JP5430378B2 - 作業負荷予測装置 - Google Patents
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(1)計測ステップ:角度を含む人の関節の現在時刻tにおける状態量と、人に作用している外力を計測する。
(2)予測関節角算出ステップ:計測ステップにて計測された状態量から、時刻t+dtにおける関節の予測関節角を算出する。
(3)予測関節トルク算出ステップ:予測関節角から、関節が発生する関節トルクであり時刻t+dtにおける予測関節トルクを算出する。
(4)予測筋力算出ステップ:関節トルクと関節トルクを発生させる筋力との関係を記述した筋骨格モデル式に予測関節トルクを代入して時刻t+dtにおける予測筋力を算出する。
(1)関節角によって位置が定まる人の特定部位の時刻t+dtにおける第1予測位置を、特定部位位置の過去の経時変化のデータを補外して算出する。
(2)関節角を時間変数のべき乗と変数Aの積の多項式で表した近似式を用いた評価関数であり、時間変数に時刻t+dtを代入した前記近似式の関節角によって表される特定部位の時刻t+dtにおける第2予測位置と前記第1予測位置との差分の絶対値を含む第1項と、前記近似式を3回微分した関節角躍度の時刻tからt+dtまでの積分を含む第2項とを有する評価関数を最小にする変数Aを算出する。ここで、より詳しくは、変数Aは、時間変数のべき乗の項数と同じ数の要素を有するベクトル変数であり、近似式は、時間変数のべき乗の各次の項と、その項に対応する変数(ベクトル変数の要素)との積の和で表される。
(3)算出された変数Aを近似式に代入して関節角の時刻t+dtにおける予測関節角を算出する。
(1)関節角と外力の関係を記述した外力モデル式に予測関節角を代入して時刻t+dtにおける予測外力を算出する。
(2)外力と関節トルクと関節角状態量の関係を記述した関節の運動方程式に予測関節角と予測外力を代入して時刻t+dtにおける予測関節トルクを算出する。
ステップS2:角度を含む人の関節の現在時刻tにおける状態量(角度、角速度、角加速度)と、人に作用する外力であり状態量に影響する外力を計測する。
ステップS4:関節角によって位置が定まる人の特定部位(手先)の時刻t+dtにおける第1予測位置を、特定部位位置の過去の経時変化のデータを補外して算出する。
ステップS6:経時変化する関節角を、時間変数のべき乗と変数Aの積の多項式で表した近似式を用いた評価関数であり、時間変数に時刻t+dtを代入した近似式の関節角によって表される特定部位の時刻t+dtにおける第2予測位置と第1予測位置との差分の絶対値を含む第1項と、近似式を3回微分した関節角躍度の時刻tからt+dtまでの積分を含む第2項とを有する評価関数cを最小にする変数A(Amin)を算出する。なお、変数A、Aminは、前述した通りベクトルであることに留意されたい。
ステップS8:算出された変数Aminを近似式に代入して関節角の時刻t+dtの予測関節角を算出する。
ステップS10:関節角と外力の関係を記述した外力モデル式に予測関節角を代入して時刻t+dtにおける予測外力を算出する。
ステップS12:外力と、外力に抗して関節が発生する関節トルクと関節角の状態量の関係を記述した関節の運動方程式に予測関節角と予測外力を代入して時刻t+dtにおける予測関節トルクを算出する。
ステップS14:関節トルクと関節トルクを発生させる筋力との関係を記述した筋骨格モデル式に予測関節トルクを代入して時刻t+dtにおける予測筋力を算出する。
12:装具
14:角度センサ21
20:コントローラ
22:筋力予測モジュール
24:出力モジュール
26:ヘッドセット
Claims (3)
- 角度を含む人の関節の状態量と、人に作用している外力を計測するセンサを備えている筋力予測装置と、
筋力予測装置が算出した予測筋力が閾値を超えた場合にその旨を人に知らせるメッセージを出力する出力装置と、
を備えており、
前記筋力予測装置が、
角度を含む人の関節の現在時刻tにおける状態量と、人に作用している外力を計測する計測ステップと、
前記状態量から、時刻t+dtにおける関節の予測関節角を算出する予測関節角算出ステップと、
予測関節角から、関節が発生する関節トルクであり時刻t+dtにおける予測関節トルクを算出する予測関節トルク算出ステップと、
関節トルクと関節トルクを発生させる筋力との関係を記述した筋骨格モデル式に予測関節トルクを代入して時刻t+dtにおける予測筋力を算出する予測筋力算出ステップと、
を実行することを特徴とする作業負荷予測装置。 - 前記予測関節角算出ステップは、
関節角によって位置が定まる人の特定部位の時刻t+dtにおける第1予測位置を、特定部位位置の過去の経時変化のデータを補外して算出するステップと、
関節角を時間変数のべき乗と変数Aの積の多項式で表した近似式を用いた評価関数であり、時間変数に時刻t+dtを代入した前記近似式の関節角によって表される特定部位の時刻t+dtにおける第2予測位置と前記第1予測位置との差分の絶対値を含む第1項と、前記近似式を3回微分した関節角躍度の時刻tからt+dtまでの積分を含む第2項とを有する評価関数を最小にする変数Aを算出するステップと、
算出された変数Aを前記近似式に代入して関節角の時刻t+dtにおける予測関節角を算出するステップと、を含み、
前記予測関節トルク算出ステップは、
関節角と外力の関係を記述した外力モデル式に予測関節角を代入して時刻t+dtにおける予測外力を算出するステップと、
外力と関節トルクと関節角状態量の関係を記述した関節の運動方程式に予測関節角と予測外力を代入して時刻t+dtにおける予測関節トルクを算出するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の作業負荷予測装置。 - 出力装置は、複数の関節角範囲の夫々に異なる角度別メッセージを対応付けて記憶しており、予測筋力が閾値を超えたときの予測関節角が属する関節角度範囲に対応付けられた角度別メッセージを出力することを特徴とする請求項1又は2に記載の作業負荷予測装置。
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