接触作業における人間の随意制御特性の解析と運動リハビリテーションシステムへの応用

接触工作过程中人体自主控制特性分析及其在运动康复系统中的应用

• 批准号: 14750188
• 负责人: 田中 良幸
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750188/
• 关键词: 随意運動制御メカニズム; 拘束運動; 運動リハビリテーション; 手先操作特性; ロボット; インピーダンス制御

本研究では,作業対象からの拘束を伴う手先運動に着目し,環境特性に対する人間の随意運動制御特性を実験的に解析するとともに,その特性を利用した新しい運動訓練支援システムの開発を試みた.本年度は,前年度に開発した仮想拘束運動解析装置を拡張して人間の運動特性を考慮した上肢運動訓練支援システムを構築するとともに,上肢運動解析支援ツールを利用して環境条件に応じて変化する人間の手先操作特性の実験的な計測・解析を行った.主な結果を以下に示す.1.上肢運動訓練支援システムの開発前年度に開発した仮想拘束運動解析装置に,運動リハビリテーションの作業例として仮想カーリングを実装した.訓練者は,目標となる領域へストーンが到達するように,視覚フィードバックを基にしてロボットのハンドルを操作する.このシステムは,(1)訓練者の手先運動(位置,速度,加速度,力)を計測処理する運動計測部,(2)2自由度リニアモータ装置の極座標系による可変インピーダンス制御を行うロボット制御部,(3)コンピュータグラフィックスによる仮想作業空間を訓練者に提示する視覚フィードバック部で構成した.そして,ストーンの重さや床の摩擦など環境ダイナミクスを変化させて健常者による基礎実験を行い,新たな運動リハビリテーションとして本システムの有用性を確認することができた.2.上肢多関節運動における手先操作特性の解析次に,前年度に開発した上肢運動解析支援ツールを用いて,上肢多関節運動における人間の手先操作特性の解析を行った.その結果,人間の手先操作能力は上肢姿勢に依存して大きく変化するとともに,人間は運動方向になるべく操作能力が高くなるように筋骨格系を調節する傾向を確認できた.この知見を応用すれば手先運動と上肢姿勢の双方をバランスよく同時に訓練できる可能性があり,より効果的な上肢運動リハビリテーションを実現するうえで重要なポイントを見出すことができた.

在这项研究中，我们专注于涉及限制工作主题的手动运动，并实验分析了人类自愿运动控制环境特征的特征，并试图开发一种新的运动训练支持系统，以这些特征来使用这些特征。这一年，我们利用了上一年的人类运动的培训，以衡量人类的训练性运动，以衡量人类的训练，以衡量人类的训练性，并构建了较高的训练性的行为，并估计了纽约的训练，我们的训练性运动是估计的。使用上肢锻炼分析支持工具根据环境条件而改变的操作特征。主要结果如下所示。1。虚拟冰壶是在上肢运动训练支持系统开发的虚拟约束运动分析设备中实施的一个例子。学员根据视觉反馈操作机器人的手柄，以便石头到达目标区域。该系统基于（1）一个运动测量单元，该单元测量了受训者的手动运动（位置，速度，加速度，力），以及（2）一个两度自由的线性电动机设备的极性坐标系。机器人控制单元使用（3）使用计算机图形来培训培训师的虚拟反馈单元执行可变阻抗控制。该系统是由一个机器人控制器构建的。机器人控制器使用机器人控制器执行可变的阻抗控制，（3）通过使用计算机图形来调整机器人的动态实验的视觉反馈单元。地板的摩擦以及该系统作为新的电动机康复的有用性。2。上肢多关节运动中的手操作特征的分析接下来，我们将介绍上一年开发的上肢运动分析的支持技术。使用LE，我们分析了多关节上肢运动中人手操纵的手动操纵特性。结果，我们确认人的手动操纵能力取决于上肢的姿势明显变化，并且人类倾向于调整其肌肉骨骼系统，以便人类具有较高的操作能力，可以朝着运动方向移动。通过应用这一发现，可以同时以平衡的方式对手动运动和上肢姿势进行训练，我们能够找到实现更有效的上肢运动康复的重要一点。

项目成果

Yoshiyuki Tanaka: "Task Readiness Impedance in Human Arm Movements for Virtual Ball-Catching Task"Proceedings of the 29th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics. 478-483 (2003)

Yoshiyuki Tanaka：“虚拟接球任务中人体手臂运动的任务准备阻抗”IEEE 工业电子第 29 届年会论文集。

田中良幸: "仮想カーリングシステムを用いた人間の手先運動特性の解析"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2003講演論文集. (発表予定). (2003)

Yoshiyuki Tanaka：“使用虚拟冰壶系统分析人类手部运动特性”2003 年日本机械工程师学会机器人和机电一体化会议论文集（待发表）。

Yusaku Takeda: "A Virtual Training Sports System for Measuring Human Hand Impedance"Proceedings of the 2003 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. 914-919 (2003)

Yusaku Takeda：“用于测量人手阻抗的虚拟训练运动系统”2003 年 IEEE/ASME 国际高级智能机电一体化会议论文集。

Yoshiyuki Tanaka: "Manipulability Analysis of Lower Extremities Based on Human Joint-Torque Characteristics"Proceedings of the 2nd International Symposium on Measurement, Analysis and Modeling of Human Functions. (発表予定). (2004)

Yoshiyuki Tanaka：“基于人体关节扭矩特性的下肢可操作性分析”第二届人类功能测量、分析和建模国际研讨会论文集（待发表）。

升本大介: "人間の上肢運動における手先操作特性の力学的解析"第11回計測自動制御学会中国支部学術講演会論文集. 58-59 (2002)

增本大辅：《人体上肢运动手控特性的动态分析》中国仪器仪表学会分会第十一届学术会议论文集58-59（2002）。