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AnyBody筋骨格解析とウェアラブルロボットの設計

〒113-0034 東京都文京区湯島3-10-7 www.terrabyte.co.jp

営業部辻和志

RSJ2016 - 第34回日本ロボット学会学術講演会オープンフォーラム７ 2016年9月8日（木）10:00-10:15

山形大学小白川キャンパス（山形県山形市）

AnyBody Modeling System TM 日本総代理店：

AnyBody筋骨格解析とウェアラブルロボットの設計 Copyright © 2016 Terrabyte Co.,Ltd.

アジェンダ

1. テラバイトの紹介

2. 「人の動きを科学する」筋骨格シミュレーション

3. 筋骨格シミュレーションとウェアラブルロボット開発

4. まとめ


1. 会社紹介：CAEコンサルティングカンパニー

私たちはCAE業務に特化したソフトウェアエンジニアリング会社です。 CAEソフトの販売サポートと各種コンサルティング・サービスを通じてお客様のデジタルエンジニアリングを支えます。

熱流体解析

構造解析

電磁場解析

筋骨格シミュレーション

製造プロセス・シミュレーション

ソフトウェア開発


Mid-range CAE

DesignCAE

High End CAE

熱流体解析電磁界解析

AMI空力ソフト NSAERO, MGAERO VSAERO, NLAERO

1. 会社紹介：ソフトウェア製品

構造解析

（非線形構造解析ソフト）

HyperMesh,

RADIOSS，OptiStruct MotionSolve, HyperForm

（プレス成形ソフト）

BlowView （ブロー成形プロセス解析ソプト）

FormView （シート成形プロセス解析ソプト）

AcuSolve （有限要素法熱流体ソフト）

（設計者向け熱流体解析ソフト）

（電磁界解析ソフト）

（設計者向け電磁解析ソフト）

筋骨格解析

OpenFOAM

（汎用流体解析ソフト）

（地盤-構造物動的作用解析ソフト）

ACS SASSI

car2car.avi

can1.avi

DEMO_vacuum_forming1.avi

Acu.mp4

IM_3d.avi

car2car.avi


2. 人の動きを科学する筋骨格シュミレーション

筋骨格モデル（AnyBodyモデル）

歩行解析

立ち上がり動作荷物の

積み替え動作


2. 人の動きを科学する① スポーツ

[1] データ提供：東京工業大学教授中島求様

自転車競技エクササイズ（レッグプレス）

水泳


2. 人の動きを科学する② 工業製品開発

立ち上がり動作補助グリップと関節力上グラフ：肩関節反力下グラフ：右膝前後力

OA椅子リクライニング動作グラフ：第５腰椎 – 仙骨間の椎間板に生じる圧力変化

人口膝関節の動作


3. 筋骨格シミュレーションとウェアラブルロボット開発

◆ 従来の製品設計は「より軽く」、「より経済的に」という指標でしたが、現代社会では「人に優しい」、「快適」といったマン-マシン統合系設計が求められます。体に装着するウェアラブル・ロボットでは特に顕著です。

◆快適性は官能指標で、従来の機械工学で対応するのは

困難ですが、「人への優しさ」を人体の機械力学負荷と捉え

れば筋骨格シミュレーションによる積極的な関与が可能です。

◆ ヒトの生体メカニクスは十分に解明されておらず、

マン-マシンの相互作用は直感では把握できません。

筋骨格シミュレーションは、さまざまな姿勢動作と環境

条件下におけるバイオメカニクス上の課題を解決し、

マン-マシン統合系設計を推進する強力なツールです。


3. 筋骨格シミュレーションとウェアラブルロボット開発例：作業補助用パワーアーム

① アシストシナリオ作成 ② 制御関数作成 ③ 設計諸元の決定

製品の使用シーンの様々な動作を解析し、人体各部に生じる負担を調べてアシスト・シナリオを作成する

仮想的なアシストトルクを肘に与えて解析を行い、各部の負担バランスが最適となるアシストトルク曲線（＝制御関数）を見つける

外骨格デバイスをモデル化し、肘に制御関数を与えて解析を行って、設計パラメータ（製品重量、モータ位置、出力、人体への固定法など）の最適な組み合わせを見つける


3. 筋骨格シミュレーションとウェアラブルロボット開発解析ワークフローと設計サイクル

人体モデル

製品モデル

動作と外力

人体負荷（力、モーメント）を軽減 • 筋肉の負荷 • 関節の負荷（膝腰肩首肘）

変更フィードバック

設計最適化

結果の評価・グラフ/数値の確認・FE応力/変形解析など

AnyBody シミュレーション

逆動力学解析筋動員

床反力推定

自動姿勢制御

CAD インポート

モデルライブラリ


4. まとめ

筋骨格解析ソフトAnyBodyはウェアラブルロボット開発に有用です

• デバイス設計を最適化します – アクチュエーター駆動力、設置位置 – 装置軽量化、消費電力の低減

• 人体への影響を数値化します – 筋肉と関節反力を評価 – デバイスの有無、出力による違い – 装着時のパフォーマンス増強を評価 – 傷害リスクの予測

• 人体とデバイスの干渉を評価します – 固定場所、固定方法を最適化

• 開発時間・コストを削減します – 実験/試作に要するリソースを削減 – 開発期間短縮と迅速な市場投入

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