ロボットの効率的な運動制御を通して
ヒトや動物の運動を深く知ろう

浅野研究室　ASANO Laboratory
准教授：浅野 文彦（ASANO Fumihiko）

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［研究分野］
ロボティクス・制御工学
［キーワード］
動的システム理論、運動制御、解析力学、歩行ロボット

研究を始めるのに必要な知識・能力

解析学、線形代数学、および力学の基礎を習得していることは必須条件です。Mathematica、MATLAB、MaTXなどの計算支援ツールに習熟していると更に良いでしょう。

この研究で身につく能力

理論研究は主に、モデリング・制御系設計・運動解析の三段階からなります。まず解析の対象とする多リンク系（マルチボディシステム）の運動を数学的にモデル化します。次に、その力学特性を有効に利用した効率的な制御系設計を行います。最後に、提案する制御法をシステムに適用し、数値シミュレーション更には実機実験を通してその有効性を確認します。この一連の作業を通して、実世界におけるヒトや動物の運動を正確かつ客観的に把握・解析する能力、および得られた数理的知見を新しい機械システムの開発へ運用する工学的応用力の習得が期待できます。

【就職先企業・職種】 電機メーカー、自動車メーカー、鉄道事業者など

研究内容

写真1．能動的な揺動質量を搭載した
連結型リムレスホイール


写真2．摺動と揺動を利用した
劣駆動移動ロボット


写真3．歩行データ計測システム

ヒトの2足歩行は高度な技能を必要とするもので機械には実現困難な運動であると考えられてきましたが、数理的には脳神経を使わなくても実現可能な、本質的に安定な運動であることがロボティクス分野の研究を通して明らかにされてきています。これはロボットの2足歩行を工学的応用としてでなく、衝突を含む周期運動として、すなわち物理法則として捉え直したことで生まれた新たな科学的知見です。

当研究室では、このようにロボティクスを一つの手段としてヒトや動物が実現している高度な運動の本質を深く知ろうとする、サイエンスとしてのロボット研究を推進しています。
具体的には、①数理に基づく検証を通してヒトや動物の運動メカニズムを正確かつ客観的に知ること、そして②得られた知見を基に高度な技能を実現する新しい機械システムを創造することを中心的な目標としています。

取り組む研究テーマは各自の素朴な科学的興味に沿って自由に設定して構いません。歩行の例を幾つか挙げれば、ヒトは何故リラックスして2足歩行ができるのだろうか、踵よりも爪先が長い必要性はあるのか、路面が凍結していると歩き難い（転倒し易い）のは何故か、など非常に基本的な問題ばかりです。これらの疑問に対する客観的回答を与えるために、問題設定に続いて対象とする多リンク系（マルチボディシステム）の数学的モデル化、数値シミュレータの開発、運動解析、実機実験という順に検証を進めていきます。

新しい現象の発見や精密な運動解析も重要な研究課題ではありますが、内容に関わらず、生物の身体形状や運動技能を創り出す客観的理由を深く、かつ明快に説明することを共通の最終目標としてい ます。

最後に、当研究室で開発した使用装置の一例として、連結型リムレスホイール、摺動と揺動を利用した劣駆動移動ロボット、歩行データ計測システムの概要を写真で紹介しておきます。いずれもリムレスホイール（スポーク部分のみの車輪）や半円形状をした本体フレームを基本にした低自由度の歩行実験システムですが、理論と実際のギャップや身体と環境の力学的支配関係など、多くの有益な情報を得ることができるものです。

主な研究業績

1. Cong Yan, Fumihiko Asano and Longchuan Li, “Modeling, control and analysis of semicircular-footed bipedal robot with entrainment effect,” Artificial Life and Robotics, Vol. 27, Iss. 2, pp. 384-392, 2022.
2. Fumihiko Asano, Yuxuan Xiang, Yanqiu Zheng and Cong Yan, “Modeling, analysis and activation of planar viscoelastically-combined rimless wheels,” Proceedings of the 2022 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 12957-12962, 2022.
3. Fumihiko Asano and Cong Yan, “Low-speed limit cycle walking of planar X-shaped bipedal robot with special properties,” Proceedings of the 2023 8th IEEE International Conference on Advanced Robotics and Mechatronics, pp. 43-48, 2023.

使用装置

摺動と揺動を利用した匍匐型移動ロボット
能動的な揺動質量を搭載した連結型リムレスホイール
半円足をもつ受動・劣駆動2脚歩行ロボット
移動ロボットを駆動源とした物体搬送システム
テンセグリティ構造を利用した受動歩行ロボット