手の把握姿勢生成における運動規範モデルの解明とその形状デザインへの応用
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21H03526
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 61050:Intelligent robotics-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
多田 充徳 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究チーム長 (70392628)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遠藤 維 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (40599073)
尾形 正泰 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究員 (60783818)
荻原 直道 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70324605)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
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| Keywords | 手 / 把握姿勢 / 姿勢生成 / 筋活動最小化 / 形状最適化 / 把握姿勢生成 / 力学規範 / 身体負荷最小化 / 手モデル / 形状デザイン |
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| Outline of Research at the Start |
人の手は多数の骨格，関節，そして筋肉から構成される複雑かつ冗長な多自由度系であり，ある物体に対する把握姿勢を推定しようにも，力学方程式だけでは解を一意に定めることができない．本研究では，筋活動の最小化を目的関数とした最適化問題へと帰着させることで冗長性の問題を解決し，任意物体形状に対する把握姿勢の生成を実現する．また，生成した姿勢の妥当性を検証することで，この目的関数が人の把握姿勢生成における運動規範モデルになり得るのかを明らかにする．この運動規範モデルの応用として，再帰的な把握姿勢生成と把握時の筋活動荷評価に基づく把握物体形状の最適化を実現する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
楕円体状の把握物体であれば主軸長，そして円錐台状の把握物体であれば上面と下面の半径のように，把握物体形状を少数のパラメータで変形できるようにした上で，2022年度に構築した把握姿勢探索アルゴリズムを適用することで，その物体に対する把握姿勢を生成した．そして，把握物体形状を最適化するために，前記のパラメータを探索変数，筋活動の2乗和を目的関数とした最小化問題を解けるようにした．これはパラメータの数に応じて2から3自由度の最適化問題である．ここでも，グローバルな極小値を効率的に探索するために，共分散行列適応進化戦略を採用した．
この最適化を手長の異なる3つのコンピュータモデルに対して実施し，手長の変化が最適な物体形状に与える影響を明らかにした．また，被験者を対象とした主観評価実験を行い，最適化の結果得られた把握物体形状の妥当性を検証した．これにより，提案した運動規範モデルの製品形状デザインという工学応用への可能性を切り拓いた．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(2 results)
