Nozaki, Takahiro

写真a

Affiliation

Faculty of Science and Technology, Department of System Design Engineering (Yagami)

Position

Associate Professor

Related Websites

External Links
Page Top ▲

Career 【 Display / hide 】

  • 2012.04
    -
    2014.03

    The Japan Society for the Promotion of Science, Research Fellow (DC1)

  • 2014.04
    -
    2015.03

    Yokohama National University, Assistant Professor

  • 2015.04
    -
    2018.03

    Department of System Design Engineering, Keio University, Assistant Professor

  • 2018.04
    -
    2022.03

    Department of System Design Engineering, Keio University, Assistant Professor

  • 2019.10
    -
    2021.04

    Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Visiting Scientist

display all >>

Page Top ▲

Academic Background 【 Display / hide 】

  • 2006.04
    -
    2010.03

    Keio University, Faculty of Science and Technology, Department of System Design Engineering

    University, Graduated

  • 2010.04
    -
    2012.03

    Keio University, Graduate School, Division of Science and Engineering, School of Integrated Design Engineering

    Graduate School, Completed, Master's course

  • 2012.04
    -
    2014.03

    Keio University, Graduate School, Division of Science and Engineering, School of Integrated Design Engineering

    Graduate School, Completed, Doctoral course

Page Top ▲

Academic Degrees 【 Display / hide 】

  • Ph. D., Keio University, Coursework, 2014.03

Page Top ▲
 

Research Areas 【 Display / hide 】

  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Power engineering

  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Control and system engineering

  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Electron device and electronic equipment

Page Top ▲

Research Keywords 【 Display / hide 】

  • Robotics

  • Control Engineering

Page Top ▲
 

Papers 【 Display / hide 】

  • Vertical Adjustment Method with Mechanical Power Factor Feedback

    Shimada T., Yane K., Kotani I., Kozu S., Nozaki T.

    IEEE International Symposium on Industrial Electronics  2024

    ISSN  21635137

    　View Summary

    There are some dangerous situations under tunnel construction. Since humans fill small halls on the surface of a tunnel with explosives by their hands, they always work with risks of injury or death due to accidents of unexpected explosions or collapses of tunnels. In order to proceed with construction, remote control robots that take the place of their work have been developed. Although they made construction safer for humans, the operation of remote control robots is difficult. This paper proposes a method to adjust the angle vertically by using mechanical power factor feedback. When the robot's arm hits the target object, it estimates an angle deviation by mechanical power. The mechanical power factor is an analogy to power factor in electronics, which is proposed to estimate an angle deviation easily instead of using an angle sensor. It makes it possible not only to evaluate a performance of robots but also estimate an angle deviation for the vertical adjustment. Thus, the proposal has advantages in terms of focusing on the mechanical power factor. By conducting simulations, the results of the estimation of angle deviation were verified.

  • Realization of Scaled Admittance Bilateral Control with Different Inertias Using Piezoelectric Actuator

    Kozu S., Kotani I., Seki K., Motoi N., Nozaki T.

    IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, AIM    1103 - 1108 2024

    ISSN  21596247

    　View Summary

    In micro-manipulations such as cell manipulation, it is desirable for the operator to feel the haptic sensation of the object. Bilateral control can remotely transmit position and force information between leader and follower systems. In this control, the use of a linear motor as a leader and a stacked piezoelectric actuator as a follower has been proposed to achieve micro-scale operation. There is a lot that needs to be clarified about bilateral control when the structure differs between leader and follower systems. In conventional scaled 4channel (4ch) bilateral control, a theory of oblique coordinate control has been proposed that considers differences in the inertia of leader and follower systems. However, when a piezoelectric actuator is used, the control scheme differs from using two linear motors with different inertias because the structures of the leader and follower systems are entirely different. Another method is scaled admittance bilateral control. However, the control design when structures and inertias of the two systems are different has not yet been clarified. In this paper, a scaled admittance bilateral control using a piezoelectric actuator and a linear motor is constructed. Experiments confirm that the realized scaled admittance bilateral control has the equivalent position and force tracking performances as the conventional scaled 4ch bilateral control using a piezoelectric actuator. Furthermore, the designed scaled admittance bilateral control is more robust to fluctuations in the nominal inertia of the piezoelectric actuator than the conventional scaled 4 ch bilateral control.

  • Motion Reproduction of Loading Explosive with Compensation for Variations in Position and Direction of Hole by Image Processing

    Horikoshi M., Kotani I., Nozaki T.

    IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, AIM    1151 - 1156 2024

    ISSN  21596247

    　View Summary

    Mountain tunnel excavation has two problems, which are a shortage of skilled engineers and frequent industrial accidents. Automation of mountain tunnel excavation is progressing to solve these problems. However, loading explosives in mountain tunnel excavation is difficult to automate because this task requires a sense of force. Motion reproduction is an expected method to automate the process of loading explosives that takes the sense of force into account. It uses bilateral control to save and reproduce motions and has the advantage of being able to reproduce forces and teach human skills to manipulators. On the other hand, motion reproduction cannot succeed in saved tasks when the relative position of the loading hole and manipulator or the direction of the loading hole changes from the saving phase. Therefore, this paper proposes a method to compensate for variations in relative position and direction by image processing based on depth information in motion reproduction for automation of loading explosives. Experiments showed the effectiveness of the proposed method through the successful reproduction of the insertion motion despite variations in relative position and direction.

  • Effect of Coil Size on Efficiency of Wireless Power Transfer with Magnetic Field Resonant by Halbach Array

    Oba T., Tomioka Y., Nozaki T.

    IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, AIM    1050 - 1055 2024

    ISSN  21596247

    　View Summary

    In recent years, wireless power transfer (WPT) has become popular from the viewpoint of easy charging. Among them, magnetic field resonance WPT is being researched and developed due to its high efficiency. However, there are magnetic fluxes that cannot be used for power supply and are leaking out in magnetic field resonance WPT. Therefore, this paper applies a special magnet arrangement, a Halbach array, for transmission coils. The Halbach array transmission coils can concentrate the magnetic fluxes on one side. This feature allows the magnetic fluxes to be concentrated to increase the amount of magnetic fluxes chained to the receiving coil. It has a significant effect on efficiency. Since the size of the transmission and receiving coils also affects efficiency, this paper changes the size of the coils and analyzes its effect on efficiency. The efficiency of the Halbach array transmission coils will be confirmed by comparison with conventional transmission coils.

  • Admittance Separation Method for Admittance-Based Bilateral Control

    Kotani I., Nozaki T.

    IECON Proceedings (Industrial Electronics Conference)  2023

    ISSN  21624704

    　View Summary

    Admittance-based bilateral control is reported to have the same performance as 4ch bilateral control with only force communication. However, admittance-based bilateral control was easy to vibrate when in contact with the hard environment. Previous studies did not assume the contact vibration. Damping injection is one of the effective methods to suppress the vibration, however it generates the extra operational force proportional to velocity. Thus the operability deteriorates. To suppress the contact vibration, this paper proposed admittance separation method. This method used different admittance values for position control and acceleration feedforward. Making a smaller values of admittance for position control is effective in suppressing vibration when in contact with the environment. Moreover, the extra operational force is inertial force, so it is generated only at the beginning of the movement. Thus proposal has advantages in terms of operability. The validity of the proposal was confirmed by simulation of contact with the environment.

display all >>

Page Top ▲

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

display all >>

Page Top ▲

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

  • Development of a robot for single-cell surgery with tactile feedback

    2024.06
    -
    2027.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory), No Setting

    　View Summary

    細胞やその小器官から情報を得る手段として、単一細胞手術が近年注目されている。しかし、これまでに研究されてきた方法では、人の手で直接複雑な操作を施すことはできない。本研究は、触覚フィードバック付き単一細胞手術用ロボットの開発を目的とし、研究代表者らが培ってきた力触覚伝送技術（リアルハプティクス）による超微小手術用ロボット開発のノウハウをもとに、まずは基礎的知見を得ることを目指す。本研究の遂行により、複雑な細胞手術や新たな細胞手術法の開発への道が開ける。さらに、細胞研究を起点に生命科学全体の体系や方向性を大きく変革させること、およびロボット工学へ再応用することが期待できる。

  • Development of dental implant drill with bone quality change detection mechanism

    2023.04
    -
    2027.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), No Setting

    　View Summary

    歯科インプラント治療は、天然歯への負担が少なく、咀嚼機能や審美性に多くの利点を持つ優れた治療法である。しかし、歯槽骨高の低い上顎臼歯部の埋入においては、上顎洞粘膜損傷の危険性を伴う。そこで本研究では、上顎洞底の皮質骨のみを貫通した時点で上顎洞粘膜の損傷なく停止する新たなサイナスリフトシステムを構築する。目的達成のためA. 切削抵抗とドリル形状・回転速度との関係性解明、B. 切削抵抗測定アルゴリズムの開発、C. 骨質変化検出機構の開発、D. ハンドピース型歯科インプラントドリル機器のハード製作、E. 自動停止制御の実装を実施したのち、F. in vivo 実証実験により、有用性を確認する。

  • 電気的特性に基づく再生誘導血小板の品質評価に基づくパーソナル治療薬の開発

    2023.04
    -
    2026.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), No Setting

    　View Summary

    血小板は核を持たないことから、再生医療材料の分野において、臨床応用面で有利である。皮下脂肪組織由来血小板は、iPS細胞由来血小板より、安全面・費用面で、より臨床応用のハードルが低い素材として注目されている。これまでの成果を元に、われわれはは、いち早く皮下脂肪組織由来血小板を創傷治癒薬として臨床応用するため、治験を前提としており、具体的な治験プロトコールの策定・必要な客観的評価基準の確立・治験で使用する脂肪細胞ソースの確保を進めている。本研究では、特に誘導血小板の製品としての品質保証による安全性を担保する技術開発を行い、第一種再生医療等技術として完成させる。

  • Development of a neurorehabilitation system using haptic substitution and motion substitution as external stimuli

    2020.05
    -
    2022.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Fund for the Promotion of Joint International Research (Home-Returning Researcher Development Research (A)), Principal investigator

    　View Summary

    世界的な高齢化の進行を背景に、脳/神経の可塑性に着目したニューロリハビリテーションによる身体機能の回復に大きな期待が寄せられている。応募者は基課題により力触覚代替と動作代行を実現可能な義手を開発することに成功し、任意の身体部位の動きと任意の身体部位の知覚とを対応付けることを可能にした。本研究では、これをニューロリハビリテーションの領域へと展開することで、麻痺患者の身体機能の回復を目指す。
    世界的な高齢化の進行を背景に、脳血管障害によって神経症状を患い、長期の後遺症に苦しむ患者の数は増加の一途を辿っている。運動麻痺や感覚障害、言語障害など脳血管障害の後遺症に苦しむ患者は日本国内だけでも300万人以上が存在すると言われており、早急な対応が求められている。こうしたなか、近年の神経科学の成果が新たな突破口を開こうとしている。これまで脳血管障害によって損傷を受けた中枢神経系は回復が困難であると考えられてきた。しかし、脳や神経には外部からの刺激に呼応して、損傷した脳領域の機能を代替する新たな神経回路が生成される性質（＝可塑性）が存在することが明らかとなってきた。1998年になり、米国マサチューセッツ工科大学のHermano Igo Krebs氏らにより、ロボット工学を積極的に取り入れたニューロリハビリテーションとしてRobot-aided neuro-rehabilitationの概念が提唱された。Robot-aided neuro-rehabilitationでは、ロボットマニピュレータに仮想的な剛性、粘性、慣性などの機械特性（＝機械的インピーダンス）を持たせることによって、患者に物理的な負荷を与え、ニューロリハビリテーションにおける運動訓練の効果を促進することが可能となる。本年度では、力入力型のタスクを対象に、Discrete Movement、Rhythmic Movement、Target Transitionの３種類の測定試験を実施し、人間の運動生成原理の解明に取り組んだ。また、距離、角度、力を同時に測定可能な新たな近接覚センサの開発を行った。
    Discrete Movement、Rhythmic Movement、Target Transitionの３種類の測定試験を実施した結果、「人間が発生させ得る力の微分値は十分に大きく、応答速度は視覚情報に起因すること」「人間はわずかに先の動作を予想し、動作の改善を図っていること」「力の微分値に関して重ね合わせの法則が成立すること」等が成立する可能性が示唆された。また、距離、角度、力を同時に測定可能な新たな近接覚センサの開発については、試作機の開発をすでに完了し、国際学術論文誌への投稿を行った。さらに、本センサに関する会議発表を行い、電気学会の本部表彰を受賞するに至った。このように当初の想定を上回る進捗状況である。
    当初義手での活用を目的として基課題において開発に成功した「身体の任意の部位の動作と任意の部位の知覚とを対応付ける力触覚代替と動作代行の技術」をニューロリハビリテーションの分野へと大きく発展させ、神経回路の生成に活用する。Robot-aided neuro-rehabilitationの研究を世界的に牽引し、膨大な量の臨床データと知見を有する米国マサチューセッツ工科大学Hermano Igo Krebs氏との国際共同研究の体制を継続し、研究開発を推進する。特に本年度では、力入力型のタスクを対象に実施した、Discrete Movement、Rhythmic Movement、Target Transitionの３種類の測定試験の結果を解析し、人間の運動生成原理の解明を進める。また、距離、角度、力を同時に測定可能な新たな近接覚センサについては、センサ応答を用いたフィードバック制御系の構築に取り組む。さらに、本測定原理を拡張し、スラスト方向に加わる力情報をも取得可能な機構を検討する。

  • Development and control of a new haptic system that brings dexterity to hydraulically driven manipulators

    2020.04
    -
    2024.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Principal investigator

    　View Summary

    人間は力触覚によって力加減を調節し柔軟に作業をこなしている。しかし、高減速比の機構を伴う従来の産業用マニピュレータや、油圧駆動の建設重機等では力触覚が感じられないため、力加減を調節できず、接触対象物を破壊する危険がある。本研究ではマニピュレータの基礎部に多自由度力センサを設置する手法により、堅牢かつ小型、安価な力情報の検出を可能とし、高減速駆動/油圧駆動マニピュレータによる柔軟な力制御動作を実現する。目的達成のため Ａ. 接触部位/接触力算出の基本原理の確立、Ｂ. 解が一意に求まらない場合の対応を行ったのちＣ. ３リンクマニピュレータによる把持操り作業の実現を実施し、本手法の有用性を確認する。
    本研究では基礎部において力情報を取得するという本手法の有用性を新たに開発する油圧駆動マニピュレータに実装したのち、把持操り作業を伴う実タスクを対象とした実証実験を実施し、その実用性を明らかにする。本研究期間ではこれまでに培ってきたロボットアームの制御技術と油圧駆動建設重機の制御技術とを基盤として、新たに提案する接触部位および接触力の測定手法を統合し、高減速駆動マニピュレータならびに油圧駆動マニピュレータの柔軟な力制御を実現する。本研究目的を確実に達成するため、本研究では四年間の研究期間を三つの小期間に分割するとともに各期間に小目的を設定し研究を遂行する。
    本年度は研究計画第一期 (2020年4月～2022年3月)に該当し、「Ａ. 接触部位/接触力算出の基本原理の確立」に取り組んだ。外部の負荷力がマニピュレータに印加されると、基礎部に搭載された多軸力センサではx、y、z軸の各軸方向の力および各軸まわりのモーメントが観測される。各軸方向の力とモーメントとの比率より、接触部位の算出が可能となるが、マニピュレータの自重ならびにダイナミクスが力応答値に悪影響を及ぼすことが予想される。そのため本研究計画第一期ではそれらの影響を測定し検証するとともに、接触部位の算出精度向上手法を検討した。本アプローチは、特定の姿勢において、接触点の候補が複数存在してしまう点が問題となる。しかし、今年度の研究の結果、２通りの解決策を提案し、その有用性を確認することに成功した。一つ目の解決策は、関節トルクの利用である。減速比が高いマニピュレータの場合、トルクを正確に推定することは困難であるが、おおよその値を検出することで接触しているリンクを特定することが可能となる。二つ目の解決策は関節角度の変動を利用する手法である。関節角度の変動が接触点の候補に与える影響を評価することで接触点を特性することが可能となる。
    2020年度後期から2021年度前期までの期間で開発予定であった外力印加装置の開発が概ね完了しているため。
    人間は力触覚によって力加減を調節し柔軟に作業をこなしている。しかし、高減速比の機構を伴う従来の産業用マニピュレータや、油圧駆動の建設重機等では力触覚が感じられないため、力加減を調節できず、接触対象物を破壊する危険がある。本研究ではマニピュレータの基礎部に多自由度力センサを設置する手法により、堅牢かつ小型、安価な力情報の検出を可能とし、高減速駆動/油圧駆動マニピュレータによる柔軟な力制御動作を実現する。目的達成のため Ａ. 接触部位/接触力算出の基本原理の確立、Ｂ. 解が一意に求まらない場合の対応を行ったのちＣ. ３リンクマニピュレータによる把持操り作業の実現を実施し、本手法の有用性を確認する。2021年度前期には外力を印加するための装置の開発を完了し、2021年度後期には自重及び動力学的影響の補償に取り組む。

display all >>

Page Top ▲
 

Courses Taught 【 Display / hide 】

  • SEMINAR IN SYSTEM DESIGN ENGINEERING

    2024

  • POWER ELECTRONICS

    2024

  • LABORATORIES IN SYSTEM DESIGN ENGINEERING 2)

    2024

  • LABORATORIES IN SCIENCE AND TECHNOLOGY

    2024

  • INDEPENDENT STUDY ON INTEGRATED DESIGN ENGINEERING

    2024

display all >>

Page Top ▲