| 研究課題/領域番号 |
17K06249
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| 研究機関 | 群馬大学 |
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研究代表者 |
松井 利一 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (20302458)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 身体能力評価 / 生体運動制御 / 動作シミュレータ / 運動物体捕獲 / 運動時間最適化 / 階段昇降 / 一段足上げ / 最適制御 |
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| 研究実績の概要 |
平成29年度は，身体機能劣化が生じる前の理想的動作特性を理論的に予測するのに必要な動作シミュレータを主に開発した．
１．腕動作に対するシミュレータ開発（理想的腕動作特性予測）
腕の機能劣化が生じる前の理想的腕動作特性を理論的に予測するのに必要な腕動作シミュレータを開発するため，今までに構築してきた静止物体到達用の腕運動制御機構の最適制御モデルを，運動物体捕獲動作も再現可能とするより汎用的なモデルへ発展させた．具体的には，直線状に並べたLEDを順番に点灯させることにより模擬した運動物体を手で捕獲する動作を実測し，この捕獲動作を理論的に再現する捕獲動作シミュレータに汎用化した．本シミュレータの特徴は，手先が運動物体に到達するまでの運動時間が最適化を通して導出できることであり，従来モデルの問題点の一つが解決されている．その結果，本捕獲動作シミュレータを用いれば，単なる到達運動だけでなく運動物体捕獲動作も理論的再現が可能であることが確認された．これは，腕運動制御機構のより汎用的なモデルになっていることを意味し，身体能力を定量的に評価するシステム構築に貢献できる．
２．身体動作に対するシミュレータ開発（理想的身体動作特性予測）
身体機能劣化が生じる前の理想的身体動作特性を理論的に予測するのに必要な身体動作シミュレータの機能を拡充するため，今までの椅子からの立ち上がり・座り動作やスクワット以外に，日常頻繁に発生する階段昇降動作に対するシミュレータ開発を行なった．本年度は，まず，足を階段の一段上へ運ぶ動作の再現が可能な最適制御モデルの構築を目指した．その結果，一段足上げ動作の再現には3箇所（足，膝，股関節）の経由点情報（座標と時間情報）が必要であり，座標情報の自動設定に成功したが，時間情報の自動設定は今後の課題として残された．これが解決すれば，身体能力を定量的に評価するシステム構築に貢献できる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究の最終目的は，高齢者やリハビリ患者が身体機能の改善を目指す場合に必須となる現在の身体能力を定量的に評価するシステムを構築することである．そのためには，腕や身体の機能劣化が生じる前の理想的身体動作特性を理論的に予測可能な身体動作シミュレータが必要不可欠であり，以下の結果を得た．以上の結果から，現在までの達成度は，おおむね順調に進展していると判断した．
１．腕動作に対するシミュレータの開発
今までは，静止物体への到達運動を対象にした腕動作シミュレータを開発してきたが，本年度は，今までの腕動作シミュレータを，運動物体捕獲動作も再現可能とするより汎用的なシミュレータへ発展させた．具体的には，直線状に並べたLEDを順番に点灯させることにより模擬した運動物体を手で捕獲する動作を実測する実験システムを構築し，実測した捕獲動作を理論的に再現する捕獲動作シミュレータの開発を行なった．その結果，本捕獲動作シミュレータを用いれば，単なる到達運動だけでなく運動物体捕獲動作も理論的再現が可能であることが確認され，腕運動シミュレータの拡張に関する本年度の目標がほぼ達成されている．しかし，データ整理と腕運動シミュレータの完成度を高めるための追加計算がまだ必要である．
２．身体動作に対するシミュレータの開発
本年度は，今までの椅子からの立ち上がり・座り動作やスクワット以外に，日常頻繁に発生する階段昇降動作の内，足を階段の一段上へ運ぶ動作の再現が可能な動作シミュレータ開発を行なった．具体的には，足を階段の一段上へ運ぶ動作の撮影と動作解析を行なうシステムを構築し，実測した一段足上げ動作を理論的に再現する動作シミュレータの開発を行なった．シミュレータは，3箇所（足，膝，股関節）の経由点情報（座標と時間情報）が必要であり，座標情報の自動設定に成功したが，時間情報の自動設定は今後の課題として残された．
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| 今後の研究の推進方策 |
１．腕動作に対するシミュレータの開発
今後の計画は以下の3点である．第1は，本年度構築した運動物体捕獲動作シミュレータを完成させるために，データ整理と発表，さらに，シミュレータの完成度を高めるための追加計算を行なう．第2は，これまでに開発してきた腕動作シミュレータの汎用性をさらに高め，腕の機能劣化が生じる前の理想的腕動作特性の理論的予測をより確実なものにするため，到達目標点が明確に示されていない場合の腕運動でも再現可能とするシミュレータに拡張する．具体的には，ヴァイオリンの弓引き動作を例にシミュレータの拡張を行なう予定である．第3は，高齢者やリハビリ患者の現在の腕動作特性を実測し，腕動作シミュレータを用いて機能低下前の本来の腕予測動作と比較することにより，高齢者やリハビリ患者の身体能力の定量的評価を行なう手法を開発する予定である．
２．身体動作に対するシミュレータの開発
今後の計画は以下の2点である．第1は，日常頻繁に発生する階段昇降動作の内，足を階段の一段上へ運ぶ動作を再現する動作シミュレータの完成を目指す．具体的には，3箇所（足，膝，股関節）の経由点情報（座標と時間情報）の時間情報の自動設定方法を構築する．第2は，足を階段の一段上へ運ぶ動作の後の動作が再現可能なシミュレータに拡張する．具体的には，体全体を持ち上げて，遊脚の足を次の段に乗せる動作の再現を行なう．第3は，高齢者やリハビリ患者の現在の身体動作特性を実測し，身体動作シミュレータを用いて機能低下前の本来の身体予測動作と比較することにより，高齢者やリハビリ患者の身体能力の定量的評価を行なう手法を開発する予定である．
以上の定量化により，高齢者やリハビリ患者の各々に最適な身体機能改善計画やリハビリ計画の立案が容易となり，高齢者の豊かな生活環境の再構築や生活の質の向上，及び，リハビリ患者の社会復帰の後押しに貢献できる．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
計画が狂って僅かに誤差が生じた．意図的に0にすることも可能であったが,無駄な使い方をするよりも次年度に繰り越したほうがよいと判断した．次年度使用額は僅かであり，次年度の購入品の一部として使用する．
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