2013 Fiscal Year Research-status Report
人間の運動制御器のデータベース化とそれに基づく運動戦略設計のための基礎研究
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25820086
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山本 江 名古屋大学, エコトピア科学研究所, 助教 (20641880)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 神経筋骨格モデル / 非線形制御 / 動力学解析 / ヒューマノイド |
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| Research Abstract |
人間の運動を力学的に解析するために神経筋骨格モデルが使用されてきた．従来，個別の運動のコントローラについて研究が行われてきたが，「人間が運動遷移を力学的拘束条件の下でどのように制御しているか」は議論されてこなかった．本研究では，個々の運動コントローラをデータ単位とするデータベースを構築するための基礎研究として，力学的拘束条件を考慮した運動遷移の仕組みをモデル化することを目的とする．当該年度では特に，人間の神経筋骨格モデルにおいて最大CPI集合（力学的拘束条件を満たすような状態集合）の計算手法を確立することを目指し研究を行った．
神経筋骨格モデルでは非線形コントローラによって人間の歩行運動がモデル化される．そこで，まず簡単なモデルに基づいて非線形コントローラにおける最大CPI集合を計算するソフトウェアを開発した．また，得られた最大CPI集合に基づき「静止状態から定常歩行」「定常歩行から停止動作」といった運動の遷移をシミュレーションによって実現した．これは神経筋骨格モデルにおける数値解析の基礎となるものである．次年度以降，この手法を複雑なモデルへと拡張していくことで人間のモデルに応用できると期待される．
また，研究計画において次年度に予定していたロボットによる検証を前倒しして行った．ヒューマノイドロボットにおいて未知の外乱を受けた場合でも，最大CPI集合に基づいて運動を遷移させることにより転倒を防ぐ実験を行い，その有効性を検証した．複雑なモデルでの計算が難しい場合に，上記のような簡単なモデルにおいて計算した最大CPI集合が一定の有用性を有していることを示すことができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画では，当該年度において「１．非線形コントローラにおける最大CPI集合の定式化」，「２．多自由度神経筋骨格モデルにおける最大CPI集合の計算手法の確立」を計画していた．
また，次年度において「３．ヒューマノイドロボットを用いた実験検証」，「４．逆問題を解くことによる運動遷移のコツの設計」の２点を計画していたが，次年度に研究代表者が他研究機関へ異動することとなった．それに伴う実験機器等の移設等の作業により３の「ロボットを用いた実験検証」に遅れが生じると考え，上記２と３を入れ替える形で研究を行った．
実施の順番を変更したものの，研究計画全体の半分を完了している．また，２についても簡単なモデルにおいて最大CPI集合の計算手法の確立を完了しており，研究はおおむね順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の実施順番の変更に伴い，次年度では「多自由度神経筋骨格モデルにおける最大CPI集合の計算手法の確立」および「逆問題を解くことによる運動遷移のコツの設計」を行う．前者では，当該年度に簡単なモデルにおいて確立した計算手法を多自由度を有する複雑なモデルへと拡張する．これに必要な計算機環境はすでに準備が整っている．また，後者については，計算機シミュレーションにより解析された運動遷移のコツを人間の運動計測結果と比較することで検証する．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当該年度において解析用ワークステーションを購入した．次年度における研究を想定して，ワークステーション用の物理メモリを増設するための経費として準備していたが，メーカー側から当該年度内に納品できない旨の連絡があり，購入を見合わせたため当該助成金が生じた．
当該年度において計画していた増設用メモリの購入に充てる予定である．
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