三対6筋の協調制御機能を有するロボットアームの動作特性に関する研究

本研究の着目点は三対6筋の協調制御機能であり,三対6筋とはヒト四肢の大腿部や上腕部に存在する各関節の拮抗一関節筋ペアと二つの関節に同時に関与する拮抗二関節筋ペアによる筋構成である.ヒト四肢の筋配列を模倣した三対6筋を有する二関節リンクモデルにより,静的条件下の力制御をおこなう筋の協調制御パターンが理論的および実験的に明らかになった.本研究はこの三対6筋の機能を有する能動的なロボットアームの開発を目指している.そこで,ヒトの歩行運動に着目し,静的条件下の力制御をおこなう三対6筋の協調制御パターンと動的な歩行の軌道の関係を明らかすることを試みた.ここではヒトの動作筋電図学的解析を用いて,下肢大腿部における三対6筋の協調制御パターンを皮膚表面双極誘導法を用いて明らかにし,その筋活動の変化と歩行における動的な筋活動の変化を比較した.しかし,歩行離床時の足関節の一関節筋の活動は歩行軌道に大きな影響を与えるため,ここでは,着床をしない空中における足関節の移動(模擬歩行)をおこなった.この模擬歩行での被験筋は皮膚表面から筋活動が計測可能な股関節の一関節筋である大殿筋,膝関節の一関節筋である内側広筋,大腿部前面の二関節筋である大腿直筋,大腿部後面の二関節筋である半腱様筋の4筋とし,被験者は20歳前後の健常男子6名とした.その結果,静的条件下の力制御をおこなう三対6筋の協調制御パターンの主働筋の推移と同じように,模擬歩行における軌道制御でも同じ筋活動の推移,すなわち,内側広筋から大殿筋,大殿筋から半腱様筋,半腱様筋から大腿直筋,大腿直筋から内側広筋と主働筋が変化することが明らかになった.これより,三対6筋の協調制御パターンと動的な歩行の軌道は密接な関係あることが伺え,歩行においても三対6筋の協調制御機能を考慮に入れた手法の必要性が明示できた.また,この三対6筋の活動による軌道はロボット工学的な理論解析とも一致した.

本研究の着目点は三対6筋の協調制御機能であり,三対6筋とはヒト四肢の大腿部や上腕部に存在する各関節の拮抗一関節筋ペアと二つの関節に同時に関与する拮抗二関節筋ペアによる筋構成である.ヒト四肢の筋配列を模倣した三対6筋を有する二関節リンクモデルにより,静的条件下の力制御をおこなう筋の協調制御パターンが理論的および実験的に明らかになった.本研究はこの三対6筋の機能を有する能動的なロボットアームの開発を目指している.そこで,ヒトの歩行運動に着目し,静的条件下の力制御をおこなう三対6筋の協調制御パターンと動的な歩行の軌道の関係を明らかすることを試みた.ここではヒトの動作筋電図学的解析を用いて,下肢大腿部における三対6筋の協調制御パターンを皮膚表面双極誘導法を用いて明らかにし,その筋活動の変化と歩行における動的な筋活動の変化を比較した.しかし,歩行離床時の足関節の一関節筋の活動は歩行軌道に大きな影響を与えるため,ここでは,着床をしない空中における足関節の移動(模擬歩行)をおこなった.この模擬歩行での被験筋は皮膚表面から筋活動が計測可能な股関節の一関節筋である大殿筋,膝関節の一関節筋である内側広筋,大腿部前面の二関節筋である大腿直筋,大腿部後面の二関節筋である半腱様筋の4筋とし,被験者は20歳前後の健常男子6名とした.その結果,静的条件下の力制御をおこなう三対6筋の協調制御パターンの主働筋の推移と同じように,模擬歩行における軌道制御でも同じ筋活動の推移,すなわち,内側広筋から大殿筋,大殿筋から半腱様筋,半腱様筋から大腿直筋,大腿直筋から内側広筋と主働筋が変化することが明らかになった.これより,三対6筋の協調制御パターンと動的な歩行の軌道は密接な関係あることが伺え,歩行においても三対6筋の協調制御機能を考慮に入れた手法の必要性が明示できた.また,この三対6筋の活動による軌道はロボット工学的な理論解析とも一致した.