2010 Fiscal Year Annual Research Report
身体運動の協調構造の抽出と運動補助システムへの展開
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21300092
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
阪口 豊 電気通信大学, 大学院・情報システム学研究科, 教授 (40205737)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宇野 洋二 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10203572)
池田 思朗 統計数理研究所, 数理・推論研究系, 准教授 (30336101)
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| Keywords | 身体 / 運動メカニズム / 協調構造 / シナジー / 障害者補助 / 下肢麻痺 / 運動指令生成 / 歩行 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は,人間の身体パーツの動きに含まれる協調構造を解析・抽出し,その構造を利用して障害者等の動作補助を行なう方式を開発することである.本目的の達成に向けて以下の研究を行なった.
まず,昨年度構築した非拘束身体運動計測システムを利用して身体運動の計測を開始した.身体各部に配置したセンサからのデータを身体モデルを用いて統合し全身の姿勢や動きを求める環境を構築し,歩行や立ち上がり動作等を対象としたデータ蓄積・解析を行なった.
次に,身体運動の協調構造を抽出するための新しい解析手法を構築した.これは3次元空間での身体パーツの向きや関節角度を四元数を用いて表現し,因子分析を行なうことで,多自由度の関節空間に隠れた変数構造を抽出しようとするものである.数値実験により既存の手法よりも優れた性能が得られることを確認でき,現在,実計測データへの適用を始めたところである.このほか,運動情報表現に関する基礎的検討として,離散的でスパースな表現が最適となる枠組について通信路容量における最適化問題と多クラス判別問題の理論を構築した.
さらに,下肢麻痺患者が補助ロボットを装着して,歩行器で身体を支えながら二足歩行するためのシステムの基本構成を設計した.本システムでは,歩行器に搭載した慣性センサの信号から間接的に患者の腕運動軌道を計測し,ユーザの意図する歩幅,接地のタイミング,つま先最高点などを推定した後,滑らかな歩行の関節角軌道を生成する.また,補助ロボットの足底にとりつけた床反力センサの信号から患者の運動状態を推定し,後方転倒しないような脚のスイング動作のトリガを出す機構を組み込んだ.さらに,平地面に加え段差のある面での歩行も可能になるように歩行補助の制御アルゴリズムを改良した.健常者による動作テストの結果,3cmおよび6cmの段差を乗り越えたり降りたりできることを確認した.
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