量子コンピューターによるロボットの姿勢制御手法を開発~芝浦⼯⼤・早⼤・富⼠通、量⼦技術でロボットの姿勢制御を⾼精度化~

2025-08-25 芝浦⼯業⼤学

芝浦工業大学の大谷拓也准教授、早稲田大学の高西淳夫教授、富士通の研究チームは、量子コンピューターを活用したロボットの新しい姿勢制御手法を開発した。多関節ロボットの姿勢制御に不可欠な逆運動学計算は、関節数が増えると解空間が膨大となり、従来法では近似的にしか扱えなかった。本研究では、ロボットの各部位の向きや位置を量子ビットで表現し、量子回路を用いた順運動学計算と、古典計算による逆運動学を組み合わせたハイブリッド手法を導入。さらに量子もつれを用いて関節間の連動性を自然に再現することで、計算の収束速度と精度を大幅に向上させた。富士通の量子シミュレーター検証では従来比で最大43%の誤差低減を達成し、64量子ビット実機でも有効性が確認された。従来困難だった17関節モデルも約30分で計算可能と試算され、将来はヒューマノイドや多関節ロボットのリアルタイム制御や障害物回避、エネルギー最適化などへの応用が期待される。成果は『Scientific Reports』に掲載された。

量子コンピューターによるロボットの姿勢制御手法を開発~芝浦⼯⼤・早⼤・富⼠通、量⼦技術でロボットの姿勢制御を⾼精度化~

<関連情報>

ロボットの姿勢最適化のための量子計算 Quantum computation for robot posture optimization

Takuya Otani,Atsuo Takanishi,Nobuyuki Hara,Yutaka Takita & Koichi Kimura
Scientific Reports  Published:08 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-025-12109-0

Abstract

Quantum computing has gained attention for its potential to surpass classical computing in large-scale computations. In this study, we propose a method for solving the inverse kinematics of a robot using quantum computing. The approach leverages the ability of qubits to represent points on a sphere in three-dimensional space. Forward kinematics calculations are performed using qubits that encode the posture of each robot link, while inverse kinematics solutions are obtained through iterative optimization on a classical computer. Furthermore, we demonstrate that the robot’s end-effector position can be effectively represented using a 2-qubit rotation gate, where the root joint angle influences the tip joint angle, resulting in accelerated convergence during inverse kinematics optimization. The proposed method was validated on an actual quantum computer, confirming its feasibility and efficiency. These findings suggest that hybrid quantum-classical approaches can enhance robotic motion planning and optimization in future quantum computing applications.

0103機械力学・制御
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