Development of exoskeleton robot control guiding user to appropriate motion according to situation

开发外骨骼机器人控制，引导用户根据情况进行适当的运动

基本信息

批准号：
21K17836
负责人：
古川淳一朗
金额：
$ 3万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、状況に応じた適切な動作へと導くアシストロボット制御手法の構築を目指す。本年度はアシスト機器による支援方策の違いがヒトの運動に与える影響を解析し、適切な動作へと導くアシスト戦略の検討を進めた。調査対象とした運動タスクはヒトの生成する運動のなかでも起点となり、さらには特に負担が高く支援が必要とされる立ち上がり動作に焦点を当てて進めた。運動解析のために、モーションキャプチャーシステム、筋電計測システムをロボット制御時に同時計測可能とするシステムを構築した。本実験では開発した椅子型支援機器を用いた。このアシスト機器は座面が前後・上下に移動することによりヒトの起立動作を支援する。これら構築したシステムを用いて複数の実験協力者により数種類のアシスト方策を適用し、立ち上がり動作における運動情報を取得するとともに実験協力者からの主観評価も実施した。アシストがヒトの運動に及ぼす影響を調査するために、モーションキャプチャーデータからは関節軌道を、筋活動データから筋シナジーの分析を行った。筋シナジーはヒトの複雑な筋制御を説明するための概念であり、ヒトは筋を個別に制御するのではなく、複数筋の協同発揮から構成される少数のモジュール（筋シナジー）を制御しているとするモデルである。これらの分析の結果、特に支援機器が駆動するスピードが変化するとヒトの関節軌道や主観評価が変化する一方で、筋シナジーパターンは大きく変化しないなどの結果を得た。これらから、アシスト機器によって適切な動作へと導く支援方策としては、筋シナジーパターンをできるだけ変化させないなどの戦略が一つの候補であることが示唆された。今後は立ち上がり動作だけでなく他の動作においても支援のヒトの運動に与える影響の調査を進めるとともに、今回得た知見を活かしたアシスト方策導出アルゴリズムの開発を進める。

这项研究的目的是建立一种辅助机器人控制方法，该方法根据情况导致适当的行动。今年，我们分析了使用辅助设备对人类运动的支持措施差异的影响，并讨论了导致适当行动的辅助策略。所研究的运动任务是人类生成的运动的起点，进一步集中在不断繁重且需要支持的上升运动上。为了进行运动分析，构建了一个系统，该系统允许在机器人控制过程中同时测量运动捕获系统和肌电图系统。该实验使用了开发的椅子型支撑装置。这种辅助设备通过来回移动座椅来支持人类站立。使用这些构造的系统，多个实验合作者应用了几种类型的辅助策略，并在上升的运动过程中获取了运动信息，并且实验合作者还进行了主观评估。为了研究辅助对人运动的影响，通过运动捕获数据分析了联合轨迹，并根据肌肉活动数据分析了肌肉协同作用。肌肉协同作用是解释人类中复杂的肌肉控制的概念，并且是人类不单独控制肌肉的模型，而是控制少量由由多个肌肉合作组成的模块（肌肉协同作用）。这些分析表明，当驱动器驱动的速度发生变化时，尤其是人类的联合轨迹和主观评估，而肌肉协同模式并未发生显着变化。这些表明，使用辅助设备导致采取适当行动的一种可能的支持策略是避免尽可能改变肌肉协同模式。将来，我们将研究不仅在启动行动中而且在其他行动中支持人类运动的影响，还将开发一种算法，以获取援助措施，以利用这次获得的知识。