伝達関数同定に基づく人の把持力制御メカニズムの解明

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人の把持力制御メカニズムの解明を目的として,負荷力の増加に伴い指の接触面に発生する初期滑りと,把持カ変化との関係を伝達関数で近似した.実験を行うために把持運動計測装置を開発した.この装置は指に任意の負荷力を伝達するためのカ制御可能なリニアステージ,接触面の指紋画像を計測するための高解像度カメラ,そして把持・負荷力を計測するための6軸カセンサから成る.カメラから得た画像列を独自に開発した画像レジストレーションプログラムで処理することで,初期滑り(接触面内で局所的に発生する滑り)の発生部位を10um程度の分解能で特定することができる.実験として,0.5Nのステップ状に増加する負荷力に対して,把持力を増加させることで相対的な滑りの発生を阻止するというSlipPreventionタスクを行った.被験者に関わらず,単位時間あたりの固着率(滑っていない領域の接触領域に対する割合)の変化と,単位時間あたりの把持力の変化との間に強い正の相関があることが分かった.これらの関係を,比例・微分・積分成分とむだ時間から成る伝達関数を用いて近似した.むだ時間の値は0.1から0.2sec程度となった.これは人の感覚フィードバック系に存在する遅れと同程度であり,妥当な値である.同定した伝達関数を用いて,別条件で計測した単位時間あたりの固着率の変化から,人が制御する把持力の変動を推定したところ,再現精度が60%程度となった.定性的にではあるが,人の把握力制御特性を再現することができた.