人間の手先インピーダンス特性の実験的解折と運動内部モデルの構築

人手阻抗特性实验分析及内部运动模型构建

基本信息

批准号：
07750502
负责人：
辻敏夫
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750502/
关键词：
運動制御インピーダンス制御生体運動系マンピュレータ制御

项目摘要

本研究では,人間の手先インピーダンスを実験的に計測し,そのモデル化を試みた.主要な結果は以下の通りである.1.回転型インピーダンス推定装置の開発人間の手先インピーダンスを2次元で推定するために,推力制御が可能なリニアモータ(日本トムソン(株)製)を回転台上に設置し,任意の角度に位置決め可能な2軸インピーダンス推定装置を新しく開発した.この実験装置のハンドルを制御用コンピュータ・アナログ入出力装置を用いて剛性制御し、作業中の被験者の手先を強制的に変位させる。そしてその結果生じる反力を測定し,人間の手先インピーダンスを推定する。この装置により昨年度までは1方向しか推定できなかった人間の手先インピーダンスを2次元平面に拡張することができた.2.人間の手先インピーダンス調節機構のモデル化被験者に,1)上肢姿勢保持,2)筋収縮レベル維持,3)手先力維持という3種類の作業課題を与え,作業中の被試者の手先インピーダンスが,上肢の姿勢,筋収縮レベルによりどのように変化するかを実験的に解析した.そして,上肢関節角度(肩・肘の2関節)と筋収縮レベル(肩,肘関節に作用する6つの筋)の多項式を用いて被試者の関節インピーダンスをモデル化した.その結果,(1)関節インピーダンスを上肢の姿勢,筋収縮レベルの多項式で精度よく表現できること,(2)手先インピーダンスの変化が腕の運動学を表すヤコビ行列に強く影響されていること,(3)各筋の粘弾性係数を筋電位から推定した筋収縮レベルの多項式で近似できること,などを明らかにした.今後は,開発したインピーダンス推定装置をより推定精度の高いものに改良するとともに,本研究で構築したインピーダンスモデルを人間とロボットの協調作業に応用できればと考えている.

在本研究中，我们通过实验测量了人手阻抗并尝试对其进行建模。主要结果如下： 1. 开发旋转阻抗估计装置对人手阻抗进行二维估计我们开发了一种新型的两轴阻抗估计器，通过在旋转台上安装2轴阻抗估计装置（Musson Co., Ltd.制造），可以实现任意角度定位。该实验装置的手柄可以是刚性的使用控制计算机和模拟输入/输出设备进行控制，并在工作时强行移动对象的手。然后测量产生的反作用力并估计人手阻抗。借助该设备，我们能够将人手阻抗（直到去年只能在一个方向上估计）扩展到二维平面。 2．对人手阻抗调节机制进行建模。主题是： 1）保持上肢。肢体姿势，2）保持肌肉收缩水平，3）保持手动力量。我们通过实验分析了受试者在工作时的手部阻抗如何根据上肢的姿势和肌肉收缩的程度而变化。我们还分析了上肢关节（肩部和肘部两个关节）的角度和关节收缩。使用肌肉收缩水平（作用于肩关节和肘关节的六块肌肉）的多项式来确定受试者的水平。结果，（1）关节阻抗可以准确地表达为上肢姿势和肌肉收缩水平的多项式，（2）手部阻抗的变化受到代表手臂运动学的雅可比矩阵的强烈影响（3）粘弹性。每块肌肉的系数可以根据肌电势计算出来。我们发现估计的肌肉收缩水平可以用多项式来近似。未来，我们将改进开发的阻抗估计装置，使其具有更高的估计精度，并使用本研究构建的阻抗模型来改善人机协作I。希望能够应用到我的工作中。