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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。

This year, the following three results were obtained from the optimization of exercise planning and exercise learning control. 1. Track planning of walking time and foot movement shall be carried out according to the minimum track calculation. The calculation of optimal orbit is based on the mechanics of the previous year. This year, it is based on the mechanics of the previous year. The results show that the characteristics of the optimal orbit are very consistent with the characteristics of the actual walking motion. The time of the optimal orbit of each joint changes, and the measurement of the walking motion can be seen to be close to the value. Minimize the important constraints on the orbital planning of foot movements. 2. The motion trajectory planning between two points of the wrist is related to the influence of high-order central and biological factors on the selection of motion trajectories. On the other hand,"consumption is the minimum," the orbit is different, and the orbit is different. In this study, we discussed the "consumption of the minimum" and found that the orbit is affected by the organism, and the organism is affected by the target position."End point dispersion minimum" means "consumption minimum" means " Minimize the consumption of energy and energy in the orbit planning of the arrival motion. 3. The basic motor learning control of the organism, such as walking, exists in the higher-order center and spine, and the generator (CPG) is coordinated. This hierarchical learning system has been developed mathematically and its functional appropriateness has been demonstrated.