| 講演名 | 2019-07-30 ［招待講演］リズム運動における位相リセット制御の機能的役割とその工学的応用 中田 一紀(筑波技大), 三浦 佳二(関西学院大), |
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| 抄録(和) | リズム運動における位相リセット制御の機能的役割が着目されている．位相リセット制御とは，リズム運動中に摂動を与えることによって周期運動の位相をシフトさせて，それによりたとえば不安定状態から安定状態への速やかな遷移を促すことで動的安定性を実現するものである．位相リセット制御における位相シフトを定量的に評価するものとして，位相反応曲線（PRC）がある．先行研究において，歩行運動において位相リセットを最適化するPRCは双峰性となることが示されている．本発表では，数理的な視点から双峰性のPRCが生じる理由について考察する．まず，非線形振動子モデルと位相興奮性素子モデルをリズム運動を司るCentral Pattern Generator（CPG）のモデルとして考える．次に，CPG制御器と制御対象となるジョイントアクチュエータからなるフィードバックシステムを構成し，それぞれのダイナミクスと位相応答特性を比較する．さらに，PRCの解析解を求めそれを系統的に調べることで，双峰性のPRCを生じる条件について明らかにする．ここでは，従来の摂動論的な解析手法（摂動法，平均化法，調和平衡法，記述関数法）と本研究で提案する解析手法の関係について示すとともに，その拡張性について考察する．特に，１自由度システムから多自由度システムに解析対象を拡大し，歩行ロボットやロボットアームの解析に適用する試みについて示す．それらの結果に基づいて，歩行運動における位相リセット制御機構の最適設計について展望する． |
| 抄録(英) | Possible functional roles of the phase resetting control during rhythmic movements have attracted much attention. The phase resetting control is a control mechanism, in which the phase shift of periodic movement is induced depending on the timing of a given perturbation, leading to the dynamical stability. The phase response curve (PRC) is known to quantitatively evaluate the phase shift in the phase resetting control. It is found that an optimal PRC for bipedal walking becomes bimodal. From a mathematical point of view, we consider how such characteristics can be obtained. First, we assumed a nonlinear oscillator and a phase excitable element as a model of Central Pattern Generator for controlling rhythmic movements. Second, we constructed feedback control systems by combining them with joint actuators. Next, we numerically computed PRCs of such systems and compared their dynamics and resulting PRCs. We further derived analytical solutions of the PRCs approximately and investigated them systematically. From the results, we clarify the occurring conditions of the bimodal PRCs. Here we show the relationship between the conventional analysis based on perturbation methods and our analysis, and consider the extensibility of our approach. In fact, we expand our approach to apply it from one degree-of-freedom systems to multiple degrees-of-freedom systems, such as walking robots and robot arms. Finally, we discuss the optimal design of phase resetting control mechanism bipedal walking. |
| キーワード(和) | 位相リセット制御 / リズム運動 / Central Pattern Generator (CPG) / 位相反応曲線 / 位相縮約 / 記述関数 |
| キーワード(英) | Phase Resetting Control / Rhythmic Movements / Central Pattern Generator (CPG) / Phase Response Curve (PRC) / Phase Reduction / Describing Function |
| 資料番号 | CAS2019-9,VLD2019-15,SIP2019-25,MSS2019-9 |
| 発行日 | 2019-07-23 (CAS, VLD, SIP, MSS) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | MSS / CAS / SIP / VLD |
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| 開催期間 | 2019/7/30(から2日開催) |
| 開催地（和） | 岩手大学 |
| 開催地（英） | Iwate Univ. |
| テーマ（和） | システムと信号処理および一般 |
| テーマ（英） | |
| 委員長氏名（和） | 髙井 重昌(阪大) / 山脇 大造(日立) / 相川 直幸(東京理科大) / 戸川 望(早大) |
| 委員長氏名（英） | Shigemasa Takai(Osaka Univ.) / Taizo Yamawaki(Hitachi) / Naoyuki Aikawa(TUS) / Nozomu Togawa(Waseda Univ.) |
| 副委員長氏名（和） | 尾崎 敦夫(阪工大) / 高島 康裕(北九州市大) / 林 和則(阪市大) / 坂東 幸浩(NTT) / 福田 大輔(富士通研) |
| 副委員長氏名（英） | Atsuo Ozaki(Osaka Inst. of Tech.) / Yasuhiro Takashima(Univ. of Kitakyushu) / Kazunori Hayashi(Osaka City Univ) / Yukihiro Bandou(NTT) / Daisuke Fukuda(Fujitsu Labs.) |
| 幹事氏名（和） | 金澤 尚史(阪大) / 小林 孝一(北大) / 中村 洋平(日立) / 佐藤 隆英(山梨大) / 中本 昌由(広島大学) / 小西 克巳(法政大) / 小平 行秀(会津大) / 桜井 祐市(日立) |
| 幹事氏名（英） | Takahumi Kanazawa(Osaka Univ.) / Koichi Kobayashi(Hokkaido Univ.) / Yohei Nakamura(Hitachi) / Takahide Sato(Yamanashi Univ.) / Masayoshi Nakamoto(Hiroshima Univ.) / Katsumi Konishi(Hosei Univ.) / Yukihide Kohira(Univ. of Aizu) / Yuichi Sakurai(Hitachi) |
| 幹事補佐氏名（和） | 林 直樹(阪大) / 佐藤 弘樹(ソニーLSIデザイン) / 山口 基(ルネサスエレクトロニクス) / / 池田 一樹(日立) |
| 幹事補佐氏名（英） | Naoki Hayashi(Osaka Univ.) / Hiroki Sato(Sony LSI Design) / Motoi Yamaguchi(Renesas Electronics) / / Kazuki Ikeda(Hitachi) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on Mathematical Systems Science and its applications / Technical Committee on Circuits and Systems / Technical Committee on Signal Processing / Technical Committee on VLSI Design Technologies |
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| 本文の言語 | JPN |
| タイトル（和） | ［招待講演］リズム運動における位相リセット制御の機能的役割とその工学的応用 |
| サブタイトル（和） | 歩行制御に最適な位相反応曲線の数理設計 |
| タイトル（英） | [Invited Talk] Functional Roles of Phase Resetting Control in Rhythmic Movements and their Engineering Applications |
| サブタイトル（和） | Mathematical Design of an Optimal Phase Response Curve for Walking Control |
| キーワード(1)（和/英） | 位相リセット制御 / Phase Resetting Control |
| キーワード(2)（和/英） | リズム運動 / Rhythmic Movements |
| キーワード(3)（和/英） | Central Pattern Generator (CPG) / Central Pattern Generator (CPG) |
| キーワード(4)（和/英） | 位相反応曲線 / Phase Response Curve (PRC) |
| キーワード(5)（和/英） | 位相縮約 / Phase Reduction |
| キーワード(6)（和/英） | 記述関数 / Describing Function |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 中田 一紀 / Kazuki Nakada |
| 第 1 著者 所属（和/英） | 筑波技術大学(略称：筑波技大) Tsukuba University of Technology(略称：Tsukuba Univ. Tech..) |
| 第 2 著者 氏名（和/英） | 三浦 佳二 / Keiji Miura |
| 第 2 著者 所属（和/英） | 関西学院大学(略称：関西学院大) Kwansei Gakuin University(略称：Kwansei Gakuin Univ.) |
| 発表年月日 | 2019-07-30 |
| 資料番号 | CAS2019-9,VLD2019-15,SIP2019-25,MSS2019-9 |
| 巻番号（vol） | vol.119 |
| 号番号（no） | CAS-153,VLD-154,SIP-155,MSS-156 |
| ページ範囲 | pp.39-39(CAS), pp.39-39(VLD), pp.39-39(SIP), pp.39-39(MSS), |
| ページ数 | 1 |
| 発行日 | 2019-07-23 (CAS, VLD, SIP, MSS) |