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日本のロボット研究の歩みHistory of Robotics Research and Development of Japan2013Locomotion〈ロコモーション〉筋拮抗比の概念に基づくヒト歩行動作の運動要素分解

平井　宏明大阪大学
飯村　太紀大阪大学（現：株式会社日立製作所）
井上　恵太大阪大学（現：パナソニック株式会社）
宮崎　文夫大阪大学

この論文は、ロボット研究開発アーカイブ「日本のロボット研究開発の歩み」掲載論文です。

身体における運動自由度の冗長性の問題は, 問題を提起したN. A. Bernsteinの名に因み「ベルンシュタイン問題」として広く知られている. 現在まで多くの科学者がこの難問に挑んできたが, 未だ中枢神経系がどのようにして身体を制御し, その不良設定問題を解決しているのか明確な答えが得られていない. こうした中, 最近, 著者らのグループは現在有力視されるいくつかの運動仮説を結ぶ事実を発見した. これらの仮説は共に中枢神経系の運動指令を機能単位毎に分解しその組み合わせによって運動を生成するものであるが, 我々が提案する筋拮抗比に基づく運動解析においても同様な結果が得られた. すなわち, 主働筋と拮抗筋の筋対群の筋電位比を用いた統計解析により, (1) ヒトの歩行運動の下肢動作が数種類の筋群活動を単位とする組み合わせで表現できること, (2) 分解された筋群活動が身体の運動学情報を符号化したものであることが明らかになった. 本手法から導かれる運動表現は従来の異なる運動仮説が示す複数知見を包含しており, それぞれの仮説を繋ぐ運動記述でもある. 本論文で述べる「筋拮抗比」の概念は身体運動の機能単位を追求する上で大きな足掛かりとなる.
2013年　第27回日本ロボット学会学会誌論文賞受賞
2011年　IEEE Robotics and Automation Society Japan Chapter Young Award (IROS2011)
トレッドミル歩行の運動計測
トレッドミル歩行の運動計測

対応論文

平井宏明, 飯村太紀, 井上恵太, 宮崎文夫：筋拮抗比の概念に基づくヒト歩行動作の運動要素分解

日本ロボット学会誌, Vol. 30, No. 5, pp. 524-533, 2012.

Hiroaki Hirai, Kazuhiro Matsui, Taiki Iimura, Keigo Mitsumori, and Fumio Miyazaki：Modular Control of Limb Kinematics during Human Walking

Proceedings of 2010 3rd IEEE RAS and EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob2010), pp. 716-721, 2010.

Taiki Iimura, Keita Inoue, Hang T. T. Pham, Hiroaki Hirai, and Fumio Miyazaki：A Preliminary Experiment for Transferring Human Motion to a Musculoskeletal Robot – Decomposition of Human Running based on Muscular Coordination

Proceedings of 2011 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS2011), pp. 4496-4501, 2011.

Fumio Miyazaki, Hiroaki Hirai, Syohei Kawagoe, Kazuhiro Matsui, and Takayuki Nakano：Muscle Synergy Analysis Method, Muscle Synergy Analyzer, and Muscle Synergy Interface

WO/2011/030781, 17.03.2011.

関連論文

[1] N. A. Bernstein: The co-ordination and regulation of movements. Pergamon, 1967.

[2] G. Cappellini, Y. P. Ivanenko, R. E. Poppele, and F. Lacquaniti, “Motor Patterns in Human Walking and Running,” Journal of Neurophysiology, vol. 95, no. 6, pp. 3426-3437, 2006.

[3] A. P. Georgopoulos, J. F. Kalaska, R. Caminiti, and J. T. Massey: “On the relations between the direction of two-dimensional arm movements and cell discharge in primate motor cortex,”　J. Neuroscience, vol. 2, no.11, pp. 1527-1537, 1982.

[4] E. Bizzi, F. A. Mussa-Ivaldi, and S. Giszter: “Computations underlying the execution of movement: a biological perspective,” Science, vol. 253, pp. 287-291, 1991.

[5] H. Pham, Y. Ariga, K. Tominaga, T. Oku, K. Nakayama, M. Uemura, H. Hirai, and F. Miyazaki, “Extraction and implementation of muscle synergies in neuro-mechanical control of upper limb movement,” Advanced Robotics, vol. 28, no. 11, pp. 745-757, 2013.

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