石井 裕之 (イシイ ヒロユキ)

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所属

理工学術院 創造理工学部

職名

准教授

兼担 【 表示 / 非表示

  • 附属機関・学校   グローバルエデュケーションセンター

  • 理工学術院   大学院創造理工学研究科

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学歴 【 表示 / 非表示

  • 2004年04月
    -
    2007年03月

    早稲田大学   大学院理工学研究科博士後期課程   生命理工学専攻  

学位 【 表示 / 非表示

  • 早稲田大学   博士(工学)

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2016年03月
    -
     

    早稲田大学   創造理工学部   准教授

  • 2012年04月
    -
    2016年02月

    早稲田大学   理工学研究所   次席研究員

  • 2009年04月
    -
    2012年03月

    早稲田大学   グローバル・ロボット・アカデミア

  • 2007年06月
    -
    2009年03月

    早稲田大学   先端科学健康・医療融合研究機構

  • 2007年06月
    -
    2009年03月

    早稲田大学   先端科学健康・医療融合研究機構

 

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • ロボティクス

  • 知能機械学・機械システム

研究シーズ 【 表示 / 非表示

論文 【 表示 / 非表示

  • A Modified Robotic Rat to Study Rat-like Pitch and Yaw Movements

    Qing Shi, Chang Li, Kang Li, Qiang Huang, Hiroyuki Ishii, Takanishi Atsuo, Toshio Fukuda

    IEEE/ASME Transactions on Mechatronics    2018年08月  [査読有り]

  • Motion evaluation of a modified multi-link robotic rat

    Chang Li, Qing Shi, Kang Li, Mingjie Zou, Hiroyuki Ishii, Atsuo Takanishi, Qiang Huang, Toshio Fukuda

    IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems   2017-   2397 - 2402  2017年12月

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    The interaction test between a robotic rat and living rat is considered as a possible way to quantitatively characterize the rat sociality. In such robot-rat interactions, the robot should be designed to fully replicate a real rat in terms of morphological and behavioral characteristics. To address this problem, a multi-jointed robot prototype has been modified based on our previous work. We optimally update the forelimb of the robot and redesign the control board to make it more dexterous and increase its behavioral capability. Then, we systematically and kinematically analyze the rotational range of joint variables and the workspace of the robot by using traversal method. To evaluate the motion capability of the modified robot, we propose two quantitative parameters: maximum reachable height (MRH) and minimum bendable distance (MBD). Additionally, we achieve to quantitatively evaluate the behavioral similarity between the robot and rat with the calculated accumulative distance (AD) by using dynamic time warping (DTW). These evaluated methods show high promise to improve the robot-rat interaction to be more similar to rat-rat interaction.

    DOI

  • Development of in-pipe robot with extension hose and balloons

    Koki Nomura, Mamoru Sato, Hiromi Takeuchi, Konno Minoru, Toriumi Ryoichi, Hiroyuki Ishii, Atsuo Takanishi

    2017 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, ICMA 2017     1481 - 1486  2017年08月

     概要を見る

    In recent years, the importance of inspection technologies for old gas pipes has been advocated. In this study, we developed a robot that moves in gas pipes and acquires pictures of interior of pipes in order to easily identify problems, such as cracks in the walls or water leakages. The robot consists of two balloons and an extension hose, which can be extended or shrunk by means of changing the internal pressure. This mechanism allows the robot to move like an inchworm in gas pipes. The robot also has an active-bending module, driven by air pressure that allows it to pass curved pipe sections. Therefore, the robot can move horizontally and vertically in pipes having an inner diameter of both 28 mm and 53 mm.

    DOI

  • Development of automatic teeth cleaning robot driven by cam mechanism

    Gen Sakaeda, Takanobu Matsubara, Hiroyuki Ishii, Atsuo Takanishi

    2017 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, ICMA 2017     536 - 540  2017年08月

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    Tooth brushing plays an important role in one's health, and particularly, in the prevention of oral diseases. It is a fundamental oral care technique in daily life
    however, many elderly or handicapped people cannot brush their teeth without assistance from helpers. The purpose of this study is to develop an automatic teeth cleaning mouthpiece robot. One of the most common methods of brushing teeth is to move the toothbrush along the row of teeth. Hence, a mechanism to wipe teeth using sponges is designed and it consists of an eccentric cam, a wiper with sponges, and a rounded guide rail. This mechanism generates rounded wiper motions along the row of teeth. Furthermore, a safety system is designed to prevent aspiration. Brushing stops automatically when the user lifts his/her jaw up from the jaw supporter.

    DOI

  • A design of a small mobile robot with a hybrid locomotion mechanism of wheels and multi-rotors

    Katsuaki Tanaka, Di Zhang, Sho Inoue, Ritaro Kasai, Hiroya Yokoyama, Koki Shindo, Ko Matsuhiro, Shigeaki Marumoto, Hiroyuki Ishii, Atsuo Takanishi

    2017 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, ICMA 2017     1503 - 1508  2017年08月

     概要を見る

    We developed a small mobile robot in response to the demands in the disaster area. A hybrid locomotion mechanism of wheels and multi-rotors are proposed to realize both high locomotion performance and long-term operation. The wheels allow to highly maneuverable move in a narrow space, and the multi-rotors allow to move to a higher position. The objective of this study is to design the locomotion mechanism and develop a platform for confirming the basic locomotion performance. We attached a wheel mechanism into the assembled hobby drone and embedded an electrical system to operate the robot. The wheels also contribute to protect the multi-rotors from obstacles such as rubble. A stabilizer was proposed to stabilize the robot during running with wheels and designed to allow recover from flipping state. The significant of this work is not only improving the locomotion performance of the drone, but also increase the operating time, this leads various uses at disaster sites. In this paper, the details of the locomotion mechanism and some experimental results using the developed platform are shown.

    DOI

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産業財産権 【 表示 / 非表示

  • 触診シミュレータ

    岩城 直登, 高西 淳夫, 石井 裕之, 川崎 智佑喜, 日塔 和宏, 武部 康隆

    特許権

  • 管路補修装置

    石井 裕之, 柴田 尚樹

    特許権

  • 自己伸展型推進装置

    石井 裕之, 佐竹 祐紀

    特許権

  • 管内移動システム及び移動体のスタック検出用プログラム

    高西 淳夫, 石井 裕之, 竹内 弘美, 佐藤 衛, 李 駿騁, 野村 幸暉, 吉本 昂平

    特許権

  • 対話型問診訓練システム、対話型処理装置及びそのプログラム

    高西 淳夫, 石井 裕之, 松永 健太朗

    特許権

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受賞 【 表示 / 非表示

  • 平成30年度文部科学大臣表彰若手科学者賞

    2018年04月   文部科学省  

  • Advanced Robotics Best Paper Award

    2015年09月   日本ロボット学会   A novel method to develop an animal model of depression using a small mobile robot  

    受賞者: Hiroyuki Ishii, Qing Shi, Shogo Fumino, Shinichiro Konno, Shinichi Kinoshita, Satoshi Okabayashi, Naritoshi Iida, Hiroshi Kimura, Yu Tahara, Shigenobu Shibata, Atsuo Takanishi

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    日本ロボット学会が発行する英文誌の論文賞

  • ICRA2014, Best Cognitive Robotics Paper Award, Finalist

    2014年06月   IEEE Robotics and Automation Society   Control of posture and trajectory for a rat-like robot interacting with multiple real rats  

    受賞者: Qing Shi, Hiroyuki Ishii, Yusuke Sugahara, Shinichi Kinoshita, Atsuo Takanishi, Satoshi Okabayashi, Qiang Huang, Toshio Fukuda

  • Best research abstracts

    2013年06月   Society in Europe for Simulation Applied to Medicine   Novel airway management simulator providing quantitative feedback to trainees  

    受賞者: Ishii H, Noh Y, Shoji S, Matsuoka N, Nakae Y, Katayama T, Takanishi A

  • 日本ロボット学会研究奨励賞

    2012年09月   日本ロボット学会   小型移動ロボットを用いた精神疾患モデル動物の開発  

    受賞者: 石井裕之

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 観察と洞察に基づく人間ロボット協調制御の創出

    研究期間:

    2019年04月
    -
    2024年03月
     

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    高齢者介助やリハビリ等の場面で介助者と被介助者との間で求められる信頼関係が,人とその人を支援するロボットとの間にも必要である。そのためには互いに行動を予測しつつ適応的に反応できる「相互誘導」が有効である。本研究では、人間の運動ダイナミクスと動機付けの心理ダイナミクスの変化に基づく予測制御、学習による行動のコンテキスト生成とロボットの人間適応制御を開発し、人とロボットとの相互誘導実現を目指す

  • ヒューマノイドの全身協調による瞬発的な高出力運動の実現に関する研究

    研究期間:

    2017年04月
    -
    2020年03月
     

  • ロボット技術を用いた動物の「遊び」行動のモデル化

    研究期間:

    2015年04月
    -
    2018年03月
     

     概要を見る

    ラットの「遊び行動」を研究するための実験系の構築に取り組んだ.まず,ラットと遊び行動を行う新たな小型移動ロボットを開発した.ラットとロボットの遊び行動をリアルタイムで計測するシステムと,その計測結果にもとづいてロボットの行動を制御するシステムについても構築した.これらを用いて,機械学習によって,ロボットがラットとのインタラクションを通して,適応的に遊び行動を獲得することを試みた.その結果,学習が比較的短時間で収束することが確認された.学習結果にもとづいてロボットが行動する場合,ラットの活動性を高めるなど,ラットとの間に遊び行動が成立することが確認できた

  • ロボット技術を応用した全自動歯ブラシの事業化検証のための歯垢除去機構の開発

    研究期間:

    2017年10月
    -
    2018年03月
     

  • 人間共存型ロボットの能動的な働きかけによる人間協調技術の研究

    基盤研究(S)

    研究期間:

    2013年05月
    -
    2018年03月
     

     概要を見る

    (A)接近~弱い接触による協調的な意図伝達人間とロボットが互いに移動軌道を調整しあうための協調的な意図伝達手法をより現実に近い動的な環境に適用した。これまでは、相対速度が比較的小さいすれ違いを想定していたが、実際の人間環境下における流れのある環境でのすれ違いや複数人とのすれ違いに対応するための協調移動行動戦略に関する検討を行った。また、27年度までの成果を踏まえて、ロボットの行動が人間に与える心理の変化、移動効率の変化、ロボット自身の移動効率の変化をそれぞれ定量化し、環境状況に応じてロボットが行動選択を取れるような行動戦略の基盤技術を開発した。(B)人間-ロボットの接触ダイナミクスモデル実環境下での2足歩行ロボットの安定した歩行を実現する手段として、路面状況の認識にもとづく歩容生成について研究を行った。具体的には、ハイブリッド型A*アルゴリズムによって、最適な歩容を生成するアルゴリズムを開発した。これにより、実環境下のさまざまな場面で、2足歩行ロボットがより高効率にかつ人間らしく歩行することが可能となる。他方、人間-ロボット協調系のモデルとして、ラットと小型移動ロボットによるインタラクション実験を行い、両者の協調に必要な要素の抽出を試みた。具体的には、小型移動ロボットがラットに対して適度な速度と軌道で接近を行うことで、ラットに興味およびそれにともなう快情動を生起させる可能性が示された。(C)強い接触による協調的な人間運動の誘発触診ロボットを用いて、ロボットによる強い接触をともなう運動によってもたらされる人間の心理状態変化の推定を行った。さらに、心理的な負荷が高いと考えられる強い接触、具体的には歩行リハビリテーションにおけるロボットの歩行への介入方法の研究を行った。介入によって心理的な負担を与えずに人間の運動誘発がもたらされることを被験者実験から確認した。本研究課題は、接近~接触の極近距離における人間協調技術のための基盤技術として、3課題を設定して取り組んでいる。28年度は、27年度までに開発してきた個々の技術群を体系化し、基盤的な技術までブラッシュアップさせるとともに、人間協調技術としての統合化に向けたモジュール化を図った。具体的には、心理面と物理面を考慮した協調移動行動戦略の基本フレームワーク、接触におけるダイナミクスモデルを開発した。また、強い接触時やロボットのアプローチに対する生理的指標に基づく不快感などの定量化を行った。これらをもとに、接近~弱い接触による協調的な意図伝達をしながら、人間-ロボットの接触ダイナミクスモデルに基づく、強い接触による協調的な人間運動の誘発を行う一連の協調移動制御のフレームワークの統合モデルを開発した。これらを人間共存ロボットに実装し、より現実に近い通路を模擬した動的なすれ違い環境に導入し、統合実証実験(D)を行った。ロボットからの適切な働きかけと制御に基づき確実に安全に通路を通り抜けられること、さらに、適切な意図推定とインタラクションを行うことで、移動の効率性だけでなく、心理的側面に関してもより効果が得られることが分かった。実際の人間環境下における流れのある環境でのすれ違いや、複数人とのすれ違いを行う29年度実施予定の統合実証実験(D)を行うことを想定し、上記のシナリオにおける人とロボットの協調移動行動の構築を行った。開発した技術は、力学的なモデルをベースとした接近時および接触時の人間反応(行動)モデルおよびロボットの行動モデルを形成するための基盤技術群であり、上述のような実シナリオでの人間協調技術への統合・接続性を考慮して開発されている。以上のことから、29年度において、ロボットからの能動的な働きかけに基づく人間協調技術を構築していくことがスムーズかつ効果的にできると考えている。実環境には、病院や駅、ショッピングモール、スポーツ競技場など、多種多様な場所が存在する。さらに、すれ違う人には、老人、子供、運搬中の人、急いでいる人など多岐に渡る。この場合、上記の条件に応じた働きかけ戦略をあらかじめ記述しておくことは難しい。これまでに得られた基本的な働きかけ戦略モデル(グランドルール)を初期値として実装し、経験(移動)によって得られた知識(センサ情報)を適切に分析して、ロボットの行動スキーマとして獲得していく機能を取り込んでいくことも考えている。また、IoT (Internet of Things)と関連して、インフラやその他のロボットなどさまざまものと通信できることで、協調移動行動戦略は新たな方向へ展開も模索していく。技術的な難しさとサービスへの連結性を鑑み、それらのベンチマークとして、オフィスや病院などの比較的人の少ない環境での、人の意図推定に基づく経路決定や安全でスムーズな協調移動、展示会場などのかなり混雑しているが移動量は小さい環境での、能動的な接触や声掛けをうまく利用した協調移動実験を実施することを考えている。また、安全・安心な移動に不可欠なハードウェアに関しては、高精度トルクセンサを有する高応答性マニピュレータをはじめとする申請者らが開発してきた独自技術を洗練させ、ソフトウェアと統合する。28年度に開発した技術は、力学的なモデルをベースとした接近時および接触時の人間反応(行動)モデルおよびロボットの行動モデルを形成するための基盤技術群であり、上述のような実シナリオでの人間協調技術への統合・接続性を考慮して開発されているため、ロボットからの能動的な働きかけに基づく人間協調技術を構築していくことかスムーズかつ効果的にできると考えている

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講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • ロボットを用いたラットの行動研究と薬剤開発への応用

    石井裕之  [招待有り]

    第72回NPO法人日本口腔科学会学術集会シンポジウム  

    発表年月: 2018年05月

  • 評価型シミュレータによる学習・教育支援ソフトウェアの開発

    石井裕之  [招待有り]

    第46 回日本医学教育学会大会産学連携セミナー   (和歌山)  日本医学教育学会  

    発表年月: 2014年07月

  • Innovation in Skills Evaluation and Development: "physical" simulators with quantitative evaluation

    Hiroyuki Ishii  [招待有り]

    Annual Meeting of SESAM 2014   (Poznan)  Society in Europe for Simulation Applied to Medicine  

    発表年月: 2014年06月

  • Challenge to Sensor Technology: Can Sensors Verify Trainee's Skill?

    Hiroyuki Ishii  [招待有り]

    2014 Annual Meeting of Society of Simulation in Healthcare   (San Francisco)  Society of Simulation in Healthcare  

    発表年月: 2014年01月

  • 自己学習から試験まで幅広い手技教育場面に対応した気道管理シミュレータ

    石井裕之  [招待有り]

    第45 回日本医学教育学会大会産学連携セミナー   (千葉)  日本医学教育学会  

    発表年月: 2013年07月

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 自ら形状をつくりだす展開構造物に関する基礎理論の構築とその実証試験機の開発

    2020年   佐竹祐紀

     概要を見る

    本研究は,申請者の提案する全く新しい方法によって任意の形状を作りだすことが可能な展開構造物に関する基礎理論の構築と,その可能性を示す実証試験機の開発を目的としている.この展開構造物の特徴は,長尺のインフレータブル(空気圧展開)構造と熱溶着の組み合わせにより,展開前の平板状のインフレータブルチューブに対して部分的に熱溶着を行うことで,展開後に任意の形状を形成することが可能な点にある.この原理にもとづいて試作機を開発した.また,新たに各種センサと探索アルゴリズムを用いて,この展開構造物の展開を自動制御するシステムの構築を行った.

  • 腱駆動昆虫形ロボットの開発を通した生物規範型ロボットの設計論の深化

    2020年   石橋啓太郎

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    生物規範型ロボットに関する先行研究において,ミリスケール以下のサイズで昆虫の運動と機能を精緻に再現できているロボットはほとんどない.特に,実際の昆虫の脚が,極めて合理的な構造を有する腱によってさまざまな物体の表面に強力にとりつくことを実現しているのに対して,この動作を再現可能な昆虫形ロボットはまだ実現されていない.そこで本研究では,カブトムシ程度の大きさの腱駆動昆虫形ロボットの開発に取り組んだ.具体的には,昆虫の脚の腱の機能を力学的に解析し,その結果にもとづいて新たなミリスケール脚を設計し,試作した.

  • 小型脚式ロボットとマイクロファブリケーション技術の融合による壁面登攀の実現

    2018年   石橋啓太郎

     概要を見る

    本研究では,先端に爪のようや鋭利な構造を有する脚を駆動して,樹木等の凹凸のある表面上を移動する小型移動ロボットの開発に取り組んだ.研究期間内に,ばね鋼線材によって製作された超軽量の脚を,形状記憶合金アクチュエータによって駆動する小型の6足ロボットを開発した.開発したロボットについて評価実験を実施したところ,不整地での歩行が可能であることが確認された.また30度までの傾斜の登攀が可能であることも確認された.加えて,形状記憶合金アクチュエータの使用により,全く駆動音を発生させずに移動することが可能であることを確認した.

  • 人間に行動変容を促す機械システムの設計論の構築

    2018年  

     概要を見る

    本研究では,人間に行動変容を促すロボットシステムとして,児童とインタラクションを行うボール型ロボットの開発に取り組んだ.開発したボール型ロボットは直径が約20cmで,内蔵された機構によって跳躍することが可能となっている.跳躍機構は,モータの回転によってばねにエネルギを蓄積し,それを瞬間的に開放することで跳躍力を得る.また跳躍の方向を変化させる機構も備えており,任意の方向へ跳躍することが可能となっている.加えて,形状記憶合金と布で製作された柔軟な外装を有しており,児童がボールに接触する場面での安全性を確保している.

  • 自律移動型ロボットによる環境モニタリング・システムの高度化に関する研究

    2018年   高西淳夫

     概要を見る

    研究代表者は多年にわたり,屋外環境下で自律的に移動し,環境情報の収集を行う環境モニタリングの開発に取り組んでいる.今回,湖沼内においてカミツキガメ等の害獣の生態調査を行う新たなロボットを開発した.このロボットはアルキメディアンスクリューによって,従来の移動ロボットでは進入や移動が困難であった泥濘地の地表および地中で移動することが可能となっている.具体的には,2個のアルキメディアンスクリューを,回転モータを介して直列に接続し,前部と後部を逆向きに回転させることで,路面や周囲の流体からの反力を推力に変換する.今後,ロボット先端にカメラや触覚センサを搭載し,泥濘地に潜むカミツキガメの探索に用いる.

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現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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委員歴 【 表示 / 非表示

  • 2015年10月
    -
    2017年09月

    日本コンピュータ外科学会  評議員

  • 2017年03月
    -
     

    日本ロボット学会  代議員

  • 2015年04月
    -
    2015年12月

    ICAM2015  Social Event Chair

  • 2015年04月
    -
    2015年12月

    ICAM2015  Social Event Chair

  • 2013年02月
    -
    2013年11月

    IROS2013  Associate Editor

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