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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15700246/
• 关键词: 運動計画; 最適性; 消費エネルギー最小モデル; 遊脚運動; 到達運動; CPG; 運動学習モデル; 遊脚軌道; 最適軌道; 消費エネルギー; 運動学習; 歩行; 多足歩行; リーチング運動

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。

Born body の game plan に お け る optimization benchmark と movement の learning suppression ア ル ゴ リ ズ ム に masato し て, our Lord は に the following 3 の results を た. 1. Step row is の swim の foot movement track project が ど の よ う に line わ れ て い る か を beg す 検 る た め, consumption エ ネ ル ギ ー を minimum に す る swim foot rail を computing し た. Optimal orbit の computing に お い て, before the annual は foot の mechanics モ デ ル と し て 2 リ ン ク rigid-body モ デ ル を with い た が, our は 3 リ ン ク rigid-body モ デ ル を with い た. The optimal orbit そ の results have ら れ た の, 徴 は be interstate の swim の foot movement, 徴 の く more consistent と し, each section masato の optimum ト ル ク の time - も, ヒ ト の step line movement の measuring be 験 か ら see product も ら れ て い る numerical と nearly い も の と な っ た. <s:1> と と ら, ら, consumption エネ ギ ギ, <s:1> minimization of <s:1> foot motion, <s:1> orbital plan における, important な constraint conditions であると study えられる. 2. Wrist の between two point の リ ー チ ン グ movement track project に masato し て は, higher order central は raw body ノ イ ズ の を by け に く い movement orbit を sentaku す る こ と に よ っ て の い high precision motion を be presently し て い る と い う "end dispersed minimum モ デ ル" が proposal さ れ て い る. One party で, "consumption エ ネ ル ギ ー minimum モ デ ル" に よ る orbit は wrist の リ ー チ ン グ orbit と は different な る こ と が report さ れ て い る. This study で は, こ れ ま で beg さ 検 れ て い た "consumption エ ネ ル ギ ー minimum モ デ ル" で have ら れ る orbit は raw body ノ イ ズ の を by け や す い こ と に attention し, living body ノ イ ズ で target location under に reach す る ま で fill movement between を Qiao り return し た occasions に は, scattered "end minimum モ デ ル" に よ る movement orbit の ほ う が "consumption エ ネ Minimum ル ギ ー モ デ ル "に よ る orbit よ り も less な い 総 consumption エ ネ ル ギ ー で reach タ ス ク を be presently で き る こ と を shown し た. Youdaoplaceholder0, consumption エネ エネ ギ すなわち, minimizing <s:1> wrist <s:1> to reach the motion <e:1> orbit plan にお て て な important な constraints と study えられる. が step 3. The raw body line の basic な movement の learning system such as the royal に は, small 脳 な ど の higher order central と ridge に exist within the marrow す る パ タ ー ン 発 raw device (CPG) が coordinated に 働 い て い る と exam え ら れ る. こ の class な study suppression シ ス テ ム を mathematical モ デ ル と し て proposal し, そ の function of justice を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン be 験 に よ っ て in し た.

项目成果

西井淳: "動物の歩行戦略を探る"バイオメカニズム学会誌. 28・1. 8-12 (2004)

西井淳：《探索动物行走策略》《生物力学学会杂志》28・1（2004）。

遊脚運動における軌道選択基準

摆腿运动轨迹选择标准

• 发表时间: 2004
• 期刊: 第19回生体・生理工学シンポジウム論文集
• 作者: 中村真実子