２脚ロボットを用いたヒト左右分離型トレッドミル歩行における適応機序の構成論的理解

双足机器人对人类左右分离跑步机行走自适应机制的建设性理解

• 批准号: 14J02718
• 负责人: 藤木 聡一朗
• 金额: $ 1.45万
• 依托单位: The University of Tokyo (2015)Kyoto University (2014)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J02718/
• 关键词: 歩行; ヒト; 左右分離型トレッドミル; ロボット; 小脳

左右分離型トレッドミルは左右の脚に対して異なる速度でベルトを動かすことで左右非対称な歩行環境を作り出し，これによって歩行における適応機能を調べることができる．ヒトの左右分離型トレッドミル歩行では，特徴的な即時的な適応と緩やかな適応の２つのタイムスケールの異なる適応が見られることが知られており，特に緩やかな適応には小脳の寄与が先行研究により示唆されている．このヒトの左右分離型トレッドミル歩行における適応メカニズムの理解に向けて，本研究では生理学的知見に基づく神経制御モデルの提案を行い，構成論的観点からこれを実装した２脚ロボットを用いた歩行実験による検証を行った．小脳が大きく寄与しているとされている身体運動・感覚の予測と実際に得られる感覚との間の誤差情報に基づいた運動指令の調整機能に着目し，左右分離型トレッドミルが作り出す左右ベルト間の速度差によって乱された歩行中の左右脚の接地タイミングに対して，その接地タイミングの設計値と実際の値との誤差に関する評価関数を構築し，その評価関数に基づいて左右の脚運動のリズムを変更する機能をロボットの制御系に導入した．ロボットによる歩行実験を行った結果，デューティー比（歩行1周期に対する立脚期の割合）や，左右脚の相対位相，及び，床反力の圧力中心軌跡などの歩行の特徴量にヒトの即時的な適応と緩やかな適応と同様の傾向が見受けられた．特に今回提案した誤差情報に基づく運動のリズム調整によって，ロボットに緩やかな適応が生じていることが確認された．この結果から，本提案モデルがヒトに内在する制御構造を説明することができると示唆される．更に，この制御モデルの妥当性を生理学的側面から詳細に調べるために、ラットを用いた左右分離型トレッドミルの歩行実験にも着手し，計測から妥当な結果も出始めているところである．

Left and right separation type, right and left foot, right and right foot, right and left foot, right and right and left foot, right and left and right and right and left foot, right and left foot, right and left, right and left and right and left foot, right and left, right and right and The characteristics of the left-right separation type are: real-time adaptation, slow adaptation, and early research. In this study, we studied the physiological knowledge, the physiological control, and the structural theory. Small and medium body movement, sensing, prediction, error information, basic movement command adjustment, left and right separation, speed difference between left and right feet, ground movement, left and right feet, The design value of the grounding system is calculated according to the error related to the construction of the evaluation system, and the function of the evaluation system is introduced according to the left and right foot movements. The results of the test show that the ratio of the pressure center track of the bed reaction force to the pressure center track of the bed reaction force is equal to the ratio of the pressure center track to the pressure center track. The error information of the current proposal is based on the adjustment of the motion. The error information of the current proposal is based on the adjustment of the motion. The result is that this proposal has a built-in control structure. In addition, the appropriateness of the control system is based on physiology. The detailed adjustment is carried out in the middle of the left and right separation type. The progress of the control system is carried out in the middle of the left and right separation type. The calculation is carried out in the middle of the right.

项目成果

Investigation of Adaptive Split-Belt Treadmill Walking by the Hindlimbs of Rats.

大鼠后肢自适应分带式跑步机行走的研究。

• 发表时间: 2015
• 作者: Soichiro Fujiki;Shinya Aoi;Dai Yanagihara;Tetsuro Funato;Yota Sato;Kei Senda;and Kazuo Tsuchiya.
• 通讯作者: and Kazuo Tsuchiya.

Investigating adaptation in hindlimb split-belt treadmill walking by rats using kinematic measurement and a neuromusculoskeletal model

使用运动学测量和神经肌肉骨骼模型研究大鼠后肢分带式跑步机行走的适应性

• 发表时间: 2015
• 作者: Soichiro Fujiki;Shinya Aoi;Dai Yanagihara;Tetsuro Funato;Yota Sato;Nozomi Tomita;Naomichi Ogihara;Kei Senda;Kazuo Tsuchiya
• 通讯作者: Kazuo Tsuchiya

ラット後肢スプリットベルト・トレッドミル歩行の計測と解析

大鼠后肢分带跑步机行走的测量与分析

• 发表时间: 2015
• 作者: 森崎一宏;森本浩之;澤真尚;米嵜凌平;真島和志;大嶋孝志;藤木聡一朗，青井伸也，柳原大，舩戸徹郎，佐藤陽太， 泉田啓， 土屋和雄
• 通讯作者: 藤木聡一朗，青井伸也，柳原大，舩戸徹郎，佐藤陽太， 泉田啓， 土屋和雄

Generation of adaptive splitbelt treadmill walking of a biped robot using learning of intralimb and interlimb coordinations

• DOI: 10.1109/icra.2014.6907191
• 发表时间: 2014-09
• 期刊: 2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)
• 作者: S. Fujiki;S. Aoi;K. Senda;K. Tsuchiya

ラットの神経筋骨格モデルに基づく左右分離型トレッドミル歩行における長期適応の生成

基于大鼠神经肌肉骨骼模型的左右分离跑步机行走长期适应生成

• 发表时间: 2016
• 作者: 藤木聡一朗;青井伸也;舩戸徹郎;柳原大;土屋和雄
• 通讯作者: 土屋和雄