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動作解析arXiv:2605.13192

軟剛ハイブリッドリンク系の動力学計算とスポーツ用義足を装着したアスリートの動作解析への応用

Dynamics Computation of Soft-Rigid Hybrid-Link System and Its Application to Motion Analysis of an Athlete Wearing Sport Prosthesis

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剛体リンクと柔軟体を統合したハイブリッドリンク系の動力学計算手法を提案し、スポーツ用義足を装着したアスリートの動作解析に応用した。逆動力学による床反力推定誤差は約12%で、筋力推定も可能にした。

詳しい要約

1. どんなもの?

- スポーツ用柔軟義足を装着した選手の動作解析フレームワークを提案。 - soft-rigid hybrid-link system に基づく。 - 剛体の人間骨格系と柔軟義足の相互作用力を考慮。 - 逆運動学で動作再構成、逆動力学で関節トルクと地面反力を推定。 - 筋力推定も行い、筋切断と義足変形との相互作用力を考慮。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の筋骨格モデルは剛体マルチリンク系が主流。 - 柔軟ロッド変形の高速・効率的モデリング手法を soft robotics から導入。 - 剛体リンクとソフトボディを統一定式化した hybrid-link system を構築。 - これにより柔軟義足と骨格の相互作用を扱える点が新しい。

3. 技術・手法の肝は?

- soft-rigid hybrid-link system を構築。 - 剛体リンクと柔軟ロッドを統一定式化。 - 逆運動学をモーションキャプチャデータからの動作再構成に適用。 - 逆動力学により関節トルクと地面反力を推定。 - 筋切断と義足変形との相互作用力を考慮した筋力推定を提示。

4. どうやって有効だと検証した?

- 人間被験者実験を実施。 - 逆動力学による地面反力推定誤差は約12%。 - 筋力推定も実施し、筋切断と義足変形の相互作用を考慮。 - 有効性を実験的に検証。

5. 議論はある?

- 地面反力推定誤差約12%という結果。 - 筋切断と義足変形の相互作用力を考慮した筋力推定を提供。 - その他の議論や限界については要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- soft robotics における柔軟ロッド変形の高速・効率的モデリング手法。 - 剛体マルチリンク系に基づく従来の筋骨格モデル。 - 具体的な論文名は要旨からは不明。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Sunghee Kim, Yuta Shimane, Taiki Ishigaki, Ko Yamamoto

分類: cs.RO

原文アブストラクト

This paper presents a motion analysis framework for an athlete wearing sport-specific flexible prosthesis based on the soft-rigid hybrid-link system. Such a motion analysis is a challenging problem because we need to consider the interaction force between the rigid human skeleton system and a flexible prosthesis. However, most of human musculoskeletal models are based on the computation framework of a rigid-body multi-link system. Recently in soft robotics research field, fast and efficient modeling methods were developed for a flexible rod deformation, which allows us to build a hybrid-link system that integrates rigid-link and soft-bodies in a unified formulation. We apply inverse kinematics of the hybrid-link system to motion reconstruction from a motion captured data, and also present the estimation of the joint torques and ground reaction force by inverse dynamics. Through a human subject experiment, we show that the inverse dynamics achieved approximately 12% error on the ground reaction force estimation. Furthermore, we provide the muscle force estimation considering muscle amputation and interaction force with the prosthesis leg deformation.

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