杉原知道

杉原 知道は、日本のロボット研究者。博士。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name="LM法"}

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金広ほかオムロン。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杉原ほか、開かれた知能研究専門委員会副委員長開かれた知能}}を、IEEE Robotics and Automation SocietyではTechnical Committee on Humanoid roboticsのCo-chair金広ほかを歴任。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杉原杉江2011。

1. 来歴
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1.1. 生い立ち、東京大学JSK時代
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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せとふみ。埼玉県立浦和高等学校を卒業し、1997年に東京大学に進学せとふみ。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、機械系を目指すせとふみ高西ほか。工学部機械情報工学科に進む杉原。

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せとふみ高西ほか。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高西ほか。

井上博允の情報システム工学研究室に所属し、ヒューマノイドロボット「H5」の開発に携わる森山高西ほか。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杉原。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」森山西脇ほか2000}}や汎用動力学計算エンジン「Z-DYNAFORM」Z-DYNAFORM}}の開発に携わる修士論文}}高西ほか。

1.2. 東京大学中村研究室時代
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2001年3月に修士課程を修了し、博士課程に進学杉原。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を製作せとふみ大林UT-μ}}。ZMPや倒立振子モデルに基づく歩行制御に取り組む審査結果}}。

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杉原・中村。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・中村2006}}、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論文賞2007}}杉原は当初「重心ヤコビアン」と呼んでいたがSfn。

2004年3月、博士の学位を取得。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杉原・中村2008}}。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が用いられた愛知万博}}。

1.3. 九州大学時代
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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せとふみ。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立石2008}}、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杉原2009}}。

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」を提案山本2018}}。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の状態遷移について調べ杉原衣笠・吉田2009}}、リミットサイクルを形成する「力学変容」の仕組みを見出す山本2018}}。これらの研究は、日刊工業新聞社のWeb連載その他出版}}や書籍『あのスーパーロボットはどう動く』杉原2010}}において、機動警察パトレイバーと絡めて論じられた杉原2010}}。

2009年、杉原はロボットの逆運動学の数値解法に、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name="LM法"}}を適用Ali&Miry2011。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論文賞2013、2011年の日本語論文杉原は論文賞を受賞した論文賞2013。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MathWorks}}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Efn2、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梶田LM}}。

1.4. 大阪大学准教授時代
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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杉原。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杉原。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杉原ほか2013}}。九州大学から特許出願もなされた特開姿勢推定}}。

杉原は人のように「硬くて柔らか」立石2012}}く、「しなやかで正確」倉田2013}}なサーボモータの制御を志向し立石2012、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近畿経済産業局。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近畿経済産業局}}。また、膝と足首が連動するリンク機構も開発し特開リンク機構}}、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3-UU}}。

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、重心の位相から検証する杉原衣笠・吉田2009}}。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山本2018}}。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開かれた知能}}、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AI財団2017。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タフ}}。

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」を開催杉原ほか森山。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杉原ほか。

1.5. 会社員時代
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2019年から杉原は株式会社Preferred Networksに所属金広オムロン}}。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HR委員会}}。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2019夏の学校}}、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AR_CFP}}。なお2018年度をもって大阪大学の杉原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転出2019。

2021年7月にはPreferred Networksを辞し、オムロン技術専門職に転職オムロン。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オムロン。「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」と語っているオムロン。

2. 人物
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2.1. ドラえもん愛好家
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杉原は「自他ともに認めるドラえもん愛好家」杉原であり、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杉原、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杉江2011}}。また、藤子・F・不二雄全集『ドラえもん16』においても、杉原は解説を担当しているF解説}}。

2.2. 主な受賞歴
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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「[1]」論文賞2007}}
2013年 - 第27回日本ロボット学会論文賞「[2]」論文賞2013}}
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SI表彰2018}}

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 RobotsHUMANOID2014}}

2005年 - 第10回ロボティクスシンポジア最優秀論文賞「[3]」
2014年 - 第19回ロボティクスシンポジア最優秀論文賞「[4]」
2018年 - 第23回ロボティクスシンポジア優秀賞「[5]」

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」ROBOMECH2002}}
2020年 - ベストプレゼンテーション表彰「[6]」ROBOMECH2020}}

2.3. 社会的活動
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日本ロボット学会
フェロー
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次世代構想}}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フェロー2021}}。
日本機械学会
IEEE
IEEE Robotics and Automation Society Technical Committee on Humanoid robotics - Co-chair

3. 主な著作
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3.1. 学位論文
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3.2. 著書
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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、978-4526064067}}。

瀬名秀明 編著『ロボット・オペラ』 光文社、2004年、4334924379}}。
Ambarish Goswami and Prahlad Vadakkepat eds. . //Humanoid Robotics: A Reference//. Springer. 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、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、

3.3. 解説
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「[7]」、『日本ロボット学会誌』第36巻第9号、2018年、609-615頁。
「[8]」『脊髄外科』第34巻第3号、2020年、243-249頁。

「[9]」、『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。
「[10]」、『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。
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「[11]」、『日本ロボット学会誌』第30巻第4号、2012年、1-19頁。
「[12]」、『日本ロボット学会誌』第36巻第9号、2018年、582-592頁。

4. 脚注
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4.1. 注釈
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4.2. 出典
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5. 参考文献
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6. 外部リンク
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[13] - 本人サイト

[14] - Qiita
[15] - note
[16]- アーカイブサイト
[17] - 杉原が立ち上げ、委員長を務める委員会。