2021 Fiscal Year Research-status Report
Generation of muscle synergy based on the structural characteristics in musculoskeletal manipulators
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21K14128
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| Research Institution | Ashikaga University |
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Principal Investigator |
越智 裕章 足利大学, 工学部, 講師 (50780128)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 筋骨格構造 / 筋シナジー / 平衡点解析 / 冗長マニピュレータ / 筋内力 / 運動制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、人間の腕を模した筋骨格構造マニピュレータの構造的特性に基づく筋シナジー生成と運動制御手法について検討を行い、コンピュータシミュレーションを用いて検証・解析を行った。
筋骨格構造マニピュレータの構造的特性に基づく筋シナジー生成では、目標位置に安定平衡点を生じさせるような筋内力に基づき、作業座標系での平衡点に対応するような筋シナジーの生成を試みた。生成した筋シナジー信号による筋入力の平衡点と目標位置座標について、関節角度座標系や肩からの手先極座標系、頭部からの手先極座標系においては対応性が高かったが、手先デカルト座標系では対応性が低いという知見が得られた。
生成した筋シナジー信号を用いた運動制御についての検討では、上記の手法で生成した筋シナジー信号を用いて、目標位置へのフィードフォワード位置決め制御をコンピュータシミュレーションによって解析し、生成した筋シナジー信号の有効性を確認した。また、作業座標空間におけるPDフィードバック制御則と筋シナジー信号を組み合わせることで、人間のような直観的な運動生成を試み、有効性を確認した。このフィードバック制御手法は筋シナジーを用いることで実時間でのヤコビ行列計算を省略でき、計算量の少ない簡略な制御系となり、工学的にも有用なシステムの構築が期待できる結果となった。
一方、検証実験を行うための実験機製作のため、コンピュータやモータ制御機器、計測機器を購入し、基礎的な実験環境の構築を行った。2022年度に実験機の製作を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の予定では、解析結果をまとめて学術誌への論文投稿を予定していたが、研究代表者の異動に伴って研究環境やシミュレーション環境を再構築する必要が生じたため、やや遅れが生じている。
また、計測機器の一部が購入できず、実験環境整備にも若干の遅れが生じている。
一方、筋シナジー生成の検討や平衡点解析、フィードバック制御への拡張については当初の計画通り進捗しているため、2022年度で遅れを取り戻せる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、やや遅れている解析結果をまとめ、学術誌に論文を投稿する。
また、当初の計画通り実験機製作を行い、コンピュータシミュレーションで得られた結果との比較・検証を行う。筋シナジーによるフィードバック制御手法について、誤差やむだ時間に対してのロバスト性の検証や他のフィードバック則の導入を検討し、コンピュータシミュレーションで有効性を検証する。
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| Causes of Carryover |
当初購入を予定していた計測機器が半導体供給不足の影響により納品の目途が立たず、2021年度の発注を見送った。本年度に再度発注を行う。
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