JPH04279979A - 動作解析方法　　　 - Google Patents

動作解析方法　　　

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JPH04279979A
JPH04279979A JP2418251A JP41825190A JPH04279979A JP H04279979 A JPH04279979 A JP H04279979A JP 2418251 A JP2418251 A JP 2418251A JP 41825190 A JP41825190 A JP 41825190A JP H04279979 A JPH04279979 A JP H04279979A
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JP
Japan
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motion
gravity
force
human
center
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JP2418251A
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Inventor
Toshiyasu Kunii
利泰 國井
Ritsunei Son
孫　立寧
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KONGOUZEN SOUHONZAN SHIYOURINJI
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KONGOUZEN SOUHONZAN SHIYOURINJI
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Publication date
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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
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    • B25J9/1656—Program controls characterised by programming, planning systems for manipulators
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータを用いて
人間あるいは動物の動作を解析する方法に関する。
【従来の技術】
【０００２】運動競技あるいは芸能における動作の習得
、動物の調教あるいはロボット等へのプログラミングに
はその動作を解析する必要がある。従来は人間がその動
作あるいは動作を観察し、その観察結果に基づいて動作
習得あるいは動作再現のための教程あるいはプログラム
を作成していた。この観察は人間によってなされるため
どうしても主観的な不十分なものである。
【０００３】一方、コンピュータを用いて人間あるいは
動物の動作を解析することが最近行われている。このコ
ンピュータを用いる解析の場合も、従来は解析者の主観
により、位置・速度・加速度のみを用いる運動学を用い
て解析を行っている。そのため、この方法によって解析
し画面上に表示することができるのは人体あるいは動物
体を構成する部分を線で表す線画（ライン・ピクチャ）
のみであり、人体あるいは動物体を立体的に肉付けして
リアルに表示することはできない。したがって、設計さ
れる動作は不合理的なものになりがちであり、まして新
規な動作の開発を行うことは困難であった。
【０００４】また、コンピュータを用いて動作を解析す
るには対話形式によりリアルタイムに応答する方法が適
しているにもかかわらず、従来の方法においては実際に
動作をさせての動作内容の確認及びその結果に基づく微
調整が必要なため対話形式によりリアルタイムにするこ
とはできなかった。
【０００５】物体の運動を論じる方法として位置・速度
及び加速度を用いる運動学の他に、物体の運動を力との
関係で論じる動力学と呼ばれる方法があり、この方法を
コンピュータによる動作解析に用いれば少ない操作で複
雑な動きを解析できる。しかし、動力学による動作解析
においては、計量が困難な慣性モーメント・重心・関節
の摩擦・筋肉／靭帯の弾性等のデータが必要であり、こ
れらのデータがないと運動学による動作解析と同様に不
合理な結果になってしまう。また、比較的手間のかかる
動力学方程式を解く必要があり、関節を有し自由度が２
００もある人体の動きを解析するには、６００もの微分
方程式を同時に解く必要がある。
【０００６】従来のコンピュータを用いる動力学的動作
解析は、人間の動作を解析する場合を例に挙げると１．
人体モデルを作成 ２．人間の実際の動作を入力 ３．入力された動作を解析す ４．動作を画面に表示 の４つの段階から構成されている。
【０００７】この動作を画面に表示する段階においては
、動力学方程式を精密に解けばよいが、この方法はｎを
運動解析において動きの最小単位になる人体を構成する
要素の数とした場合の計算量Ｏ（ｆ（ｎ））　　がｎ４
の関数Ｏ（ｎ４）であり計算量が多く計算に時間がかか
るため、コンピュータによる計算が高くつく。
【０００８】一方、計算量がｎの関数Ｏ（ｎ）である計
算を用いた運動解析方法が提案されているが、この方法
は関節の軸の回りの回転について無視することができる
時にのみ成立する。そのため、この方法による場合も画
面上に表示することができるのは人体を構成する部分を
線で表す線画（ライン・ピクチャ）のみであり、軸の回
りの回転について無視することができない場合には、こ
の方法を用いることはできない。したがって、この方法
によっては人体を立体的に肉付けしてリアルに表示する
ことはできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は試行錯誤ある
いは解析者の直感によることなく、コンピュータを用い
て対話形式により人間あるいは動物の動作を解析するこ
とができる方法を提供することを課題とするものである
。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明においては、最初に人体あるいは動物体の基本的
な動きに関して各々の関節に発生する力及びトルクを含
む動的パラメータのデータをデータベースに入力してお
く。
【００１２】次に解析の対象となる動作を複数の方向か
ら撮影したフィルムのコマあるいはビデオ画像のフレー
ムについてデータベースのデータにアクセスして逆動力
学を適用して解析し、その動作に関して人体あるいは動
物体の各々の関節に発生する力及びトルクを算出してデ
ータベースのデータとともに表示する。
【００１３】
【実施例】以下、図面を用いて本願発明の実施例につい
て説明するが、この実施例は人間の動作を解析する場合
を例に挙げる図１に本発明のフローチャートを示すが、
このフローチャートは １．人体モデルを作成 ２．人間の実際の動作を入力 ３．入力された動作を解析 ４．結果を表示 の各段階から構成されている。
【００１４】第１段階の「人体モデルを作成」では、人
体を動きの最小単位となる部分に分解し、これら各々の
部分固有の性質、相互の関係及び関節の動きの範囲等の
制約条件に基づき人体モデルを作成し、コンピュータに
データベースとして入力する。
【００１５】第２段階の「人間の実際の動作を入力」で
は、解析の対象となる動作をビデオ画像のフレーム単位
あるいはフィルム画像のコマ単位に入力する、この場合
複数の方向から同時に撮影した画像を用いれば、次の段
階の解析をより具体的に行うことができる。
【００１６】第３段階の「入力された動作を解析」では
、第２段階で入力された動作を逆動力学を用いて計算し
、各部分の重心、各関節に働く力及びトルク、全体の重
心、重心に働く力及びトルクを解析する。
【００１７】第４段階の「結果を表示」では、第３段階
で得られた各部分の重心、各関節に働く力及びトルク、
全体の重心、全体の重心に働く力及びトルクを矢印等に
よりデータベースの人体モデルに重ねて画面上に表示す
る。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の動力学を
用いる動作解析方法における処理は動力学、制約条件、
逆動力学の３段階で進み、動力学の段階では人体あるい
は動物体を関節によって分離されたそれぞれ独立した部
分に分け、個々の部分の動作はニュートンの方程式とオ
イラーの方程式を用いて他の部分の動作とは切り放して
計算される。制約条件の段階では体の部分の相互結合関
係及び関節の動作の範囲がチェツクされる。
【００１９】したがって、本発明の動作解析方法を採用
することにより、これまでの動力学による動作解析方法
にあった計算量が多いという問題を解決し、リアルタイ
ムのフィードバックができるようにし、動力学を実際の
動作解析にうまく適用できるようにした。
【００２０】そして、人体の各部分の動作を計算するた
め、重心の線加速度をニュートンの方程式を用いて、重
心の角加速度をオイラーの方程式を用いて求めているか
ら、体の部分の各々の重心の位置及びそれらの重心にか
かる力を表示することができ、同様に全体の重心の位置
及びその重心にかかる力も表示することができる。
【００２１】従来の動作解析方法における知識には人体
の動作の基本的データ及びそれぞれの関節の動作の範囲
を規定する制約条件が含まれるが、この知識は解析者の
直観により得られるのに対して、本発明の動作解析にお
ける知識は人間の実際の動作を解析して得られた実際の
動的パラメータを指している。したがって、この知識か
ら作られた動作は科学的で信頼性があり、リアルな動作
を作ることができる。
【図面の簡単な説明】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　コンピュータを用いる動作解析方法で
    あって、該方法は、人体あるいは動物体を動きの最小単
    位となる部分に分解し、これら各々の部分固有の性質、
    相互の関係及び関節の動きの範囲等の制約条件に基づき
    人体あるいは動物体モデルを作成しデータベースに入力
    する段階と、人間や動物の実際の動作を入力する段階と
    、入力された動作を逆動力学を適用して計算し、全体及
    び各部分の重心・各関節に働く力・トルク、全体の重心
    ・重心に働く力・トルクを計算する段階と、前記計算し
    た結果を表示する段階とからなることを特徴とする動作
    解析方法。
  2. 【請求項２】　　逆動力学により計算した力及び重心を
    入力された動作と合成して画面上に表示することを特徴
    とする請求項１記載の動作解析方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH08314527A (ja) * 1995-05-22 1996-11-29 Ricoh Elemex Corp ロボットの動作教示システム
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