JP5991532B2 - Human motion evaluation apparatus, method, and program - Google Patents

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Description

本発明は、人体の運動を評価する技術に関し、特に、筋骨格モデルを用いて人間にとって位置決め精度を高くする到達運動を判定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for evaluating the movement of a human body, and more particularly to a technique for determining a reaching movement that increases positioning accuracy for a human using a musculoskeletal model.

人間の身体的特徴や生理学的特徴を工学的に利用しようとする人間工学が各種工業製品のヒューマンインタフェースの開発などに盛んに応用されている。人間工学に基づくデザインは人間にとって使いやすいだけではなく、人間が起こしそうなミスを未然に防いだりするのにも役立っている。   Ergonomics, which attempts to use human physical characteristics and physiological characteristics in engineering, is actively applied to the development of human interfaces for various industrial products. Ergonomic design is not only easy for humans to use, but also helps to prevent mistakes that humans are likely to make.

人間工学では人体がさまざまなモデルで表され、コンピュータ上で人体のさまざまな動きがモデルによってシミュレートされる。モデルの例として、もっとも複雑なものとして有限要素モデルがあり、簡易なものとして人体の骨格、関節、および骨格筋をモデル化した筋骨格モデルがある。例えば、筋骨格モデルに基づく人体運動評価として、技能や感性を定量的に評価する評価指標を備え、人間の姿勢に近い姿勢を自動的に計算できる評価システムが、本願発明者らによって提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In ergonomics, the human body is represented by various models, and various movements of the human body are simulated on the computer. As an example of the model, there is a finite element model as the most complicated one, and a musculoskeletal model obtained by modeling a human skeleton, joint, and skeletal muscle as a simple one. For example, as an evaluation of human movement based on a musculoskeletal model, an evaluation system has been proposed by the inventors of the present application that includes an evaluation index that quantitatively evaluates skill and sensibility and can automatically calculate a posture close to a human posture. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2011−141706号公報JP 2011-141706 A

筋骨格モデルに基づく従来の人体運動評価では、筋骨格モデルにさまざまな到達運動をさせたときの各筋肉の筋活性度の時間積分値およびその総和が算出され、当該時間積分値の総和が小さいほどその到達運動の運動効率が高いと評価される。このような消費エネルギー最小規範に基づくと、人間がより疲れにくい動き、すなわち、エネルギー効率に優れた運動を判定することができるという利点がある。   In the conventional human body movement evaluation based on the musculoskeletal model, the time integral value of the muscle activity of each muscle when the musculoskeletal model is subjected to various reaching movements and its sum are calculated, and the sum of the time integral values is small. It is evaluated that the movement efficiency of the reaching movement is high. Based on such a minimum energy consumption criterion, there is an advantage that it is possible to determine a movement that is less likely to cause a person to get tired, that is, a movement with excellent energy efficiency.

一方、脳が骨格筋に対して運動を指令するとき、運動強度に応じたノイズ(運動指令依存ノイズ)が当該指令に重畳されることが知られている。この知見に基づいて、人間は運動指令依存ノイズが最小となるような運動軌道を選択しているという終点分散最小規範が提唱されている。終点分散最小規範に基づくと、消費エネルギー最小規範では評価できなかったような、人間にとって自然で動きやすい運動の評価ができることが期待される。   On the other hand, when the brain commands exercise to skeletal muscles, it is known that noise corresponding to exercise intensity (motion command dependent noise) is superimposed on the command. Based on this knowledge, a minimum end point variance criterion has been proposed in which human beings select a motion trajectory that minimizes motion command-dependent noise. Based on the minimum endpoint variance norm, it is expected that humans can evaluate natural and easy-to-move movements that could not be evaluated with the minimum energy consumption norm.

上記問題に鑑み、本発明は、人体の運動を位置決め精度の観点から評価できるようにすることを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to make it possible to evaluate the movement of a human body from the viewpoint of positioning accuracy.

本発明の一局面に従った人体運動評価装置は、人体の骨格、関節、および骨格筋をモデル化した筋骨格モデルを用いて人体運動を評価する装置であって、前記筋骨格モデルの肢が到達運動をするときの前記肢の運動軌道を受けて前記筋骨格モデルにおける各関節の経時的な角度変化を算出する関節角度算出部と、前記各関節の経時的な角度変化から各関節の経時的なトルク変化を算出する関節トルク算出部と、前記各関節の経時的なトルク変化から前記筋骨格モデルにおける各骨格筋の経時的な筋力変化を算出する筋力算出部と、前記各骨格筋の経時的な筋力変化から各骨格筋の経時的な筋活性度変化を算出する筋活性度算出部と、前記各骨格筋の経時的な筋活性度変化に運動指令依存ノイズが重畳された状態で前記肢が前記到達運動をするときの到達運動終点のばらつきを評価する終点ばらつき評価部と、前記肢の到達運動をさまざまに変えて、各到達運動に関して前記終点ばらつき評価部によって評価された到達運動終点のばらつきに基づいて、人間にとって位置決め精度を高くする到達運動を判定する到達運動判定部とを備えている。   A human body motion evaluation device according to one aspect of the present invention is a device that evaluates human body motion using a musculoskeletal model obtained by modeling the human skeleton, joints, and skeletal muscles, and the limb of the musculoskeletal model is A joint angle calculation unit that receives a motion trajectory of the limb when reaching a reaching motion and calculates a temporal angle change of each joint in the musculoskeletal model; A joint torque calculation unit for calculating a typical torque change, a muscle force calculation unit for calculating a change in strength of each skeletal muscle over time in the musculoskeletal model from a change in torque over time of each joint, A muscle activity calculation unit that calculates a change in muscle activity over time of each skeletal muscle from a change in muscle strength over time, and a motion command-dependent noise superimposed on a change in muscle activity over time of each skeletal muscle The limb performs the reaching movement An end point variation evaluating unit that evaluates the variation in the reaching end point of the mushroom, and various variations in the reaching motion of the limb, and based on the variation in the reaching end point of the reaching motion evaluated by the end point variation evaluating unit for each reaching motion For this, a reaching motion determination unit for determining a reaching motion that increases positioning accuracy is provided.

また、本発明の一局面に従った人体運動評価方法は、人体の骨格、関節、および骨格筋をモデル化した筋骨格モデルを用いて人体運動を評価する方法であって、前記筋骨格モデルの肢が到達運動をするときの前記肢の運動軌道を受けて前記筋骨格モデルにおける各関節の経時的な角度変化を算出し、前記各関節の角度変化から各関節の経時的なトルク変化を算出し、前記各関節の経時的なトルク変化から前記筋骨格モデルにおける各骨格筋の経時的な筋力変化を算出し、前記各骨格筋の経時的な筋力変化から各骨格筋の経時的な筋活性度変化を算出し、前記各骨格筋の経時的な筋活性度変化に運動指令依存ノイズが重畳された状態で前記肢が前記到達運動をするときの到達運動終点のばらつきを評価し、前記肢の到達運動をさまざまに変えて、各到達運動に関して前記評価した到達運動終点のばらつきに基づいて、人間にとって位置決め精度を高くする到達運動を判定する。   A human body motion evaluation method according to one aspect of the present invention is a method for evaluating human body motion using a musculoskeletal model in which the skeleton, joints, and skeletal muscles of a human body are modeled. Receiving the movement trajectory of the limb when the limb makes a reaching movement, calculate the temporal change in angle of each joint in the musculoskeletal model, and calculate the change in torque of each joint over time from the change in angle of each joint Then, a change in muscle strength of each skeletal muscle over time in the musculoskeletal model is calculated from a change in torque of each joint over time, and a time-dependent muscle activity of each skeletal muscle is calculated from a change in muscle strength of each skeletal muscle over time. A degree change is calculated, and a variation in reaching end point when the limb performs the reaching movement in a state where movement command-dependent noise is superimposed on a change in muscle activity over time of each skeletal muscle, Change the reaching movement of Based on the variation of the reaching movements endpoint was the evaluation for each reaching movement determines reaching movements to increase the positioning accuracy to humans.

また、本発明の一局面に従った人体運動評価プログラムは、人体の骨格、関節、および骨格筋をモデル化した筋骨格モデルを用いてコンピュータに人体運動を評価させるプログラムであって、前記筋骨格モデルの肢が到達運動をするときの前記肢の運動軌道を受けて前記筋骨格モデルにおける各関節の経時的な角度変化を算出する関節角度算出手段、前記各関節の経時的な角度変化から各関節の経時的なトルク変化を算出する関節トルク算出手段、前記各関節の経時的なトルク変化から前記筋骨格モデルにおける各骨格筋の経時的な筋力変化を算出する筋力算出手段、前記各骨格筋の経時的な筋力変化から各骨格筋の経時的な筋活性度変化を算出する筋活性度算出手段、前記各骨格筋の経時的な筋活性度変化に運動指令依存ノイズが重畳された状態で前記肢が前記到達運動をするときの到達運動終点のばらつきを評価する終点ばらつき評価手段、および前記肢の到達運動をさまざまに変えて、各到達運動に関して前記終点ばらつき評価手段によって評価された到達運動終点のばらつきに基づいて、人間にとって位置決め精度を高くする到達運動を判定する到達運動判定手段として、コンピュータを機能させる。   The human body motion evaluation program according to one aspect of the present invention is a program for causing a computer to evaluate human body motion using a musculoskeletal model obtained by modeling the human skeleton, joints, and skeletal muscles. A joint angle calculating means for calculating a temporal change in angle of each joint in the musculoskeletal model in response to a movement trajectory of the limb when the limb of the model performs a reaching movement; A joint torque calculating means for calculating a change in torque of a joint over time, a muscle force calculating means for calculating a change in strength of each skeletal muscle over time in the musculoskeletal model from a change in torque of each joint over time, and each skeletal muscle Muscle activity calculation means for calculating a change in muscle activity over time of each skeletal muscle from a change in muscle strength over time, and movement command dependent noise is superimposed on the change in muscle activity over time of each skeletal muscle The end point variation evaluating means for evaluating the end point variation when the limb performs the reaching movement in the state, and the reaching movement of the limb was changed variously, and each reaching movement was evaluated by the end point variation evaluating means. The computer is caused to function as a reaching motion determination means for determining a reaching motion that increases positioning accuracy for humans based on variations in the reaching motion end point.

これら人体運動評価装置、方法、およびプログラムによると、筋骨格モデルに基づく肢のさまざまな到達運動に関して到達運動終点のばらつきが評価され、当該評価された到達運動終点のばらつきに基づいて、人間にとって位置決め精度を高くする到達運動が判定される。なお、肢とは、上腕、下肢、手先、指先、足先などのことを指す。これにより、人体の運動を位置決め精度の観点から評価することができる。   According to these human body motion evaluation apparatuses, methods, and programs, variations in reaching movement end points are evaluated for various reaching movements of the limb based on the musculoskeletal model, and positioning is performed for humans based on the evaluated variations in reaching movement end points. A reaching movement that increases accuracy is determined. The limb refers to the upper arm, the lower limb, the hand tip, the fingertip, the foot tip, and the like. Thereby, the motion of the human body can be evaluated from the viewpoint of positioning accuracy.

上記人体運動評価装置、方法、およびプログラムのそれぞれにおいて、前記各骨格筋の経時的な筋活性度変化に前記運動指令依存ノイズを重畳して前記肢に複数回にわたって前記到達運動を試行させて各回の到達運動終点を算出し、前記各回の到達運動終点と前記到達運動の基準終点との誤差を算出し、前記誤差の平均値を算出することで前記到達運動終点のばらつきを評価することができる。   In each of the human body motion evaluation apparatus, method, and program, the reaching motion is repeated on the limb a plurality of times by superimposing the motion command-dependent noise on the muscular activity change of each skeletal muscle over time, and each time. The reaching movement end point is calculated, the error between each reaching movement end point and the reference end point of the reaching movement is calculated, and the average value of the errors can be calculated to evaluate the variation of the reaching movement end point. .

あるいは、上記人体運動評価装置、方法、およびプログラムのそれぞれにおいて、前記運動指令依存ノイズに関して定義された分散の時間積分値を前記筋骨格モデルにおける骨格筋ごとに算出し、これら時間積分値の総和を算出することで前記到達運動終点のばらつきを評価することができる。   Alternatively, in each of the human body motion evaluation apparatus, method, and program, a time integral value of variance defined for the motion command dependent noise is calculated for each skeletal muscle in the musculoskeletal model, and the sum of these time integral values is calculated. By calculating, it is possible to evaluate the variation of the reaching movement end point.

本発明によると、人体の運動を位置決め精度の観点から評価することができる。   According to the present invention, the motion of the human body can be evaluated from the viewpoint of positioning accuracy.

本発明の一実施形態に係る人体運動評価装置の主要部の機能ブロック図Functional block diagram of the main part of the human body motion evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention 一例に係る筋骨格モデル(2関節6筋上肢モデル)の模式図Schematic diagram of a musculoskeletal model (two-joint, six-muscle upper limb model) according to an example 図2に示した2関節6筋上肢モデルにある到達運動をさせたときの手先の運動軌道および各骨格筋の筋力変化を示す図The figure which shows the exercise | movement trajectory of a hand and the muscular strength change of each skeletal muscle when making the reaching movement in the 2 joint 6-muscle upper limb model shown in FIG. 運動指令依存ノイズが重畳されたときのある到達運動(人間にとって自然な運動軌道)の終点のばらつきを示す図The figure which shows the dispersion | variation in the end point of a certain reaching | attainment motion (motion trajectory natural for humans) when the motion command dependence noise is superimposed 運動指令依存ノイズが重畳されたときの別の到達運動(人間にとって不自然な運動軌道)の終点のばらつきを示す図The figure which shows the dispersion | variation in the end point of another reaching motion (motion trajectory unnatural for humans) when motion command dependence noise is superimposed 到達運動判定部による判定対象の到達運動を示す模式図Schematic diagram showing the reaching movement to be judged by the reaching movement judging unit 図6に示した各到達運動の終点のばらつきを示す図The figure which shows the dispersion | variation in the end point of each reaching movement shown in FIG. 図7に示した各到達運動の終点の誤差平均値を示す箱ひげ図Box-and-whisker diagram showing the average error value of the end points of each reaching movement shown in FIG. 人の到達運動の実験概要を示す模式図Schematic diagram showing the outline of the experiment of human reaching movement 図9に示した各到達運動の終点のばらつきを示す図The figure which shows the dispersion | variation in the end point of each reaching movement shown in FIG. 図10に示した各到達運動の終点の誤差平均値を示す箱ひげ図Box-and-whisker diagram showing the average error value of the end points of each reaching movement shown in FIG.

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.

図1は、本実施形態に係る人体運動評価装置10の主要部の機能ブロック図である。人体運動評価装置10は、関節角度算出部11、関節トルク算出部12、筋力算出部13、筋活性度算出部14、終点ばらつき評価部15、および到達運動判定部16を備えている。なお、人体運動評価装置10は、上記各構成要素を半導体集積回路などで構成した専用ハードウェアとして実施することができる。あるいは、上記各構成要素をコンピュータプログラムで記述して、PCなどの汎用コンピュータに当該コンピュータプログラムを実行させることで人体運動評価装置10を汎用コンピュータ上で実施することもできる。さらに、人体運動評価装置10はハードウェアとソフトウェアとを組み合わせて実施することもできる。   FIG. 1 is a functional block diagram of the main part of the human body motion evaluation apparatus 10 according to the present embodiment. The human body motion evaluation apparatus 10 includes a joint angle calculation unit 11, a joint torque calculation unit 12, a muscle force calculation unit 13, a muscle activity level calculation unit 14, an end point variation evaluation unit 15, and a reaching motion determination unit 16. Note that the human body motion evaluation apparatus 10 can be implemented as dedicated hardware in which each of the above-described components is configured by a semiconductor integrated circuit or the like. Alternatively, the human body motion evaluation apparatus 10 can be implemented on a general-purpose computer by describing each of the above-described components by a computer program and causing a general-purpose computer such as a PC to execute the computer program. Furthermore, the human body motion evaluation apparatus 10 can be implemented by combining hardware and software.

人体運動評価装置10は、筋骨格モデルを用いて人間にとって位置決め精度を高くする到達運動を判定する。なお、説明の便宜のため、本実施形態では筋骨格モデルとして図2に示すような2関節6筋上肢モデルを用いるが、本発明で利用可能な筋骨格モデルはこれに限定されない。   The human body motion evaluation apparatus 10 uses a musculoskeletal model to determine a reaching motion that increases positioning accuracy for a human. For convenience of explanation, the present embodiment uses a bi-joint 6-muscle upper limb model as shown in FIG. 2 as the musculoskeletal model, but the musculoskeletal model usable in the present invention is not limited to this.

関節角度算出部11は、2関節6筋上肢モデル(筋骨格モデル)の手先(肢)が到達運動をするときの手先の運動軌道を受けて、2関節6筋上肢モデルにおける各関節の経時的な角度変化を算出する。当該2関節6筋上肢モデルにおいて手先は平面上を運動するため、関節角度算出部11に手先の到達運動として手先点101の座標位置(X,Y)が入力される。そして、関節角度算出部11は、入力された座標位置(X,Y)から、図2に示した関節J,Jの角度q,qを算出する。関節角度q,qは、手先点101の座標位置(X,Y)の変化に応じて経時的に変化するパラメータである。 The joint angle calculation unit 11 receives the motion trajectory of the hand when the hand (limb) of the two-joint six-muscle upper limb model (musculoskeletal model) makes a reaching movement, and the joint angle calculation unit 11 changes over time of each joint in the two-joint six-muscle upper limb model. To calculate the angle change. In the 2-joint 6-muscle upper limb model, the hand moves on a plane, and therefore, the coordinate position (X, Y) of the hand point 101 is input to the joint angle calculation unit 11 as the reaching movement of the hand. Then, the joint angle calculation unit 11 calculates the angles q 1 and q 2 of the joints J 1 and J 2 shown in FIG. 2 from the input coordinate position (X, Y). The joint angles q 1 and q 2 are parameters that change over time according to changes in the coordinate position (X, Y) of the hand point 101.

なお、手先点101の座標位置(X,Y)は、人体運動評価装置10に数値入力してもよいし、人体に装着されたモーションキャプチャ(図示せず)などを人体運動評価装置10に接続して当該モーションキャプチャなどから取得することもできる。   The coordinate position (X, Y) of the hand point 101 may be numerically input to the human body motion evaluation apparatus 10, or a motion capture (not shown) attached to the human body is connected to the human body motion evaluation apparatus 10. It can also be obtained from the motion capture.

関節トルク算出部12は、関節J,Jの経時的な角度変化(関節角度q,q)から関節J,Jの経時的なトルク変化を算出する。関節トルク算出部12は、例えば、手先点101が外力Fの運動をするときの運動方程式に基づいて、図2に示した関節J,Jのトルクt,tを算出する。関節トルクt,tは、手先点101の座標位置(X,Y)の変化に応じて経時的に変化するパラメータである。 Joint torque calculation unit 12 calculates the temporal change in torque of the joint J 1, J 2 from the temporal angular change of the joints J 1, J 2 (joint angle q 1, q 2). The joint torque calculation unit 12 calculates the torques t 1 and t 2 of the joints J 1 and J 2 shown in FIG. 2 based on, for example, an equation of motion when the hand point 101 moves with the external force F. The joint torques t 1 and t 2 are parameters that change over time according to changes in the coordinate position (X, Y) of the hand point 101.

筋力算出部13は、関節J,Jの経時的なトルク変化(関節トルクt,t)から筋骨格モデルにおける各骨格筋の経時的な筋力変化を算出する。図2に示したように2関節6筋上肢モデルには6つの筋力F〜Fがあり、筋力算出部13は、関節トルクt,tを生み出すような各骨格筋の運動として筋力F〜Fを算出する。筋力F〜Fは、手先点101の座標位置(X,Y)の変化に応じて経時的に変化するパラメータである。 The muscular strength calculation unit 13 calculates the muscular strength change with time of each skeletal muscle in the musculoskeletal model from the temporal torque changes (joint torques t 1 , t 2 ) of the joints J 1 and J 2 . As shown in FIG. 2, the two-joint six-muscle upper limb model has six muscle strengths F 1 to F 6 , and the muscle strength calculation unit 13 generates muscle strength as a motion of each skeletal muscle that generates joint torques t 1 and t 2. F 1 to F 6 are calculated. The muscular strengths F 1 to F 6 are parameters that change over time according to changes in the coordinate position (X, Y) of the hand point 101.

図3は、図2に示した2関節6筋上肢モデルにある到達運動をさせたときの手先の運動軌道および各骨格筋の筋力変化を示す。図3(a)は、2関節6筋上肢モデルをxy平面上に投影した図である。関節Jはxy平面の原点に固定されており、手先点101は運動軌道102に沿って始点位置(0,0.2)から終点位置(0.3,0.2)まで到達運動をする。図3(b)は、2関節6筋上肢モデルに上記到達運動をさせたときの、筋力算出部13が算出した筋力F〜Fをプロットしたグラフである。 FIG. 3 shows the movement trajectory of the hand and the muscular strength change of each skeletal muscle when the reaching movement in the two-joint six-muscle upper limb model shown in FIG. 2 is performed. FIG. 3A is a diagram in which a 2-joint 6-muscle upper limb model is projected on the xy plane. Joints J 1 is fixed at the origin of the xy plane, the hand points 101 to the reaching movement from the start position along a movement path 102 (0, 0.2) to the end position (0.3,0.2) . FIG. 3B is a graph obtained by plotting the muscle strengths F 1 to F 6 calculated by the muscle strength calculation unit 13 when the reaching motion is performed on the bi-joint 6-muscle upper limb model.

図1に戻り、筋活性度算出部14は、各骨格筋の経時的な筋力変化(筋力F〜F)から各骨格筋の経時的な筋活性度変化を算出する。筋活性度とは、骨格筋を構成する運動単位が活性している割合のことである。したがって、筋活性度は0から1までの値をとる。筋活性度と筋力との間には、例えば式(1)で表されるHatzeの筋収縮モデルがある。筋活性度算出部14は、例えば、式(1)に基づいて各骨格筋の筋活性度α〜αを算出する。筋活性度α〜αは、手先点101の座標位置(X,Y)の変化に応じて経時的に変化するパラメータである。
=Tmax_i・(α・k(x)・h(x’)+f(x)) … (1)
ただし、Tmax_iはi番目の骨格筋の最大筋力、すなわち、筋力Fの最大値、k(x),h(x’),f(x)は筋の長さxと速度x’によって決まる筋特性である。
Returning to FIG. 1, the muscle activity calculation unit 14 calculates the change in muscle activity with time of each skeletal muscle from the change in muscle strength with time (muscle strength F 1 to F 6 ) of each skeletal muscle. Muscle activity is the rate at which the motor units that make up skeletal muscle are active. Therefore, the muscle activity takes a value from 0 to 1. Between the muscle activity level and the muscle strength, for example, there is a Hatze's muscle contraction model expressed by Equation (1). For example, the muscle activity calculation unit 14 calculates the muscle activity α 1 to α 6 of each skeletal muscle based on the formula (1). The muscle activity levels α 1 to α 6 are parameters that change over time according to changes in the coordinate position (X, Y) of the hand point 101.
F i = T maxi · (α i · k (x) · h (x ′) + f p (x)) (1)
However, T Max_i the i-th skeletal muscle maximum strength, i.e., the maximum value of strength F i, k (x), by h (x '), f p (x) muscle length x and velocity x' It is a determined muscle characteristic.

ここで筋力には、その出力が大きくなるほど、出力の変動の度合いが大きくなる、という性質があることが知られている(信号強度依存ノイズ)。このような知見に基づいて、Harrisらは運動指令にその大きさに比例したノイズ(運動指令依存ノイズ)が重畳されると仮定し、運動軌道は運動指令依存ノイズが重畳された到達運動の終点の揺らぎ(分散)が最小になるように計画されるという終点分散最小規範を提唱した。Harrisらによる運動指令依存ノイズは式(2)のように定式化される。
σ =ku … (2)
ただし、wは運動指令に重畳するノイズ、σ はwの分散、uは運動指令、kはノイズ係数である。
Here, it is known that muscle strength has a property that the degree of fluctuation in output increases as the output increases (signal strength dependent noise). Based on this knowledge, Harris et al. Assumed that noise proportional to the magnitude of the motion command (motion command-dependent noise) is superimposed, and the motion trajectory is the end point of the reaching motion where the motion command-dependent noise is superimposed. We proposed a minimum criterion for the end point dispersion that the fluctuation (dispersion) is planned to be minimized. The motion command-dependent noise by Harris et al. Is formulated as shown in Equation (2).
σ w 2 = ku 2 (2)
However, w is the noise superimposed on the motion command, σ w 2 is the variance of w, u is the motion command, and k is the noise coefficient.

終点ばらつき評価部15は、各骨格筋の経時的な筋活性度変化(筋活性度α〜α)に運動指令依存ノイズ100が重畳された状態で手先101が到達運動をするときの到達運動終点のばらつきを評価する。運動指令依存ノイズ100は、式(2)における運動指令に重畳するノイズwに該当する。筋活性度は運動指令とみなすことができるため、式(2)より、筋活性度αに重畳される運動指令依存ノイズwの分散σwi は式(3)のように表される。
σwi =kα … (3)
すなわち、筋活性度αに重畳される運動指令依存ノイズは、式(3)を満たす確率変数をランダムに発生させることで擬似することができる。このとき、運動指令異存ノイズが付加された筋活性度α’は式(4)で表される。
α’=α+w … (4)
The end point variation evaluation unit 15 arrives when the hand 101 performs a reaching movement in a state where the motion command-dependent noise 100 is superimposed on the change in muscle activity over time (muscle activity α 1 to α 6 ) of each skeletal muscle. Evaluate the end-to-end variation. The motion command dependent noise 100 corresponds to the noise w superimposed on the motion command in Equation (2). Since the muscle activity can be regarded as a motion command, from equation (2), the variance σ wi 2 of the motion command-dependent noise w i superimposed on the muscle activity α i is expressed as in equation (3). .
σ wi 2 = kα i 2 ... (3)
That is, the motion command-dependent noise superimposed on the muscle activity α i can be simulated by randomly generating a random variable that satisfies Equation (3). At this time, the muscle activity α i ′ to which the motion command heterogeneous noise is added is expressed by Expression (4).
α i ′ = α i + w i (4)

終点ばらつき評価部15は、筋活性度αについて式(3)を満たすランダムな確率変数、すなわち、運動指令依存ノイズ100を生成する。そして、終点ばらつき評価部15は、筋活性度αに運動指令依存ノイズ100を重畳して手先101に複数回(数10〜数100回程度)、到達運動を試行させて各回の到達運動終点を算出し、各回の到達運動終点と到達運動の基準終点との誤差を算出し、さらに誤差の平均値を算出することで到達運動終点のばらつきを評価する。誤差は、到達運動の基準終点からの到達運動終点のずれ、すなわち、到達運動終点と到達運動の基準終点との間の距離である。 The end point variation evaluation unit 15 generates a random random variable satisfying the expression (3) for the muscle activity α i , that is, the motion command dependent noise 100. Then, the end point variation evaluation unit 15 superimposes the motion command-dependent noise 100 on the muscle activity α i and causes the hand 101 to try the reaching motion a plurality of times (about several tens to several hundreds times) to reach the reaching end point of each time. Is calculated, and an error between each reaching movement end point and the reference end point of the reaching movement is calculated, and further, an average value of the errors is calculated to evaluate variations in the reaching movement end point. The error is a deviation of the reaching motion end point from the reference end point of the reaching motion, that is, a distance between the reaching motion end point and the reaching motion reference end point.

図4は、運動指令依存ノイズが重畳されたときのある到達運動の終点のばらつきを示す。当該到達運動の運動軌道は緩やかな弧を描いており、人間にとって自然な運動軌道であると考えられる。一方、図5は、運動指令依存ノイズが重畳された別の到達運動の終点のばらつきを示す。当該到達運動の運動軌道は蛇行しており、人間にとって不自然な運動軌道であると考えられる。図4(a)および図5(a)は、2関節6筋上肢モデルをxy平面上に投影した図である。関節Jはxy平面の原点に固定されており、手先点101は運動軌道102に沿って始点位置(−0.27,0.3)から終点位置(0.27,0.35)まで到達運動をする。当該終点位置が上記の到達運動の基準終点に該当する。図4(b)および図5(b)は、2関節6筋上肢モデルを用いて上記到達運動を複数回試行させたときの手先101の移動軌跡をプロットした図である。便宜のため、2関節6筋上肢モデルに指示した運動軌道を白の破線で示している。図4および図5から、人間にとって不自然と考えられる運動軌道で到達運動が行われると到達運動終点が大きくばらつくことがわかる。図4および図5の例で到達運動終点の誤差平均値を算出した場合、図4の例よりも図5の例の方が誤差平均値が大きく算出される。 FIG. 4 shows the end point variation of a certain reaching motion when the motion command dependent noise is superimposed. The movement trajectory of the reaching movement draws a gentle arc and is considered to be a natural movement trajectory for humans. On the other hand, FIG. 5 shows a variation in the end point of another reaching motion on which motion command-dependent noise is superimposed. The movement trajectory of the reaching movement is meandering and is considered to be an unnatural movement trajectory for humans. FIG. 4A and FIG. 5A are diagrams in which a 2-joint 6-muscle upper limb model is projected on the xy plane. Joints J 1 is fixed at the origin of the xy plane, arriving from the hand points 101 start position along a movement path 102 (-0.27,0.3) to the end position (0.27,0.35) exercise. The end point position corresponds to the reference end point of the reaching movement. FIG. 4B and FIG. 5B are plots of the movement trajectory of the hand 101 when the above reaching movement is tried a plurality of times using the 2-joint 6-muscle upper limb model. For convenience, the motion trajectory instructed to the 2-joint 6-muscle upper limb model is indicated by a white broken line. 4 and 5, it can be seen that when the reaching motion is performed on a motion trajectory that is considered unnatural for humans, the reaching motion end point varies greatly. When the error average value of the reaching movement end point is calculated in the examples of FIGS. 4 and 5, the error average value is calculated to be larger in the example of FIG. 5 than in the example of FIG.

あるいは、終点ばらつき評価部15は、到達運動を試行することに代えて、例えば、式(3)で定義された運動指令依存ノイズwの分散σwi に対して所定の演算処理を行うことで到達運動終点のばらつきを評価することもできる。具体的には、終点ばらつき評価部15は、筋活性度レベルでの運動指令依存ノイズの分散の時間積分値を骨格筋ごとに算出し、これら時間積分値の総和を算出することで到達運動終点のばらつきを評価することができる(式(5)参照)。このような演算処理による到達運動終点のばらつき評価はあくまでも簡易な評価方法であるため、上記のような到達運動の試行によって求めたばらつきとは必ずしも一致しない可能性があるが、到達運動の試行による到達運動終点のばらつき評価の代替となり得る。
Σi=1 σwi dt(=Σi=1 kα dt) … (5)
ただし、Nは骨格筋の総数であり、本例ではN=6、Tは到達運動の終了時刻である。
Alternatively, the end point variation evaluation unit 15, instead of attempting to reaching movements, for example, by performing predetermined arithmetic processing for distributed sigma wi 2 Motor Command dependent noise w i defined in equation (3) It is also possible to evaluate the variation of the reaching movement end point. Specifically, the end point variation evaluation unit 15 calculates the time integration value of the variance of the motion command-dependent noise at the muscle activity level for each skeletal muscle, and calculates the sum of these time integration values to obtain the reaching motion end point. Can be evaluated (see equation (5)). Since the variation evaluation of the reaching movement end point by such calculation processing is a simple evaluation method to the last, there is a possibility that it does not necessarily coincide with the variation obtained by the reaching movement trial as described above. It can be used as an alternative to evaluating the variability of the end point of reaching movement.
Σ i = 1 N ∫ 0 T σ wi 2 dt (= Σ i = 1 N ∫ 0 T kα i 2 dt) ... (5)
However, N is the total number of skeletal muscles. In this example, N = 6 and T is the end time of the reaching movement.

また、終点ばらつき評価部15は、筋力について運動指令依存ノイズの分散の時間積分値を骨格筋ごとに算出し、これら時間積分値の総和を算出することで到達運動終点のばらつきを評価することができる(式(6)参照)。
Σi=1 σFi dt … (6)
ただし、Nは骨格筋の総数であり、本例ではN=6、Tは到達運動の終了時刻、σFi は式(1)に基づいて計算される筋力Fの分散である。
Further, the end point variation evaluating unit 15 calculates the time integral value of the dispersion of the motion command dependent noise for the muscular strength for each skeletal muscle, and evaluates the variation of the reaching end point by calculating the sum of these time integral values. Yes (see equation (6)).
Σ i = 1 N 0 0 T σ Fi 2 dt (6)
However, N is the total number of skeletal muscle, N = 6, T in this embodiment is the end time of the reaching movements, sigma Fi 2 is the variance of strength F i which is calculated based on equation (1).

なお、計算式の提示は省略するが、終点ばらつき評価部15は、関節トルク、関節角度、手先位置のそれぞれについて運動指令依存ノイズの分散の時間積分値を骨格筋ごとに算出し、これら時間積分値の総和を算出することで到達運動終点のばらつきを評価することもできる。   Although the presentation of the calculation formula is omitted, the end point variation evaluation unit 15 calculates the time integral value of the variance of the motion command-dependent noise for each of the joint torque, the joint angle, and the hand position for each skeletal muscle, and these time integrals. By calculating the sum of the values, it is also possible to evaluate the variation in the reaching movement end point.

図1に戻り、到達運動判定部16は、手先の到達運動をさまざまに変えて、各到達運動に関して終点ばらつき評価部15によって評価された到達運動終点のばらつきに基づいて、人間にとって位置決め精度を高くする到達運動を判定する。図6は、到達運動判定部16による判定対象の到達運動を模式的に示す。ここでは評価対象の到達運動が2つあり、一方の到達運動の運動軌道102inは、2関節6筋上肢モデルの手先が身体の内側に向けて動くときのものであり、手先点101は始点位置(0,0.3)から終点位置(−0.2,0.3)まで移動する。他方の到達運動の運動軌道102outは、同じく2関節6筋上肢モデルの手先が身体の外側に向けて動くときのものであり、手先点101は始点位置(0,0.3)から終点位置(0.2,0.3)まで移動する。すなわち、手先点101の移動距離は運動軌道102inおよび運動軌道102outで同じである。なお、関節Jは上記と同様にxy平面の原点に固定されている。 Returning to FIG. 1, the reaching motion determination unit 16 changes the reaching motion of the hand in various ways, and increases the positioning accuracy for humans based on the variation in the reaching motion end point evaluated by the end point variation evaluating unit 15 for each reaching motion. Determine the reaching movement. FIG. 6 schematically shows the reaching movement of the determination target by the reaching movement determination unit 16. Here, there are two reaching movements to be evaluated, and the movement trajectory 102in of one of the reaching movements is that when the hand of the two-joint 6-muscle upper limb model moves toward the inside of the body, and the hand point 101 is the start position. It moves from (0, 0.3) to the end point position (-0.2, 0.3). The movement trajectory 102out of the other reaching movement is the same when the hand of the two-joint 6-muscle upper limb model moves toward the outside of the body, and the hand point 101 changes from the start position (0, 0.3) to the end position ( 0.2, 0.3). That is, the movement distance of the hand point 101 is the same in the movement trajectory 102in and the movement trajectory 102out. Incidentally, the joint J 1 is fixed at the origin of the same manner as described above xy plane.

図6に示したように、筋肉の使用率は運動軌道102inおよび運動軌道102outでほぼ同じである。したがって、従来の筋発揮効率性の観点から運動軌道102inおよび運動軌道102outを評価した場合、両者に差はないと判定される。   As shown in FIG. 6, the usage rate of the muscle is almost the same in the motion trajectory 102in and the motion trajectory 102out. Therefore, when the motion trajectory 102in and the motion trajectory 102out are evaluated from the viewpoint of the conventional muscle exerting efficiency, it is determined that there is no difference between the two.

一方、図7は、図6に示した各到達運動について、終点ばらつき評価部15によって評価された到達運動終点のばらつきを示す。図7(a)は、運動軌道102inの到達運動終点のばらつきを示し、図7(b)は、運動軌道102outの到達運動終点のばらつきを示す。図7(a)と図7(b)を比較してわかるように、2関節6筋上肢モデルの手先を身体の内側に移動させるよりも外側に移動させる方が到達運動終点のばらつきが小さくなる傾向にある。   On the other hand, FIG. 7 shows the variation of the reaching motion end point evaluated by the end point variation evaluating unit 15 for each reaching motion shown in FIG. FIG. 7A shows variations in the reaching end point of the movement trajectory 102in, and FIG. 7B shows variations in the reaching end point of the movement trajectory 102out. As can be seen by comparing FIG. 7 (a) and FIG. 7 (b), the movement end point variation is smaller when the hand of the bi-joint 6-muscle upper limb model is moved outward than when it is moved inside the body. There is a tendency.

図8は、終点ばらつき評価部15によって算出された、図7に示した各到達運動の終点の誤差平均値を箱ひげ図で示したものである。運動軌道102inの到達運動終点の誤差平均値は約0.008であるのに対して、運動軌道102outの到達運動終点の誤差平均値は約0.007である。P値は0.001未満である。したがって、到達運動判定部16は、この数値評価の結果から、運動軌道102inの到達運動および運動軌道102outの到達運動のうち、後者の方が人間にとって位置決め精度を高くする到達運動であると判定する。   FIG. 8 shows, in a box-and-whisker plot, the average error value of the end points of each reaching movement shown in FIG. 7 calculated by the end point variation evaluation unit 15. The average error value of the reaching end point of the motion trajectory 102in is about 0.008, while the average error value of the end point of the reaching motion end of the motion trajectory 102out is about 0.007. P value is less than 0.001. Accordingly, the reaching motion determination unit 16 determines from the numerical evaluation results that the latter is the reaching motion that increases the positioning accuracy for humans among the reaching motion of the motion trajectory 102in and the reaching motion of the motion trajectory 102out. .

次に、人体運動評価装置10の評価結果の妥当性を検証するために実際に人に到達運動をさせたときの実験結果について説明する。図9は、実験概要を模式的に示す。被験者3名(22±1歳)はいずれもアイマスクを着用して、右手の手先を右肩前方の位置から左側、すなわち、身体内側に移動させる運動軌道102in、および右手の手先を右肩前方の位置から右側、すなわち、身体外側に移動させる運動軌道102outで10回ずつ到達運動を行った。運動軌道102inは、右肩の位置を原点に固定して、右手の手先点101が始点位置(0,0.2)から終点位置(−0.2,0.2)まで移動する運動軌道である。運動軌道102outは、右肩の位置を原点に固定して、右手の手先点101が始点位置(0,0.2)から終点位置(0.3,0.2)まで移動する運動軌道である。なお、いずれの運動軌道も運動時間は0.5秒であり、実験前に20回の練習運動を行った。手先点101の計測にはSPICE社製の光学式トラッキングシステムOptiTrack V120を使用した。   Next, a description will be given of an experimental result when a person is actually made to reach to verify the validity of the evaluation result of the human body motion evaluation apparatus 10. FIG. 9 schematically shows the outline of the experiment. All three subjects (22 ± 1 years old) wear eye masks, move the right hand tip from the position in front of the right shoulder to the left side, that is, the motion trajectory 102 in to move inside the body, and the right hand tip in front of the right shoulder The reaching movement was performed 10 times on the movement trajectory 102out to be moved to the right side, that is, the outside of the body. The movement trajectory 102in is a movement trajectory in which the right shoulder position 101 is fixed at the origin, and the hand point 101 of the right hand moves from the start position (0, 0.2) to the end position (−0.2, 0.2). is there. The motion trajectory 102out is a motion trajectory in which the right hand hand point 101 moves from the start position (0, 0.2) to the end position (0.3, 0.2) with the position of the right shoulder fixed at the origin. . Each of the motion trajectories had an exercise time of 0.5 seconds, and 20 exercises were performed before the experiment. For the measurement of the hand point 101, an optical tracking system OptiTrack V120 manufactured by SPICE was used.

図10は、図9に示した各到達運動の到達運動終点のばらつきを示す。図10(a)は、運動軌道102inの到達運動終点のばらつきを示し、図10(b)は、運動軌道102outの到達運動終点のばらつきを示す。   FIG. 10 shows variations in the reaching movement end points of the reaching movements shown in FIG. FIG. 10A shows variation in the reaching end point of the movement trajectory 102in, and FIG. 10B shows variation in the reaching end point of the movement trajectory 102out.

図11は、図10に示した各到達運動の終点の誤差平均値を箱ひげ図で示したものである。運動軌道102inの到達運動終点の誤差平均値は約0.04であるのに対して、運動軌道102outの到達運動終点の誤差平均値は約0.02である。P値は0.001未満である。したがって、この数値評価の結果から、運動軌道102inの到達運動および運動軌道102outの到達運動のうち、後者の方が実際に人間にとって位置決め精度を高くする到達運動であることが示される。この実験結果は人体運動評価装置10の評価結果と合致しており、人体運動評価装置10による評価結果が妥当であることを実証するものである。   FIG. 11 is a box-and-whisker plot showing the average error value at the end point of each reaching movement shown in FIG. The average error value of the reaching end point of the motion trajectory 102in is about 0.04, whereas the average error value of the end point of the reaching motion end of the motion trajectory 102out is about 0.02. P value is less than 0.001. Therefore, from the result of this numerical evaluation, it is shown that the latter of the reaching motion of the motion trajectory 102in and the reaching motion of the motion trajectory 102out is the reaching motion that actually increases the positioning accuracy for humans. This experimental result is consistent with the evaluation result of the human body motion evaluation apparatus 10, and proves that the evaluation result by the human body motion evaluation apparatus 10 is appropriate.

以上のように本実施形態によると、人体の運動を位置決め精度の観点から評価することができる。これにより、各種工業製品のヒューマンインタフェースにおける各種部品(例えば、自動車のパワーウィンドウのボタンなど)の配置に関して、人間が位置決めしやすい位置を見つけることができる。   As described above, according to the present embodiment, the motion of the human body can be evaluated from the viewpoint of positioning accuracy. Thereby, it is possible to find a position where a human can easily position the arrangement of various parts (for example, buttons of a power window of an automobile) in a human interface of various industrial products.

本発明に係る人体運動評価技術は、人体の運動を位置決め精度の観点から評価することができるため、各種工業製品のヒューマンインタフェースの開発用途などに有用である。   The human body motion evaluation technique according to the present invention is useful for developing human interfaces for various industrial products because it can evaluate the motion of the human body from the viewpoint of positioning accuracy.

10 人体運動評価装置
11 関節角度算出部
12 関節トルク算出部
13 筋力算出部
14 筋活性度算出部
15 終点ばらつき評価部
16 到達運動判定部
100 運動指令依存ノイズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Human body motion evaluation apparatus 11 Joint angle calculation part 12 Joint torque calculation part 13 Muscle force calculation part 14 Muscle activity calculation part 15 End point dispersion | variation evaluation part 16 Achieving movement determination part 100 Motion command dependence noise

Claims (9)

人体の骨格、関節、および骨格筋をモデル化した筋骨格モデルを用いて人体運動を評価する装置であって、
前記筋骨格モデルの肢が到達運動をするときの前記肢の運動軌道を受けて前記筋骨格モデルにおける各関節の経時的な角度変化を算出する関節角度算出部と、
前記各関節の経時的な角度変化から各関節の経時的なトルク変化を算出する関節トルク算出部と、
前記各関節の経時的なトルク変化から前記筋骨格モデルにおける各骨格筋の経時的な筋力変化を算出する筋力算出部と、
前記各骨格筋の経時的な筋力変化から各骨格筋の経時的な筋活性度変化を算出する筋活性度算出部と、
前記各骨格筋の経時的な筋活性度変化に運動指令依存ノイズが重畳された状態で前記肢が前記到達運動をするときの到達運動終点のばらつきを評価する終点ばらつき評価部と、
前記肢の到達運動をさまざまに変えて、各到達運動に関して前記終点ばらつき評価部によって評価された到達運動終点のばらつきに基づいて、人間にとって位置決め精度を高くする到達運動を判定する到達運動判定部とを備えている
ことを特徴とする人体運動評価装置。
A device that evaluates human movement using a musculoskeletal model that models the human skeleton, joints, and skeletal muscles,
A joint angle calculation unit that receives a movement trajectory of the limb when the limb of the musculoskeletal model makes a reaching movement, and calculates a change in angle of each joint over time in the musculoskeletal model;
A joint torque calculation unit for calculating a temporal torque change of each joint from an angular change of each joint over time;
A muscular strength calculation unit that calculates chronological strength changes of each skeletal muscle in the musculoskeletal model from torque changes of each joint over time;
A muscle activity calculation unit that calculates a change in muscle activity over time of each skeletal muscle from a change in muscle strength over time of each skeletal muscle;
An end point variation evaluation unit that evaluates a variation in the reaching movement end point when the limb performs the reaching movement in a state where movement command-dependent noise is superimposed on a change in muscle activity over time of each skeletal muscle;
A reaching motion determination unit that changes the reaching motion of the limbs variously and determines a reaching motion that increases positioning accuracy for a human based on the variation of the reaching motion end point evaluated by the end point variation evaluation unit for each reaching motion; A human body motion evaluation apparatus comprising:
請求項1に記載の人体運動評価装置において、
前記終点ばらつき評価部は、
前記各骨格筋の経時的な筋活性度変化に前記運動指令依存ノイズを重畳して前記肢に複数回にわたって前記到達運動を試行させて各回の到達運動終点を算出し、
前記各回の到達運動終点と前記到達運動の基準終点との誤差を算出し、
前記誤差の平均値を算出することで前記到達運動終点のばらつきを評価する
ことを特徴とする人体運動評価装置。
The human body motion evaluation apparatus according to claim 1,
The end point variation evaluation unit
The movement command-dependent noise is superimposed on the change in muscle activity over time of each skeletal muscle and the limb is tried a plurality of times to calculate the reaching movement end point of each time,
Calculate the error between the reaching end point of each time and the reference end point of the reaching motion,
A human body motion evaluation apparatus characterized in that the average value of the errors is calculated to evaluate variations in the reaching motion end point.
請求項1に記載の人体運動評価装置において、
前記終点ばらつき評価部は、前記運動指令依存ノイズに関して定義された分散の時間積分値を前記筋骨格モデルにおける骨格筋ごとに算出し、これら時間積分値の総和を算出することで前記到達運動終点のばらつきを評価する
ことを特徴とする人体運動評価装置。
The human body motion evaluation apparatus according to claim 1,
The end point variation evaluation unit calculates a time integral value of variance defined for the motion command-dependent noise for each skeletal muscle in the musculoskeletal model, and calculates the sum of these time integral values to calculate the end point of the reaching motion end point. A human body motion evaluation apparatus characterized by evaluating variation.
人体の骨格、関節、および骨格筋をモデル化した筋骨格モデルを用いて人体運動を評価する方法であって、
前記筋骨格モデルの肢が到達運動をするときの前記肢の運動軌道を受けて前記筋骨格モデルにおける各関節の経時的な角度変化を算出し、
前記各関節の角度変化から各関節の経時的なトルク変化を算出し、
前記各関節の経時的なトルク変化から前記筋骨格モデルにおける各骨格筋の経時的な筋力変化を算出し、
前記各骨格筋の経時的な筋力変化から各骨格筋の経時的な筋活性度変化を算出し、
前記各骨格筋の経時的な筋活性度変化に運動指令依存ノイズが重畳された状態で前記肢が前記到達運動をするときの到達運動終点のばらつきを評価し、
前記肢の到達運動をさまざまに変えて、各到達運動に関して前記評価した到達運動終点のばらつきに基づいて、人間にとって位置決め精度を高くする到達運動を判定する
ことを特徴とする人体運動評価方法。
A method for evaluating human movement using a musculoskeletal model that models the human skeleton, joints, and skeletal muscles,
Receiving the movement trajectory of the limb when the limb of the musculoskeletal model makes a reaching movement, and calculating the angular change of each joint over time in the musculoskeletal model,
Calculate the torque change over time of each joint from the angle change of each joint,
Calculate the muscular strength change of each skeletal muscle over time in the musculoskeletal model from the torque change of each joint over time,
Calculate the change in muscle activity over time of each skeletal muscle from the change in muscle strength over time of each skeletal muscle,
Evaluating the variation of the reaching movement end point when the limb performs the reaching movement in a state where movement command dependent noise is superimposed on the muscle activity change of each skeletal muscle over time,
A human body motion evaluation method comprising: changing the reaching motion of the limbs in various ways, and determining a reaching motion that increases positioning accuracy for a human based on variations in the evaluated reaching motion end point for each reaching motion.
請求項4に記載の人体運動評価方法において、
前記各骨格筋の経時的な筋活性度変化に前記運動指令依存ノイズを重畳して前記肢に複数回にわたって前記到達運動を試行させて各回の到達運動終点を算出し、
前記各回の到達運動終点と前記到達運動の基準終点との誤差を算出し、
前記誤差の平均値を算出することで前記到達運動終点のばらつきを評価する
ことを特徴とする人体運動評価方法。
The human movement evaluation method according to claim 4,
The movement command-dependent noise is superimposed on the change in muscle activity over time of each skeletal muscle and the limb is tried a plurality of times to calculate the reaching movement end point of each time,
Calculate the error between the reaching end point of each time and the reference end point of the reaching motion,
A human body motion evaluation method characterized in that a variation in the reaching motion end point is evaluated by calculating an average value of the errors.
請求項4に記載の人体運動評価方法において、
前記運動指令依存ノイズに関して定義された分散の時間積分値を前記筋骨格モデルにおける骨格筋ごとに算出し、これら時間積分値の総和を算出することで前記到達運動終点のばらつきを評価する
ことを特徴とする人体運動評価方法。
The human movement evaluation method according to claim 4,
A dispersion time integral value defined with respect to the motion command dependent noise is calculated for each skeletal muscle in the musculoskeletal model, and a variation of the reaching movement end point is evaluated by calculating a sum of these time integration values. A human body movement evaluation method.
人体の骨格、関節、および骨格筋をモデル化した筋骨格モデルを用いてコンピュータに人体運動を評価させるプログラムであって、
前記筋骨格モデルの肢が到達運動をするときの前記肢の運動軌道を受けて前記筋骨格モデルにおける各関節の経時的な角度変化を算出する関節角度算出手段、
前記各関節の経時的な角度変化から各関節の経時的なトルク変化を算出する関節トルク算出手段、
前記各関節の経時的なトルク変化から前記筋骨格モデルにおける各骨格筋の経時的な筋力変化を算出する筋力算出手段、
前記各骨格筋の経時的な筋力変化から各骨格筋の経時的な筋活性度変化を算出する筋活性度算出手段、
前記各骨格筋の経時的な筋活性度変化に運動指令依存ノイズが重畳された状態で前記肢が前記到達運動をするときの到達運動終点のばらつきを評価する終点ばらつき評価手段、および
前記肢の到達運動をさまざまに変えて、各到達運動に関して前記終点ばらつき評価手段によって評価された到達運動終点のばらつきに基づいて、人間にとって位置決め精度を高くする到達運動を判定する到達運動判定手段として、コンピュータを機能させる
ことを特徴とする人体運動評価プログラム。
A program that causes a computer to evaluate human motion using a musculoskeletal model that models the human skeleton, joints, and skeletal muscles,
A joint angle calculation means for receiving a movement trajectory of the limb when the limb of the musculoskeletal model makes a reaching movement and calculating a change in angle of each joint over time in the musculoskeletal model;
A joint torque calculating means for calculating a temporal torque change of each joint from a temporal angle change of each joint;
Muscle strength calculating means for calculating a change in strength of each skeletal muscle over time in the musculoskeletal model from a change in torque over time of each joint;
Muscle activity calculation means for calculating a change in muscle activity over time of each skeletal muscle from a change in muscle strength over time of each skeletal muscle;
End point variation evaluation means for evaluating variation in the reaching movement end point when the limb performs the reaching movement in a state where movement command-dependent noise is superimposed on a change in muscle activity over time of each skeletal muscle, and As a reaching motion determination means for determining a reaching motion that increases the positioning accuracy for humans based on variations in the reaching motion end point evaluated by the end point variation evaluating means for each reaching motion by changing the reaching motion in various ways. A human movement evaluation program characterized by functioning.
請求項7に記載の人体運動評価プログラムにおいて、
前記終点ばらつき評価手段は、
前記各骨格筋の経時的な筋活性度変化に前記運動指令依存ノイズを重畳して前記肢に複数回にわたって前記到達運動を試行させて各回の到達運動終点を算出し、
前記各回の到達運動終点と前記到達運動の基準終点との誤差を算出し、
前記誤差の平均値を算出することで前記到達運動終点のばらつきを評価する
ことを特徴とする人体運動評価プログラム。
In the human movement evaluation program according to claim 7,
The end point variation evaluation means is
The movement command-dependent noise is superimposed on the change in muscle activity over time of each skeletal muscle and the limb is tried a plurality of times to calculate the reaching movement end point of each time,
Calculate the error between the reaching end point of each time and the reference end point of the reaching motion,
A human body motion evaluation program characterized by calculating an average value of the errors to evaluate a variation in the reaching motion end point.
請求項7に記載の人体運動評価プログラムにおいて、
前記終点ばらつき評価手段は、前記運動指令依存ノイズに関して定義された分散の時間積分値を前記筋骨格モデルにおける骨格筋ごとに算出し、これら時間積分値の総和を算出することで前記到達運動終点のばらつきを評価する
ことを特徴とする人体運動評価プログラム。
In the human movement evaluation program according to claim 7,
The end point variation evaluating means calculates a time integral value of variance defined for the motion command-dependent noise for each skeletal muscle in the musculoskeletal model, and calculates the sum of these time integral values to calculate the end point of the reaching motion end point. A human movement evaluation program characterized by evaluating variation.
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