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生体の運動計画における最適化基準の研究

生物运动规划优化准则研究

基本信息

批准号：
15700246
负责人：
西井淳
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

生体の運動計画における最適化基準と運動の学習制御アルゴリズムに関して、今年度は主に以下3点の成果を得た。1.歩行時の遊脚運動の軌道計画がどのように行われているかを検討するため、消費エネルギーを最小にする遊脚軌道を計算した。最適軌道の計算において、前年度は脚の力学モデルとして2リンク剛体モデルを用いたが,今年度は3リンク剛体モデルを用いた。その結果得られた最適軌道の特徴は実際の遊脚運動の特徴の多くと一致し,各関節の最適トルクの時間変化も,ヒトの歩行運動の計測実験から見積もられている値と近いものとなった。このことから,消費エネルギー最小化は遊脚運動の軌道計画における重要な拘束条件であると考えられる。2.腕の二点間のリーチング運動軌道計画に関しては,高次中枢は生体ノイズの影響を受けにくい運動軌道を選択することによって精度の高い運動を実現しているという「終点分散最小モデル」が提案されている。一方で,「消費エネルギー最小モデル」による軌道は腕のリーチング軌道とは異なることが報告されている。本研究では,これまで検討されていた「消費エネルギー最小モデル」で得られる軌道は生体ノイズの影響を受けやすいことに注目し,生体ノイズ下で目標位置に到達するまで補間運動を繰り返した場合には,「終点分散最小モデル」による運動軌道のほうが「消費エネルギー最小モデル」による軌道よりも少ない総消費エネルギーで到達タスクを実現できることを示した。すなわち,消費エネルギー最小化は腕の到達運動の軌道計画においても重要な拘束条件と考えられる。3.生体が歩行等の基本的な運動の学習制御には,小脳などの高次中枢と脊髄内に存在するパターン発生器(CPG)が協調的に働いていると考えられる。この階層的な学習制御システムを数理モデルとして提案し,その機能的妥当性をシミュレーション実験によって示した。

The biological exercise plan optimization standard and exercise learning control system have achieved the following three points this year. 1. Track plan for swimming when walking検问するため、consuming エネルギーをminimum にする游foottrackをcalculationした. Calculation of the optimal orbit and the mechanical mechanics of the previous year Rigid body モデルを uses いたが, this year's 3rd Rigid body モデルを uses いた. As a result, the most suitable track is the most suitable track, and the most suitable track for each joint is the most suitable swimming foot movement.ルクの Time Changing も, ヒトの歩行动のmeasurement実験から见 accumulate もられている値とNearly いものとなった.このことから, consumption エネルギーminimization, はfoot movement のtrack plan, における, important な constraint conditions, であるとtest, えられる. 2. Wrist two-point movement track plan, high-order center biological movement track, affected by movement trackを选択することによって Precision の高いmotion を実appear しているという「End point dispersion minimum モデル」が proposal されている. One party, "Consumer エネルギーminimum モデル" によるrail はwrist のリーチングrail とはdifferent なることが report されている. This study is based on the "Consumption Minimum Measurement System" and the "Consumption System Minimum Track"ノイズの Effect をAttention けやすいことにし , Living body ノイズ下でThe target position にArrived するまでTweening motion を粲り回したoccasionには,「Endpoint dispersion minimumモデル」によるkinetic trackのほうが「Consumptionエネルギーminimumモデル》によるtrack よりも小ない総 consume エネルギーでarrive at タスクを実行できることをshowした.すなわち, consumption エネルギーminimization はwrist のreach movement のorbit plan においてもimportant なconstraints とtest えられる. 3. Learn to control basic movements such as walking and walking, and learn to control the high-level center and backbone of the small body. There is a するパターン発综合器(CPG) and a coordinated に働いていると卡えられる inside. Proposal for learning and controlling math and science from the この class, The appropriateness of the function is shown in the following.