Tokyo Denki University Repository (TDU) / 学術リポジトリ

新井, 啓介

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q20K-01 
課題名（和文） 大域体上のガロア表現およびモジュライの数論的応用に関する研究 
課題名（英文） 
Research on arithmetic applications of Galois representations over global fields and 
moduli spaces 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
未来科学部、数学系列、教授 
氏名  新井 啓介 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
整数論では、代数体と関数体の類似がしばしば重要なテーマになっている。代数体は整数や有理数と密接に
関連したものであり、関数体は 0 と 1 から成るデジタルの世界を拡張したものと見なせる。本研究では、代数
体と関数体の上の幾何的対象を比較しつつ研究を行った。代数体側では、高次元 QMアーベル多様体の非存在
のための条件を得た。関数体側では、代数体上の QMアーベル曲面の理論の関数体版を構築した。 
 
研究成果の概要（英文） 
In Number Theory, we often discuss an analogy between number fields and function fields. A number field 
is closely related to integers and rational numbers, while a function field can be considered to be an 
extension of a digital world consisting of 0 and 1. In this research, we studied the subject comparing 
geometric objects over number fields and those over function fields. In the case of number fields, we 
obtained conditions of non-existence of higher dimensional QM-abelian varieties. In the case of function 
fields, we developed a function field version of the theory of QM-abelian surfaces over a number field. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
モジュライの有理点問題は、方程式の解を求める
という観点からも、幾何的構造を分類するという観
点からも、数論幾何における最重要課題のうちの１
つである。また近年において、フェルマー予想の解
決など、数論の研究はガロア表現を用いることで大
きく発展してきた。さらに、代数体と関数体の類似
はよく知られており、楕円曲線と Drinfeld module
など、両者の上の対象を比較しつつ研究を行うこと
で、双方ともに各段の進展が期待できることが分か
ってきた。 
 
2.研究の目的 
中に指標が生じるようなガロア表現の性質を調べ
る。応用として、アーベル多様体のモジュライ、お
よびその関数体類似の大域体上の有理点について理
解する。特に、有理点がいつあるか無いかについて
の理解を得る。さらに、有理点に関する知見をもと
に、方程式の解やHasse原理などの数論的諸問題を
開拓していく。同時に、高次元多様体の大域体上の
有理点という難解な対象を理解する手掛かりを得
る。また、代数体側と関数体側の帰結を比較するこ
とにより、両者の体の本質的な類似や相違について
理解する。 
 
3.研究の方法 
(1) ガロア表現の中に生じる指標の分類 
代数体上のアーベル多様体やその関数体類似から
定まるガロア表現の中に生じる指標を、有限素点に
おけるフロベニウス固有値の性質と局所的な群スキ
ームの理論を用いて調べる。 
(2) モジュライの有理点の決定 
モジュライの大域体上の有理点と対応する幾何的
対象から定まるガロア表現を調べる。(1)の指標の分
類や自己準同型環の性質を用いて精密に調べること
により、有理点を決定する。 
(3) 数論的応用 
志村曲線やその関数体類似は、大域体上の有理点
の集合が空集合になることがしばしばある。そのよ
うな場合に、局所体上の有理点の有無の判定法を用
いて Hasse 原理の反例(すなわち局所と大域で有理
点の有無にズレが生じる例)を作る。煩雑な計算を処
理するために、Magma などのコンピュータープロ
グラムを利用する。 
 
4.研究成果 
(1) 代数体側では、アーベル多様体の自己準同型環
の分類と、ガロア表現の中に生じる指標の計算を組
み合わせることにより、高次元 QMアーベル多様体
の非存在のための十分条件を、代数的整数論の言葉
で明示的に記述することができた。 
(2) 関数体側では、Jordanによる代数体上の QMア
ーベル曲面や canonical isogeny characterの理論の
関数体版の構築を、Drinfeld-Stuhler module を用
いて行った。特に、D-elliptic sheafやτ-sheafの理
論を用いて Drinfeld-Stuhler moduleの還元型の詳
細に関する成果を得た。 
 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計３件） 
① 新井 啓介, QMアーベル多様体の非存在および
志村曲線の有理点について, プロジェクト研究
集会 2020, オンライン, 2021年 3月 10日. 
② 新井 啓介, 代数曲線の有理点入門とサマース
クールの概説, 2021 年度（第 28 回）整数論サ
マースクール「モジュラー曲線と数論」, オン
ライン, 2021年 8月 18日. 
③ 新井 啓介, Drinfeld-Stuhler curveの 2次の関
数体上の有理点について, プロジェクト研究集
会 2021, オンライン, 2022年 3月 17日. 
 


大域体上のガロア表現およびモジュライの数論的応用に関する研究

津國, 和泉

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q21DS-01 
課題名（和文） 指向性を持つ音源に対する局所領域の空間インパルス応答推定の高精度化 
課題名（英文） 
Improvement of spatial impulse response estimation in local region for source 
directivity 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
総合研究所 特任助手 
氏名 津國和泉 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名  
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名  
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
室内インパルス応答（RIR）は音の伝搬特性を表し，コンサートホールの音響設計などをはじめとして，幅広
い音響工学の分野で重要な情報である。一般的には，マイクロホンとスピーカを用いて RIR の測定が行われる
が，多点測定には膨大な数のマイクロホンが必要となる。そこで本研究では，少数のマイクロホンデータから
周囲の RIR の推定に取り組んだ。特に音源の指向性を表現するために音源モデルを導入することによって，RIR
の推定精度は 8 kHz で約 14 dB 向上し，推定可能な領域も音源モデルを導入しない場合と比較して拡大した。 
 
研究成果の概要（英文） 
The room impulse response (RIR) characterizes the sound propagation and is used in various acoustic 
applications, such as the acoustic design of concert halls. Generally, RIR measurements are performed 
using microphones and a loudspeaker. However, multipoint measurement requires many microphones. In 
this study, we proposed the estimation method of RIRs from a small number of microphones. By 
introducing the source radiation model to represent the source directivity, the estimation accuracy of the 
RIR was improved and the estimable area was expanded by the source radiation model. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
室 内 イ ン パ ル ス 応 答 (RIR: Room Impulse 
Response)は，室内の音の伝搬特性を表し，音場の
制御や室内音響設計などに広く用いられ，音響工学
分野において最も重要な情報のひとつである。一般
に，RIR はマイクロホンとスピーカを用いて測定さ
れるため，複数点における RIR を計測するには多数
のマイクロホン等が必要となり，効率的かつ高精度
に測定することは容易ではない。そこで，これまで
RIR の空間補間手法が提案されており，初期反射音
の時間的なスパース性に着目した補間手法や，平面
波展開を利用した推定手法などが存在する。しかし，
従来手法では非常に複雑なランダムマイクロホンア
レイの必要性や，推定対象が 1 kHz 以下に限られて
いるという問題があった。また，従来のモデル化手
法では音源の指向性は考慮されていない。 
本研究ではより簡易的なマイクロホンアレイを用
いた効率的な多点 RIR の取得を目的として，等価音
源法および虚像法を用いたマイクロホン周囲におけ
る室内インパルス応答のモデル化手法を提案する。
特に音源の指向性の推定に着目したうえで，従来手
法では困難であった 8 kHzまでの高い周波数を推定
対象とし，より高精度な RIR のモデル化を行う。 
2.研究の目的 
これまで申請者は，効率的に多点の RIR を取得する
ため，少数マイクロホンの測定データから RIR をモ
デル化する手法を提案してきた。これまでの研究成
果より，申請者の提案手法は 0.5～8.5 kHz の周波数
帯において，従来手法よりも約 6 dB 高い精度で，
RIR をモデル化可能であることが明らかとなった。
その一方で，7 kHz 以上の周波数においては，音源
の指向性が鋭くなることに起因し，推定精度が低下
した。従って，これまでの提案手法では音源の指向
性に対するモデル化精度が不十分であるという課題
がある。特に，高精度な RIR のモデル化には音源の
指向性の表現は欠かせない。そこで本研究では，音
源の指向性の推定に着目し，スピーカの向きに対し
て垂直な方向に対しての推定精度の改善を行う。 
3.研究の方法 
本研究では，点音源の線形和で音場を表現する等価
音源法と，音源と壁面に対して面対称な位置に虚音
源が存在すると仮定して反射音を計算する虚像法を
利用して，RIR のモデル化手法を提案した。 
 特に音源の指向性を表現するため，事前に音源の
放射特性を等価音源法を用いてモデル化し，この音
源モデルを利用して RIR のモデル化を行った。(1)-
①では正確な音源向きが不明という条件の下，シミ
ュレーションを行い，(1)-②では，音源向きに加えて
音源位置に測定誤差があるという条件下で実験を行
った。 
また，従来の一般的な等価音源法は最小二乗法を
用いて解を導出していたが，本研究では音源の空間
スパース性を利用した最適化問題として定式化する
ことによって，より適切なモデルを構築した。 
4.研究成果 
 十字アレイや円形アレイのような簡易的なマイク
ロホンアレイを用いた場合，音源モデルを導入した
提案手法[(1)-①]によって，8 kHz において従来手法
より約 14 dB 提案手法の推定精度が向上した。一方
で，音源向きの誤差と音源位置の測定誤差が生じる
ことによって，6 kHz 以上の周波数においては，提
案手法による大きな改善は見られなかった[(1)-②]。
したがって，今後はマイクロホンアレイの形状等も
含めて，測定位置誤差が生じる場合の精度改善と無
響室での実測実験を行う。 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 2 件） 
① 津國和泉，松橋遼，池田雄介，“音源の指向性を
考慮した等価音源を用いた局所領域室内インパ
ルス応答のモデル化，”日本音響学会 2021 年秋
季研究発表会，2021.9.オンライン 
② 津國和泉，松橋遼，池田雄介，“音源の指向性を
考慮した等価音源法に基づく少数マイクロホン
による音場の可視化”，情報処理学会 第 84 回
全国大会，2022.3.オンライン 
 


指向性を持つ音源に対する局所領域の空間インパルス応答推定の高精度化

五十嵐, 洋

高橋, 奈央

タカハシ, ナオ

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q20T-03 
課題名（和文） 教示者を教え上手にする技能伝承システム 
課題名（英文） Skill Transfer System for Enhancing Teaching Skills 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部電子システム工学科 
五十嵐 洋 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学研究電子システム工学専攻 
高橋 奈央 
 
研究成果の概要（和文） 
高齢化社会の課題として，熟練工の大量退職があげられる．このため，特に団塊の世代の熟練工から若年の
技術者への技術伝承は，今後も社会的にニーズが高まることが予想される．一方，相互作用を伴う技術伝承に
おいては，高い作業スキルを有する熟練者が，必ずしも教え上手とは限らない． 
ヒューマンインタフェースの分野において，制御を駆使した技能伝承システムに関する研究は数多く行わ
れている．これまでの技能伝承システムの焦点は，教わる側（学習者）の技能をいかに高めるかにあった．し
かし，教示者の技能に注目した研究例はほとんどなかった．そこで，本研究課題では，書字作業を想定して，
技能伝承効果を高めるための教示者支援を追究した．成果として，相互の力フィードバックゲインを調整する
ことで，技能伝承パフォーマンスが制御できる可能性を示唆した． 
 
研究成果の概要（英文） 
This research proposed a novel skill transfer systems considering teaching skill of an expert.  
In aging society, skill transfer from elder expert to young beginner would be important in industrial 
field. There are several approaches for skill transfer with master-slave or bilateral control for the skill 
transfer system. Conventional skill transfer systems, however, are designed for improve beginner’s skill 
enhancement rather than teaching skill of the expert. Writing task with sharing position and force by 
teacher and learner is developed in this project. Skill transfer experiments, which employed variable 
gained bilateral control, are evaluated with 6 participants. Finally, the force gain is a key factor to teaching 
skill in writing letter task with bilateral control. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
描画動作や書字動作のような技能は言語化や
マニュアル化が困難であり，技能の熟達にはコツ
やカンといった感覚を身につける必要がある．こ
れらの技能は，一般に熟練者の動作を模倣し反復
することを通じて習得されてきた．しかし，熟達
には経験と時間が必要となる． 
この問題を解決するために力覚提示による熟
達支援の研究が行われている．力覚とは触覚のう
ち力で表現できる感覚のことをいう．力覚提示を
用いることで，言語化，マニュアル化の困難な技
能を効果的に習得できる．力覚提示による熟達支
援の多くは熟練者の力覚を学習者にそのまま伝
えるものである．しかし，人間には身体的個人差
や動作の癖があるため学習者に合わせた教示を
行う必要がある． 
 
2.研究の目的 
本研究では学習者だけでなく，熟練者の教示能
力を上達させることを目的とし，熟練者と学習者
で力覚を共有し相補に教示するシステムを提案
する． 
 
3.研究の方法 
本稿では力覚提示装置とし図 1 に示す 3D 
System 社の汎用ハプティックデバイス Touch 
USB を用いる． 6 つのモータより， 6-DOF 及び
角度検出が行える，モータ部では 3-DOF の力覚
フィードバックが可能である．本研究ではデバイ
スを 2 台用意し，熟練者と学習者がそれぞれにペ
ンを握ることで，X，Y 軸方向に力覚を共有でき
るシステムを構築する．2 つのモータを後述する
バイラテラル制御により，力覚を共有できる．  
実験システムでは，Touch のモータ角度を取得
し，M1, M2 のモータに対してバイラテラル制御
を行う．また，ペンの位置を反映するため，UDP 
通信により Touch のデバイス情報を描画タスク
に送信する．描画タスクでは，画面上に文字を書
くことが可能である（図 2）． 
 
図 1: ハプティックインタフェース Touch USB 
 
 
図 2: システム構成 
 
 
図 3: 実験システムの外観 
 
4.研究成果 
高度熟練技能の習得の支援として，描画，筆記
動作における熟達支援に着目し，熟練者と学習者
で力覚を共有し相補に教示するシステムを提案
した．汎用ハプティックインタフェース Touch 
USB にバイラテラル制御を実装し，文字の筆記動
作について提案する相補教示支援の実験を行っ
た．実験より，技能伝承システムにおける最適な
フォースフィードバックについて検討した．筆記
動作動作においてフィードバックゲインを最適
化することでパフォーマンスを向上させること
ができる可能性が示唆された．  
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
 
図 4： 実験結果（X-Z 平面） 
 
 
図 5: 異なるゲインにおける誤差評価 
 
教示者と学習者の各インターバルのX-Z平面上
のプロットを図 4 に示す．この結果，学習者も概
ね描画が行えていることが確認できた．また，学
習者により教示者の軌跡との差が異なることが
わかる．特に，力ゲインの変化により軌跡が変化
していることが示唆された．学習者に対して教示
者の軌跡が大きくずれているのは，見ている画面
が学習者のものであり，修正する力を与える意図
によるものだと考えられる． 
教示者と学習者のパフォーマンスの指標とし
て二乗平均平方根誤差（RMSE）を用いて評価を行
う．RMSE は以下の式により表す． 
 
ここで，xT は教示者のペン先座標，xS は学習者の
座標である．n はデータ数とする．RMSE が小さ
いほど教示者と学習者のペン先位置の差が小さ
く，高いパフォーマンスであると評価する． 
X, Z 軸について，教示者と学習者の正規化した
RMSE を図 5 に示す． X，Z 軸のデータを 30 秒
ごとに区切り，Y 軸が -60 [mm] 以下のときのみ
抽出して各インターバルの RMSE を計算した．従
って，文字を書いている時のみの RSME を縦，横
方向にについて，ゲインごとに評価できる．X，Z 
軸それぞれについて，被験者 A の Gain1:1 の結果
で正規化を行った． 
その結果，学習者全員において，フィードバッ
クゲインの比を変更したときパフォーマンスが
変化した．また，パフォーマンスの変化は個人差
が大きくゲインとパフォーマンスの関係につい
て全員に共通する傾向は見られなかった．結果よ
り，被験者がゲインの変化を認識し，変化に対し
ての行動の判断が個人によって違うと考えられ
る．従って個人により最適なフィードバックゲイ
ンが異なり，筆記動作動作においてフィードバッ
クゲインを最適化することでパフォーマンスを
向上させることができる可能性が示唆された． 
 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 2 件） 
① 高橋奈央，五十嵐洋：“描画動作のための力覚
提示デバイスによる相補教示支援-1DOF 力覚
提示による描画動作へ影響-”，日本機械学会ロ
ボティクス・メカトロニクス講演会’20，2A2-
N02，2020.5.29 
② 高橋奈央，五十嵐洋：”力覚提示による描画動
作の熟達支援の検討 -2DOF 力覚提示におけ
る相補教示支援-“，日本機械学会ロボティク
ス・メカトロニクス講演会 ’21，1P2-J13，
2021.6.9 
 


教示者を教え上手にする技能伝承システム

村松, 和明

蓮沼, 直貴

ハスヌマ, ナオキ

守谷, 郁

モリヤ, イク

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q20L-03 / Q21P-03 
課題名（和文） 
ポリグルタミン酸グラフト化ヒアルロン酸誘導体を主成分としたインジェクタブル癒着
防止材の開発 
課題名（英文） 
Development of an injectable anti-adhesive material containing polyglutamic acid-
grafted hyaluronan as a key component 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部 生命科学系 教授 
氏名 村松 和明 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
大学院理工学研究科 生命理工学専攻 修士課程学生 
氏名 蓮沼 直貴 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
大学院理工学研究科 生命理工学専攻 修士課程学生 
氏名 守谷 郁 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
外科手術後に見られる組織・臓器間の癒着形成の防止は、患者の QOL を改善するための重要な課題の一つ
である。また、低侵襲な治療法の普及とともに、内視鏡手術に対応した癒着防止材の開発が求められている。 
申請者が開発したポリグルタミン酸グラフト化ヒアルロン酸誘導体（PGA-g-HA）は、この用途に適したバ
イオマテリアルであることから、ラット腹膜擦過モデルを癒着形成の評価系に適用し、解剖学的および組織学
的に評価を実施した。術後 7 日目に腹腔内の状況を評価した結果、PGA-g-HA は既存品と比較して癒着形成
および炎症反応が著しく抑制されており、癒着防止材として優れた性能を発揮する可能性が示された。 
 
研究成果の概要（英文） 
Prevention of tissues/organs adhesion after surgery is one of the important challenges to improve patient 
quality of life. As minimally invasive surgery become a popular treatment, development of injectable anti-
adhesion materials for endoscopic surgery is also needed.  
Because PGA-g-HA has a suitable characteristic for biomaterials such as anti-inflammation, 
biocompatible, injectable and ready-to-use, anti-adhesion ability of PGA-g-HA was evaluated anatomically 
and histologically in a rat peritoneal abrading model. Seven days after surgery, PGA-g-HA significantly 
suppressed adhesion formation and inflammatory response compared to commercially available products.    
These results suggested that PGA-g-HA is a novel candidate for injectable anti-adhesive biomaterial. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
従来、開腹手術後に生じる組織・臓器間の癒着
形成の予防には、臓器間を隔てるフィルム状の癒
着防止材が利用されてきたが、有効性や操作性の
面で課題があった。そこで近年、腹腔鏡手術の普
及に伴い、内視鏡手術にも適用可能なスプレー式
の製品も市販化されたが、使用直前の成分溶解や
器具のセットアップなど、ready-to-use への対応
が不十分であるため、操作性と簡便性を併せ持っ
た癒着防止材の登場が望まれている。 
さらに、癒着形成には線溶系阻害、過度な炎症
反応、上皮間葉転換などが関係するが、従来製品
はこれら機序に対する生理活性を示さず、物理的
なバリア機能のみに焦点が当てられていた。 
 
2.研究の目的 
本研究は、我々が開発したポリグルタミン酸グ
ラフト化ヒアルロン酸誘導体（PGA-g-HA）が注
入型癒着防止材として利用可能であるか、ラット
腹膜擦過モデルで検証することを目的とした。 
本素材は体内分解性を制御することにより、ヒ
アルロン酸（HA）の弱点であった効果持続性を改
善しており、抗炎症活性に加えて、操作性や簡便
性も従来製品の課題が解決されている。 
 
3.研究の方法 
本研究に係る動物実験は本学動物実験運用委
員会の承認の下で実施した。イソフルランで麻酔
した SD ラット（雄 5 週齢）の腹部を各 2cm 辺と
したコの字型で切開した。露出した腹膜の表面を
滅菌されたブラシと綿棒で擦過（3 分×2 回）し、
擦過面を生理食塩水で洗浄した。評価にはラット
を各 5 匹使用し、擦過面と消化管の間に 5mg/mL
の高分子量 HA または PGA-g-HA を 200μL 分
留置した。陽性対象群には何も留置せず、そのま
ま閉腹した。また比較対象群（各 n=3）には、フ
ィルム状市販品 A（2cm×2cm 辺）またはスプレ
ー式市販品 B（200μL）を適用した。各個体とも
開腹から閉腹までの所要時間は 15 分間に統一し
た。処置 1 週間後に各ラットの腹腔内の癒着形成
について、解剖学的および組織学的に評価した。 
 
4.研究成果 
腹膜擦過 1 週間後の陽性対象群では、全数にお
いて腹膜と消化管（および消化管同士）の顕著な
癒着形成が確認された。HA 留置群では全数で癒
着形成は認めたものの、陽性対象群と比較すると
その程度は著しく抑えられた。PGA-g-HA 留置群
では、軽度の癒着を認めた 1 例を除き、癒着形成
は完全に抑制されていた。これら 3 群間を組織学
的に評価した結果、癒着形成は治癒過程の炎症反
応の程度と相関する傾向が確認された。また、市
販品 A,B では、いずれも陽性対象と比較すると軽
度であるが、全数において癒着形成を認めた。 
以上の結果より、PGA-g-HA は市販品比較して
も癒着形成を抑制したことから、優れた注入型癒
着防止材となり得る可能性が示唆された。 
 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 4 件） 
① 守谷 郁, 蓮沼 直貴, 小関 愛子, 関口 はつ
美, 村松 和明. ラット腹膜擦過モデルにお
ける分解制御型ヒアルロン酸誘導体の癒着
抑制作用. 第 21 回日本再生医療学会総会
（2022 年 3 月）オンライン 
② 蓮沼 直貴，守谷 郁, 小関 愛子, 関口 はつ
美, 村松 和明, 他. 生理活性を有する分解制
御性ヒアルロン酸誘導体からなる注入型癒
着防止材の開発. 第 43 回日本バイオマテリ
アル学会（2021 年 11 月）オンライン 
③ 守谷 郁, 蓮沼 直貴, 村松 和明. 分解性が制
御されたヒアルロン酸誘導体を用いた注入
型癒着防止剤の開発. 第 73 回日本生物工学
会大会（2021 年 10 月）オンライン 
④ 蓮沼 直貴, 守谷 郁, 小関 愛子, 村松 和明. 
分解抵抗性を有する注入型ヒアルロン酸誘
導体による術後の癒着防止. 第 20 回日本再
生医療学会総会（2021 年 3 月）オンライン 


ヒアルロン酸誘導体をベースとした新規なインジェクタブル癒着防止材の作製技術

藤川, 太郎

田中, 慶太

鈴木, 剛

スズキ, ツヨシ

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q20S-01 
課題名（和文） 海洋資源調査のための群 AUV（Autonomous Underwater Vehicle）に関する研究 
課題名（英文） A Study on Multi-AUV for Ocean Resources Exploration 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
未来科学部 ロボット・メカトロニクス学科 准教授 
氏名 藤川太郎 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部 電子工学系 教授 
氏名 田中慶太 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部 情報通信工学科 教授 
氏名 鈴木剛 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
世界的なエネルギ需要の拡大に伴い大きな成長が見込まれる海洋開発分野において，複数の小型 AUV
（Autonomous Underwater Vehicle）を群制御することにより，海洋資源調査や海中・洋上での通信中継器と
しての運用も可能なシステムの技術開発を行うことを目的とする．まず，密閉された外殻とこれを回転させる
駆動制御部から構成されるシンプルな機構の AUV を開発した．この外殻の回転により推進力を得ることが可
能である．次に，姿勢制御を行うための Control Moment Gyro (CMG)の開発を行った．そして，AUV を群制
御させるためのアルゴリズムおよび通信方法を提案し，評価実験によりその有効性を確認した． 
 
研究成果の概要（英文） 
In ocean development, which has the potential for significant growth with the expansion of global energy 
demand, we develop a system of ocean resources exploration and communication relay apparatus in the 
ocean using multiple autonomous underwater vehicles (AUVs). Firstly, we developed an AUV with a simple 
mechanism consisting of a hull and its rotation control device. This AUV obtains thrust by only rotating 
the hull. Secondly, we developed a control moment gyro (CMG), which controls the posture of AUV. And 
finally, we proposed a collective motion control algorism and communication system for AUVs and verified 
its effectivity through numerical simulations and actual operation. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
世界規模での人口増加や途上国の経済発展に伴い
世界のエネルギ需要が拡大していく中で，海洋資源
への関心が高まっている．しかし，国内にはこの海
洋資源の開発フィールドが存在していないのが現状
である．このような課題を解決するため，戦略的イ
ノベーション創造プログラム（SIP）の研究開発課題
のひとつである「次世代海洋資源調査技術」の中で，
高性能な自律型無人潜水機（AUV: Autonomous 
Underwater Vehicle）が開発された．これは，広大
な海域から海底鉱物資源である海底熱水鉱床を発見
しようとするものであり，航行型 AUV（全長 4m,
空中重量約 800kg），ホバリング型 AUV（全長 1.2m，
空中重量約 270kg）と洋上の中継器を同時運用する
ことで全自動海底調査を世界で初めて実現した． 
ここで，ホバリング型 AUV に着目すると，詳細調
査のための海底面への接近を得意としているが，浮
上するためには搭載している 2 個のバラスト（8kg/
個）を順次リリースしなければならず，陸上でのこ
のバラストの取り付け作業も重労働となっている．
また，駆動装置として水平移動のために 6 基ものス
ラスタ（うち 2 基は高度制御用）を搭載し，海底面
画像解析用のステレオカメラや障害物検知レーザな
ど様々な機器を搭載しているが，いずれも外部に露
出しているために防水処理が必須な構造である．ま
た，このホバリング型 AUV は，航行型 AUV と同様
に洋上中継器との音響通信によりコントロールされ
ているため，その作業エリアは洋上中継器を起点と
して限定されたものである． 
 
2.研究の目的 
本研究課題では，海洋資源調査のためのホバリン
グ型 AUV に着目して以下を行う． 
(1) 外殻（回転殻）と内部の駆動制御装置で構成さ
れるシンプルな水密機構により，外殻を回転さ
せることのみで沈降・浮上および水平移動が移
動可能な小型 AUV の開発 
(2) これを群制御により複数台運用することで調査
範囲を拡大するシステムの構築 
 これにより，AUV単体では，制御装置やセンサ類
を全て水密機体に内蔵することを可能とし，システ
ム全体としてはより高効率で海域を準精査すること
を可能とする，群 AUV による海洋資源調査技術を創
成することを目的とする． 
 
3.研究の方法 
提案する群 AUV は以下の 3 つの要素技術から構
成されているため，それぞれの基礎開発を進めた後
に統合してシステム全体の構築を行う． 
① 密閉した回転外殻をもつ機体 
② 姿勢制御用 control moment gyro (CMG) 
③ 群制御と通信システム 
 
4.研究成果 
4.1 密閉した回転外殻をもつ機体の開発 
 図 1 に，開発した動作検証用試作機を示す．外殻
は直径 150mm，高さ 129mm のアクリル製の円筒形
で，駆動制御部を含めた全空中重量は 2.14kg であ
る．この駆動制御部は，外殻駆動用のサーボモータ
（Dynamixel, MX-12W），制御用マイコンボード
（Dynamixel, OpenCR），真鍮製のフライホイール，
フライホイール駆動用サーボモータ（Dynamixel, 
MX-12W）で構成される．本機は，外殻と駆動制御
部の慣性モーメントの差で相対的に外殻が高速で回
転することで推進力を得ようとするものである．こ
の外殻形状を変更することにより，例えばフィンな
どを取り付けることで回転軸方向へ推進することが
できる．これまでの動作実験により，水の粘性抵抗
などの影響によって外殻の回転数が減少し，それに
伴い駆動制御部の回転数が増加してしまうという問
題が挙げられた．また，重心位置が回転軸上にない
ために回転軸が振れるという現象も見受けられた
が，これらを解決する方法が 4.2 で述べる CMG の
実装である．ここでは，CMG 実装の準備段階として，
フライホイールを用いることで外殻の回転数の安定
化を図った．図 2 に，外殻，フライホイール，及び
駆動制御部それぞれの回転数の時間推移を示す．15
秒付近から駆動制御部が回転しはじめているが，25
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総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
秒付近でフライホイールを回転させたことにより，
その後，駆動制御部の回転が収まったことが確認で
きる． 
 次に，提案する AUV は回転軸方向にのみ推進力を
得られるため，左右方向への移動は本体を傾けるこ
とでこの回転軸を傾ける必要がある．これには CMG
によるジャイロ効果を用い，また，任意の軸周りに
回転しやすいように外殻形状を球体とするモデルを
検討した．図 3 に製作した直径 170mm の球体モデ
ルを示す．CMG やフライホイールを実装していない
機体であるが，水中での外殻回転動作が確認できた． 
今後は，CMG を搭載して姿勢制御を行い，任意方
向への移動を可能とした後に，群制御を行う予定で
ある． 
 
 
図 1 動作検証用試作機 
 
 
図 2 動作実験 
 
 
図 3 球体モデルの構成（左）と製作した実機（右） 
4.2 姿勢制御用 CMG の開発 
 Control Moment Gyro（CMG）とは，一定回転し
ているホイールをジンバル機構で支える構造であり
（図 4），このジンバル軸を傾けることで生じるトル
ク（ジャイロ効果）を利用して姿勢制御に用いるも
のである．本研究では，この CMG を 4 機搭載する
ことによって，より高トルクな出力を可能とし，冗
長性も確保できる仕組みとなっている（図 5）．なお，
そのサイズは，90mm×90mm×105mm，重量
0.58kg である．シミュレーションの結果，姿勢制御
精度 0.5deg，アジリティ 5.3deg/sという性能であり，
目標値を満たしていることが確認できた． 
今後は，実機での姿勢制御実験を行い，目標性能
を満たせるかを検討する予定である． 
 
 
図 4 開発した CMG1軸の構成 
 
 
図 5 CMG の CAD図（左）と開発中の実機（右） 
 
4.3 群制御と通信手法の検討 
 複数台の AUV の制御に用いられている一般的な
手法はリーダ・フォロワ制御である．リーダにフォ
ロワが追従して群行動を行うものであるが，本シス
テムでは，これに熱力学モデルを導入した新たな手
法を提案する．分子間力による引力と熱運動による
斥力の関係により，物質は，固体，液体，気体状態
になるが（図 6左），本手法はこれに基づく群制御で
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
あり，強硬性と柔軟性が両立している．リーダを中
心とし，同心円状にフォロワはナンバリングされる
（図 6右）．自分よりも小さいナンバーのフォロワに
追従することにより，フォロワはリーダの位置がわ
からなくても追従行動が可能である．これにより，
広い場所では固体状態（強硬性）で行動し，狭い場
所では液体状態もしくは気体状態（柔軟性）となっ
て移動することが可能となる（図 7）． 
 
    
図 6 物質の三態に基づく熱力学モデル（左）と 
フォロワのナンバリング例（右） 
 
 
図 7 提案する群制御手法による狭隘空間の移動 
 
 次に，提案する群ロボット集団移動手法では，送
信方向を制御可能な赤外線通信デバイスにより，隣
接ロボット間で局所的に通信しながら集団形成と移
動を行う．しかし，ロボット間でランダムに赤外線
信号を送信すると干渉するため，送信方向および送
信タイミングの同期が必要となる．そこで，図 8 左
に示すように送受信素子のペアが円周上に配置さ
れ，送信方向を回転させながら通信できるノードを
用いることで，内部の発信周期の位相に応じて，送
信素子を決定する通信およびその同期手法を検討し
た．これにより，集団内で同一方向に信号を送信し
ていれば干渉を回避できる（図 8右）．数値計算と実
機による評価試験の結果，この内部発信周期の生成
に振動子モデルを採用することにより，送信方向が
同期できることを確認した．図 9 に 3 機の通信ノー
ドを用いた実験の一例を示す．送信方向が同期され
ているときに青色 LED が点灯する． 
 今後は，本手法を 3 次元へ拡張して有効性を検証
し，AUV に実装する予定である． 
 
   
図 8 送受信素子を円周上に配置したノード（左）と 
送信方向を同期運用することで干渉回避する 
イメージ（右） 
 
 
図 9 送信方向同期の様子 
 
5.主な発表論文等 
（研究代表者、共同研究者には下線） 
〔学会発表〕（計 3件） 
① 高山直輝，中塚裕也，岩田快，藤川太郎，回転
する密閉外殻を有する水中移動体の開発，日本
機械学会 2021 年度年次大会，S151-12，2021． 
② 岩田快，高山直輝，小貝佑奈，藤川太郎，密閉
された球体外殻をもつ小型 AUV の開発，ロボテ
ィクス・メカトロニクス講演会 2022, 2A1-C10，
2022． 
③ 小貝佑奈，岩田快，高山直輝，藤川太郎，ロボ
ティクス・メカトロニクス講演会 2022, 
2A2-A08，2022． 
. . .
0 1
nit
NiT-1
0
1
NiT-1
NiT-2
nit
. . .


海洋資源調査のため群AUV（Autonomous Underwataer Vehicle）に関する研究

羅, 偉烽

三井, 和幸

シュウ, カイキ

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q21D-04 
課題名（和文） 
多自由度型 EAM ブレーキの開発とジョイント内蔵型ブレーキへの応用に
関する研究 
課題名（英文） 
Study on the development of multi-DOFs EAM brakes and their application to brakes 
with built-in joint 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
先端科学技術研究科 先端技術創成専攻 博士後期課程 
氏名 羅 偉烽（ラ イホウ） 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部 先端機械工学科 教授 
氏名 三井 和幸 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学研究科 先端機械工学専攻 修士課程 
氏名 シュウ カイキ 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究で開発した多自由度型 EAM ブレーキは傘型 EAM ブレーキと回転型 EAM ブレーキを組み合わせて 2
自由度の回転方向に対して制動力を発揮する構造である。まず、傘型 EAM ブレーキのみを対象とし、その製
作と特性評価を行った。そして、この特性評価の結果を基に、傘型 EAM ブレーキと回転型 EAM ブレーキを
組み合わせた構造の検討を行い、2 つの回転方向に対して制動力を発揮する多自由度型 EAM ブレーキへと発展
させた。今後は装着型上肢トレーニング装置への組み込みを検討して行く。 
 
研究成果の概要（英文） 
The multi-DOFs EAM brake developed in this study is a structure that combines an umbrella-type EAM 
brake and a rotational-type EAM brake to provide braking force in the rotational direction for 2-DOFs. 
First, we built and tested only the umbrella type EAM brake's characteristics. Then, based on the 
evaluation results, we studied a structure that combines the umbrella-type EAM brake and a 
rotational-type EAM brake, and created a multi-DOFs type EAM brake that exerts braking force in two 
rotational directions. In the future, we will consider incorporating the EAM brake into a wearable upper 
limb training device. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
申請者らが独自開発してきた EAM ブレーキとい
う小型電子制御ブレーキは 1 自由度のみで制動力を
発生させるデバイスである。このデバイスを応用し
て、申請者らはこれまで装着型上肢トレーニング装
置の開発を行ってきた。しかし、この装着型上肢ト
レーニング装置では、2 自由度の肩関節に対して 2
個の EAM ブレーキを使用した構造の装置であった
ため、装置全体が大型化したのみならず、その構造
自体も複雑になってしまった。このことから、1 個
のデバイスのみで複数の自由度に対して制動力の発
生が可能な多自由度型 EAM ブレーキの開発ができ
れば、これらの問題を解決できると考え、本研究の
着想に至った。 
 
2.研究の目的 
本研究では、複数の自由度に対し制動力の発生が
可能な多自由度型 EAM ブレーキを開発し、さらに
はこの多自由度型 EAM ブレーキを応用したジョイ
ント内蔵型ブレーキを開発することを目的とした。 
 
3.研究の方法 
図 1に考案した多自由度型 EAMブレーキを示す。
このブレーキは EAM と電極を傘型構造とした傘型
EAM ブレーキと、過去に開発した回転型 EAM ブレ
ーキを組み合わせた構造である。 
 
図 1 考案した多自由度型 EAMブレーキ 
 
本研究は以下に示す 2 パターンに分けて推進し
た。 
（１） 傘型 EAM ブレーキの製作と評価 
本研究の初期段階では、開発する目標である多自
由度型 EAM ブレーキに搭載する傘型 EAM ブレー
キのみを対象として、製作と評価を行った。具体的
な方法は以下の通りとした。 
① 傘型構造の EAM ブレーキで制動力が発揮可能
であるかを確認するため、試作の傘型 EAM ブレ
ーキを作製し、評価を行った。 
② 前述の結果を踏まえて、図 2 に示すように、角度
の異なる 3 種類（5 度、25 度、45 度）の傘型 EAM
ブレーキを製作し、それぞれが発生した制動力の
比較を行い、制動力を最も発揮できる角度を確認
した。 
   
（a）5度 （b）25度 （c）45度 
図 2 製作した傾きの異なる傘型電極 
 
（２） 多自由度 EAM ブレーキの製作と評価 
回転型 EAM ブレーキと前述の（１）で確認した最
大の制動力を発揮できる角度の傘型 EAM ブレーキ
を組み合わせて、1 個のデバイスのみで複数の自由
度に対して制動力の発生が可能な多自由度型 EAM
ブレーキの製作を行った。具体的な方法は以下の通
りとした。 
① 最大の制動力を発揮できる角度の傘型 EAM ブ
レーキの内部空間を利用するため、回転型 EAM
ブレーキをこの傘型 EAM ブレーキの内側に配
置する構造の多自由度 EAM ブレーキの設計・製
作を行った。また、この多自由度 EAM ブレーキ
を駆動するための電源ボックスも製作した。 
② 製作した多自由度型 EAM ブレーキの性能評価
として、傘型 EAM ブレーキの回転方向と回転型
EAM ブレーキの回転方向に分け、制動力の測定
を行った。 
 
4.研究成果 
本研究の主要な研究成果として以下の点があげら
れる。 
（１） 傘型 EAM ブレーキ 
傘型 EAM ブレーキの構造は制動力が発揮可能で
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
あり、傘型の角度によって制動力が変化することを
確認した。また、傘型 EAM ブレーキは最大の制動
力を発揮できる角度が測定した範囲では 45 度であ
った。以上の傘型 EAM ブレーキの成果は多自由度
型 EAM ブレーキの開発の基礎データとなった。 
（２） 多自由度型 EAM ブレーキ 
図 3 に実際に製作した多自由度型 EAM ブレーキ
を示す。製作した多自由度型 EAM ブレーキは、傘
型 EAM ブレーキ部の回転方向と回転型 EAM ブレ
ーキ部の回転方向の 2 方向の回転方向で制動ができ
るものである。また、図 4 に実際に製作した電源ボ
ックスの内部構成を示す。電源ボックスは主に昇圧
器、ボリューム、9[V]乾電池で構成したものである。
この電源ボックスを使用して多自由度型ブレーキを
動作させたところ、制動力は 2 方向どちらの回転方
向でも発生できることが確認できた。この EAM ブ
レーキの印加電圧に対する制動力のグラフを図 5 に
示す。まず、2 つの回転方向の制動力は電圧の上昇
に伴い制動力も上昇することが確認できた。このこ
とから、印加電圧によって制動力の調節が可能であ
ることが確認できた。また、最大印加電圧である
500[V]印加時に、傘型 EAM ブレーキ部の回転方向
に対しては約 17.8[N]の制動力が得られ、回転型
EAMブレーキ部の回転方向に対しては約 18.4[N]の
制動力が得られた。このことより、1 個のデバイス
のみで現状では 2 方向の回転方向ではあるが複数の
自由度に対して制動力の発生が可能な多自由度型
EAM ブレーキの開発を行うことができた。 
 
図 3 実際に製作した多自由度型 EAM ブレーキ 
 
図 4 実際に製作した電源ボックスの内部構成 
 
 
図 5 多自由度型 EAM ブレーキの測定結果 
 
この成果により、新型の EAM ブレーキを開発で
き、EAM ブレーキの応用分野の範囲を広げることが
できると期待される。また、国内外の研究を調べて
みても、申請者らが開発した多自由度型 EAM ブレ
ーキのように、多自由度、小型、軽量、省電力で、
電子的な制御も容易なブレーキの開発は行われてい
ないため、このブレーキが新たなブレーキとして発
展できると期待される。今後は開発した多自由度
EAM ブレーキの応用への検討を行い、「１.研究開始
当初の背景」で示した装着型トレーニング装置への
応用が可能なジョイント内蔵型ブレーキの開発を進
めていきたいと考えている。 
 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 1 件） 
① シュウカイキ，羅偉烽，長妻明美，安齊秀伸，
三井和幸：多自由度型 EAM ブレーキの開発に
関する基礎的研究，2022 年度精密工学春季大会
学術講演会講演論文集，J29，pp.773- 774，
2022.3.オンライン 


多自由度型EAMブレーキの開発とジョイント内蔵型ブレーキへの応用に関する研究

頼松, 瑞生

ヨリマツ, タマオ

YORIMATSU, Tamao

A Study on Hirohama Yoshio’s Legal Thought as to Japanese Civil Code Focusing on the Freedom of Contract

山本, 哲也

新井, 直樹

アライ, ナオキ

中島, 勇海

ナカジマ, イサミ

筒場, 健介

ツツバ, ケンスケ

梅田, 怜

ウメダ, レン

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q21E-04 
課題名（和文） 量子化学計算を活用した高活性分子触媒の開発 
課題名（英文） Development of high-active molecular catalyst by using density functional theory 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部 応用化学科 准教授 
氏名 山本 哲也 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学研究科 物質工学専攻 
氏名 新井 直樹 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学研究科 物質工学専攻 
氏名 中島 勇海 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学研究科 物質工学専攻 
氏名 筒場 健介 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学研究科 物質工学専攻 
氏名 梅田 怜 
 
研究成果の概要（和文） 
有機ホウ素化合物を炭素源に用いるパラジウム触媒反応は医薬品や農薬、有機 EL 材料などの多様な有機化
成品の工業的生産に活用されている。しかし、パラジウム触媒系における有機ホウ素化合物の分解反応などの
副反応の抑制は未だに難しく、環境に負荷を与えない超効率触媒プロセスの開発が望まれている。本研究で
は、N-ヘテロ環式カルベン（NHC）配位シクロメタル化パラジウム錯体と有機ホウ素化合物の反応性に着目
し、SMC 反応における有機ホウ素化合物の分解過程と触媒構造の相関性を実験結果と、量子化学計算を用い
て触媒構造と反応性の関連性を明らかにすることを志向し、量子化学計算を用いた高活性分子触媒の反応解
析を行った。 
 
 
研究成果の概要（英文） 
In this study, we focus on the reactivity of N-heterocyclic carbene (NHC) -coordinated cyclometallated 
palladium complex and organoboron compound, and experimentally and computationally  investigate the 
correlation between the decomposition process of organoboron compound and the catalytic structure in the 
SMC reaction. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
有機ホウ素化合物を炭素源に用いるパラジウ
ム触媒反応は優れた炭素-炭素結合形成反応であ
り、医薬品や農薬、有機 EL 材料などの多様な有
機化成品の工業的生産に活用されている。 
これまでに数多くの研究者が Electron-rich 
and Bulky のコンセプトのもとで多種多様な配位
子を開発し、高活性な触媒が開発されてきたが、
基質によって有機ホウ素化合物のプロトン化や
ホモカップリング反応などの副反応の起こりや
すさはまちまちであり、「この基質の組み合わせ
にはこの触媒が良い」という傾向は蓄積されつつ
あるものの、いまだに基質に合わせた触媒や反応
条件の最適化が求められるケースが多い。 
 
2.研究の目的 
本研究は、NHC （N-ヘテロ環カルベン）を支
持配位子とするシクロメタル化パラジウム錯体
（CYP）を用いる有機ホウ素化合物のカルボニル
化合物への付加反応に注目し、パラジウム触媒の
構造と触媒活性の変化に関する実験的結果と量
子化学計算に基づいた反応機構解析の結果から
相関性を明らかにし、触媒構造因子を明確化する
ことを目的とした。 
 
3.研究の方法 
これまでに開発した CYP を用い、ヒドロキシ
架橋 CYP（CYPOH）を合成した（Scheme 1）。 
PhS-IPent-CYPOH
52%
1) AgNO3
 (2.4 equiv.) / CH
2Cl2
2) NaOH (40 equiv.) / THF
sonication
C
N
N
Ar1Pd
C
N
N
Ar1 Pd
Cl Cl
R1
R1
C
N
N
Pd
C
N
N
Pd
HO OH
SPh
PhS
C
N
N
Ar1Pd
C
N
N
Ar1 Pd
HO OH
R1
R1
H-IPent-CYPOH
72%
C
N
N
Pd
C
N
N
Pd
HO OH
H
H
H-IPr-CYPOH
77%
C
N
N
Pd
C
N
N
Pd
HO OH
H
H
 
Scheme 1 
 
ついで、CYPOH を触媒に用いたアルコール合
成反応の活性を評価し、構造と触媒活性の相関性
を精査した。量子化学計算については、Gaussian 
16 を用いて行った。汎関数として B3LYP を用い、
基底関数としては、H、C、B、N、O、S に関して
は 6-31G(d)を、Pd に LanL2DZ を用いた。遷移
状態の構造は IRC 計算で確認した。 
 
4.研究成果 
CYP は化学両論量以上の塩基の存在下で触媒
活性を示したが、CYPOH は塩基を添加せずとも
触媒活性を示した。すなわち、ヒドロキシパラジ
ウム錯体が触媒活性種であり、これをもとに量子
化学計算による反応機構解析を行った（Figure 
1）。トランスメタル化は NHC の Ar1 を避けるよ
うに進行しており、Ar1 の大きさが触媒活性に大
きく影響することが示唆される。 
 
Figure 1 
 
5.主な発表論文等 
（研究代表者、共同研究者には下線） 
〔学会発表〕（計 3 件） 
① 中島 勇海、奥田 雄太、山本 哲也，ヒド
ロキシ基で架橋した NHC 配位シクロメタル
化パラジウム錯体を用いる第三級アルコー
ル合成，第 11 回化学フェスタ 2021 
公益社団法人日本化学会 
2021 年 10 月 19 日～21 日,オンライン 
② 新井 直樹、鯨井 悠人、山本 哲也，トリ
アゾール骨格を有する NHC パラジウム錯体
の合成とその触媒反応，第 11 回化学フェス
タ 2021,公益社団法人日本化学会 
2021 年 10 月 19 日～21 日,オンライン 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
③ 梅田 怜、山本 哲也，1-(2-Bromobenzyl)-3-
(2,6-diisopropylphenyl)imidazole-2-ylidene 
Coordinated Palladium Complex Catalyzed 
Hydroxymethylation of Arylboronic Acids，
21st Tetrahedron Symposium 
2022 年 6 月 21 日～24 日,オンライン 


量子化学計算を活用した高活性分子触媒の開発

南斉, 俊佑

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q21T-05 
課題名（和文） 1 自由度で駆動可能な多脚型ロボットの軌道追従制御の実現 
課題名（英文） 
Implementation of trajectory tracking control of multi-legged robot driven with only 
one degree-of-freedom 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部，先端機械工学科，助教 
氏名 南斉 俊佑 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究の目的は，1 自由度で推進および旋回が可能でかつ支持脚の滑りがない多脚型ロボットの軌道追従制御
を実装することである．このロボットは，4 節リンク機構で構成される全く新しい形態を持ち，旋回と推進に
ついて劣駆動であるという特徴がある．このようなロボットのための軌道追従制御系を設計する．そして，設
計した制御系の有効性を実機実証によって検証する．その結果，直線や円といった軌道に追従可能なことを実
証した． 
 
研究成果の概要（英文） 
The purpose of this study is to implement trajectory-tracking control for a multi-legged robot that can 
propel and turn in 1-DOF and has no support leg slippage. This robot has a completely new morphology 
consisting of a four-bar linkage mechanism and is characterized by an underactuated robot for turning and 
propulsion. A trajectory-tracking control system for such a robot is designed. The effectiveness of the 
designed control system is verified through experimental demonstration. As a result, it was demonstrated 
that the robot can follow trajectories such as straight lines and circles. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
多脚ロボットは，種々のアプリケーションの解決
手法として広く利用されている．しかしながら，他
の形態と比較してトルク-質量比のようなエネルギ
ー効率の面では不利な点が指摘されている． 
この問題の解決手法の 1 つとして，アクチュエー
タ数を減少させる手法が提案されている．しかしな
がら，これまでに提案された 1 自由度で駆動可能な
多脚ロボットは，①旋回運動のためにアクチュエー
タを追加する必要がある，②支持脚が滑らなければ
推進できないという 2 つの課題がある．この 2 つの
課題はそれぞれのロボットの機構・形態が原因で発
生しているため，解決のためには先行研究にない全
く新しい斬新な形態のロボットが必要となる． 
 
2.研究の目的 
本研究の目的は，4 節リンク機構の形態を持つ全
く新しい多脚型ロボットを実現することである．こ
の形態は，4 節リンク機構の固定リンクを支持脚と
し，それを歩行の周期に合わせて切替えることで支
持脚の滑りのない歩行を実現する． 
この新しい形態を持つロボットの実現に向けて，
リアルタイムでフィードバック可能な実験環境を整
備し，祈祷追従制御系の実装を通して，この形態の
有効性を示す． 
 
3.研究の方法 
まず，実機による軌道追従を行う実験環境を構築
する．Fig．1 に示す様に，AR マーカを四隅に配置
した領域に対して射影変換を施す．この領域内の実
機に搭載した AR マーカの座標を取得する．射影変
換用のマーカを 2 m×2 m の間隔で配置しロボット
が軌道追従を行う範囲とした．Fig．2 に実機の実験
環境を示す．また，Fig．3 の様に AR マーカを実機
に搭載した． 
 
4.研究成果 
本章では，位置情報の取得法，Bluetooth による 
 
(表)                (裏) 
Fig. 3 マーカを搭載した実機 
 
実機と PC 間の無線通信，PID 制御による軌道追従
制御系を組み合わせたプログラムを実行し，実機に
よる軌道追従の動作検証を行う．軌道追従制御系の
有効性を検証する方法として，実機と目標軌道との
偏差𝑒𝑒の推移を観察し，偏差が 0 に収束するかを確認
する． 
目標軌道となる直線は次式で定義される． 
𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝑏𝑏𝑏𝑏 + 𝑐𝑐 = 0 
また，円軌道は，次式で定義される． 
(𝑎𝑎 − 𝑎𝑎)2 + (𝑏𝑏 − 𝑏𝑏)2 = 𝑟𝑟2 
各軌道の条件を，Table 1 に示す様に定めた．PID
ゲインは，Table 2 に示す様に設定した．検証を行う
際のパラメータは，𝛼𝛼 = 𝜋𝜋/6 rad，𝛽𝛽[𝑘𝑘] ≤ |𝜋𝜋/3| rad，
𝛽𝛽[0] = 0 rad，𝜔𝜔 = 2.5𝜋𝜋 rad/s，サンプリング周期を
𝜋𝜋/𝜔𝜔 s とした．検証結果を Fig．4，Fig．5，Fig．6， 
  
Table 1 各軌道の条件 
軌道 条件 
直線軌道A 𝑎𝑎 = 4 𝑏𝑏 = 1 𝑐𝑐 = −0.5 
直線軌道B 𝑎𝑎 = 7 𝑏𝑏 = 1 𝑐𝑐 = 1.5 
円軌道A 𝑎𝑎 = −0.5 𝑏𝑏 = 0.2 𝑟𝑟 = 0.4 
円軌道B 𝑎𝑎 = 0.6 𝑏𝑏 = 0 𝑟𝑟 = 0.45 
 
2[m] 
2[
m
] 
𝑎𝑎 
𝑏𝑏 
Fig．1 射影変換の概略図 Fig．2 実機の 
実験環境 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
Table 2 各軌道に対する PIDゲイン 
軌道 𝐾𝐾𝑝𝑝 𝐾𝐾𝑖𝑖 𝐾𝐾𝑑𝑑 
直線軌道A 6.5 0.018 3 
直線軌道B 12 0.01 5 
円軌道A 14 4 5 
円軌道B 12 0.3 4.5 
 
 
 
 
Fig．7に示す． 
Fig．4，Fig．5，Fig．6，Fig．7から，偏差𝑒𝑒が 0
に収束していることがわかるため，目標軌道に対し
てロボットが追従していることが確認できる．いず
れの軌道も，0.01 m以下の定常偏差があることが確
認できた．この値の大きさは，マーカ座標の取得時 
 
の誤差と近似しているため，実機の位置情報を取
得した際の誤差だと考えることができる．この検証
により，実機を用いた直線軌道及び，円軌道に対す
る軌道追従制御系の有効性が証明された． 
本研究では，実機に制御系を実装し，軌道追従制
御系の有効性の証明を行った．実機の位置情報を取
得するために，実機に搭載した ARマーカの座標を取
得する方法を確立させた．また，Bluetooth を用い
た無線通信の方法を確立させた．これらを組み合わ
せた実験環境を構築し，実機を用いた PID 制御によ
る目標軌道への追従の検証を行った．検証結果から，
4脚歩行ロボットの目標軌道に対する偏差を観察し，
追従していることが確認できた． 
 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 1 件） 
① Shunsuke Nansai, Yuki Ando, Hiroshi Itoh, 
and Norihiro Kamamichi, “Design and 
Implementation of a Lizard-Inspired Robot,” 
Applied Sciences, Vol. 11, No. 17, 7898. 
https://doi.org/10.3390/app11177898, 2021. 
 
Fig．6 円軌道 Aとの偏差の推移 
 
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
偏
差
e[
m
]
時間[s]
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
偏
差
e[
m
]
時間[s]
Fig．5 直線軌道 Bとの偏差の推移 
Fig．4 直線軌道 Aとの偏差の推移 
-0.2
-0.1
0
0.1
0 2 4 6 8 10 12 14
偏
差
e[
m
]
時間[s]
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
偏
差
e[
m
]
時間[s]
Fig．7 円軌道 Bとの偏差の推移 
 


1自由度で駆動可能な多脚型ロボットの軌道追従制御の実現

桑名, 健太

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q21P-02 
課題名（和文） 超音波診断装置を用いたワイヤレス圧力センサシステムの基礎的研究 
課題名（英文） 
Preliminary study of a wireless pressure measurement method using ultrasonic 
diagnostic equipment 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部，先端機械工学科，准教授 
氏名 桑名 健太 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学研究科，先端機械工学専攻，修士課程 2 年 
氏名 坂尻 麻衣果 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究では，超音波診断装置を用いたワイヤレス圧力センサシステム用の感圧モジュールの評価環境として，
感圧モジュール・圧力計・シリンジポンプ・超音波診断装置からなる実験系を構築した．構築した実験系は，
感圧モジュールに対して，加圧・減圧可能な構成とし，ポータブルエコーを用いることでコンパクトな構成と
した．また，超音波診断装置を用いた圧力計測方法としてこれまで検討してきた膜の変形を評価する方法に加
え，新たな手法として超音波エラストグラフィによるひずみの画像化による手法の検討を行った． 
 
研究成果の概要（英文） 
In this study, we constructed an experimental system for applying pressure as an evaluation 
environment for the sensor system including a pressure-sensing module, two pressure gauges, a syringe 
pump, and an ultrasonic diagnostic equipment. We can apply positive and negative pressure to the 
pressure-sensing module using the experimental system. The experimental system is compact because the 
ultrasonic diagnostic device is portable. Moreover, we evaluated the feasibility of the method based on the 
ultrasound elastography in addition to the method based on the deformation of a film. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
出生前に発症する胎児期疾患は，胎児期に治療を
行うことで障害を抑制できることが報告されている
が，胎児は術後も子宮内に留まるため経過観察時に
生体情報計測が難しい．これに対し，母胎内に埋植
可能な生体情報計測デバイスの研究がされてきた
が，生体適合性，情報伝達，電力供給などの課題が
残っている．そのため我々は超音波診断装置を用い
た圧力計測に基づく生体情報計測法を提案してい
る．提案手法は，体内植込み可能な感圧モジュール
を超音波診断装置で画像化・解析することで圧力を
算出し，算出した圧力から生体情報を推定する手法
である．これまでに感圧モジュールの感圧機構とし
て，膜の変形，気泡の挙動変化を解析する手法につ
いて原理確認を行ってきた．  
 
2.研究の目的 
本研究では，これまでの手法のさらなる特性評価
のため，センサシステムの評価環境として圧力印加
用実験系の構築を行う． 
 
3.研究の方法 
提案する圧力計測法において，感圧モジュールは
本体と保護部の 2 つの構造体で感圧膜となる薄膜を
挟んだ構成となっている．本体と薄膜によりダイア
フラム構造が構成されており，ダイアフラムが置か
れた領域の環境圧力に応じて薄膜が変形する．これ
までに，圧力計測原理確認用モジュールとして，30
×30×30mm のラージスケールでシリコーンゴムに
より感圧モジュールを試作した．感圧モジュールの
評価方法として，保護部側チャンバに圧力を付与し，
参照用チャンバ内圧と保護部側チャンバ圧力（外圧）
の関係を計測しつつ，超音波診断装置により撮像し
た感圧モジュールの感圧膜の変形との関係性を評価
する．そのための実験系として，1．圧力を印加する
ための圧力印加部，2．超音波診断装置を含む感圧モ
ジュールの画像化部を含む実験系を構築する． 
 
4.研究成果 
構築した感圧モジュール評価実験系を図 1 に示
す．実験系は，感圧モジュール・圧力計・シリンジ
ポンプ（YSP-201；ワイエムシィ）・超音波診断装置
（ポケットエコー miruco；日本シグマックス）で
構成した．感圧モジュールの圧力誘導用流路に固定
したチューブに圧力計を介してシリンジポンプを取
り付け，加圧・減圧可能な構成とした．このとき，2
つの圧力計を組み込み，参照用チャンバ内圧と保護
部側チャンバ圧力（外圧）の圧力を同時に参照可能
な構成とした．感圧モジュールの画像化に超音波プ
ローブとしてリニアプローブを取り付けたポータブ
ルエコーを用いた．ポータブルエコーはタブレット
PC により制御され，机上に設置可能な大きさとなっ
ている．超音波プローブを 3D プリンタで試作した
治具を介してステージに固定し，感圧モジュールに
押し当てられる構成とした．以上のように，感圧モ
ジュールに圧力を印加しつつ，超音波診断装置によ
る感圧モジュールの画像化が可能な実験系を構築す
ることができた． 
また，これまで感圧モジュールの感圧機構として，
膜の変形の画像化による手法を検討してきたが，こ
の手法は小型化する際に膜の変形が小さくなるとい
う課題があった．これに対し，新たな指標として，
超音波エラストグラフィによるひずみの画像化によ
る方法の検討を行った．今後は膜の変形に加え，ひ
ずみを評価する手法を導入し，具体的な生体情報の
推定方法の構築を目指す． 
 
図 1 構築した感圧モジュール評価実験系 
 


超音波診断装置を用いた気泡の画像化によるワイヤレス圧力センサシステムの基礎的研究

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