冗長な運動表現を活かした多目的運動制御モデル

• Project/Area Number: 20K12012
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 61050:Intelligent robotics-related
• Research Institution: Okayama Prefectural University
• Principal Investigator: 山崎 大河 岡山県立大学, 情報工学部, 准教授 (40364096)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 運動制御 / 運動表現 / 多目的 / 冗長 / 運動 / 制御 / 冗長性

Outline of Research at the Start

ヒトの脳内では，空間が様々な座標系によって表現されているとされるが，従来の運動制御モデルのほとんどは運動課題によって異なる個別の座標系によって表現されている．本研究は，あえて冗長な座標系を用いることで，多様な運動課題に対応できる，新たな運動制御モデルを提案する．

Outline of Annual Research Achievements

冗長な運動表現を活かした多目的運動制御モデルに関する研究の一環として，体操競技・平行棒におけるスイング動作（支持振動）の運動制御モデルを構築した．このモデルでは，体操選手の身体が剛体リンク機構によってモデル化されており，各セグメントの重心位置や関節角度からなる冗長な変数を用いて，その動力学が表現されている．そして，これら冗長な変数の線形結合によって制御目的が表現されるものと仮定している．（この制御目的の達成は，関節間協調の実現であると解釈できる．） 今年度は，この制御目的を，計測データから直接推定することを試みた．具体的には，モーションキャプチャによって関節角度や重心位置などを計測し，これらの変数の主成分分析（以下，PCA）を行うことで，線形結合の係数を推定した．さらに，推定された制御目的を実現する運動制御モデルを構築して，平行棒でのスイング動作に類似した運動を再現できることを示した．この結果は，冗長な運動表現によって，体操選手の実際の運動にみられる関節間協調を単純な表現で表せることを示唆している．
また，体操・あん馬に存在する動的なバランス条件に関して，単純化モデルを用いた解析を進め，非対称な回転運動の理解についての考察を行うとともに，論文投稿を行った．倒立運動の運動制御モデルの検討や，剛体以外の身体モデルにも対応できる，より汎用性と一様性の高い運動表現を用いた運動制御系のモデル化に関する基礎検討も進めた．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

学内業務の多忙により研究時間を十分に確保するのが難しかった．

Strategy for Future Research Activity

今後は，得られた成果の論文公開を進めるとともに，実験データとの比較・検討，およびさらに汎用性の高いモデルへと発展させていきたい．

Research Products

• [Presentation] 体操・平行棒運動における主成分分析を用いた運動制御モデルの構築 (2023)
  • Author(s): 林孝宏，山崎大河，忻欣，泉晋作
  • Organizer: 電気学会制御研究会「人間の技能データの計測・解析・評価および制御技術一般，CT-23-059, 2023.6.24
• [Presentation] A study on simple dynamical model of circles on pommel horse (2023)
  • Author(s): Taiga Yamasaki
  • Organizer: SICE ライフエンジニアリング部門シンポジウム2023，第38回生体・生理工学シンポジウム，論文集，2C1-5，2023.9.15-16（16日発表）
• [Presentation] 慣性センサを用いた平行棒スイング動作に関する解析 (2023)
  • Author(s): 名和基之，西脇一宇，廣瀬圭，山脇恭二，近藤亜希子，山崎 大河
  • Organizer: 日本機械学会 シンポジウム：スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2023(SHD 2023)，B-2-3，名城大学，2023.11.10-12 (10日発表）
• [Presentation] あん馬旋回の運動制御モデルに関する検討 (2022)
  • Author(s): 山崎大河，忻欣，泉晋作，名和基之，西脇一宇
  • Organizer: 日本機械学会 シンポジウム：スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2022
• [Presentation] ムーンウォークの動作解析 (2022)
  • Author(s): 南園啓太，山崎大河，忻欣，泉晋作
  • Organizer: 日本機械学会 シンポジウム：スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2022
• [Presentation] 平行棒スイングにおける棒のしなりと身体動作の関連性に関する解析 (2022)
  • Author(s): 名和基之，西脇一宇，山脇恭二，山崎大河，廣瀬圭，近藤亜希子
  • Organizer: 日本機械学会 シンポジウム：スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2022
• [Presentation] 釣りのルアーキャスティングにおける飛距離の解析 (2022)
  • Author(s): 難波亮也，山崎大河, 忻欣, 泉晋作
  • Organizer: 日本人間工学会第63回大会
• [Presentation] 釣りのルアーキャスティングにおける飛距離の解析 (2022)
  • Author(s): 難波亮也，山崎大河, 忻欣, 泉晋作
  • Organizer: 日本人間工学会第63回大会（予稿原稿）
• [Presentation] 自転車ペダリング動作の運動制御モデル (2020)
  • Author(s): 山崎大河, 大内祐基, 城崎和輝, 忻欣, 泉晋作
  • Organizer: 日本人間工学会第61会大会（予稿原稿）
• [Presentation] 冗長な座標系を用いたクランク回転作業の運動制御モデル (2020)
  • Author(s): 城崎和輝，山崎大河，忻欣，泉晋作
  • Organizer: 第64回システム制御情報学会研究発表講演会
• [Presentation] 筋骨格系の非線形制御と躍度最小軌道とをつなぐ運動制御モデル（A nonlinear control model of musculoskeletal systems with minimum jerk trajectories） (2020)
  • Author(s): 森陽一，吉岡優太郎，山崎大河，忻欣，泉晋作
  • Organizer: 第59回日本生体医工学会大会（予稿原稿）