分類および命令に従った行動の学習はそれぞれ競合学習・学習ベクトル量子化（LVQ）および強化学習によって行う．また，ロボットの命令習得状況（内部状態）を反映する感情マップを設計し，ロボットの動作や顔の表情によりその感情値を命令教示者に示す．「ERS-7」型AIBO（ソニー(株)，2003）を用いた実機実験を通して提案システムの有効性を確認した．
［論 文］
▲ ■ 可変ばね剛性機構を利用した微小重力環境における質量測定器の開発
立命館大学・石橋良太，小澤隆太，川村貞夫
本稿では，微小重力環境における可変ばね剛性機構を利用した質量測定法を提案する．本手法で用いる質量測定装置は，土台に取り付けたアクチュエータが可変剛性機構へ振動を与える構造となっており，被測定物体は可変剛性機構の先端に取り付ける．このとき，被測定物体が目標周期で振動するように可変バネ剛性を調整させ，そのときのバネ剛性値と目標周期から質量を測定する．質量測定に必要なシステムのパラメータはバネ剛性のみであり，参照質量等を含めた他のシステムのパラメータを必要としない．反共振現象を利用した質量測定法は他にあるが，反共振点への調整に可変ばね剛性機構を用いた質量測定器は他に例がない．また，宇宙構造物では振動が問題となるが，収束後は台座の振動が零へ収束する．また，過渡状態でも振動は非常に小さくできる(実験装置で振幅が0.07[rad])．本原理に基づく質量測定法の有効性がシミュレーションと実機実験により示されている．
▲ ■ 一対の圧電セラミック素子による一様媒質中の対象の3 つのパラメータの推定
佐賀大学・清水俊彦，木本 晃，信太克規
本研究の目的は，測定対象の周囲に配置された複数の圧電セラミック素子を用いることで，同一空間内における電気および超音波特性をイメージングするシステムを確立することである．そのために電気・超音波統合型センサを提案した．提案センサは，圧電セラミック素子をもとにしており，測定対象の超音波特性を測定するとともに圧電セラミック素子の表面の電極を使うことによって対象の電気特性も測定しようとするものである．本稿では，本手法の有用性を示すための基礎的検討として，一対の圧電セラミック素子による静電容量と伝播時間を測定することで一様媒質中に挿入された円柱の位置，大きさおよび比誘電率の推定を試みた．結果として，提案センサによる異種媒体の3種類のパラメータの推定の可能性を示しえた．
▲ ■ 脈波と体動信号による睡眠指標
法政大学・栗原陽介，渡辺嘉二郎
キヤノン・山崎貴史
東京医科歯科大学・田中 博
空気圧方式で計測した波形に対し心拍数を高精度に推定するため，くし型フィルタを使用する方法を提案した．この方法は脈波の高調波成分を効果的に利用するものであり，脈波成分と体動成分を分離することで，体動が発生した場合でも高精度に心拍を推定することが可能である．この分離した脈波成分と体動成分を使用し，REM睡眠に関する指標と覚醒，Non-REM睡眠の深さに関する指標を新たに定義した．REM睡眠に関する指標は，「REM睡眠時には心拍数が乱高下する」という生体現象の特徴から，1分間内での心拍数の変化として定義した．覚醒，Non-REM1,2,3,4の深さに関する指標は，「睡眠が深くなるにつれ，体動の大きさが小さくなる」という生体現象の特徴から，脈波と体動の平均振幅の比の対数として定義した．この指標は測定系における通信容量の負の値である．この2つの睡眠に関する指標と，脳波，眼球運動と比較した結果，REM睡眠に特徴と覚醒，Non-REM睡眠の深さの特徴をそれぞれ反映している．また，REM睡眠に関する指標と睡眠の深さの指標を使用し睡眠段階を推定した.その結果，R&K法による睡眠段階との一致率は51%であった．
▲ ■ 強化学習における性能と信頼性を両立する最適政策
金沢大学・泉田 啓，藤井信治
一般的な強化学習問題では，サンプルから推定される状態遷移確率に対し最適政策を求める．その際，適切に状態空間を構成して，サンプルに対する最適政策を得ることを考える．この際，状態空間が異なれば，異なる最適政策が導かれる．本研究では，どの最適政策を採用すべきかを決める評価基準として，最適政策の性能と信頼性を導入する．性能と信頼性にはトレードオフの関係がある．性能と信頼性を同時に評価する評価値を定め，それを最小化する最適政策を求める最適化問題として，両立性最適政策決定問題を定義する．その問題を解く一般的解法を示し，計算コストを低減化する近似解法を示す．つぎに，サンプルを増やしつつ最適政策を学習する一般的な状況において，両立性最適政策決定問題を応用することにより，学習を効率化できることを示す．提案法の有効性を数値シミュレーションにより検証する．
▲ ■ 衝突回避を考慮した複数ロボットのオンライン目標軌道修正−ロボット間の相対角度を用いた手法−
電気通信大学・桜間一徳，中野和司
本論文では，複数ロボットに対して与えられた目標軌道を，衝突回避を考慮して修正するオンライン手法を提案する．本手法では，各ロボットを衝突しないように配置する滑らかな写像を用いて目標軌道の修正を実現する．これによって，ロボット同士が衝突しない軌道が生成され，かつそれはロボットが追従可能であるために十分滑らかである．このような修正軌道は，衝突回避が実現できる限り元の目標軌道に近い方が望ましい．このような観点から，修正法に対する性能の評価を，修正が加わる領域の大きさが小さいことで定義する．本論文では，ロボット同士の相対距離に加え相対角度を用いることで，既存法よりも性能の良い修正法を与えている．最後に，3
台の移動式ロボットによるシミュレーションによって，より自然な修正軌道が生成されていることを確認する．
▲ ■ 4輪制駆動・ステア統合制御による最短回避制御
豊田中央研究所・服部義和，小野英一
理化学研究所・細江繁幸
筆者らはこれまでに統合車両運動制御VDIMを実現する階層型アルゴリズムと，4輪タイヤ力の最適配分制御手法を示してきた．ここで実現したアルゴリズムはドライバの操作から所望の車両運動を求め，それを実現するものであった．本報告では回避すべき横移動距離が与えられたときに，最短距離での回避を実現する制御手法を提案する．提案手法では制御アルゴリズムを以下の階層に分解して考える．1つは車体の最適軌跡を実現する力とモーメントを求める問題，もう1つは目標となる軌跡を実現する車体の力とモーメントを4輪の制駆動，ステア制御で実現する問題である．本報告ではまず車体を質点と仮定して，障害物の大きさに相当する回避に必要な横移動距離と自車の前後・横速度から，最短距離での回避を実現する車体の前後・横力を与えるコントローラを最適性の条件より導出する．つぎに得られたコントローラが簡単な3次元のマップによって表現でき，オンラインで計算可能なフィードバックコントローラを構成できることを示す．こうして得られた最適な車体前後横力は，すでに提案している擬似逆行列を用いた逐次2次計画法に基づいて4輪のタイヤの発生力への配分が可能であり，各輪の駆動力，ブレーキ，ステアの統合制御によって最短回避を実現できる．
▲ ■ 多様化と集中化の探索戦略を階層的に併用する大域的最適化手法
慶應義塾大学・佐々木琢一，相吉英太郎
近年，凹凸の激しいいわゆる多峰性関数の大域的最適解を求める手法として，メタ-ヒューリスティックスとよばれる最適化手法が注目を集めているが，その探索は多様化と集中化の機能によって特徴づけられている．本論文では，異なるアルゴリズムを階層化することによって，多様化と集中化の探索機能を併用した大域的最適化手法を提案している．とくに上位の多様性機能を有する探索手法として，最近話題となっている多点探索法であるParticle
Swarm Optimization法が効果的であること，また局所的最適解が比較的等間隔で並んでいるような関数の大域的最適解を探索するのにとくに優位であることを確認し，これらの特性を用いることによって，離散最適化問題を連続化した問題の大域的最適解探索に威力を発揮することを，機械設計問題のベンチマークに対するシミュレーションによって明らかにしている．
▲ ■ Bayesian Networkを用いた事象駆動型システムの分散型故障診断
名古屋大学・齋藤光生，稲垣伸吉，鈴木達也
名古屋市工業研究所・青木 猛
本論文ではPLCに代表される事象駆動型システムの分散型確率的故障診断法を提案する．まず，対象とするシステムをいくつかのサブシステムに分割し，各サブシステムに局所的診断器を配置する．局所的診断器では，各サブシステムで観測されるイベントの時間間隔を確率変数とし，時間付きマルコフモデルによって各サブシステムの挙動を表現する．そして，そのモデルとシステム運用の際に観測されるイベント系列から，サブシステムに想定される故障候補の条件付き生起確率を計算する．つぎに，局所的診断器の計算結果を大域的診断器に集約し，システム全体で想定される故障を同定する．大域的診断器では，各サブシステムで想定される故障候補と観測されるイベント系列間の因果関係を，ベイジアンネットワークを用いて表現する．ベイジアンネットワークを用いることで診断に要する計算量を削減することができ，大規模システムの故障診断を実時間で行うことが可能となる．最後に，提案手法を現実的なシステムの一例である自動搬送ラインに適用し，その有用性を示す．
|
