| 研究課題/領域番号 |
26730110
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| 研究機関 | 関西大学 |
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研究代表者 |
朝尾 隆文 関西大学, システム理工学部, 助教 (10454597)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 運動インピーダンス |
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| 研究実績の概要 |
ヒトは自分の思い描くとおりにハンドル操作を開始するために，把持力を高めて前腕の筋を緊張させることで，手先の剛性，粘性を高め，運動前に腕の応答を良くしていると考えられる．また，何らかの原因でドライバが異常状態ならば，このような操舵のための準備ができていないと考えられる．本研究の目的は，生体電極を使用しない非拘束な状態で，ハンドルの角度とトルクから，ハンドル軸まわりに等価な筋の粘弾性係数を推定し，それとハンドルの把持力の特徴からドライバの操舵意図・状態推定をおこなう技術を開発することである．平成26年度の目的は，時々刻々と変化するヒトの粘弾性係数を動的に推定するモデルを構築することであった．
１．ヒトの粘弾性係数を計測するためには，ハンドルに微小な摂動を印加する必要がある．そこで，まず，モータによってハンドルを制御することが可能なステアリング・システムを製作した．
２．ヒトの筋の緊張にともなって動的に変化する粘性係数，弾性係数を推定するため，逐次的な同定が可能なカルマンフィルタを用いた推定アルゴリズムを構築した．モデルへの入力は，ハンドルのトルク，角度，角速度，角加速度であり，出力は粘性係数，弾性係数，および慣性モーメントである．
３．推定される粘弾性の精度を検証するため，パラメータが既知のおもり，ばねをハンドルに取り付けて動作させ，そのときのハンドルのトルク，角度，角速度，角加速度を計測した．
４．解析の結果，従来では考慮されていなかった内力効果を詳細に補正することにより，推定精度が向上することを確認した．
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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
研究実績の概要の記したとおり，研究の目的を達成した．まず，本研究の研究期間全てで使用予定である，モータによってハンドルを制御することが可能なステアリング・システムを製作した．次に，ヒトの筋の緊張にともなって動的に変化する粘性係数，弾性係数を推定するため，逐次的な同定が可能なカルマンフィルタを用いた推定アルゴリズムを構築した．製作した装置を用いた実験でデータを取得し，それを用いて時不変の粘性係数，弾性係数，慣性モーメントを精度良く推定できることが確認できた．
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| 今後の研究の推進方策 |
ロボット工学の分野で用いられるインピーダンス制御により，ハンドルの見た目の粘弾性係数を変化させた状態でのデータを取得し，動的に変化する粘弾性係数の推定精度を検証する．これは，シミュレーションおよび本年度に製作した装置を用いて実施される．インピーダンス制御により，ステップ状，または正弦波状にインピーダンスを変化させ，動的に変化するインピーダンスの推定精度を検証する．この実験により，変化するインピーダンスに対する推定値の追従性，応答性能が検証される．次に，ヒトがハンドルを握った状態で，力んだり弛緩したりを繰り返し，ヒトの粘弾性の変化が推定できることを確認する．さらに，ヒトのハンドル操作によるトラッキング実験をおこなう．実験で得られたデータから動的に変化するヒトの粘弾性係数の推定をおこなう．次いで，同様なトラッキング操作中の前腕，上腕の8つの筋を計測する実験を実施する．ハンドル角度と各筋の筋電位の活動を俯瞰し，操舵時の筋の使い方の分析をおこなう．また，同定された粘弾性係数と筋電位との関連性を明らかにする．さらに，現有の把持圧計測用グローブを用い，操舵時のヒトの把持力の特性を明らかにする実験をおこなう．計測で得られるハンドル角度，把持力の分布を時系列で比較することにより，操舵時にヒトはどのようにハンドルを握る力を変化させているのかを解明する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度の装置の製作費が当初の見込みよりもかなり圧縮することができた．
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| 次年度使用額の使用計画 |
実験のための消耗品の購入，および被験者への謝金を支出する．また，国内での成果発表および情報収集をおこなう．特に，前年度の繰越金データ分析のための人件費および実験協力者への謝金とし，より一層の研究の進捗を早め，データの信頼性向上を高めたいと考えている．
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