Elucidation of the kinematic normative model for grasping posture generation of hand and its application to product shape design

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H03526
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 61050:Intelligent robotics-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Tada Mitsunori 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)
• 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)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 手 / 姿勢生成 / ソフトフィンガー / 筋負担最小化

Outline of Final Research Achievements

In product development, it is important to design shapes that are easy to handle by hand to improve product operability and safety. In this study, a hand model constructed from CT images, a soft finger contact model that allows torque transmission at contact points, and a mechanics solver were used to simultaneously estimate fingertip force and muscle activity of the hand in various postures. We confirmed that the estimation of fingertip force was generally correct through grasp measurement experiments using motion capture and force sensors. These are fundamental technologies for analyzing hand mechanics and generating grasping postures and are expected to be used in product design in the future.

Free Research Field

デジタルヒューマン

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では，与えられた手の把握姿勢に対する指先力と筋活動の同時推定を実現した．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るが，筋活動の最小化を目的関数とした最適化問題に帰着させることで冗長性の問題を解決し，指先力と筋活動を一意に定めることができるようになった．
近年では，コンピュータ上に人の構造や運動を再現したデジタルヒューマンモデルを構築し，そのモデルに製品の把持や操作を行わせることで，製品の操作性や安全性を評価する手法が求められている．本研究の成果はこのような評価に活用できる．これにより，製品開発の低コスト化や開発サイクルの高速化が期待できる．