Bipedal Balance Control with Whole-body Musculoskeletal Standing and Falling Simulations

要約

バランス制御は、人間および二足歩行のロボットシステムにとって重要です。
移動中の動的バランスはかなりの注目を集めていますが、静的バランスと転倒の定量的理解は限られています。
この作業は、包括的な全身筋骨格システムを介して人間のバランスをシミュレートするための階層制御パイプラインを提示します。
安定した立位中のバランスの時空間的ダイナミクスを特定し、筋肉損傷のバランスをとる影響の影響を明らかにし、臨床データに合わせた転倒接触パターンを生成しました。
さらに、シミュレートされた股関節外骨格の支援により、バランスメンテナンスの改善と摂動下での筋肉の努力の減少が示されました。
この作品は、実験的にキャプチャするのが難しい人間のバランスダイナミクスに関するユニークな筋肉レベルの洞察を提供します。
バランス障害のある個人向けの標的介入を開発し、ヒューマノイドロボットシステムの進歩をサポートするための基盤を提供できます。

要約(オリジナル)

Balance control is important for human and bipedal robotic systems. While dynamic balance during locomotion has received considerable attention, quantitative understanding of static balance and falling remains limited. This work presents a hierarchical control pipeline for simulating human balance via a comprehensive whole-body musculoskeletal system. We identified spatiotemporal dynamics of balancing during stable standing, revealed the impact of muscle injury on balancing behavior, and generated fall contact patterns that aligned with clinical data. Furthermore, our simulated hip exoskeleton assistance demonstrated improvement in balance maintenance and reduced muscle effort under perturbation. This work offers unique muscle-level insights into human balance dynamics that are challenging to capture experimentally. It could provide a foundation for developing targeted interventions for individuals with balance impairments and support the advancement of humanoid robotic systems.

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