早稲田大学先進理工学部電気・情報生命工学科アドバンス制御研究室バイオメカニクス班指導教員渡邊亮教授石毛佑一人間-機械モデルによるステアリング動作における運動指令の再現運動制御系研究目標自動車のステアリングに関する技術として、ステアリングと前輪を繋ぐ、従来の機械的結合を電気的結合に置き換え、電子制御を用いて自動車を操作する、ステアバイワイヤが注目されている。これにより、設計の自由度や安全性の向上、軽量化などといった様々なメリットが考えられるが、同時に機械的結合により得ていた操作感を喪失してしまうことによる操作性の低下が問題になっている。そこで、本研究では人間がステアリング操作を行うメカニズムから、操作感を再現することを考える。現在は、このメカニズムの解明のため、ステアリング操作時の(1)腕の挙動、(2)脳から筋肉への運動指令、をそれぞれ再現することに取り組んでおり、これらの再現から、より正確な操作感の再現やその評価が可能になると考えている。ステアリング操作を状態フィードバック制御系と捉え、筋骨格-ステアリングモデルを制御対象とし、腕の位置制御を行う脳の役割を担うコントローラをPD制御を用いて設計、組み合わせることで、運動制御系を構築する。ステアバイワイヤコンピュータ機械的につながっていないシミュレーション結果実機を用いた計測実験から、ステアリング操作時の腕の動きを示す肩角と、肩関節に関する各筋肉の筋電位を計測した。計測した肩角を運動制御系の入力とし、シミュレーションを行った結果を以下に示す。筋骨格-ステアリングモデルステアリング操作時、人体が肘を自然に伸ばした状態で、肩関節の動きで自動車を操縦固定している状態を仮定し、肩関節に関する筋系、腕の骨格系、ステアリングをそれぞれモデル化、統合し、筋骨格-ステアリングモデルを構築する。このモデルは、脳から各筋肉への運動指令をもとに、腕の挙動を再現するものである。この腕の挙動は、水平位置からの腕のずれを示す、肩角を用いて表している。また、各筋肉において、シミュレーション時に得られた運動指令uと、実験時に計測した、脳からの運動指令に基づき発生する筋電位iEMGを比較し、これらの類似性をピアソンの積率相関関数を用いて検証した。検証の結果としてかなり高い類似度が得られたので、その結果を以下に示す。骨格-ステアリングモデル以上からステアリング操作時の腕の挙動と、脳から各筋肉への運動指令を再現できてることがわかる。