接触作業における人間の随意制御特性の解析と運動リハビリテーションシステムへの応用

接触工作过程中人体自主控制特性分析及其在运动康复系统中的应用

• 批准号: 14750188
• 负责人: 田中 良幸
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750188/
• 关键词: 随意運動制御メカニズム; 拘束運動; 運動リハビリテーション; 手先操作特性; ロボット; インピーダンス制御

本研究では,作業対象からの拘束を伴う手先運動に着目し,環境特性に対する人間の随意運動制御特性を実験的に解析するとともに,その特性を利用した新しい運動訓練支援システムの開発を試みた.本年度は,前年度に開発した仮想拘束運動解析装置を拡張して人間の運動特性を考慮した上肢運動訓練支援システムを構築するとともに,上肢運動解析支援ツールを利用して環境条件に応じて変化する人間の手先操作特性の実験的な計測・解析を行った.主な結果を以下に示す.1.上肢運動訓練支援システムの開発前年度に開発した仮想拘束運動解析装置に,運動リハビリテーションの作業例として仮想カーリングを実装した.訓練者は,目標となる領域へストーンが到達するように,視覚フィードバックを基にしてロボットのハンドルを操作する.このシステムは,(1)訓練者の手先運動(位置,速度,加速度,力)を計測処理する運動計測部,(2)2自由度リニアモータ装置の極座標系による可変インピーダンス制御を行うロボット制御部,(3)コンピュータグラフィックスによる仮想作業空間を訓練者に提示する視覚フィードバック部で構成した.そして,ストーンの重さや床の摩擦など環境ダイナミクスを変化させて健常者による基礎実験を行い,新たな運動リハビリテーションとして本システムの有用性を確認することができた.2.上肢多関節運動における手先操作特性の解析次に,前年度に開発した上肢運動解析支援ツールを用いて,上肢多関節運動における人間の手先操作特性の解析を行った.その結果,人間の手先操作能力は上肢姿勢に依存して大きく変化するとともに,人間は運動方向になるべく操作能力が高くなるように筋骨格系を調節する傾向を確認できた.この知見を応用すれば手先運動と上肢姿勢の双方をバランスよく同時に訓練できる可能性があり,より効果的な上肢運動リハビリテーションを実現するうえで重要なポイントを見出すことができた.

This study aims to analyze the characteristics of human voluntary movement control by using the characteristics of the task object, hand movement control and hand movement control, and to explore the development of new sports training support systems. This year, compared with the previous year, the development of the upper limb movement analysis device has taken into account the human movement characteristics, and the construction of the upper limb movement analysis device has taken advantage of the environmental conditions to measure and analyze the human movement characteristics. The main results are as follows: 1. Upper limb exercise training support system was developed in the previous year. Trainers are trained to operate on the basis of their goals and objectives. These categories include: (1) a motion measurement unit for measuring and processing the first hand motion (position, velocity, acceleration, and force) of the trainer;(2) a control unit for controlling movement in the polar coordinate system of the two-degree-of-freedom mobile device; and (3) a task space for the trainer. 2. Analysis of hand motion characteristics of upper limb multi-joint motion; 2. Analysis of upper limb motion analysis support; 3. Analysis of hand motion characteristics; 4. Analysis of upper limb motion analysis support; 5. Analysis of the characteristics of human hand movement in multi-joint movement of upper limbs. As a result, the human hand movement ability depends on the posture of the upper limb, and the human body movement direction depends on the posture of the upper limb. This knowledge is useful for both hand movements and upper limb postures and for simultaneous training.

项目成果

Yoshiyuki Tanaka: "Task Readiness Impedance in Human Arm Movements for Virtual Ball-Catching Task"Proceedings of the 29th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics. 478-483 (2003)

Yoshiyuki Tanaka：“虚拟接球任务中人体手臂运动的任务准备阻抗”IEEE 工业电子第 29 届年会论文集。

田中良幸: "仮想カーリングシステムを用いた人間の手先運動特性の解析"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2003講演論文集. (発表予定). (2003)

Yoshiyuki Tanaka：“使用虚拟冰壶系统分析人类手部运动特性”2003 年日本机械工程师学会机器人和机电一体化会议论文集（待发表）。

Yusaku Takeda: "A Virtual Training Sports System for Measuring Human Hand Impedance"Proceedings of the 2003 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. 914-919 (2003)

Yusaku Takeda：“用于测量人手阻抗的虚拟训练运动系统”2003 年 IEEE/ASME 国际高级智能机电一体化会议论文集。

Yoshiyuki Tanaka: "Manipulability Analysis of Lower Extremities Based on Human Joint-Torque Characteristics"Proceedings of the 2nd International Symposium on Measurement, Analysis and Modeling of Human Functions. (発表予定). (2004)

Yoshiyuki Tanaka：“基于人体关节扭矩特性的下肢可操作性分析”第二届人类功能测量、分析和建模国际研讨会论文集（待发表）。

Yusaku Takeda: "Impedance Simulator : Analysis of Human Hand Impedance Characteristics"Proceedings of the 2nd International Symposium on Measurement, Analysis and Modeling of Human Functions. (発表予定). (2004)

Yusaku Takeda：“阻抗模拟器：人手阻抗特性分析”第二届人类功能测量、分析和建模国际研讨会论文集（待发表）。