手の把握姿勢生成における運動規範モデルの解明とその形状デザインへの応用

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接触力の釣り合い，指が加える接触力と筋張力の釣り合い，滑りが発生しない接触力の範囲，そして筋活動の範囲を制約条件，筋活動の2乗和を目的関数とした最小化問題を解くことで，この姿勢における筋活動と指先力を計算できるようにした．なお，この計算には筋活動の計算に広く用いられている2次計画法を採用した．次に，筋活動が最小となる姿勢を決定するために，目標接触点を探索変数，筋活動の2乗和を目的関数とした最小化問題を定式化した．3本の指先の物体表面への拘束を想定するため，これは6自由度の最適化問題となる．導関数が解析的に求まらない最適化問題であり，グローバルな極小値を効率的に探索するために，本研究では共分散行列適応進化戦略を採用した．生成した姿勢の妥当性については，手モデルの対象となった被験者に対する運動計測実験により検証することにした．具体的には，無線式6分力計を複数組み合わせることで，2本指または3本指を用いた把握における把握力を計測可能なデバイスを構築した．また，運動計測には産総研に設置されているモーションキャプチャ装置を用いた．手の甲に26点のマーカを貼付した上で，把握運動中のその軌跡を計測した．次に，このマーカ軌跡に対して，被験者の手のコンピュータモデルと，把握物体のCADモデルをフィッティングすることで，コンピュータ上で把握運動を再現した．このコンピュータ上に再現された把握運動を参照することで，実際の姿勢と最適化を用いて計算した姿勢を比較できるようにした．