ヒューマノイド・ロボティクス2017夏の学校

• 2017. 9.21 講義3の参考文献に一部著者名の誤りがありましたので、訂正しました。
• 2017. 9.13 講義に関する情報を更新しました。
• 2017. 9. 1 参加応募を締切りました。
• 2017. 8.24 参加応募の締切期限を設けました。
• 2017. 7.31 ウェブページを公開しました。

▲トップ

昨年度有志で行いました2016夏の学校は、お蔭様で盛況でした。 それを受けて、今年4月から日本ロボット学会ヒューマノイド・ロボティクス専門委員会およびヒューマノイド・ロボティクス・コンソーシアムが立ち上がり、研究者間の連携イベント（各種勉強会・研究会）を実施しやすい体制が整いました。 既に委員会での調査活動は精力的に進めております。 今年の夏の学校では、その成果を受けて、より専門性の高い内容を参加者の皆様にお届けできると期待しております。

幾つかのトピックについて形式的に講師役を設定しますが、講師が一方的にある知識を聴講者に伝達するのではなく、今まさに世界の先端でなされている研究内容について全員が議論し、理解を深めることを旨とします。 講師は議論の舵取り役を務めます。 参加される方々には、可能な範囲で予習をしておいて頂きたく存じます。

▲トップ

9/15(金) 東京農工大学小金井キャンパス
工学部講義棟L0026教室

▲トップ

▲トップ

講義1:人型ロボットの力学パラメータ同定 Gentiane Venture（東京農工大）

▲トップ

講義2:多点接触を伴う人型ロボット運動の力学と制御 野沢峻一（東大）

人型ロボットは、外界との力学的相互作用を利用し移動や作業を行える特徴がある。 本講義では、ロボットが手や足を使うような多点接触を伴う運動の数学的定式化と、運動生成法、および三次元移動・物体操作での応用事例について紹介する。

主なトピック: 多点接触の定式化，多点接触を考慮する運動生成，多点接触運動の事例（三次元移動・物体操作）

参考文献（太字=重点的に議論するもの）:
H. Hirukawa, S. Hattori, K. Harada, S. Kajita, K. Kaneko, F. Kanehiro, K. Fujiwara and M. Morisawa, A Universal Stability Criterion of the Foot Contact of Legged Robots - Adios ZMP, in Proceedings of the 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 1976-1983, 2006.
長阪憲一郎, 福島哲治, 下村秀樹, 接触拘束を考慮可能なマルチコンタクト対応スタビライザと一般化逆動力学による人型ロボットの全身制御, 第17回ロボティクスシンポジア予稿集, pp. 134-141, 2012.
M. Vukobratovic and J. Stepanenko, On the stability of anthropomorphic systems, Mathematical biosciences, Vol. 15, No. 1-2, pp. 1-37, 1972.
J. Kerr and B. Roth, Analysis of Multifingered Hands, The International Journal of Robotics Research, Vol. 4, No. 4, pp. 3-17, 1986.
原田研介, 梶田秀司, 金広文男, 藤原清司, 金子健二, 横井一仁, 比留川博久, ヒューマノイドロボットの押し操作における歩行動作, 日本ロボット学会誌, Vol. 22, No. 3, pp. 392-399, 2004.
T. Bretl and S. Lall, A Fast and Adaptive Test of Static Equilibrium for Legged Robots, in Proceedings of the 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 1109-1116, 2006.
張暁毅, 中村仁彦, 吉本堅一, 不完全な接触をもつ把持の力学的多面凸解析, 日本ロボット学会誌, Vol. 14, No. 1, pp. 105-113, 1996.
S. Caron, Q.-C. Pham and Y. Nakamura, Stability of Surface Contacts for Humanoid Robots: Closed-Form Formulae of the Contact Wrench for Rectangular Support Areas, in Proceedings of the 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 5107-5112, 2015.
M. Posa, S. Kuindersma and R. Tedrake, Optimization and Stabilization of Trajectories for Constrained Dynamical Systems, in Proceedings of the 2016 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2016.
L. Sentis, J. Park and O. Khatib, Compliant Control of Multi-Contact and Center of Mass Behaviors in Humanoid Robots, IEEE Transactions on Robotics, Vol. 26, Issue 3, pp. 483-501, 2010.
B. Henze, M. A. Roa and C. Ott, Passivity-based whole-body balancing for torque controlled humanoid robots in multi-contact scenarios, The International Journal of Robotics Research, Vol. 35, No. 12, 2016.
玄相昊, 複数の接地部分と冗長関節を有するヒューマノイドロボットの受動性に基づく最適接触力制御, 日本ロボット学会誌, Vol. 27, No. 2, pp. 178-187, 2009.
布川昊, 谷野哲三, 中山弘隆, 線形代数と凸解析(現代応用数学講座), 1991.
K. Fukuda and A. Prodon, Double description method revisited, in Combinatorics and Computer Science, pp. 91-111, 1996.
S. Nozawa, M. Kanazawa, Y. Kakiuchi, K. Okada, T. Yoshiike and M. Inaba, Three-Dimensional Humanoid Motion Planning Using COM Feasible Region, in Proceedings of the 2016 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, pp.49--56, 2016.
野沢峻一, 室岡雅樹, 野田晋太朗, 小島邦生, 小椎尾侑多, 垣内洋平, 岡田慧, 稲葉雅幸, ヒューマノイドによるオンライン物体環境制約推定に基づく質量摩擦未知な物体の多様な操作の統一的実現法, 第35回日本ロボット学会学術講演会, 2L1-06, 2017.

▲トップ

講義3:柔軟機構を生かした人型ロボットの身体設計と制御 水内郁夫（東京農工大）

人や動物は身体の柔軟性を様々に活用している。 柔軟性を持つロボット身体をいかに実現するかという観点と、いかに生かすかという観点があり、生かし方は主に外力への応答の観点と、動力学的な観点がある。

主なトピック: 弾性・粘性、外力への応答、剛性調節、動力学、動的システム内のエネルギフロー

N. Hogan: Impedance Control: An Approach to Manipulation: Part I-Theory, Part II-Implementation, Part III-Applications, Transactions of the ASME, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 107(1), pp.1-24, 1985.
K. F. Laurin-Kovitz, et al.: Design of components for programmable passive impedance, IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp.1476-1481, 1991.
大鐘, 他: 非線形バネ要素を持つ7自由度腱制御アームの機構と制御, 日本ロボット学会誌, 14(8), pp.1152-1159, 1996.
兵頭, 他: 冗長腱を持つ腱駆動ロボット機構の剛性調節, 日本ロボット学会誌, 17(4), pp.493-502, 1999.
村松, 他:筋骨格ヒューマノイド小次郎の物理剛性可変な手首機構を活用した動作実験, 日本ロボット学会学術講演会講演論文集, RSJ2008AC1I3-05, 2008.
I. Mizuuchi, et al.: Development of musculoskeletal humanoid Kotaro, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), pp.82-87, 2006.
森田, 他: 関節の機械インピーダンスを調節可能な力制御ロボットアームの開発, 日本ロボット学会誌, 16(7), pp.1001-1006, 1998.
R. Van Ham, et al.: MACCEPA, the mechanically adjustable compliance and controllable equilibrium position actuator: Design and implementation in a biped robot, Robotics and Autonomous Systems, 55(10), pp.761-768, 2007.
B. Vanderborght, et al.: Variable impedance actuators: A review, Robotics and Autonomous Systems, 61(12), pp.1601-1614, 2013.
G. Pratt, M. Williamson: Series Elastic Actuators, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 1, pp.399-406, 1995.
R. R. Playter: Passive Dynamics in the Control of Gymnastic Maneuvers, Ph.D. Thesis, Department of Aeronautical and Astronautical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 1995.
J. Pratt: Exploiting Inherent Robustness and Natural Dynamics in the Control of Bipedal Walking Robots, Ph.D. Thesis, Computer Science Department, Massachusetts Institute of Technology, 2000.
H. Park, S. Kim: The MIT Cheetah, an Electrically-Powered Quadrupedal Robot for High-speed Running, 日本ロボット学会誌, 32(4), pp.323-328, 2014.
D. Braun, et al.: Optimal variable stiffness control: formulation and application to explosive movement tasks, Autonomous Robots, 33(3), pp.237-253, 2012.
J. Nakanishi, S. Vijayakumar: Exploiting Passive Dynamics with Variable Stiffness Actuation in Robot Brachiation, Robotics: Science and Systems (RSS), 2012.
T. Hondo, I. Mizuuchi: End-tip Speed Maximization for Noncyclic Swing Motion Based on Time Reversal Integral in Multiple-joint Robots, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), pp.756-761, 2015.
C. Hubicki, et al.: ATRIAS: Design and validation of a tether-free 3D-capable spring-mass bipedal robot. International Journal of Robotics Research, 35(12), pp. 1497-1521, 2016.

▲トップ

講義4:人型ロボットの自律行動システム 森澤光晴（産総研）

ヒューマノイドロボットは二脚二腕を有し、複雑な環境を移動するポテンシャルを持っている。 人の簡易な指示でロボットが複雑な環境を移動するためには、ロボットの自律性の向上が必要となる。 本講義ではロボットが自律的に移動するのに必要な環境計測から運動制御までのロボットの一連の機能について、産総研のこれまでの取り組みや近年の研究動向を踏まえて紹介する。

主なトピック: 環境計測、ポイントクラウド、着地位置計画、位置指令型運動制御、トルク指令型運動制御

参考文献（太字=重点的に議論するもの）:
J. Chestnutt, J. Kuffner, K. Nishiwaki and S. Kagami, Planning Biped Navigation Strategies in Complex Environments, in Proc. of 2003 IEEE-RAS Int. Conf. on Humanoid Robots, 2003. [Download]
K. Nishiwaki, J. Chestnutt and S. Kagami, Autonomous Navigation of a Humanoid Robot on Unknown Rough Terrain, Int. Journal of Robotics Research, Vol. 31, Issue 11, pp. 1251-1262, 2012. [Download]
R. Deits and R. Tedrake, Footstep planning on uneven terrain with mixed-integer convex optimization, in Proc. of 2004 IEEE-RAS Int. Conf. on Humanoid Robots, pp. 279-286, 2014. [Download]
M. Fallon, P. Marion, R. Deits, T. Whelan, M. Antone, J. McDonald and R. Tedrake, Continuous humanoid locomotion over uneven terrain using stereo fusion, in Proc. of 2015 IEEE-RAS Int. Conf. on Humanoid Robots, pp. 881-888, 2015. [Download]
S. Kuindersma, R. Deits, M. Fallon, A. Valenzuela, H. Dai, F. Permenter, T. Koolen, P. Marion and R. Tedrake, Optimization-based locomotion planning, estimation, and control design for the atlas humanoid robot, Autonomous Robots, Vol. 40, No. 3, pp.429-455, 2015. [Download]
T. Wu and S. Bertrand, Momentum-based control framework, capturability-based walking control: application to the humanoid robot Atlas, Workshop on Humanoid Control, 2014. [Download]
S. Feng, X Xinjilefu, C. G. Atkeson and K. Joohyung, Robust Dynamic Walking Using Online Foot Step Optimization, in Proc. of 2016 IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, pp. 5373-5378, 2016.

▲トップ

講義5:確率的不確かさを考慮したシステム表現と最適制御 佐藤訓志（阪大）

確率的不確かさを含む動的システム表現としての確率微分方程式について、確率論、測度論などの予備知識を仮定しない説明を試みる。 次に、定式化した確率システムに対し、確率的不確かさの下で評価関数の期待値を最小化する問題である確率最適制御問題について理解する。 最後に、確率最適制御問題の具体的解法として、大域的解法と局所的解法を紹介する。

主なトピック: 確率微分方程式、確率システム、確率最適制御

参考文献（太字=重点的に議論するもの）:
砂原(編), 確率システム理論I, II, 朝倉書店, 1981.
I. I. Gihman and A. V. Skorohod, Stochastic Differential Equations, Springer, 1972.
H. Pham, Continuous-time Stochastic Control and Optimization with Financial Applications, Springer-Verlag, 2009.
H. J. Kappen, Path integrals and symmetry breaking for optimal control theory, J. Statistical Mechanics: Theory and Experiment, P11011, 2005
H. J. Kappen, An introduction to stochastic control theory, path integrals and reinforcement learning, in Proc. of 9th Granada seminar on computational physics: Cooperative behavior in neural systems, pp. 149-181, 2007.
S. Satoh, H. J. Kappen and M. Saeki, An iterative method for nonlinear stochastic optimal control based on path integrals, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol.62, No.1, pp.262-276, 2017.
D. Jacobson and D. Mayne, Differential Dynamic Programming, American Elsevier Inc., 1970.
W. Li and E. Todorov, Iterative linearization methods for approximately optimal control and estimation of non-linear stochastic system, Int. J. Control, Vol. 80, No. 9, pp. 1439-1453, 2007.
E. Theodorou, Y. Tassa and E. Todorov, Stochastic differential dynamic programming, in Proc. of American Control Conference, pp. 1125-1132, 2010.

▲トップ

▲トップ

▲トップ