Ishigami, Genya

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Affiliation

Faculty of Science and Technology, Department of Mechanical Engineering （Yagami）

Position

Associate Professor

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Related Websites
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Career 【 Display / hide 】

  • 2008.04
    -
    2010.03

    Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, Postdoctoral Associate

  • 2010.04
    -
    2013.03

    Japan Aerospace Exploration Agency, Institute of Space and Astronautical Science, Aerospace Project Research Associate

  • 2013.04
    -
    2017.03

    Keio University, Dept. of Mechanical Engineering, Assistant Professor

  • 2013.06
    -
    Present

    国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 大学共同利用システム研究員

  • 2017.04
    -
    Present

    Keio University, Dept. of Mechanical Engineering, Associate Professor

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Academic Background 【 Display / hide 】

  • 2003.03

    Tohoku University, Faculty of Engineering, Dept. of Mechanical and Aerospace Engineering

    University, Graduated

  • 2005.03

    Tohoku University, Graduate School, Division of Engineering, Department of Aerospace Engineering

    Graduate School, Completed, Master's course

  • 2008.03

    Tohoku University, Graduate School, Division of Engineering, Department of Aerospace Engineering

    Graduate School, Completed, Doctoral course

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Academic Degrees 【 Display / hide 】

  • Ph.D (Engineering), Tohoku University, Coursework, 2008.03

  • 修士（工学）, Tohoku University, Coursework, 2005.03

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Research Areas 【 Display / hide 】

  • Dynamics/Control

  • Intelligent mechanics/Mechanical systems (Intelligent Mechanics/Mechanical System)

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Research Keywords 【 Display / hide 】

  • Terramechanics

  • Field Robotics

  • Robotics

  • Lunar/Planetary Exploration

  • Autonomous Mobility System

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Books 【 Display / hide 】

  • Springer Handbook of Robotics, 2nd edition

    Keiji Nagatani, Genya Ishigami, Yoshito Okada, Springer, 2015

    Scope: Chapter 50: Modelling and Control of Robots on Rough Terrain

  • The International Handbook of Space Technology: Chapter 19 Space Robotics

    Kazuya Yoshida, Dragomir Nenchev, Genya Ishigami, Yuichi Tsumaki, Springer, 2014.03

    　View Summary

    宇宙技術に関して編纂された同ハンドブックにおいて，宇宙ロボットに関する最新動向，技術開発および学術的アプローチについて記している．

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Papers 【 Display / hide 】

  • Vision-based measurement of spatio-temporal deformation of excavated soil for the estimation of bucket resistive force

    Tsuchiya K., Ishigami G.

    Journal of Terramechanics （Journal of Terramechanics)   2020

    ISSN  00224898

    　View Summary

    © 2020 ISTVS This paper reports a vision-based technique of measuring the spatio-temporal deformation of excavated soil for estimating the bucket resistive force. The proposed measurement technique uses two depth cameras to determine three-dimensional soil-surface displacement. The technique consists of the following two processes: the first is related to image correlation between the two cameras, and the second involves data filtering and smoothing for generating soil deformation as a continuously curved surface. The proposed technique delivers measurement accuracy to the nearest centimeter. Typical experimental results of the three-dimensional measurement of soil deformation using the proposed technique are presented in the paper. Further, this study updates an interaction model for the resistive-force estimation while a bucket excavates soil. The model introduces a correction variable that changes with the bucket wrist angle by exploiting the experimental measurement of soil deformation. The model estimates the resistive force with an error of less than one quarter of the maximum force. These updates also exhibit the effectiveness of the proposed technique.

  • Routing Problem of Multiple Mobile Robots with Human Workers for Pickup and Dispatch Tasks in Warehouse

    Ono Y., Ishigami G.

    Proceedings of the 2019 IEEE/SICE International Symposium on System Integration, SII 2019 （Proceedings of the 2019 IEEE/SICE International Symposium on System Integration, SII 2019)     176 - 181 2019.04

    ISSN  9781538636152

    　View Summary

    © 2019 IEEE. This paper presents a routing problem of multiple mobile robots collaborating with human workers in a ware-house. In a scenario considered in this paper, the warehouse stores several different of heavy items on multiple stock locations. The human worker pick items up from corresponding stock location, puts them on one of the mobile robot carriers, and then visits another stock location. The multiple mobile robots deployed in the warehouse visit stock locations by following specified routes, carry several items for the worker, and deliver them to a dispatch area in the warehouse. Here, an appropriate number of robots, the maximum speed of each robot, and the load capacity of each robot should be quantitatively analyzed while the routing problem of the multiple robots with the human worker in the warehouse is considered. The research in this paper develops a simulation framework in which the worker and the robots cooperatively performs the pickup and dispatch tasks. An algorithm of the routing problem in the framework is addressed based on the Mixed-integer linear programming, which calculates the order of the picking points for each robot. Simulation studies for an actual warehouse are performed with different conditions between the number of robots, speed, and load capacity. The simulation framework calculates a task time which indicates how long the robots and worker need to complete one shipping list. The task time also quantitatively indicate how large the multiple robots reduce the work load of the human worker.

  • Dual-arm construction robot with remote-control function

    Yoshinada H., Kurashiki K., Kondo D., Nagatani K., Kiribayashi S., Fuchida M., Tanaka M., Yamashita A., Asama H., Shibata T., Okutomi M., Sasaki Y., Yokokohji Y., Konyo M., Nagano H., Kanehiro F., Sugihara T., Ishigami G., Ozaki S., Suzumori K., Ide T., Yamamoto A., Hioki K., Oomichi T., Ashizawa S., Tadakuma K., Takamori T., Kimura T., Murphy R., Tadokoro S.

    Springer Tracts in Advanced Robotics （Springer Tracts in Advanced Robotics)  128   195 - 264 2019

    Joint Work, Except for reviews,  ISSN  16107438

    　View Summary

    © Springer Nature Switzerland AG 2019. In disaster areas, operating heavy construction equipment remotely and autonomously is necessary, but conventional remote-controlled heavy equipment has problems such as insufficient operability, limited mobility on slopes and stairs, and low work efficiency because of difficult remote control. As part of the ImPACT-TRC Program, a group of Japanese researchers attempts to solve these problems by developing a construction robot for disaster relief tasks with a new mechanism and new control methods. This chapter presents the overview of construction robot and the details of main elemental technologies making up the robot. Section 5.1 describes the basic configuration of the robot and the teleoperation system. Section 5.2 is a tether powered drone which provides extra visual information. Sections 5.4 and 5.3 are force and tactile feedback for skillful teleoperation. Section 5.5 is visual information feedback which consists of an arbitrary viewpoint visualization system and a visible and LWIR camera system to observe surrounding of the robot in a dark night scene and/or a very foggy scene. These functions can dramatically increase construction eq

  • Simulator for disaster response robotics

    Kanehiro F., Nakaoka S., Sugihara T., Wakisaka N., Ishigami G., Ozaki S., Tadokoro S.

    Springer Tracts in Advanced Robotics （Springer Tracts in Advanced Robotics)  128   453 - 477 2019

    Joint Work, Except for reviews,  ISSN  16107438

    　View Summary

    © Springer Nature Switzerland AG 2019. This chapter presents a simulator for disaster response robots based on the Choreonoid framework. Two physics engines and a graphics engine were developed and integrated into the framework. One physics engine enables robust contact-force computation among rigid bodies based on volumetric intersection and a relaxed constraint, whereas the other enables accurate and computationally efficient computation of machine–terrain interaction mechanics based on macro and microscopic approaches. The graphics engine allows simulating natural phenomena, such as rain, fire, and smoke, based on a particle system to resemble tough scenarios at disaster sites. In addition, wide-angle vision sensors, such as omnidirectional cameras and LIDAR sensors, can be simulated using multiple rendering screens. Overall, the simulator provides a tool for the efficient and safe development of disaster response robots.

  • High-fidelity Simulator of Construction Robot using Macro-Microscopic Interaction Mechanics of Machines in Rough Terrain

    ISHIGAMI Genya, TSUCHIYA Kenji, SUZUKI Hirotaka, KATSUSHIMA Kota, OZAKI Shingo

    The Proceedings of JSME annual Conference on Robotics and Mechatronics (Robomec) （The Japan Society of Mechanical Engineers)  2019 （ 0 ） 2P1 - D08 2019

    　View Summary

    <p>This paper presents our three-year research project devoted to a development of a high-fidelity dynamic simulator for a robotic construction machine. The research has mainly focused on a machine-terrain interaction mechanics which is highly related to dynamics of the construction robot. We have exploited macro/micro-based approaches in order to deal with the interaction mechanics. The macro-based approach calculates the contact forces with less computational burden while the micro-based one precisely solves the dynamic behavior of the interaction. These two approaches have been experimentally validated and used for analyses of a bucket and a multi-fingered hand. The dynamic simulator developed in our work has been used for a preliminary verification of tasks required for the construction machine.</p>

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Papers, etc., Registered in KOARA 【 Display / hide 】

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Reviews, Commentaries, etc. 【 Display / hide 】

  • 粒子画像計測法を用いた機械と土壌の相互力学現象の解明

    ISHIGAMI GENYA

    日本機械学会誌 (日本機械学会誌)  Vol. 117 ( No. 1147 )  2014.06

    Introduction and explanation (scientific journal)

  • NASA火星ローバ・キュリオシティ

    ISHIGAMI GENYA

    日本機械学会宇宙工学部門ニュースレター (日本機械学会)   2013.02

    Introduction and explanation (others)

  • ローバによる火星地質調査計画

    並木則行，小松吾郎，臼井寛裕，杉田精司，宮本英昭，久保田孝，石上玄也，出村裕英，岡田達明，三浦弥生，長勇一郎，後藤和久，千秋博紀，和田浩二，石橋高，荒井朋子，小林正規，大野宗祐

    地質学雑誌 118 ( 10 ) 606 - 617 2012.10

    Introduction and explanation (scientific journal), Joint Work

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Presentations 【 Display / hide 】

  • Routing Problem of Multiple Mobile Robots with Human Workers for Pickup and Dispatch Tasks in Warehouse

    Yoko Ono, Genya Ishigami

    Proceedings of the 2019 IEEE/SICE International Symposium on System Integration, 2019.01, Oral Presentation(key)

  • Experimental Analysis of Bucket-soil Interaction Mechanics using Sensor-embedded Bucket Test Apparatus

    Kenji Tsuchiya, Genya Ishigami

    Proceedings of the Joint 10th Asia-Pacific Conference of the International Society for Terrain-Vehicle Systems (New Miyako Hotel, Kyoto, Japan) , 2018.07, Oral Presentation(general)

  • Development of In-track Sensor System for Three Dimensional Measurement of Pressure Distribution on Loose Soil

    Satoshi Ishibashi, Genya Ishigami

    Proceedings of the Joint 10th Asia-Pacific Conference of the International Society for Terrain-Vehicle Systems (New Miyako Hotel, Kyoto, Japan) , 2018.07, Oral Presentation(general)

  • Experimental Analysis of Camber Angle Effect on Slope Traversability of Wheeled Mobile Robot

    Ryota Matsumura, Genya Ishigami

    Proceedings of the Joint 10th Asia-Pacific Conference of the International Society for Terrain-Vehicle Systems (New Miyako Hotel, Kyoto, Japan) , 2018.07, Oral Presentation(general)

  • Strategic Deployment and Rerouting Methods for Wide-range Surface Exploration using Multiple Rovers

    Reina Nakanishi, Genya Ishigami

    Proceedings of the 14th International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space (i-SAIRAS 2018) (Ayre Gran Hotel Colon, Madrid, Spain) , 2018.06, Oral Presentation(general)

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Research Projects of Competitive Funds, etc. 【 Display / hide 】

  • センシング対応型の自律多機能ロボットによる農作物の生長シミュレーションモデル手法の確立

    2018.07
    -
    2019.03

    農林水産省, 農業界と経済界の連携による生産性向上モデル農業確立実証事業

  • 多角的な接触力学情報を統合したフィールドロボット動力学シミュレータの創出

    2018.04
    -
    2021.03

    Keio University, 科学研究費補助金(基盤研究(B)）, 石上 玄也, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Research grant, Principal Investigator

    　View Summary

    本研究課題初年度（2018年度）の主な実施内容および成果をまとめる．
    センサ搭載型車輪の拡張：これまで研究代表者のグループにおいて開発していたセンサ搭載型車輪をベースとして，車輪全周に圧力センサを配置したセンサ車輪，および内部にカメラと搭載したセンサ車輪をそれぞれ開発した．これらの車輪によって，車輪回転に伴った連続的なデータ取得が可能となり，2019年度以降に開発されるハードウェアとシミュレータ間のデータ連携の時間連続性を実現することができる．
    地形形状取得システムの開発：従来から本グループにおいてはPIV（Particle Image Velocimetry，粒子画像流速測定法）を用いて，車輪下部での地形の変形を測定していたが，同手法に加え，車輪後方部に搭載したデプスカメラ，上述のカメラ内蔵車輪をそれぞれ用いることによって，砂地上を走行する車輪周囲に発生する地形の変形を捉えるシステムを開発した．このシステムにより計測されるデータもシミュレータへのデータ連携として活用していく．
    シミュレータ環境の構築：当初，次年度に実施予定としていたが，予算および入手性の観点から2018年度にシミュレーションソフトウェアの導入をおこなった．同ソフトウェア上において，フィールドロボット（車輪型移動ロボットおよび着陸システム）のシミュレーション環境を構築するとともに，2019年度以降必要となるハードウェアとの連携について検討をおこなった．また，同ソフトウェアを開発している国外企業の技術者ならびに接触モデルを構築した研究者との技術交流セミナを実施し，本研究の発展を見越し海外大学との連携を視野に入れた議論をおこなった．
    当初予定としていたシミュレータ導入を1年早めることにより，本研究課題の基盤となるシミュレーションソフトウェア上でのロボットのモデル化，接触力学の概要，動力学計算の実施に取り組み，2年目以降のハードウェア連携が円滑になると考える．一方，ハードウェア（実験装置）制御系をMATLAB/Simulinkによって構築する予定であったが，この開発に若干の遅延が見られるため，全体の進捗として上記の区分にて自己評価する．
    2019年度の推進方策を下記にまとめる．
    シミュレータ環境の開発においては，動力学ソルバの安定性，多様なモデルへの対応方法，ならびにハードウェアとの連携方法について開発を進めるとともに，実験装置から計測される接触情報の取得ライブラリの作成をおこなう．また，当初の研究計画にはなかったが，実験装置では多様な接触物体（例：不整地地面の種類を変更するなど）を扱えないため，仮想的な実験装置として，接触物体の変形を精緻に表現できる離散化要素法シミュレータの導入も行う予定である．さらに2019年度後半期および2020年度では，HILSにおいてよく知られた問題であるハードウェアとの正確な時間同期問題，シミュレーションの安定化問題について取り組み，ハードとソフトの統合化に着手する．

  • 農業用を中心とした自律多機能型ロボットの要求仕様検討、及び実フィールドにおける適用・検証

    2017.08
    -
    Present

    石上玄也, Commissioned ｒesearch, Principal Investigator

  • 多機能型ロボットによるミドルクラス向けスマート農業の創発とコンソーシアム形成

    2017.04
    -
    2018.03

    慶應義塾先端科学技術研究センター指定研究プロジェクト　次世代先端分野探索研究, Research grant, Co-investigator

  • Development of a small muography instrument to map subsurface structures for a mobile planetary-exploration robot

    2017.04
    -
    2020.03

    The University of Tokyo, 科学研究費補助金(基盤研究(B)）, 宮本 英昭, 石上 玄也, 田中 宏幸, 尾崎 正伸, 日野 英逸, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Research grant, Co-investigator

    　View Summary

    太陽系固体天体探査において、浅部地下構造は今後極めて重要な探査対象となる。地下構造の理解には密度構造の把握が決定的に重要であるため、これを直接的に計測できるミュオグラフィ技術は惑星探査にとって魅力的である。そこで既に実用化されている高速大型のミュオグラフィ装置の超小型化となるプラスチックシンチレーターをPMT (Photomultiplier Tube)と組み合わせたタイプのものと、核医学イメージング技術を応用したプラスチックシンチレーターとMPPC (Multi-Pixel Photon Counter) を組み合わせたタイプの、２種類の原理検証機を作成した。
    <BR>
    前者はディテクター自体は5.2cm x 5.2cm x 6.5cmとミュオグラフィ装置としては極めて小型化されているが、装置全体としては新規で作成した小型高圧電源装置とオシロスコープを組み合わせる必要がある。後者は64チャンネルのSiPMを用いてdynamic Time-Over-Threshold (dTOT)ボードを利用してdata-acquisition DAQボードで読み出すというもので、ディテクターの大きさが約2.6cm x 2.6cm x 3.1cmであることもあり省電力かつ小型化に成功している。
    <BR>
    前者の検出装置は2台製作し、それぞれの向きや距離を変え、さらに低エネルギーの粒子による誤検出を排除するために鉛板を利用した。その結果、既に知られている地上での鉛直ミュオン強度などと比較しても調和的な検出効率を達成できていることが確認され、原理実証機の作成としての目的は達せられた。なおシンチレーターは指向性を出すために細長い形状のものを用いているが、シンチレーターの形状で指向性を出したものは今回作成したミュオグラフィ装置が世界で初めてのものとなった。
    超小型ミュオグラフィ装置の原理実証機を作成し、屋内でのミュオン検出に成功したことから、ある程度の計測を行える目途がたった。一方で小型化による問題点が、単に積分時間の増大のみであると当初は考えていたが、数値計算により解像度の意味では遥かに複雑な問題を含むことがわかってきた。
    現状の原理実証装置ではオシロスコープでトリガーごとにデータの書き込みを行っており、このデータ量と消費電力により屋外での運用が困難となっているため、小型検出器の読み出し回路について検討を行い、同時に開発を進めている小型ローバへ搭載し屋外での実証試験を行う。また火星での応用を目指し、火星における放射線環境を数値シミュレーションなどを通じて把握する。

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Works 【 Display / hide 】

  • 大学発「月・惑星探査ロボット」を実現する (Fole, みずほ総合研究所株式会社)

    2018.07
    -
    Present
    , 

    Other, Single

  • NHK BSプレミアム「コズミックフロント☆NEXT 」

    2017.12
    -
    Present
    , 

    Other

  • 農業ロボ開発で共同体 (日刊工業新聞 11/10 朝刊1面)

    2017.11
    -
    Present
    , 

    Other

  • 宇宙向けAIロボ活用　慶大と連携　品質管理も視野 (日刊工業新聞 8/8 朝刊6面)

    2017.08
    -
    Present
    , 

    Other

  • 未来の起源 TBS

    2017.02
    -
    Present
    , 

    Other

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Awards 【 Display / hide 】

  • Asia-Pacific ISTVS Conference 2018 Best Papers Award

    Kenji Tsuchiya, Genya Ishigami, 2018.07, International Society for Terrain-Vehicle Systems, Experimental Analysis of Bucket-soil Interaction Mechanics using Sensor-embedded Bucket Test Apparatus

  • Asia-Pacific ISTVS Conference 2018 Best Papers Award

    Ryota Matsumura, Genya Ishigami, 2018.07, International Society for Terrain-Vehicle Systems, Experimental Analysis of Camber Angle Effect on Slope Traversability of Wheeled Mobile Robot

  • 日本機械学会91期機械力学・計測制御部門一般表彰 （オーディエンス表彰）

    ISHIGAMI GENYA, 2014.08, 不確定性解析を応用した砂地走行に最適な車輪パラメータの導出手法

    Type of Award： Awards of National Conference, Council and Symposium

  • 指導学生の受賞：日本機械学会関東支部第53回学生員卒業研究発表講演会 Best Presentation Award

    白井孝幸，石上玄也, 2014.03, 砂地移動型ロボットの走行特性を計測するIn-Wheel Sensor の開発

    Type of Award： Awards of National Conference, Council and Symposium

  • 指導学生の受賞：日本機械学会関東支部第53回学生員卒業研究発表講演会 Best Presentation Award

    森大輝，石上玄也, 2014.03, 土壌サンプリングツールの接触力学モデルの構築

    Type of Award： Awards of National Conference, Council and Symposium

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Courses Taught 【 Display / hide 】

  • SPECIAL LECTURE SERIES ON DESIGN SCIENCE

    2020

  • SPACE EXPLORATION ENGINEERING

    2020

  • ROBOTICS / MECHATRONICS

    2020

  • PROJECT LABORATORY IN MECHANICAL ENGINEERING

    2020

  • INTRODUCTION TO MECHANICS AND MECHANISM

    2020

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Courses Previously Taught 【 Display / hide 】

  • Laboratories in mechanical engineering

    Keio University, 2018, Spring Semester, Major subject, Laboratory work/practical work/exercise

  • Space Exploration Engineering

    Keio University, 2018, Autumn Semester, Major subject, Lecture

  • Robotics-mechatronics

    Keio University, 2018, Autumn Semester, Major subject, Lecture

  • デザイン科学特別講義

    Keio University, 2018, Spring Semester, Major subject, Lecture

  • Production engineering

    Keio University, 2018, Spring Semester, Major subject, Laboratory work/practical work/exercise

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Memberships in Academic Societies 【 Display / hide 】

  • 計測自動制御学会, 

    2017.04
    -
    Present

  • The Japan Society of Mechanical Engineers, 

    2011.04
    -
    Present

  • The Robotics Society of Japan, 

    2006.06
    -
    Present

  • IEEE, 

    2005.04
    -
    Present
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Committee Experiences 【 Display / hide 】

  • 2018.01
    -
    Present

    General Co-chair, 12th Conference on Field and Service Robotics (FSR2019)

  • 2017.09
    -
    2017.12

    International Program Committee, 2017 IEEE/SICE International Symposium on System Integration

  • 2017.03
    -
    Present

    広報委員, 計測自動制御学会 SI部門

  • 2017.03
    -
    Present

    フィールドロボティクス部会　副主査, 計測自動制御学会 SI部門

  • 2017.03
    -
    Present

    International Program Committee, 11th Conference on Field and Service Robotics (FSR2017)

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