杉原知道

杉原 知道（すぎはら ともみち、1975年〈昭和50年〉4月9日 - ）は、日本のロボット研究者。博士（情報理工学）（東京大学）。ヒューマノイドロボットの歩行制御や状態推定、センサ、機構、システム、ソフトウェアの研究に従事。レーベンバーグ・マルカート法による可解性を問わないロボットの数値的な逆運動学（英語版）手法を確立。非駆動自由度の陰表現を含む重心ヤコビ行列や力学変容も提案。また、ドラえもん愛好家として、解説や寄稿、後書きも著している。 東京大学助手、助教、九州大学特任准教授、大阪大学大学院工学研究科准教授、Preferred Networksリサーチャーを経て、2021年7月よりオムロン技術専門職。日本ロボット学会ではヒューマノイドロボット専門委員会委員長や開かれた知能研究専門委員会副委員長を歴任。IEEE Robotics and Automation Society（英語版）でもTechnical Committee on Humanoid roboticsのCo-chairを務めた。2021年度より日本ロボット学会フェロー。 中学生、高校生の時は合唱部や吹奏楽部で活動。国語が得意で、「人の思考メカニズムを理解したい」という夢を持っていた。埼玉県立浦和高等学校を卒業し、1997年に東京大学に進学。当初は人工知能を志していたが、人間の歩行のような複雑な運動を生み出す知能では、身体の力学が重要であると考え、機械系を目指す。工学部機械情報工学科に進む。 杉原は銅谷賢治のロボットや山崎信寿らの論文で示した「脳神経系・身体系・環境が相互作用した結果として二足歩行のような運動が生み出される」ということに影響を受ける。また、他の論文で見かけた「床反力が間接的な入力になっている」という考え方に感銘を受け、それに基づいたロボットを作るという目標を持つ。 井上博允の情報システム工学研究室（JSK）に所属し、ヒューマノイドロボット「H5」の開発に携わる。1999年3月に学部を卒業し、大学院工学系研究科機械情報工学専攻修士課程に進学。引き続き大学院でも同研究室に所属し、ヒューマノイドロボット「H6」や汎用動力学計算エンジン「Z-DYNAFORM」の開発に携わる。 2001年3月に修士課程を修了し、博士課程に進学。中村仁彦の研究室に移るが、引き続きヒューマノイドロボットの研究に取り組む。これまでは大型のロボットで実験しづらかったので、小型で卓上でも動かせるロボットUT-μ（mighty）を製作。ZMPや倒立振子モデルに基づく歩行制御に取り組む。 なおヒューマノイドロボットは床に固定されておらず、支持脚との関係も変化するため、慣性系と6自由度の非駆動関節でつながっているとみなすことになる。関節角度と重心の速度を対応付ける重心ヤコビ行列は以前から知られていたが、杉原はこの非駆動関節の陰表現を含む重心ヤコビ行列を導出する。 2004年3月、博士（情報理工学）の学位を取得。4月より大学院知能機械情報学専攻 学術研究支援員、翌年4月からは同専攻助手に就任。2005年の愛・地球博に中村研究室から出展した「アニマトロニックヒューマノイドロボット・プロジェクト」には杉原が山本江と製作したロボットUT-μ2（magnum）が用いられた。 2007年、九州大学高等研究機構若手研究者養成部門SSP学術研究員、および九州大学システム情報科学研究院特任准教授に着任（後、特別准教授）。瀬戸文美とリーチング動作の目標値整形について研究するとともに、モータ制御単体でも積分補償を用いた目標値整形を行う制御手法を提案した。 また、ヒューマノイドロボットの立位が安定するための制御則を研究し、「最良重心レギュレータ」を提案。安定に立っている状態から踏み足しながら搖動する状態における重心の位相（位置と速度）の状態遷移について調べ、リミットサイクルを形成する「力学変容」（dynamics morphing）の仕組みを見出す。これらの研究は、日刊工業新聞社のWeb連載や書籍『あのスーパーロボットはどう動く』において、機動警察パトレイバーと絡めて論じられた。 2009年、杉原はロボットの逆運動学（英語版）の数値解法に、残差2乗ノルムに微小バイアスを加えた減衰因子を用いたレーベンバーグ・マルカート法（Levenberg-Marquardt mechod）を適用。特異点や動作領域外で解が存在しない場合に対しても発散せずに収束する利点を持ち、2011年の日本語論文は論文賞を受賞した。この手法はMATLABのロボット関係のライブラリで逆運動学ソルバーの一つに採用され、梶田秀司の編著でも特異点に対応した逆運動学の計算例として採用されている。 2010年、大阪大学大学院工学研究科知能・機能創成工学専攻の准教授に着任。工学部応用理工学科機械工学科目におけるメカトロニクス系の実習も担当する。ジャイロセンサや加速度センサの情報をもとに姿勢推定にあたり、市販品より高速・高精度に3次元の姿勢を推定する手法を開発。九州大学から特許出願もなされた。 杉原は人のように「硬くて柔らか」く、「しなやかで正確」なサーボモータの制御を志向し、トルクセンサを備えて摩擦や粘性を補償する、バックドライバビリティを持つモータ制御技術を開発。フォトインタラプタを用いた光学式トルクセンサも製作し、これは精度は低いものの安価で済む。また、膝と足首が連動するリンク機構も開発し、2014年には自由度が0と計算されるにもかかわらず2自由度の回転運動を行う特殊なパラレル機構も発表した。 杉原はロボットの立位安定の制御則が人間でも成立することを、重心の位相（位置と速度の軌跡）から検証する。また、ロボット制御においても力学変容をロボットの運動遷移に応用した。日本ロボット学会の「開かれた知能」研究専門委員会では副委員長を務め、未知環境内でロボットを移動させたり誘導させるため、「SLAM-SEAN」にも取り組んでいる。2015年度からはImPACTタフ・ロボティクス・チャレンジのシミュレーションプロジェクトにも参画しており、Choreonoidの機能拡張に取り組んだ。 なお、杉原はDARPAロボティクス・チャレンジや2015年の国際会議で日本のヒューマノイドロボット研究が世界の後塵を拝していることに危機を感じ、若手の育成やコミュニティづくりを意図して「ヒューマノイド・ロボティクス2016夏の学校」を開催。継続開催するともに、日本ロボット学会に「ヒューマノイド・ロボティクス専門委員会」を組織し、杉原は委員長に就任した。 2019年から杉原は株式会社Preferred Networks（PFN）に所属。日本ロボット学会のヒューマノイド・ロボティクス研究専門委員会では引き続き委員長を務める。その後も「ヒューマノイド・ロボティクス2019夏の学校」で講師を務め、同学会英語論文誌の『Advanced Robotics』でも「Humanoid Robotics」特集号のco-editorを担当する。なお2018年度をもって大阪大学の杉原研究室（運動知能研究室）は閉鎖されたが学生は残っており、招聘准教授として2019年度は知能・機能創成工学専攻に、2020年度は機械工学専攻に籍を残していた。 2021年7月にはPreferred Networksを辞し、オムロン技術専門職に転職。2022年時点で技術・知財本部ロボティクスR&Dセンタロボティクス技術統括部に所属。「ロボットは実世界と物理的に相互作用する情報処理システム」との認識を示し、「開かれた世界で柔軟に振る舞える賢さを備えたロボットを作りたい」「作業対象物を含むロボットのおかれた環境とのダイナミックな関係変化に即応しながら高度な目的を達成する、新たな情報処理の仕組みが必要」と語っている。 杉原は「自他ともに認めるドラえもん愛好家」であり、計測自動制御学会の学会誌で解説記事を執筆するとともに、瀬名秀明の著書にも寄稿した。また、瀬名が「ドラえもん のび太と鉄人兵団」を小説化する際には5時間も話し合い、瀬名はそれによって科学的な構想が固まったと語っている。また、藤子・F・不二雄全集『ドラえもん16』（ISBN 9784091434753）においても、杉原は解説を担当している。 2006年 - 第21回日本ロボット学会研究奨励賞 2007年 - 第21回日本ロボット学会論文賞「非駆動自由度の陰表現を含んだ重心ヤコビアンによる脚型ロボットの全身協調反力操作」 2013年 - 第27回日本ロボット学会論文賞「Levenberg-Marquardt法による可解性を問わない逆運動学」 2018年 - 計測自動制御学会システムインテグレーション部門研究奨励賞 （査読付き国際会議） 2005年 - Best Paper Award in 2005 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots 2014年 - Best Interactive Paper Award in 2014 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots （査読付き国内会議） 2005年 - 第10回ロボティクスシンポジア最優秀論文賞「境界条件緩和による二脚ロボットのオンライン歩容計画」 2014年 - 第19回ロボティクスシンポジア最優秀論文賞「乗数法による優先度付き逆運動学のロバスト解法」 2018年 - 第23回ロボティクスシンポジア優秀賞「可動する零自由度機構の解析」 （国内講演会） 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門 2002年 - ROBOMECH表彰「ヒューマノイドの遠隔操作インタフェースの研究」 2020年 - ベストプレゼンテーション表彰「人の運動特性を再現するロボットハンド機構の試作と評価」 日本ロボット学会 フェロー（2021年度） 開かれた知能研究専門委員会 - 副委員長 ヒューマノイド・ロボティクス研究専門委員会 - 委員長 ほか、次世代構想分科会メンバーや情報管理システム委員会委員、各種論文賞選考委員会委員などを務めた。 日本機械学会（2018年時点） IEEE IEEE Robotics and Automation Society（英語版） Technical Committee on Humanoid robotics - Co-chair Tomomichi Sugihara (2004-03-25). Mobility Enhancement Control of Humanoid Robot Based on Reaction Force Manipulation via Whole Body Motion. 博士論文（甲第19541号、博情第22号）. 東京大学. NAID 500000305104. （共著） 金岡克弥 編著『あのスーパーロボットはどう動く─スパロボで学ぶロボット制御工学』 日刊工業新聞社〈B&Tブックス〉、2010年、ISBN 978-4526064067。 （分担執筆） 瀬名秀明 編著『ロボット・オペラ』 光文社、2004年、ISBN 4334924379。 Ambarish Goswami and Prahlad Vadakkepat eds. (2017). Humanoid Robotics: A Reference. Springer. ISBN 978-9400760455。 松野文俊、大須賀公一、松原仁、野田五十樹、稲見昌彦 編著『ロボット制御学ハンドブック』 近代科学社、2017年、ISBN 978-4764904736。 日本ロボット学会 編『ロボット工学ハンドブック第3版』コロナ社、2023年、ISBN 978-4339046793 （単著） 「ドラえもん～ロボットらしく、ロボットらしくなく」、『計測と制御』第43巻第1号、2004年、21-23頁。 「ロボットの運動計算・解析からハードウェア制御まで支える基盤ソフトウェアライブラリの自作」、『日本ロボット学会誌』第30巻第9号、2012年、860-864頁。 「逆運動学の数値解法」、『日本ロボット学会誌』第34巻第3号、2016年、167-173頁。 「長期的に活きるメカトロニクス教育のあり方」、『設計工学』第52巻第11号、2017年、653-657頁。 「人と人型ロボットの運動制御研究におけるN=1の大切さ」、『バイオメカニズム学会誌』第42巻第1号、2018年、31-36頁。 「人型ロボットの力学」、『日本ロボット学会誌』第36巻第2号、2018年、95-102頁。 「運動知能 ― 運動から迫る実世界に開かれた知能 ―」、『日本ロボット学会誌』第36巻第9号、2018年、609-615頁。 「人型ロボット運動制御から人運動理解への展開」『脊髄外科』第34巻第3号、2020年、243-249頁。 （共著） 「アニマトロニック・ヒューマノイドロボット「UT-μ2」」、『日本ロボット学会誌』第24巻第2号、2006年、190頁。中村仁彦、山本江との共著。 「未来のヒューマノイド」、『日本ロボット学会誌』第26巻第7号、2008年、761-762頁。梶田秀司との共著。 「ヒューマノイド・ロボティクス2016夏の学校開催の経緯」、『日本ロボット学会誌』第36巻第2号、2018年、90-94頁。 「ロボットシミュレータ開発」『日本ロボット学会誌』第37巻第9号、2019年、835-838頁。 （座談会） 「2足歩行ロボット技術の現在」、『日本ロボット学会誌』第30巻第4号、2012年、336-343頁。 「2足歩行ロボット技術の現在（完結編）」、『日本ロボット学会誌』第30巻第4(append)号、2012年、1-19頁。 「日本ロボット学会研究専門委員会「開かれた知能」座談会」、『日本ロボット学会誌』第36巻第9号、2018年、582-592頁。 [脚注の使い方] ^ 博士論文 - 山本孝信 (2021年3月24日). (山本孝信 2021)。主査・副査に杉原は入っていない。 ^ a b c d レーベンバーグ・マルカート法は文献によっては「Levenberg–Marquardt法」と書かれることもあるが、ここでは2021年9月25日(UTC)現在のMATLABドキュメントと2019年の細田耕の著書に従って、「リーベンバーグ・マルカート法」と記した。 ^ 杉原は当初「重心ヤコビアン」と呼んでいたが、2018年には「重心ヤコビ行列」としている。ヤコビアンは本来ヤコビ行列（Jacobian matrix）の行列式（determinant、ヤコビ行列式）を指すが、ロボットの分野ではヤコビ行列をヤコビアンを呼ぶ誤用が多く見受けられる。 ^ 杉原 2016, p. 170では逆運動学の数値解法におけるニュートン・ラフソン法を「Newton-Raphson法を原型とする勾配法」と表現しており、梶田秀司は2020年12月のTwitterで「繰り返し計算の関節角修正量を（ヤコビアン）^(-1) * (手先誤差ベクトル) で求める方法を Newton-Raphson法と呼んではダメ」と指摘している。 ^ 冗長自由度を持つ場合、関節角度と先端座標は一対一に対応せず、数値計算に頼ることになる。通常はニュートン・ラフソン法を用いることが多いが、特異点や動作領域外で計算が発散する。MATLABのRobotics Toolboxでは、BFGS法とレーベンバーグ・カルマート法が採用されている。 ^ 受賞論文 - 杉原知道、中村仁彦「非駆動自由度の陰表現を含んだ重心ヤコビアンによる脚型ロボットの全身協調反力操作」、『日本ロボット学会誌』第24巻第2号、2006年、222-231頁。 ^ 受賞論文 - 杉原知道「Levenberg-Marquardt法による可解性を問わない逆運動学」、『日本ロボット学会誌』第29巻第3号、2011年、269-277頁。 ^ 受賞講演 - 山本孝信、杉原知道「Capture Regionに基づく二脚ロボットの踏み出し位置修正による転倒防止」、『第18回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会』、2017年、3B6-05。 ^ 受賞講演論文　 - Tomomichi Sugihara, Kou Yamamoto, Wataru Takano, Katsu Yamane, and Yoshihiko Nakamura (2005).“Online Dynamical Retouch of Motion Patterns Towards Animatronic Humanoid Robots”. Proc. of 5th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots. pp.117-122. ^ 受賞講演 - Kenya Tanaka, Tomomichi Sugihara (2014).“Dynamically Consistent Motion Design of a Humanoid Robot Even at the Limit of Kinematics”. Proc. of 2014 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots. ^ 「ロボティクスシンポジア」は日本機械学会、日本ロボット学会、計測自動制御学会の共催で、フルペーパー査読を経たものだけが講演できる。 ^ 加賀美聡、カフナージェームス、西脇光一、道方孝志、青山拓磨、稲葉雅幸、井上博允との共同受賞。 ^ 受賞講演 - 谷英紀、野津峻、杉原知道「人の運動特性を再現する口ボットハンド機構の試作と評価」『日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集』、2019年、2A2-G09。 ^ 日本語題名 - 『全身運動による反力操作に基づいたヒューマノイドロボットの高機動化制御』、論文内容要旨、審査結果要旨、2018年9月13日閲覧。 ^ 共著者 - 杉原知道、小澤隆太、神永拓、田崎勇一、野沢峻一、橋本健二、舛屋賢、森澤光晴、山本江 ^ 金広文男、中岡慎一郎、石上玄也、尾崎伸吾との共著。 ^ a b 共著者、座談会参加者 - 高西淳夫、梶田秀司、佐野明人、藤本康孝、玄相昊、西脇光一、浅野文彦、杉原知道。 ^ 司会・著者 - 矢野友規。座談会出席者 - 有江浩明、小澤隆太、門根秀樹、神原誠之、金天海、小林祐一、下田真吾、杉原知道、高木健、竹内栄二郎、田原健二、松原崇充、森裕紀、森澤晴、山崎公俊、山本江、矢野友規。 ^ a b c 「日本ロボット学会第21回研究奨励賞の贈呈 ―第21回研究奨励賞選考結果報告―」、『日本ロボット学会誌』第24巻第8号、2006年、お知らせ10頁。 ^ a b c 杉原知道、中村仁彦「ZMP-重心モデルと台車型倒立振子モデルのアナロジーによるヒューマノイドロボットの高機動化制御」、『日本ロボット学会誌』第24巻第1号、2006年、74-83頁。 ^ a b c d e f g せとふみ 2008. ^ a b c d Sugihara 2004. ^ 高西ほか 2012. ^ a b c 杉原知道『全身型ヒューマノイドにおける脚動作の実時間生成に関する研究』東京大学大学院工学系研究科修士論文、2001年3月。 ^ 舛屋賢『支持足の接触状態の影響を低減した二脚ロボットの高速な運動推定 [High-rate motion estimation of a biped robot that is less influenced by foot contact condition]』大阪大学〈博士（工学) 甲第18609号〉、2016年。hdl:11094/59622。 NAID 500001054061。https://hdl.handle.net/11094/59622。  ^ a b “メンバー”. 運動知能研究室. 大阪大学大学院工学研究科 知能・機能創成工学専攻. 2019年5月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年9月16日(UTC)閲覧。 ^ 山本孝信『包摂アーキテクチャに基づく二脚ロボットのロバストな自律誘導システム [Robust autonomous navigation system of a biped robot based on subsumption architecture]』大阪大学〈博士（工学) 甲第21541号〉、2021年。hdl:11094/82265。 NAID 500001555864。  ^ Wataru Takano (2006年9月29日). “Stochastic Segmentation, Proto-Symbol Coding and Clustering of Motion Patterns and Their Application to Signifiant Communication between Man and Humanoid Robot”. 東京大学博士学位論文（甲第21892号、博情第106号）、日本語題名『運動パターンの統計的分節化，原始シンボルコーディング及びクラスタリングとその人間とヒューマノイドロボットの記号的コミュニケーションへの応用』、論文内容要旨、審査結果要旨、2018年9月10日閲覧。 ^ Kou Yamamoto (2009年6月26日). 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