本研究は, 位置制御系マニピュレータによる同一対象物のハンドリングを行う協調作業を実現することを目的とし, 協調に必要な機械的コンプライアンスとして, 受動関節機構を導入する手法を提案し, それを用いた3台の協調システムにおいて協調条件の保たれる簡単な見極めの方法を導出し, 対象物形状によらず協調条件を満たす初期姿勢の決定を行った。

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PDMS(ポリジメチルシロキサン)を素材とし, マイクロファブリケーション技術によりチャネル構造を持つマイクロチップを製作した, 本研究では, そのチャネル上でホタルルシフェリンールシフェラーゼ発光反応や, 生体外GFP蛋白質合成などわおこない, マイクロチップにおける生化学反応の基礎的な知見を得るとともに, 生化学のマイクロチップへの応用可能性について検討する。

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化学ICファミリーの中でも特に重要となるSMA駆動方式のマイクロポンプチップを開発した。ハイプリッドマイクロ光造刑法を用い光硬化ポリマーとSMAのハイブリット構造となっている。現段階ではワンチップに3個のマイクロポンプが内蔵されている。本チップを用いることで, 外部ポンプ無しで化学IC内の微少化学流体の搬送が可能となる。他の化学ICチップと結合した実験系を構築し, 本チップの有効性を実証した。

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化学IC内部の複数の流路を動的に切替え, 反応系の動的改編など高次の反系系を構築することを目的としたマイクロ切替えバルブチップを試作した。このチップはひとつの入力口とふたつの出力口を持ち, 出力口の切替えを高速に行える。能動バルブの駆動にはSMAマイクロアクチュエータを利用し, 高速な切替えを実現した。他の化学ICチップと結合したマイクロ実験系を構築し, 本チップの基本機能の実証を行った。

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化学ICを用いた反応系の構築と内部のマイクロ流体回路の設計には, リアクタ数や配置, ポンプの能力などの定量的検討と最適化が重要である。さらに複数の化学ICチップを組み合わせたより高次な反応系構築には不可欠である。そこで構成要素の最適化設計理論と, 化学流体の移動と反応のシミュレータを, ワークステーション上の構築した。

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ハーモニックドライブ減速機に含まれる弾性要素を利用したトルク計測法について, その計測精度の回転速度依存性を実験的に解明した。計測精度は同軸上に配置された市販のトルクセンサの信号を基準に評価した。その結果, 本トルク計測法の計測精度は高速回転時でも2%程度であることが分かった。

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この研究では, マイクロマシーニングにより, 平面コイルとキャパシタによるフィルタ回路を柔軟構造の一部となるように製作し, それをアレイ状にならべて触覚センシングユニットを構築した。柔軟構造への圧力により, コイルが容易に変形し, その結果インダクタンスが変化するため, これを触覚センサとして用いることができる。とくに今回はコイルのレイアウト・回路方式を最適化し, 触覚センシングに適したフィルタ回路を提案し, その特性評価を行った。

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遠隔操作システムにおける触覚情報の呈示手法として, スレーブ側ハンドの触覚センサで捉えた接触に起因する振動を操作者へ呈示することにより現実感を増すシステムを開発している。実際の接触状態をそのまま伝えることは原理的に不可能なので, 人間の触感の生理学な特性に基づき, 触覚センサ信号を加工することにより, 接触の瞬間や離脱, 滑りなどを操作者に分かりやすく伝える手法を報告する。

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ヒトが物体に接触した感覚を遠隔地または仮想空間に伝達するためには, ヒトが指に触覚センサを装着する必要がある。しかし, センサを指の腹に装着すると, 対象物を直接さわれない。そこで, 爪のひずみを検出することにより, 法線力・接線力を分離して検出する手法を提案する。また, 手法の妥当性を有限要素解析および実験により確認する。

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厚さが8∿50ミクロンの6種類のステンレス箔を刺激として用い, 6名の被験者について厚さ弁別いきを測定する実験を行なった。その結果, 厚さ弁別いき値は5.9∿10.2ミクロンとなった(実験1)。また, 厚さ10∿50ミクロンの, それぞれ5種類の銅箔とステンレス箔の厚さを比較する実験(被験者6名)では, 箔の厚さが等しい場合, ステンレス箔の方を銅箔より厚く感じることが明らかとなった(実験2)

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筆者らはこれまで, 物体の材質識別のために皮膚感覚機能を模倣した感圧ゴム触覚センサを提案した。したしながら, 環境温度や対象物の大きさなどが限定されており, 汎用性を有する触覚センサとして例えばロボットハンドへ適用することが困難であった。そこで本講演会では, 環境温度が変化した場合でも材質識別が可能となるように, センサの温度を環境温度の変化に対応して自律的に制御する材質識別触覚センサについて報告する。

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「インパルス性雑音の除去」と「信号成分の突発的な変化の保存」という相反する要素を満たすフィルタを提案し, 超音波センサによって得られた信号に対して適用した。本手法は, スライディングモードシステムに基づきシステムを構築しており, スライディングモードシステム内部の飽和要素が瞬間的な過大入力を抑制する, という特長によりインパルス性雑音を除去している。また, 信号成分が突発的に変化する場合についても考察し, 実環境でより有効なシステムを構築した。提案手法は非線形システムであるが, S/N比を用いた評価基準を設けることによって, 定量的評価も行った。

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3次元空間内を自由に移動する金属球の中心までの距離を高周波発振型の近接センサで計測し, 少なくとも3つのセンサから得られる中心の存在領域の共通集合として位置を定める方法を明らかにする。また, 実験データを示す。さらに, 加速度方向センサへの応用を考え, 金属球を球容器内に閉じこめる場合の実測データを示す。

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測距には光, 超音波が主流として使われている。我々は超音波による測距の精度改善を目的として研究を行っている。超音波よりも低い周波数帯域の特定周波数を位相変調することによりM系列を波形表現し, その波形を複数の位置の違うスピーカーから送信する。受信した波形の到達時間着によってスピーカーの相対距離の測定を行う手法を提案し, その測定結果について考察する。

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最近の研究ではステレオ視覚システムや超音波センサと画像センサを組み合わせた3次元認識システムなどがあるが, 赤外線はあまり用いられていない。そこで本研究では赤外線センサを用いて, 距離データから目標物の形状を認識し, そのデータを用いて作業者に分かり易いように3次元グラフィック出力するシステムの開発を目標とした。画像センサの使用できない暗い場所での利用や局部的な壁面の3次元地形惰報を得られることが特徴である。

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現在の産業用ロボットに用いられている力覚は, 剛性が高いため, 対象物を壊したり, 作業者に危険を加わえる可能性がある。一般環境に用いられるロボットでは, 柔軟な力覚の必要性が考えられる。本稿では, 力を位相変調型光センサによって, 距離と傾きを測定する方法により, 柔軟な力覚を実現した結果について報告する。

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ロボットが一般環境で行動する場合, 外界での状況変化を効果的に検出・判断し次の行動を決定して行く必要がある。筆者らは長縄飛びをするジャンピング・ロボットを開発することにより, 外部環境に適応するロボットシステムを実現してきた。ここでは, 跳躍のタイミングを決定する縄の検出と, 着地の検出のための非接触センシングシステムについて報告する。

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日常生活においてロボットが誰にでも使われるにはロボットの身体に直接話しかけたり触ったりすることでタスクの指示や教示を行えるようになる必要がある。直接教示する方法として, 特に言葉で説明してきかせる方法, 実際に手取り足取り教える方法に着目し, そのようなロボットシステム実現のプラットフォームとして, 25自由度を持ち, 視聴触覚を持つテディベアを規範とした2脚2腕型のロボットを開発した。また, 基本システムとして, CORBAをベースにしたネットワーク分散型のモジュール化されたインタフェースシステムを開発し, データ駆動的に入力データを処理する。そして, その上で簡単なタスクのための直接教示システムと行動ネットワークを構築し, 簡単な動作などを教えて知識としてとりこみ, 再利用するシステムを作った。

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人間の活動を的確に支援するために必要な人間の空間的位置を, ビデオカメラの映像と床に敷いた圧力センサからの位置情報により認識するシステムを構築した。システムは人間の顔, 手発見を高確率で行い, かつ計算量を低減させてリアルタイム性を確保した。また, 照明変化に伴う見え色変化を補正するアルゴリズムを構築し, システムの長時間動作を可能にした。

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行動を介して人とやりとりできるような機械の実現を目指す上で, 動いている人間を, 視覚を用いて発見・追跡する機能は重要な役割を果たす。この視覚追跡機能と, マイクアレイを用いた選択的収音(音響焦点形成)機能とを組み合わせることにより, 対象とする人(音源)が移動してもそれに追従して音響焦点を移動することができる筈である。本講演では, この仮説の妥当性検証のために, まず行った。マイクアレイ利用音響焦点形成実験について述べる。

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ロボットによる対人相互作用研究の一環として, 著者らが構築中の車輪型移動ロボットについて述べる。人の顔を見分け, 声による指示や, 身振り, 手振りを解して行動できるような, いわば「犬」的能力の実現を目指す。将来的には別稿で述べる顔発見・識別機能や選択的収音機能を取り込んでゆくことを視野に入れ, 感覚機能として, まず視覚と聴覚を実装した。具体的な題材として現在取り組んでいる, 「声による指示に従い人の後をついてゆく(人が止まれば止まる)」課題についても報告する。

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異なるポテンシャル関数と計量とを用いることにより, 2種類の逐次学習型LDAアルゴリズムが導かれる。片方(非対称型)はOjaの逐次学習型主成分分析を直接拡張した形で, 他方(対称型)はそれに対称化を施した形をしている。性能比較実験の結果, 非対称型は局所解を持たないという利点がある一方, 対称型は少ない例題数で学習が収束するという利点があることが判明した。

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明るさ変化, 大きさ変化に頑健な顔発見手法と, これを応用した実時間の顔認識システムについて述べる。行動を介して人とやりとりできるような機械の実現を目指す上で, 機械による人の発見・認識能力は重要な役割をはたす。その際, 顔は人体各部のうちでも特に情報量が多く重要である。本講演は, 著者らが研究中の頑健な顔発見手法とその応用について述べるものである。

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本研究ではマン・マシン・インタフェースの手法として, 画像処理を用いたジェスチャ認識を行う。ジェスチャをする人間の手の特徴量抽出法として, パターン認識には正規化相関を用いたテンプレートによる局所的な範囲でのパターンマッチングを行い, 動き情報として色情報から得られる手の重心の速度ベクトルを抽出することとする。これらの処理を併用し, ジェスチャ認識を行うための手法を提案する。

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身体的インタラクションが主観的解釈に与える影響について考察する。モダリティの多様化により, 主観的解釈に複雑さを与えると仮定し, 身体を持つロボットと人とのインタラクションにおいて, 人の主観的価値を高めることについて述べる。

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本研究では生理学の知見を基に, ロボットハードウェアをベースとした行動知能モデル, コミュニケーション知能モデルを提案, その有効性を検証することを目的としている。本稿では開発した自律ロボットWAMOEBA-2R(ワメーバ)のアームハンドシステムの概要, 制御手法と, '99国際ロボット展においてWAMOEBA-2が実現した, 人間との物理的インタラクションに関する評価結果を述べる。

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本研究は被介護者の音声から, 不快度を工学的に検出するシステムを構築する事を目的とする。本システムは音声処理部と不快レベル認識部に分けられる。音声処理部にはデータを実時間処理するために線形予測分析を, 不快レベル認識部には感情の曖昧さに対応できる手法としてリカレントニューラルネットワークを提案する。このシステムを構築することにより, 介護者・被介護者の負担を軽減する事を目指す。

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ペット動物と同様に, その外観, 挙動や感触から, 楽しみや安らぎなど, 人間に精神的価値を与えるメンタルコミットロボットとしてアザラシ型ロボットを開発した。特に人間とロボットとのコミュニケーションとして, 身体的に触れ合うことを重視し, ロボットの外皮の質感を上げ手触りの良い物にした。ロボットの動作に対して, 人間の主観的な解釈が豊かになるように, 自律的な動作に加え, なでる, たたく, 話しかける, 抱き上げたりするなどの刺激により, 生き物ような反応をするものである。

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本研究では情緒表現を伴った動作を解析し, ロボットに情緒表現を伴った動作をさせることを目的としている。人間と比べて自由度が少ないながらも情緒をよく表現している文楽人形の演技動作を測定し, 解析を行う。測定によって得られた動作時系列のデータは物体の大きさに依存したものであるので, 得られた知見をもとにロボットに動作を生成させるには不適切である。そこで動作を動作譜を用いて記述し, また連続量を表示することで細かな動作までを動作譜で表現することを提案した。

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人間型ロボットやCG内の人物の動作を簡単に設計するために, 身体の慣性主軸の動きの設計を最初に行い, 次に慣性主軸に対する相対動作を設計する方法を提案している。そのために, 文楽人形の演技動作の慣性主軸の動きの動作の情緒に依存した変化が, 位相要素と振幅要素に基づいて説明できることを示して, そのような知見による動作の設計方法を提案し, 設計された動作の具体例を考察する。

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色をコンピュータで識別する場合, RGB情報を用いた処理が行われる。しかし, 人間は冷たい・暗い・温かいなどの感情的な感覚表現で色を捉える場合がしばしばある。本報告では, RGB情報からH(色相)・S(彩度)・V(明度)情報に変換し, これにファジー推論を適用して個々の色に対する感情表現を出力するシステムとその実環境下での実験結果について詳しく述べている。

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人間の情動を考慮した行動決定アルゴリズムに関する研究で, 信号機に情動アルゴリズムを持たせた交通網モデルを提案する。ドライバーの心理特性を心理モデルとして, ドライバーにとって, ストレスを感じない交通環境の実現を目的としている。心理モデルでは, 「時間」, 「混雑度」, 「隣接する信号の状態」を基準に情動を作り, その状態に応じた動作を生成している。本発表では提案する心理モデルおよび交通網モデルを紹介し, 心理モデルの効果をシミュレーションの結果によって紹介する。

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本稿では, 環境の変化に適応した行動のできるロボットをつくるため, 少ない知能で環境に適応した行動を行う動物に注目し, その行動の模倣について述べる。これを実現させるために, 意識アーキテクチャと呼ぶ「意識と行動」を階層的に関係づけた, 階層構造モデルを構築した。さらに行動選択をする評価関数を導入し, 人工動物の自律行動を実現するためのシュミレーションツールを開発した。

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本稿では, 半自律制御ロボットと人間の協調を実現するために, インターフェイスの開発を行った。また, このインターフェースを用いて, 半自律ロボットの迷路探索行動制御の実験を行ったので。これについて報告する。このインターフェイスにはユーザーが迷路をマッピングすることにより, ロボットがおかれてる環境を把握し, ロボットはそれをもとに行動をすることができる。

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ペットロボットの微妙な動作に対する人の感性情報計測の方法を提案し, 検証実験について報告する。

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高松高専制御情報工学科では4年間「メカトロニク・スシステム設計」という授業名で「モノづくり教育」, 「メカトロニクス教育」を続けてきた。また既に本授業の事例紹介や, 授業を進める上での問題点の提起も行ってきた。本稿では, 高松高専制御情報工学科における「メカトロニク・スシステム設計」の4年間を鑑みて, 選ばれた製作テーマの評価を行い, 製作テーマ選択のノウハウ, 難易度の設定などについて述べる。

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本講演のトレースロボットは, 黒地に引かれた白線に沿って走行するロボットである。特長としては白線を検知する3個の光センサの状態によって2個の直流モータの回転を制御するもので, マイクロコンピュータは搭載していない。この比較的コストの安いトレースロボットを, 電子回路を学ぶ実習教材として使用するためのテキストを作成した。

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芝浦工業大学電気工学科で行っている「製作実験」について述べる。この製作実験では本学1年生が, ライントレースロボットを一人一台, 設計し製作する。学生は, そのライントレースロボットを製作する過程において, 光反射型センサ, モータ駆動回路, そして論理回路の設計, 製作方法を習得する。本稿では, そのロボットの詳細と授業の様子について述べる。

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東京理科大学理工学部機械工学科では, メカトロニクス教育の充実のため機械科三年生の実験課題にメカトロニクスの基礎とロボットの制御実験を取り入れた。これは機械工学科における計算機工学教育の見直しによるC言語教育と連動する形式となっている。1年生からのC言語教育の実践の場として, コンピュータ制御の対象となり, かつ, メカトロニクスの基礎とロボットの逆運動学の理解等を容易にする目的のための6自由度マニピュレータを試作した。試作マニピュレータを用いたメカトロニクス教育の試みについて報告する。

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レゴ・マインドストームは, コンピュータ, モータ及びセンサを含んだ, ロボット製作キットである。このキットは, 一般に存在するような, 規定されたロボットを作るものとは違い, ブロックを組み立てるという簡単なシステムによって, 色々なロボットを製作し, パソコンで自分が動かしたい通りに制御できる。こういった, もの作りを通して, ロボティクス・メカトロニクスを, 体験的にわかりやすく学習できる効果について検討する。

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半導体関連用アクチュエータは極めて高い位置決め精度が要求される。このような市場ニーズの中で, ノーバックラッシ, 高回転精度, 高減速比を有するハーモニックドライブ, 小型ステッピングモータ, 高精度カムを組み合わせた高精度リニアアクチュエータを製品化した。本製品の特長は回転-直線変換要素にカムを採用した点にある。

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ペン自体にセンシング手段を設けることで, 筆記軌跡の座標が入力でき, 携帯性に優れた座標入力装置を開発した。本ペン型座標入力装置では, 筐体内にジャイロセンサ, 加速度センサを内蔵させ, 検出される角速度及び加速度の出力から, ペン先座標の軌跡を高精度で演算する。現在, 数文字程度の文字入力が可能になったのでここに報告する。

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ダイバー用新型FIN(RAM型)を開発し, その計測・比較を行い, 従来のものより優れた特性があることを示す。

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制御する対象は, 一般に非線形であり, 中には関数の形が不明なものもある。このような場合, 非線形部分を推定し, 補償し, 線形化すると制御性が大幅に改善される場合が多い。この発明は, 関数の形が不明の場合の補償手段を与えるものである。

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10年間にわたる研究の結果, 連続平面壁を移動できるプロペラ推進型壁面移動ロボットを完成した。このロボットを壁面の凸凹や建物の角を回り込んで移動できるようにするための, 技術的展望について発表する。

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本研究は水田作・畑作・牧草作業における1年間の農作業すべてに作用できる農用移動ロボットの開発を目的としている。そのためには作業ロボットが広範な作業速度に対応できる必要がある。本研究ではRTK-GPSと光ファイバージャイロを航法センサに用いて作業速度2.0m/sでの自律作業を実現した。またほ場ナビゲーションマップをGISによって生成し, マップに基づいたガイダンスシステムにより各種作業を自律化した。

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近年, 農用車両の自動走行に必要な位置計測手法として, GPSを使用するのが一般的になっている。しかし, GPSアンテナは地上から約2∿3mの位置に設置され, 車両の傾斜によって誤差を生じる。本研究では, 車両の傾斜によるGPSの位置計測誤差の補正法を考案した。まず, 傾斜を与えた有人直進走行を行い, オフラインで傾斜補正をすることでその精度を評価した。また, この傾斜補正法を適用した自動走行実験を行った。

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本研究はマシンビジョンを使用することで, リアルタイムに作物の窒素栄養ストレスを検出可能なセンサを開発することを目的としている。屋外環境下で使用するセンサの開発は, 計測する光エネルギ波長域の決定, 光源の変化にともなう外乱の補償が重要な鍵を握る。波長域の決定には, 分光測色計を用いて作物葉面の反射率を計測し, SPAD値と相関の高い波長域を決定した。光源変化には, 近赤外領域分光を用いて太陽の日射量を推定することで入出力エネルギ変化の補償を行った。

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本研究では精密農法(プレシジョンファーミング)及び無人トラクタの自律走行作業の運用支援を目的とした情報システムの設計を行い, 走行経路・PF作業のプランニングを行うプロトタイプシステムとして構築する。作業実現に向けて, 本システム上での作業プランニングから自律走行トラクタによるフィールドテストまでを行いシステムの有用性・問題点等の検証を行う。

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大規模な圃場を対象とした精密農法を実現する目的で, 専用の圃場管理GISを用いて作成したアプリケーションマップに基づいて作業機を制御するシステムを開発している。本開発では, GPS搭載トラクタ, 可変制御作業機, および制御用の複数のPCを用い, トラクタおよび作業機に接続された各PCと, マップ制御用のPCとの間で通信を行う構成により, 機器構成の変化に柔軟に対応できるようなシステムを構築している。

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