Trajectory formation and control principles of natural human-like movements in dynamically constrained tasks

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本研究では動的な環境下における人間らしいリーチング運動を表現する数学モデルを構築する。運動解析に関しては,通常と異なった動的環境に対する人間の運動技能の形成を調べるため,高自由度柔軟物体の移動を伴うリーチング運動の解析を行った。実験では,任意個数の質点からなる柔軟仮想物体の運動を模擬できかつ剛性と質量を任意に指定できるよう,ファントムを用いた接触インターフェースを構成した。柔軟物体を操る場合のヒトの腕の運動軌道を予測するために、手先加速度の運動時間区間にわたる二乗積分を最小化する一般的なモデルを考えた。i柔軟物体操作におけるリーチング運動では、特に、高度に動的なタスクを実行するときに運動開始時に手先加速度のジャンプが観測されるが、これを従来から用いられている境界条件を課すことで再現することは困難であることを示した。この加速度のジャンプを説明するため、本研究では自然境界条件の概念を用いて問題を最定式化することにより、運動の予測精度を向上させることができることを明らかにした。次は、本研究の枠組みで、非ホロノミックシステムにおける生物学的にインスパイアされたスムーズな動作生成の解析を行いました。非ホロノミック拘束の下での巧みな運動を理解するために、平面上に置かれた半球の回転を利用した移動運動で、接触領域に制限溺ある場合にっいての運動計画を解析した。提案した計画アルゴリズムは、半球面上に書かれた滑らかな八の字を追跡するステップを繰り返すことによって構成される。非対称な八の字を生成するためにビビアニ曲線を一般化した。アルゴリズムの収束性を示すとともに、シミュレーションによって計算可能性を確かめた。