龍谷大学 理工学部/理工学研究科 堤研究室 HP (研究内容)

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・研究内容

堤研究室では、現在下記の4種について研究しているグループがあります。(同グループ内でも人毎に研究テーマは違います)
    1脚跳躍ロボットのバランス制御に関する研究
    4脚走行ロボットの高速走行に関する研究
    機械学習によるロボット制御に関する研究
    動的身体バランス制御能力評価・訓練デバイスに関する研究

また、これらの他にも、過去には下記のようなテーマでの研究を行っていました。
    2脚歩行ロボットに関する研究(休止中)
    6脚歩行ロボットの不整地歩行に関する研究(休止中)
    遠隔腕相撲ロボットに関する研究(休止中)

以下、それぞれのグループについて紹介していきます。
グループの略称をクリックすると、そのグループの説明箇所までジャンプできます。

||    1脚跳躍ロボット    ||    4脚走行ロボット    ||    機械学習    ||    バランス    ||    過去に存在した研究グループ    ||


現在活動中の研究グループ

1脚跳躍ロボットのバランス制御に関する研究グループ

  1脚ロボットの連続跳躍について研究を行っています。跳躍時にバネの瞬発力を用い着地時にはモータを用いてダンピングを制御します。しかし、バネ とモータが互いに拘束しあうため、十分高く安定な跳躍を実現することは困難でした。そこでロボットにクラッチ機構を導入することで跳躍量を増加さ せることに成功しました。次の課題として自立した跳躍の獲得のためニューラルネットワークを用いた学習を行っています。
跳躍の様子

4脚走行ロボットの高速走行に関する研究グループ

 4脚走行グループでは犬や馬などの高速移動を行う動物の歩き方や走り方をロ ボットで再現することで高速かつ高効率な移動を行えるロボットの開発を目指しています。
 当研究室の4脚ロボットは動物の脚部でエネルギを蓄積できる「ばね要素」が重 要な役割を果たしているという考えから、バネとモータにより構成された伸縮関節型のアクティブサスペンション機構を脚モジュールとして採用し ています。現在、この機構を採用したことで新たに出てきた課題を克服するために新機体の製作を行っています。
走行動画


機械学習によるロボット制御に関する研究グループ

  機械学習グループでは、本研究室の様々なロボットに機械学習法の1つである強化学習や教師あり学習を適用することにより、動作の改善を試みていま す。
 強化学習とは、環境及び状況に応じて試行錯誤を繰り返すことで目標に対して最適な行動パターンを見つけ、評価し、学習していく手法です。この手 法を用いれば、学習完了まで時間を要するが、環境が変化した場合に行動とその評価も変化するので、環境の変化に応じて行動パターンを変更し、技術 者が制御を変更しなくと も自らその環境における目標の達成に適した行動を学習・選択することが可能になります。
 教師あり学習とは、生物の脳神経回路網を模した数理モデルであるニューラルネットワーク(NN)に対して、入力を与える際に予め定められた正解 である教師信号を与え、NNの出力が教師信号に近づくように内部パラメータ(重み)を修正していくことで、入出力関係を学んでいく手法です。
 これらのどちらか、あるいは双方の組み合わせをロボット制御に適用することで、ロボット自身に試行錯誤を通じてより良い動きを獲得してもらい、 省エネルギー化・高速化・ 安全性の向上・適応能力の上昇などを目指して研究しています。
学習の様子(シミュレーション動画)


動的身体バランス制御能力評価・訓練デバイスに関する研究

 バラ ンスグループでは、ヒトの「動的バランス制御能力」について、評価および訓練することのできる制御機器の開発を目指しています。バランス制御が十 分でない機器を用いて繰り返し乗車訓練をすることで、ヒトが制御の不足を補うようになり、バランスが不安定な機器でも乗りこなせるようになりま す。この時ヒトは学習的に動的バランス制御能力を獲得しています。この学習の過程を調べることで、本研究の目的が達成できるのではないかと考えて います。
訓練風景動画



過去に存在していた研究グループ


2脚歩行ロボットに関する研究(休止中)

 4脚ロボットの2脚分のモジュールを用いて、ヒトの手により作りこんだ、ばねとモータの関係性を活かせるような制御による動作改善を試みていま した。
動画


6脚歩行ロボットの不整地歩行に関する研究(休止中)



 多脚型ロ ボットは接地状態にある支持脚がなす支持基底面内に重心がある静的な安定した状態を作りやすいという特徴があります。また、自由度が高いため、車 などの車輪では踏破不能な不整地を踏破することができる場合があります。本研究グループでは、6脚歩行ロボットを設計・試作して、溝回避・段差の 乗り越えや水田のような泥濘地の歩行を研究してきました。
泥濘地歩行実験動画