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人体運動評価装置、方法、およびプログラム 新技術説明会

国内特許コード P130010168
整理番号 12038
掲載日 2013年12月18日
出願番号 特願2012-267838
公開番号 特開2014-113225
登録番号 特許第5991532号
出願日 平成24年12月7日(2012.12.7)
公開日 平成26年6月26日(2014.6.26)
登録日 平成28年8月26日(2016.8.26)
発明者
  • 栗田 雄一
  • 辻 敏夫
  • 櫻田 浩平
出願人
  • 国立大学法人広島大学
発明の名称 人体運動評価装置、方法、およびプログラム 新技術説明会
発明の概要 【課題】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。
【解決手段】人体運動評価装置(10)は、筋骨格モデルの肢が到達運動をするときの肢の運動軌道を受けて各関節の角度変化を算出する関節角度算出部(11)、各関節の経時的な角度変化から各関節のトルク変化を算出する関節トルク算出部(12)、各関節のトルク変化から各骨格筋の筋力変化を算出する筋力算出部(13)、骨格筋の筋力変化から各骨格筋の筋活性度変化を算出する筋活性度算出部(14)、各骨格筋の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肢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終点ばらつき評価部(15)、肢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(16)を備えている。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



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。





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)。

産業上の利用分野



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。

特許請求の範囲 【請求項1】
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。

【請求項2】
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。

【請求項3】
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。

【請求項4】
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。

【請求項5】
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。

【請求項6】
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。

【請求項7】
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。

【請求項8】
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。

【請求項9】
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。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012267838thum.jpg
出願権利状態 登録


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