2019 Fiscal Year Annual Research Report
Physical performance evaluation system for elderly persons and rehabilitants using human-motion simulator
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17K06249
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
松井 利一 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (20302458)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 身体能力評価 / 生体運動制御 / 動作シミュレータ / 直線手先軌道 / 運弓動作 / 階段昇降 / 一段足上げ / 最適制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．腕動作シミュレータの開発
昨年度までに，手先軌道が外側へ湾曲する通常の非拘束腕到達運動だけでなく，ヴァイオリンの運弓動作の様に，意図的な直線手先軌道を実現する拘束到達運動の生成も可能なより汎用的な動作シミュレータに拡張した．本年度は，直線手先軌道の拘束到達運動を多様な運動時間で生成可能な動作シミュレータに発展させた．具体的には，手関節フリージング機構を特徴とする3関節腕最適制御モデルの評価関数に，手先の直線的動きを評価する拘束条件と運動時間最適化項を導入した．その結果，(1)直線手先軌跡の運弓動作を多様な運動時間（運動速度）で生成すること，(2)拘束到達運動中の手関節角の大きな変化（実測特徴）も再現することが示された．上記結果は，本シミュレータが，腕の機能劣化が生じる前の理想的な動作特性を予測する汎用的な動作シミュレータとして有効であり，高齢者やリハビリ患者の身体能力の定量的評価手法開発の可能性を示唆する．
２．身体動作シミュレータの開発
昨年度は，蹴上げ（視覚情報）のみから，階段登りにおける一段足上げ動作生成に必要な経由点位置情報（関節角の極値）と目標点情報（足関節座標値）を予測し，ヒトと同様の一段足上げ動作を生成する汎用的な動作シミュレータを構築した．本年度は，経由点時間情報の最適導出機能を追加した，さらに汎用的な一段足上げ動作シミュレータに発展させた．具体的には，動作シミュレータの評価関数を，関節変数に関する最適化と経由点時間に関する最適化を繰り返す仕組みを導入した．その結果，蹴上げ高さと全運動時間のみを与えれば，ヒトと同様の一段足上げ動作生成が可能であることが示された．上記結果は，本シミュレータが，身体機能劣化が生じる前の理想的な一段足上げ動作特性を予測する汎用的な動作シミュレータとして有効であり，高齢者やリハビリ患者の身体能力の定量的評価手法開発の可能性を示唆する．
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