(57)【要約】【課題】必要最小数の測定部位の姿勢情報を得ることで、全体の動作を推計することを実現する動作測定システムを提供する。【解決手段】図１に示す様に、測定対象とする機構について、あらかじめ必要十分な測定部位に測定装置を配置し、動力の作用と機構の動作の関係を学習することで、必要最小数の測定部位の姿勢情報で全体の運動を推計することを実現する。測定対象は人体やリンク機構のように測定対象部位が連結して構成される構造であって動作する動力が含まれる構造。測定方法は光学式モーションキャプチャーシステムやＭＥＭＳモーションセンサーやロータリーエンコーダーである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
必要最小数の測定部位の姿勢情報で全体の動作を推計する動作測定装置
【請求項２】
前記装置は、測定対象とする機構全体の変位と駆動する装置の駆動発生を、測定対象とする機構動作について測定することが出来る機能を有する装置。
【請求項３】
前記装置は、測定対象とする機構全体の変位と駆動する装置の駆動発生を、測定対象とする機構動作について測定した結果に基づいて、駆動発生と変位の関係を学習することが出来る機能を有する装置。
【請求項４】
前記装置は、測定対象とする機構全体の変位と駆動する装置の駆動発生を、測定対象とする機構動作について測定した結果に基づいて、駆動発生と変位の関係を学習した結果に基づいて、測定対象とする機構動作を推計するための各部分の変位と駆動する装置の駆動発生の寄与度を評価し、対象動作を評価するために必要十分な部位を抽出することが出来る機能を有する装置。
【請求項５】
前記装置は、測定対象とする機構全体の変位と駆動する装置の駆動発生を、測定対象とする機構動作について測定した結果に基づいて、駆動発生と変位の関係を学習した結果に基づいて、測定対象とする機構動作を推計するための各部分の変位と駆動する装置の駆動発生の寄与度を評価し、対象動作を評価するために必要十分な部位を抽出した部位から推計した対象動作の推計精度を評価することが出来る機能を有する装置。
【請求項６】
前記装置は、測定対象とする機構全体の変位と駆動する装置の駆動発生を、測定対象とする機構動作について測定した結果に基づいて、駆動発生と変位の関係を学習した結果に基づいて、測定対象とする機構動作を推計するための各部分の変位と駆動する装置の駆動発生の寄与度を評価し、対象動作を評価するために必要十分な部位を抽出した部位から推計した対象動作の推計結果が要求精度を下回った場合、機構全体の変位と駆動する装置の駆動発生を都度測定して、推計方法を修正出来る機能を有する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、必要最小数の測定部位の姿勢情報で全身の運動を推計する動作測定システムに関する。測定対象は人体やリンク機構のように測定対象部位が連結して構成される構造であって動作する動力が含まれる構造。
【背景技術】
【０００２】人体の動作測定においては、光学式モーションキャプチャーシステムやＭＥＭＥＳモーションセンサーセンサーを用いて、測定対象部位にデバイスを装着して、対象部位の姿勢や位置を直接測定する方法がある。【０００３】自動車のサスペンションやロボットのアーム等のリンク機構の各部位の変位や姿勢を測定するために、光学式モーションキャプチャーシステムやＭＥＭＥＳモーションセンサーやロータリーエンコーダーを用いて測定対象部位の変位や姿勢を測定する方法がある。【０００４】出来るだけ正確に動作を推計する方法として、測定対象の動きに関する事前情報を用いて動作モデルを構築して精度を高める方法がある（特開２０１４−０８５９３３）。【０００５】人体動作においては、対象部位に動作する筋と腱の動作による動作と、非対象部位の動作に連鎖した動作と、これらの連成動作があるので、位置と姿勢の情報に加えて動作の動力を含めて評価することで人体動作全体を推計する精度の向上が期待できる。【０００６】自動車のサスペンションの評価においても、車両の加減速や旋回などの車両全体の動作情報を、測定部位の位置と姿勢の情報に加えて評価することで機構動作全体を推計する精度の向上が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０１７１８０
【特許文献２】特開２０１４−０８５９３３
【特許文献３】特開平５−３１３２２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】本発明は、必要最小数の測定部位の姿勢情報を得ることで、全体の動作を推計することを実現する動作測定である。【０００９】人体動作測定を行う場合に、光学式モーションキャプチャーシステムやＭＥＭＳモーションセンサーデバイスを用い、必要な測定対象部位にマーカーやデバイスを設置し、必要な測定範囲を測定する方法がとられるが、測定範囲が広がるほどマーカーやデバイスの設置個数が増えるため、測定対象の動作を制限することがある。【００１０】スポーツ動作の測定においては、測定対象の動作が高速であったり、スポーツ種目によっては測定したい対象部位にマーカーやデバイスを設置したりすることが困難な場合がある。【００１１】作業分析や遠隔看視においては、長時間動作解析をする場合に、全身にマーカーやデバイスを装着することが困難な場合がある。【００１２】自動車のサスペンションやロボットアーム等の機械機構についても、多数の実機測定を長時間同時に行う際に、すべての測定対象に多数のマーカーやデバイスを設置することは困難である場合がある。【００１３】本発明は、測定対象とする機構について、あらかじめ必要十分な測定部位に測定装置を配置し、動力の作用と機構の動作の関係を学習することで、必要最小数の測定部位の姿勢情報で全体の運動を推計することを実現する。測定対象は人体やリンク機構のように測定対象部位が連結して構成される構造であって動作する動力が含まれる構造。測定方法は光学式モーションキャプチャーシステムやＭＥＭＳモーションセンサーやロータリーエンコーダーである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】本発明は概観すると、図１に示す様に、全体動作測定装置と、動作制御の評価装置と、動作パターンの学習装置と、部分動作で全体動作を推計する装置と、全体動作推計結果を評価し部分動作で全体動作を推計する精度を改善する装置から構成される。【００１５】図２に示す様に、測定対象とする機構の全体動作は、駆動する機構の動作とそれによって変位する各関係する部位の動作によって決定される。【００１６】たとえば人体機構の動作において、上肢を矢状面方法に伸展するという骨格動作として、ベンチプレスのような重量物の居城と格闘技の打撃動作は、似た挙動であるが、正拳突きのように上肢を前方に突き出す動作は、大胸筋と上腕三頭筋の収縮よりも、体幹の回旋が支配的な動作であるので、筋電の発生は腹斜筋と下肢が先行し、打突の瞬間に上肢の筋電が発生する。一方でベンチプレス等の重量物を挙上する場合には、大胸筋と上腕三頭筋の収縮が支配的で、体幹の回旋は生じない。【００１７】部分的に似た動作であっても、予備動作を含めた動作の連鎖を、駆動する筋部位を含めて評価すると判別することが出来るので、各部位の動作とその動作を支配する筋部位の筋電を測定する。【００１８】上記測定結果に基づいて、駆動動作と結果動作の関係をパターン化し、減じてもパターン特定に影響が小さい部位を除いてパターン化の精度を評価し、測定対象とする全体動作の推計に必要な精度を得られる最小個数の測定部位を決定する。
【発明の効果】
【００１９】人体機構の計測において、光学式モーションキャプチャーシステムのマーカーや、ＭＥＭＥＳモーションセンサーを設置することで、全身の動作を測定することは可能であるが、試技中の選手の全身に該装置を設置することや、作業分析に際して測定対象者の全身に長時間該装置を設置することは困難であるが、最小限の個数で該装置を設置して全身動作を測定することが出来れば、競技中の選手の全身動作を推計により測定したり、作業者の全作業時間にわたった動作を推計により測定することが出来る。【００２０】自動車のサスペンション機構や、ロボットアーム機構に対して本装置を適用することで、実使用環境で多数の個体を対象に、動作評価を行うことが可能となる。自動車のサスペンションであれば、本体シャーシの姿勢測定結果からサスペンション機構の各部分の動作を推計したり、ロボットアーム機構であれば、アーム先端部分の姿勢測定結果から各機構部分の動作を推計したりすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の装置を構成する装置の機能配置の概念図
【図２】本発明を適用する機構の構成を説明する概念図
【図３】光学式モーションキャプチャーシステムと筋電位計を用いて人体機構の全体動作推計を行う場合の装置の配置概念図
【図４】ＭＥＭＥＳモーションセンサーのデバイスと筋電位計を用いて人体機構の全体動作推計を行う場合の装置の配置概念図
【発明を実施するための形態】
【００２２】本発明は概観すると、図１に示す様に、全体動作測定装置と、動作制御の評価装置と、動作パターンの学習装置と、部分動作で全体動作を推計する装置と、全体動作推計結果を評価し部分動作で全体動作を推計する精度を改善する装置から構成される。
【００２３】光学式モーションキャプチャーシステムと筋電位計を用いて人体機構の全体動作推計を行う場合、対象とする全体動作に必要な部位に光学式モーションキャプチャーシステムのマーカーを設置し、それぞれの部位を駆動する筋部位に筋電位を測定する装置を設置して、対象動作による各部位の姿勢と発生筋電位を測定する。
【００２４】ＭＥＭＳモーションセンサーと筋電位計を用いて人体機構の全体動作推計を行う場合、対象とする全体動作に必要な部位にＭＥＭＥＳモーションセンサーのデバイスを設置し、それぞれの部位を駆動する筋部位に筋電位を測定する装置を設置して、対象動作による各部位の姿勢と発生筋電位を測定する。
【００２５】光学式モーションキャプチャーシステムおよびＭＥＭＥＳモーションセンサーのデバイスを用いたそれぞれの方法において、動作制御とその結果の動作の関係を統計的仮説に基づいてパターン化すると、全体動作を代表する部分動作群を抽出することが来る。
【００２６】抽出した部分動作群により構成する動作パターンに基づいて、推計した全体動作と、実際に測定した全体動作を突合し、必要な精度を下回った場合に部分動作群により構成する動作パターンの推計演算を都度見直すことで、全体動作推計の精度を維持改善することで全体動作の推計をするために必要な最小限の個数の測定部位を特定することが出来る。
【００２７】自動車のサスペンション機構や、ロボットアーム機構については、自動車のサスペンションであれば、本体シャーシの姿勢測定結果からサスペンション機構の各部分の動作を推計したり、ロボットアーム機構であれば、アーム先端部分の姿勢測定結果から各機構部分の動作を推計したりすることが出来る。
【実施例】
【００２８】スポーツ動作の測定においては、ＭＥＭＳモーションセンサーのデバイスを骨盤仙骨上部に骨格に対して固定的に設置し、各測定対象毎にパターン学習を行うことで、球技における投球動作や蹴る動作、格闘技における打撃動作、水泳における上肢下肢のストローク動作を、推計することが出来た。
【産業上の利用可能性】
【００２９】スポーツ動作の測定においては、できるだけ少ない装置で対象動作を測定することで、競技中や試技中の動作測定が可能になる。【００３０】特に、スポーツメディカルおよびバイオメカニクスの領域では、高速で動作するアスリートの動作を、実際の競技環境で測定することが出来る。たとえばアイススケートのリンクやサッカーのフィールド、陸上競技のトラック、アルペンスキーのコースなど、これまで動画解析でも不可能であった、競技環境の選手の動作測定が可能となる。【００３１】リハビリテーションやロコモティブシンドローム対策としては、これまで大規模なモーションキャプチャーシステムや低精度な関節可動域測定装置に頼らざるを得なかった歩行解析などの動作評価が、本発明の装置を装着するだけで、簡便かつ高精度で長時間の測定を行うことが可能となる。【００３２】自動車のサスペンション機構や、ロボットアーム機構に対して本装置を適用することで、実使用環境で多数の個体を対象に、大規模に動作評価を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００３３】１  測定対象【００３４】２  本発明の装置で用いる全体動作測定装置。光学式モーションキャプチャーシステムであってもＭＥＭＳモーションセンサーであってもロータリーエンコーダーであってもよい。【００３５】３  動作制御測定装置。人体測定においては筋電位計や脳波計等。機械機構については、モーターやアクチュエータ等の動力装置とブレーキ等の制動装置。【００３６】４  動作パターン学習装置。動作制御とその結果の動作の関係を統計的仮説に基づいてパターン化する演算装置。【００３７】５  全体動作推計装置。学習した動作パターンに基づいて、部分動作測定結果から全体動作を推計する演算装置。部分動作測定結果に対して一意に全体動作を出力する演算式を収納する。【００３８】６  推計結果評価装置。全体動作推計装置が推計する全体動作と、直接測定した全体動作を突合して全体動作推計装置の精度を評価する装置。必要な精度を下回った場合に動作パターン学習装置を都度稼働して全体動作推計装置の演算式を更新させる。【００３９】７  機構を構成する部分のうち駆動装置によって駆動する部分。人体機構であれば骨格、機械機構であればリンク機構等。【００４０】８  機構のうち動作を駆動する部分。人体機構であれば筋肉、機械機構であればモーターやアクチュエータ等の動力装置とブレーキなどの制動装置。【００４１】９  光学式モーションキャプチャーシステムのカメラ部分【００４２】１０  光学式モーションキャプチャーシステムのマーカー【００４３】１１  筋電位計【００４４】１２  ＭＥＭＥＳモーションセンサーのデバイス【００４５】１３  筋電位計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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