JP7150306B2 - Motion generation method, device and program - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 国際学会「IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA) 2018」(於:ブリズベン コンベンション&エキシビジョンセンター オーストラリア クイーンズランド州ブリズベン)の予稿集、平成30年5月21日(発行日) 〔刊行物等〕 第23回ロボティクスシンポジア(於:黒潮温泉 松風閣 静岡県 焼津市)の予稿集、平成30年3月14日(発行日) 〔刊行物等〕 ROBOMECH Journal、2018、vol.5、no.10、平成30年5月18日(発行日)Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Proceedings of the International Conference "IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2018" (at Brisbane Convention and Exhibition Center, Brisbane, Queensland, Australia), May 21, 2018 ( Publication date) [Publications, etc.] Proceedings of the 23rd Robotics Symposia (Venue: Kuroshio Onsen Shofukaku, Yaizu City, Shizuoka Prefecture), March 14, 2018 (Publications, etc.) [Publications, etc.] ROBOMECH Journal, 2018, vol. 5, no. 10, May 18, 2018 (date of issue)
本発明は、運動を生成する方法、装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a method, apparatus and program for generating motion.
人体の複雑な運動を、質点、バネ及びダンパからなる単純なモデルを用いてシミュレーションする手法として、「SLIP(Spring Loaded Inverted Pendulum)モデル」がある(例えば、非特許文献1参照)。 A “SLIP (Spring Loaded Inverted Pendulum) model” is available as a method of simulating the complex motion of the human body using a simple model consisting of mass points, springs, and dampers (see, for example, Non-Patent Document 1).
運動力学解析は、人体の様々な部位の運動を計測し、計測したデータに運動力学的モデルを適用し、解析を実行する技術である。こうした運動力学解析は、スポーツ科学分野やバイオメカニクス分野において力を発揮し、スポーツパフォーマンスの解析や怪我の発生の解明など様々な応用先に発展を与えている。 Kinematics analysis is a technique for measuring movements of various parts of the human body, applying a kinematics model to the measured data, and executing analysis. Such kinetic analysis has demonstrated its power in the fields of sports science and biomechanics, and has given rise to various applications such as the analysis of sports performance and clarification of the occurrence of injuries.
運動力学解析における従来の手法は、実際に実現されたパフォーマンスや、怪我の発生に至る前の人体の運動などについて、解析、検証を可能とするものである。例えばスポーツ科学に適用した場合、「優れたパフォーマンスが実現されたときに、選手はどのような姿勢を取り、身体各部はどのような運動をしていたのか、あるいは悪いパフォーマンスとの相違は何か」といったことを検証することができる。またバイオメカニクスに適用した場合、「実験室のように安全な環境に対して、人間が通常どのように振る舞うのか」といったことを一定程度解明することができる。 Conventional methods in kinematics analysis make it possible to analyze and verify actual performance and the movement of the human body before injury occurs. For example, when applied to sports science, it is possible to ask, ``What posture did the athlete take and what movements did each part of the body perform when a good performance was achieved, or what is the difference from a bad performance? ” can be verified. Also, when applied to biomechanics, it is possible to elucidate to some extent how humans normally behave in a safe environment such as a laboratory.
一方、世界記録を超えるパフォーマンスや、ある選手の自己記録を超えるパフォーマンスなど、未だ実現されていない運動に関し、どうすればこれを実現できるかを直接的に知りたいといった要望は非常に強い。また、実際に怪我が発生したときの身体の動きや体勢の崩れ方などに基づいて怪我発生のメカニズムを解明することは、怪我の予防対策を講じる上で有用である。 On the other hand, there is a very strong demand for direct knowledge on how to achieve performances that have not yet been realized, such as performances that exceed world records or personal records of certain athletes. In addition, it is useful to elucidate the mechanism of injury occurrence based on the movement of the body and the way the body collapses when an injury actually occurs, in order to take preventive measures against injuries.
しかしながら、未だ実現されていない運動は、当然のことながらその計測データが存在しないため、従来の手法を用いて解析することはできない。同様に怪我の発生についても、被験者に危険が及ぶような実験を実行することは事実上不可能であるため、実際に怪我が発生するときの運動解析をすることはできない。 However, motions that have not yet been realized cannot be analyzed using conventional methods because there is, of course, no measurement data for the motions. Similarly, regarding the occurrence of injury, it is practically impossible to carry out an experiment in which the subject is in danger, so it is impossible to perform a motion analysis when an injury actually occurs.
従って、このような未だ実現されていない運動を解析しようとする場合には、その運動を計算的に生成することが必要となる。
例えばロボットの場合であれば、
1)関節角やタスクベースの運動生成、
2)順動力学シミュレーション、
を実行することにより、新たな運動を生成することができる。
これに対し人間の全身運動の場合、
1)関節などの人体部位が極めて複雑な構造を有しており、かつ各部位の自由度の数がロボットより格段に多い、
2)人体が床面などの環境に固定されていないため、環境との接触力を推定する必要があるが、一般にその計算は困難であり、結果も不安定である、
といった要因があることから、新たな運動を生成することは困難であった。これらのことから、本発明者らは、力学的に整合性の取れた人間の全身運動を生成することが本分野における重要な課題であることを認識するに至った。
Therefore, when attempting to analyze such unrealized motion, it is necessary to generate the motion computationally.
For example, in the case of robots,
1) Joint angle and task-based motion generation,
2) forward dynamics simulation;
can generate a new motion.
On the other hand, in the case of human whole-body exercise,
1) Human body parts such as joints have extremely complicated structures, and the number of degrees of freedom of each part is much higher than that of robots.
2) Since the human body is not fixed to the environment such as the floor, it is necessary to estimate the contact force with the environment, but the calculation is generally difficult and the result is unstable.
Because of these factors, it has been difficult to generate new movements. Based on these findings, the inventors have come to recognize that generating a mechanically consistent human whole-body motion is an important issue in this field.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、未だ実現されていない運動を計算的に生成することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to computationally generate movements that have not yet been realized.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の方法は、身体の複数の部位における運動の運動データを取得するステップと、運動データから、全身運動を再現するステップと、再現された全身運動から、第1のグループの特徴量を抽出するステップと、第1のグループの特徴量を運動表現モデルに適用して、第1のグループのモデルパラメータを算出するステップと、第1のグループのモデルパラメータの値を変化させて、第2のグループのモデルパラメータを生成するステップと、第2のグループのモデルパラメータを運動表現モデルに適用して、第2のグループの特徴量を算出するステップと、を備える。 In order to solve the above problems, a method according to one aspect of the present invention includes the steps of acquiring motion data of motion in a plurality of parts of the body, reproducing whole-body motion from the motion data, reproducing the whole-body motion a step of extracting the feature quantity of the first group from, applying the feature quantity of the first group to the motion expression model to calculate the model parameters of the first group, and the model of the first group generating a second group of model parameters by changing parameter values; applying the second group of model parameters to the motion expression model to calculate the second group of feature quantities; Prepare.
本発明の別の態様は、装置である。この装置は、身体の複数の部位における運動の運動データを取得するデータ取得部と、運動データから、全身運動を再現する再現部と、再現された全身運動から、第1のグループの特徴量を抽出する特徴量抽出部と、第1のグループの特徴量を運動表現モデルに適用して、第1のグループのモデルパラメータを算出するモデルパラメータ算出部と、第1のグループのモデルパラメータの値を変化させて、第2のグループのモデルパラメータを生成するモデルパラメータ変化部と、第2のグループのモデルパラメータを運動表現モデルに適用して、第2のグループの特徴量を算出する特徴量算出部と、を備える。 Another aspect of the invention is an apparatus. This apparatus includes a data acquisition unit that acquires motion data of motion in a plurality of parts of the body, a reproduction unit that reproduces the whole-body motion from the motion data, and a feature amount of the first group from the reproduced whole-body motion. a feature amount extraction unit for extracting; a model parameter calculation unit for applying the feature amount of the first group to the motion expression model to calculate the model parameters of the first group; A model parameter changing unit that changes and generates model parameters of the second group, and a feature amount calculation unit that applies the model parameters of the second group to the motion expression model and calculates the feature amount of the second group. And prepare.
本発明のさらに別の態様は、プログラムである。このプログラムは、身体の複数の部位における運動の運動データを取得するステップと、運動データから、全身運動を再現するステップと、再現された全身運動から、第1のグループの特徴量を抽出するステップと、第1のグループの特徴量を運動表現モデルに適用して、第1のグループのモデルパラメータを算出するステップと、第1のグループのモデルパラメータの値を変化させて、第2のグループのモデルパラメータを生成するステップと、第2のグループのモデルパラメータを運動表現モデルに適用して、第2のグループの特徴量を算出するステップと、をコンピュータに実行させる。 Yet another aspect of the present invention is a program. This program includes the steps of acquiring motion data of motion in multiple parts of the body, reproducing whole-body motion from the motion data, and extracting a first group of features from the reproduced whole-body motion. and applying the feature amount of the first group to the motion expression model to calculate the model parameters of the first group; The step of generating model parameters and the step of applying the second group of model parameters to the motion expression model to calculate the second group of feature quantities are executed by a computer.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Any combination of the above constituent elements, and any conversion of the expressions of the present invention into devices, methods, systems, recording media, computer programs, etc. are also effective as embodiments of the present invention.
本発明によれば、未だ実現されていない運動などを含む、新たな運動を生成することができる。 According to the present invention, it is possible to generate new motions, including motions that have not yet been realized.
(実施形態1)
図1は、一実施形態に係る運動生成方法のフロー図である。
ステップS10で、本方法は、身体の複数の部位における運動の運動データを取得する。運動データを取得する手段の一例は、光学式モーションキャプチャである。光学式モーションキャプチャでは、身体の複数の部位にマーカを取付けた被験者の運動をカメラで撮影する。撮影された映像から、マーカを取付けた部位の運動データ、例えば、位置、速度、加速度などが得られる。なおモーションキャプチャは光学式に限られず、機械式、磁気式、ビデオ式等であってもよい。運動データを取得する手段のもう一つの例は、フォースプレートである。フォースプレートでは、被験者の立脚、足踏み、跳躍等の運動状態に応じて、フォースプレートの上面に加えられた力やモーメントが計測される。その他にも運動データは、ウェラブルIMUセンサや圧力シート(設置型、装着型)などの既存の手段を用いて取得してよい(詳しい説明は省略する)。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a flow diagram of a motion generation method according to one embodiment.
At step S10, the method acquires motion data of movements at multiple parts of the body. One example of a means of acquiring motion data is optical motion capture. In optical motion capture, a camera captures the movement of a subject with markers attached to multiple parts of the body. Motion data, such as position, velocity, acceleration, etc., of the site to which the marker is attached can be obtained from the captured image. Note that the motion capture is not limited to the optical type, and may be a mechanical type, a magnetic type, a video type, or the like. Another example of a means of acquiring motion data is a force plate. The force plate measures the force and moment applied to the upper surface of the force plate according to the motion state of the subject, such as standing, stepping, and jumping. In addition, motion data may be acquired using existing means such as wearable IMU sensors and pressure sheets (installed type, wearable type) (detailed description is omitted).
ステップS20で、本方法は、ステップS10で取得した各マーカの部位の運動データから、デジタルヒューマンモデル等を用いて全身運動を再現する。例えば、体の姿勢、動作速度、歩幅、膝の角度、指先の動き、各関節の関節角や関節トルク等が再現される。これらの再現は、逆運動学に基づく「逆運動学計算」や逆動力学に基づく「逆動力学計算」により行われる。 In step S20, the method reproduces whole-body motion using a digital human model or the like from the motion data of each marker site acquired in step S10. For example, body posture, movement speed, stride length, knee angle, fingertip movement, joint angle and joint torque of each joint, and the like are reproduced. These reproductions are performed by "inverse kinematics calculation" based on inverse kinematics and "inverse dynamics calculation" based on inverse dynamics.
ステップS30で、本方法は、ステップS20で再現した全身運動から、生成したい運動についての特徴量を抽出する。例えば未知の歩行運動や走行運動を生成したい場合、特徴量は、質量中心軌跡、足底圧力中心軌跡、脚接触力などである。
以下、本ステップS30で抽出した特徴量(単数であっても複数であってもよい)を、「第1のグループの特徴量」と総称することがある。
At step S30, the method extracts features for the motion to be generated from the whole-body motion reproduced at step S20. For example, when it is desired to generate an unknown walking motion or running motion, the feature quantity is the locus of the center of mass, the locus of the sole pressure center, the leg contact force, and the like.
Hereinafter, the feature amount (singular or plural) extracted in step S30 may be collectively referred to as "first group feature amount".
ステップS40で、本方法は、ステップS30で抽出した第1のグループの特徴量を運動表現モデルに適用してモデルパラメータを算出する。これにより複雑な全身運動を単純なモデルの形で表現することができる。運動表現モデルの一例は、SLIPモデルである。前述のように、SLIPモデルは、人間の身体を質点、バネ及びダンパからなるものとしてモデル化したものである。 In step S40, the method applies the first group of features extracted in step S30 to the motion expression model to calculate model parameters. This makes it possible to express complex whole-body movements in the form of a simple model. An example of a motion representation model is the SLIP model. As described above, the SLIP model models the human body as consisting of mass points, springs, and dampers.
以下、SLIPモデルについて詳説する。
図2は、SLIPモデルの概念を示す模式図である。人間の身体を表す身体モデル100は、質点110と、バネ120と、ダンパ130と、接触点140と、第1のシャフト150と、第2のシャフト160と、を備える。質点110は身体の質量中心である。バネ120及びダンパ130は並列に配置される。接触点140は、バネ120及びダンパ130を挟んで質点110の反対側に位置し、床面等の環境と接触することができる。第1のシャフト150は、質点110と、バネ120及びダンパ130と、を接続する。第2のシャフト160は、バネ120及びダンパ130と、接触点140と、を接続する。
The SLIP model will be described in detail below.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the concept of the SLIP model. A
以下、「右」「左」という用語は、紙面を正面から見たときの向きを示す。時刻T1で、身体モデル100は体勢をやや左側に倒した状態で跳躍している。このとき、接触点140は環境から離れている。時刻T2で、身体モデル100は体勢をやや左側に倒したまま着地する。すなわち時刻T2で、接触点140は環境と接触する。時刻T2からT3にかけて、身体モデル100は、接触点140が環境と接触したまま、体勢を右側に倒してゆく。時刻T3で、身体モデル100は体勢をやや右側に倒したまま跳躍する。すなわち時刻T3で、接触点140は環境から離脱する。時刻T3からT4にかけて、身体モデル100は、接触点140が環境から離れたまま、体勢を左側に倒してゆく。時刻T4で、身体モデル100は体勢をやや左側に倒した状態で跳躍している。
Hereinafter, the terms "right" and "left" refer to orientations when the page is viewed from the front. At time T1, the
このような運動に関し、T1、T2、T3及びT4の時刻で、脚接触力Fleg(t)、脚長Lleg(t)を実験的に計測することにより、バネ係数Kleg、ダンパ係数Dleg、脚自然長Lleg、0などのモデルパラメータを算出することができる。具体的には、以下の式(1)で表されるEfを最小化する最適化を行うことによって、Kleg、Dleg、Lleg、0が算出される。
本ステップS40で算出されたモデルパラメータは、被験者の身体つきや体格などの身体的特徴、身体能力、姿勢、癖などの運動的特徴を反映したものである。従ってこれらのパラメータには、新たな運動を生成するための基礎となる、当該被験者の全身運動に関する情報が過不足なく含まれている。 The model parameters calculated in this step S40 reflect physical features such as body shape and physique of the subject, and exercise features such as physical ability, posture, habits, and the like. These parameters therefore contain just enough information about the subject's whole-body motion, which is the basis for generating new motion.
なお本ステップS40で実行する計算は、質量中心軌跡、足底圧力中心軌跡、脚接触力などの運動に関する特徴量を基に、モデルパラメータを算出する「数学的最適化計算」である。
以下、本ステップS40で算出されたモデルパラメータ(単数であっても複数であってもよい)を、「第1のグループのモデルパラメータ」と総称することがある。
The calculation executed in step S40 is a "mathematical optimization calculation" for calculating model parameters based on motion-related feature amounts such as the locus of the center of mass, the locus of the center of sole pressure, and the leg contact force.
Hereinafter, the model parameters (which may be singular or plural) calculated in step S40 may be collectively referred to as "first group model parameters".
ステップS50で、本方法は、ステップS40で算出された第1のグループのモデルパラメータKleg、Dleg、Lleg、0の値を変化させて、新たな値のモデルパラメータを生成する。このとき、モデルパラメータの値に加えて、環境変数(例えば、質量中心初期位置HCOM(0)、質量中心初期速度VCOM(0))の値を変化させて、新たな値の環境変数を生成してもよい。本ステップS50の処理は、被験者の運動を、ステップS10でデータを取得したときの運動から新たな運動へ変容させることを意味する。具体的には、モデルパラメータKleg、Dleg、Lleg、0を変化させることにより、関節の硬さ等を変化させることができる。また環境変数HCOM(0)、VCOM(0)を変化させることにより、床面の高さ等を変化させることができる。 In step S50, the method varies the values of the first group of model parameters K leg , D leg , L leg, 0 calculated in step S40 to generate new values of the model parameters. At this time, in addition to the values of the model parameters, the values of the environment variables (for example, the initial position of the center of mass H COM (0) and the initial velocity of the center of mass V COM (0)) are changed, and the new values of the environment variables are changed. may be generated. The process of step S50 means that the motion of the subject is changed from the motion when the data was acquired in step S10 to a new motion. Specifically, by changing the model parameters K leg , D leg , L leg, and 0 , it is possible to change the joint hardness and the like. Also, by changing the environmental variables H COM (0) and V COM (0), the height of the floor surface, etc. can be changed.
このように、被験者に関する種々のモデルパラメータを変化させることにより、当該被験者が実現すべき運動を様々に変容させることができる。これらの変容された運動は、被験者が未だ実現したことのない運動や、怪我が発生するときの運動など、任意の新たな運動を含む。
以下、本ステップS50で生成された新たな値のモデルパラメータ(単数であっても複数であってもよい)を、「第2のグループのモデルパラメータ」と総称することがある。
In this way, by changing various model parameters relating to the subject, it is possible to variously transform the exercise to be achieved by the subject. These altered movements include any new movements, such as movements the subject has not yet achieved, or movements when an injury occurs.
Hereinafter, the new model parameters (which may be singular or plural) generated in step S50 may be collectively referred to as "second group of model parameters".
ステップS60で、本方法は、第2のグループのモデルパラメータや環境変数をステップS40のモデルに適用して、ステップS50で変容された運動に関する特徴量を算出する。この特徴量は、第2のグループのモデルパラメータに基づく新たな運動に関する特徴量である。ステップS30の説明で述べたように、例えば運動が歩行や走行であった場合、算出される特徴量は、質量中心軌跡、足底圧力中心軌跡、脚接触力である。 At step S60, the method applies the second group of model parameters and environmental variables to the model of step S40 to calculate features related to the motion transformed at step S50. This feature amount is a feature amount related to new motion based on the second group of model parameters. As described in step S30, for example, when the exercise is walking or running, the feature amounts to be calculated are the center-of-mass trajectory, the center-of-sole-pressure trajectory, and the leg contact force.
このように、ある被験者に関するモデルパラメータを変化させることにより、その被験者の新たな運動が生成されるため、「目的とする運動を実現するためには、どのモデルパラメータをどのように変化させればよいか」といったことが明らかとなる。換言すれば、適切なモデルパラメータを見出すことにより、例えば該被験者が未だ実現したことのない高いパフォーマンスを実現する運動を生成することができる。 In this way, by changing the model parameters related to a certain subject, a new motion of the subject is generated. Is it okay?" becomes clear. In other words, by finding appropriate model parameters, it is possible, for example, to generate exercises that achieve high performance that the subject has not yet achieved.
なおステップS20で実行する計算が逆動力学計算であるのに対し、本ステップS60で実行する計算は、モデルパラメータを基に、質量中心軌跡、足底圧力中心軌跡、脚接触力などの運動に関する特徴量を算出する「順動力学計算」である。
以下、本ステップS60で算出された運動の特徴量(単数であっても複数であってもよい)を、「第2のグループの運動の特徴量」と総称することがある。
Note that while the calculation executed in step S20 is an inverse dynamics calculation, the calculation executed in step S60 is based on the model parameters, and is related to motion such as the center-of-mass trajectory, the center-of-sole-pressure trajectory, and the leg contact force. It is a "forward dynamics calculation" that calculates feature values.
Hereinafter, the motion feature amount (singular or plural) calculated in step S60 may be collectively referred to as "second group motion feature amount".
以上で本実施形態の説明を終える。この実施形態によれば、被験者の実際の運動データを取得することにより、その被験者が未だ実現したことのない運動などを含む、新たな運動を生成することができる。 This completes the description of the present embodiment. According to this embodiment, by acquiring the actual exercise data of the subject, it is possible to generate new exercises including exercises that the subject has not yet achieved.
(実施形態2)
図3は、更なる実施形態に係る運動生成方法のフロー図である。本実施形態は、図1に示される方法であって、ステップS60で算出された運動に関する特徴量を基に、全身運動を再構築するステップS70を更に備える。ステップS10からステップS60の処理は図1の方法と共通であるため、説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a flow diagram of a motion generation method according to a further embodiment. This embodiment is the method shown in FIG. 1, and further comprises a step S70 of reconstructing the whole-body motion based on the motion-related feature amount calculated in step S60. Since the processing from step S10 to step S60 is common to the method of FIG. 1, description thereof is omitted.
ステップS70で、本方法は、第2のグループの運動の特徴量を基に、全身運動を再構築する。具体的には、ステップS10で取得した運動データおよびステップS30で抽出した第1のグループの特徴量において以下の式(2)で表されるEmを最小化するように、パラメータα及びβを最適化する。そして、ステップS60で算出された運動に関する特徴量を式(2)に代入することで、すべてのマーカの運動の軌跡を再構築することができる。
本実施形態によれば、ステップS60で生成された新たな運動に関し、被験者の全身運動を再構築して表現することができる。 According to this embodiment, the whole-body motion of the subject can be reconstructed and expressed with respect to the new motion generated in step S60.
(実施形態3)
図4は、更なる実施形態に係る運動生成方法のフロー図である。本実施形態は、図3に示される方法であって、ステップS70で再構築された全身運動を解析するステップS80を更に備える。ステップS10からステップS70の処理は図3の方法と共通であるため、説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a flow diagram of a motion generation method according to a further embodiment. This embodiment is the method shown in FIG. 3, further comprising a step S80 of analyzing the whole body motion reconstructed in step S70. Since the processing from step S10 to step S70 is common to the method of FIG. 3, description thereof is omitted.
ステップS80で、本方法は、再構築された全身運動を解析する。全身運動の解析は、新たに再構築された全身運動を、元の計測データと比較、評価することなどを含んでもよい。全身運動の解析はまた、新たに再構築された全身運動を、目標パフォーマンスを実現する理想的な運動と比較、評価することなどを含んでもよい。 At step S80, the method analyzes the reconstructed whole-body motion. Analysis of whole-body motion may include comparing and evaluating the newly reconstructed whole-body motion with the original measured data. Analysis of whole-body motion may also include comparing, evaluating, etc., the newly reconstructed whole-body motion with an ideal motion that achieves the target performance.
本実施形態によれば、ステップS70で再構築された新たな全身運動を基に、運動力学解析を実行することができる。 According to this embodiment, kinematics analysis can be performed based on the new whole-body motion reconstructed in step S70.
(実施形態4)
更なる実施形態は、図1、3及び4に示される方法であって、ステップS10で、身体の複数の部位における運動の運動データに加えて、人工四肢の複数の部位における運動の運動データを取得してもよい。このときステップS50で変化させるモデルパラメータは、人口四肢に関するモデルパラメータ(例えば、人工四肢側の粘弾性係数など)を含んでもよい。
(Embodiment 4)
A further embodiment is the method shown in FIGS. 1, 3 and 4, wherein in step S10 motion data for motion at multiple sites of the artificial limb are combined in addition to motion data for motion at multiple sites of the body. may be obtained. At this time, the model parameters to be changed in step S50 may include model parameters related to the artificial limb (for example, the viscoelastic coefficient of the artificial limb).
一般に上肢や下肢を切断した人(以下、「四肢切断者」という)は、義手や義足などの人工四肢を装着する。人工四肢を装着した四肢切断者が走行する場合、運動は身体の運動のみならず、身体と人工四肢との間の複雑な相互作用を含む。このため、運動力学解析はより困難なものとなる。一方で、転倒等の危険のない快適な人工四肢に対するニーズは高い。更に近年の人工四肢を装着した四肢切断者のスポーツ人口の増加、パフォーマンスの向上は目覚ましく、スポーツ用品としての人工四肢の高性能化に対する要望もますます高まっている。こうした安全で高性能な人工四肢を開発するためには、人工四肢、特に実際に被験者が装着していないものや、未だ実現されていないものを装着した状態での運動を計算的に生成し、これを解析できることが望ましい。本実施形態は、このようなニーズに応えるものである。 People who have had their upper or lower limbs amputated (hereinafter referred to as "limb amputees") generally wear artificial limbs such as artificial arms and legs. When an amputee wearing an artificial limb runs, the movement involves not only the movement of the body, but also the complex interaction between the body and the artificial limb. This makes the kinematics analysis more difficult. On the other hand, there is a high demand for comfortable artificial limbs that are free from dangers such as falls. Furthermore, in recent years, the number of amputees who wear artificial limbs has increased and their performance has improved remarkably. In order to develop such a safe and high-performance artificial limb, it is necessary to computationally generate motion while wearing an artificial limb, especially one that is not actually worn by the subject or has not yet been realized. It is desirable to be able to analyze this. The present embodiment meets such needs.
本実施形態によれば、人工四肢を装着した人間の運動に関し、その人間が実現したことのない運動や、その人工四肢と異なる人工四肢を装着した状態での運動を生成することができる。 According to this embodiment, regarding the motion of a human wearing an artificial limb, it is possible to generate a motion that the human has never realized, or a motion in a state of wearing an artificial limb different from the artificial limb.
以上、本発明を実施例を基に説明した。これらの実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described above based on the examples. Those skilled in the art will understand that these examples are illustrative only, and that various modifications can be made to combinations of each component and each treatment process, and such modifications are within the scope of the present invention. be.
例えば本発明の応用先には上に挙げたものの他、スポーツトレーニング、スポーツ用品の開発、怪我のリスクの少ない建物や設備の設計、老人医療、リハビリテーション、歩行アシストスーツの制御等様々なものがある。本発明による手法はこうした様々な分野に適用が可能であり、産業上の利用性が高いものである。 For example, in addition to the above applications, the present invention can be applied to various applications such as sports training, development of sports equipment, design of buildings and facilities with low risk of injury, medical care for the elderly, rehabilitation, and control of walking assist suits. . The method according to the present invention can be applied to such various fields and has high industrial applicability.
S10 運動データを取得するステップ、 S20 全身運動を再現するステップ、 S30 特徴量を抽出するステップ、 S40 モデルパラメータを算出するステップ、 S50 モデルパラメータを変化させるステップ、 S60 特徴量を算出するステップ、 S70 全身運動を再構築するステップ、 S80 全身運動を解析するステップ S10 Step of acquiring motion data S20 Step of reproducing whole body motion S30 Step of extracting feature amount S40 Step of calculating model parameter S50 Step of changing model parameter S60 Step of calculating feature amount S70 Whole body Reconstructing motion S80 Analyzing whole body motion
Claims (5)
前記運動データから、全身運動を再現するステップと、
前記再現された全身運動から、第1のグループの特徴量を抽出するステップと、
前記第1のグループの特徴量を運動表現モデルに適用して、第1のグループのモデルパラメータを算出するステップと、
前記第1のグループのモデルパラメータの値を変化させて、前記被験者の新たな運動の第2のグループのモデルパラメータを生成するステップと、
前記第2のグループのモデルパラメータを前記運動表現モデルに適用して、第2のグループの特徴量を算出するステップと、
前記第2のグループの特徴量を基に、全身運動を再構築するステップと、
前記再構築された全身運動を解析するステップと、
を備え、
前記再構築された全身運動を解析するステップは、運動力学解析を実行するステップである方法。 obtaining motion data for motion in multiple parts of a subject's body;
recreating whole-body motion from the motion data;
extracting a first group of features from the reproduced whole-body motion;
a step of applying the first group of feature quantities to a motion expression model to calculate a first group of model parameters;
varying the values of the first group of model parameters to generate a second group of model parameters for a new movement of the subject ;
a step of applying the model parameters of the second group to the motion expression model to calculate a feature amount of the second group;
a step of reconstructing whole-body motion based on the second group of features;
analyzing the reconstructed whole body motion;
with
The method of claim 1, wherein analyzing the reconstructed whole-body motion is performing a kinematics analysis .
請求項1に記載の方法。 wherein the motion data includes motion data of motion at multiple parts of the artificial limb;
The method of claim 1 .
請求項2に記載の方法。 wherein the first group of model parameters includes model parameters relating to an artificial limb;
3. The method of claim 2 .
前記運動データから、全身運動を再現する再現部と、
前記再現された全身運動から、第1のグループの特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
前記第1のグループの特徴量を運動表現モデルに適用して、第1のグループのモデルパラメータを算出するモデルパラメータ算出部と、
前記第1のグループのモデルパラメータの値を変化させて、前記被験者の新たな運動の第2のグループのモデルパラメータを生成するモデルパラメータ変化部と、
前記第2のグループのモデルパラメータを前記運動表現モデルに適用して、第2のグループの特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記第2のグループの特徴量を基に、全身運動を再構築する全身運動再構築部と、
前記全身運動再構築部において再構築された全身運動を解析する解析部と、を
備え、
前記解析部は、運動力学解析を実行するものである装置。 a data acquisition unit that acquires motion data of motion in multiple parts of the subject's body;
a reproduction unit that reproduces a whole-body movement from the movement data;
a feature extraction unit that extracts a feature of the first group from the reproduced whole-body motion;
a model parameter calculation unit that applies the feature amount of the first group to the motion expression model to calculate model parameters of the first group;
a model parameter changing unit that changes the values of the first group of model parameters to generate a second group of model parameters for a new movement of the subject ;
a feature quantity calculation unit that applies the model parameters of the second group to the motion expression model to calculate the feature quantity of the second group;
a whole-body motion reconstruction unit that reconstructs a whole-body motion based on the feature amount of the second group;
an analysis unit that analyzes the whole-body motion reconstructed in the whole-body motion reconstruction unit;
prepared,
The analysis unit is a device that performs kinematics analysis .
前記運動データから、全身運動を再現するステップと、
前記再現された全身運動から、第1のグループの特徴量を抽出するステップと、
前記第1のグループの特徴量を運動表現モデルに適用して、第1のグループのモデルパラメータを算出するステップと、
前記第1のグループのモデルパラメータの値を変化させて、前記被験者の新たな運動の第2のグループのモデルパラメータを生成するステップと、
前記第2のグループのモデルパラメータを前記運動表現モデルに適用して、第2のグループの特徴量を算出するステップと、
前記第2のグループの特徴量を基に、全身運動を再構築するステップと、
前記再構築された全身運動を解析するステップと、
をコンピュータに実行させ、
前記再構築された全身運動を解析するステップは、運動力学解析を実行するものであるプログラム。 obtaining motion data for motion in multiple parts of a subject's body;
recreating whole-body motion from the motion data;
extracting a first group of features from the reproduced whole-body motion;
a step of applying the first group of feature quantities to a motion expression model to calculate a first group of model parameters;
varying the values of the first group of model parameters to generate a second group of model parameters for a new movement of the subject ;
a step of applying the model parameters of the second group to the motion expression model to calculate a feature amount of the second group;
a step of reconstructing whole-body motion based on the second group of features;
analyzing the reconstructed whole body motion;
on the computer, and
The program , wherein the step of analyzing the reconstructed whole-body motion performs a kinematics analysis .
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