2015 Fiscal Year Annual Research Report
時空間最適化による人の身体力学系のバイオメカニカルコンピューティング
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25820082
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
鮎澤 光 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 知能システム研究部門, 研究員 (60649086)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 動力学計算 / システム同定 / 運動解析 / 運動計画 / 運動最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動力学シミュレーションを用いて人の運動を解析する上で重要となる課題のひとつは、計算機上の人体モデルが現実の人間の身体寸法・質量分布を良く再現しているか、すなわちモデルの幾何・力学パラメータを同定するプロセスである。また直接的に計測することが困難な人体内部の関節トルク・筋活動等の状態量の推定問題も大きな課題である。一般的にこれらの同定・推定問題では、事前に計測された運動データを真として、これらの未知数を最適化計算等で算出する。しかし近年の計測技術の発展により、観測された時系列データを真とせず、観測データを最も再現するような運動軌道・パラメータを同時に算出することが可能になってきた。このような計算によって力学的整合性を確実に満たし精度の高い解析を実現できるが、詳細な人体モデルにおいて計算コストという障壁が非常に高い。本研究では、人型ロボットの分野における運動時系列を求める運動計画問題の計算技術を応用することで、動力学計算を伴う人のパラメータ同定・運動解析を時空間最適化問題として解く計算手法を開発する計画であった。得られた成果は以下の通りである。①パラメータ同定や動力計算を複合的に解くための基盤として、加速度・力などの動力学的な状態量を含む評価に対して運動軌道を最適化するための勾配計算法を開発した。②人・ヒューマノイドロボットの双方を含む人型モデルの力学計算を拡張し、パラメータ同定問題、運動復元・計画問題、運動評価問題を統一的に解く時空間最適化のフレームワークを構築し、モデル評価や人動作解析における適用例を示した。③前記フレームワークを応用して、計測した人の運動をヒューマノイドにおいて動作再現する手法を開発した。同手法の最大の特徴は、ロボット再現時に変更された運動特徴を反映して人体モデルの運動を逆再現できるという点であり、人動作再現度の定量化に応用できる。
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