Walking and running simulation coupled by whole-body, foot and shoes models

• Project/Area Number: 15K05904
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Intelligent mechanics/Mechanical systems
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: Hase Kazunori 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (10357775)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: バイオメカニクス / スポーツ科学

Outline of Final Research Achievements

Forward dynamics simulation is important in the research fields of biomechanics. The purpose of this study is to simulate three-dimensional running in humans using a neuro-musculo-skeletal model based on forward dynamics. This study especially focused on synthesizing faster running motion to improve locomotive stability. We constructed an attracting controller modeled after the involuntary control functions of the brain to maintain locomotive balance. Proposed controller was designed in the reduced-order space composed by the principal components of the joint angles and angular velocities. Moreover, a computer simulation system that derived a comprehensive optimum solution for both the mechanical design parameters of the prosthesis and takeoff action to improve the performance of amputee long jump was also constructed.

Research Products

• [Journal Article] Estimation of human motion using a simplified human-body dynamics model (2017)
  • Author(s): T. Unno, S. Takehara, F. Takahashi and K. Hase
  • Journal Title: Mechanical Engineering Journal Volume: 4 Issue: 5 Pages: 16-00704-16-00704
  • DOI: 10.1299/mej.16-00704
  • NAID: 130006943432
  • ISSN: 2187-9745
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Generation and evaluation of Nanba walking style by changing the feedback equation of neural oscillator (2015)
  • Author(s): 林 祐一郎，長谷 和徳，内藤 尚，西澤 教之
  • Journal Title: Transactions of the JSME (in Japanese) Volume: 81 Issue: 824 Pages: 14-00644-14-00644
  • DOI: 10.1299/transjsme.14-00644
  • NAID: 130005066591
  • ISSN: 2187-9761
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 有限要素法を用いた跳躍用義足の特性評価 (2018)
  • Author(s): 外川博都, 林祐一郎, 長谷和徳, 金崎雅博, 岸祐希
  • Organizer: 日本機械学会関東支部第24期総会・講演会
• [Presentation] 筋骨格モデルを用いた運動解析システムの改良および実歩行への適用 (2018)
  • Author(s): 松永 陸央, 林 祐一郎, 長谷 和徳
  • Organizer: 日本機械学会関東支部第24期総会・講演会
• [Presentation] 走り幅跳び用スポーツ用義足の有限要素モデリングと試作 (2017)
  • Author(s): 桜井浩平, 小林訓史, 長谷和徳, 大日方五郎
  • Organizer: スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス
• [Presentation] 下肢切断者走幅跳における踏切動作と義足形状の最適化シミュレーション (2017)
  • Author(s): 長谷和徳, 小林訓史, 大日方五郎, 裴艶玲
  • Organizer: スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス
• [Presentation] 筋骨格モデルによるナンバ歩きの生体力学分析 (2017)
  • Author(s): 長谷和徳, 林祐一郎, 矢野龍彦
  • Organizer: 第38回バイオメカニズム学術講演会
• [Presentation] 痙性歩行の再現を目指した3次元神経筋骨格モデルの構築 (2017)
  • Author(s): 的場斗吾, 長谷和徳, 吉田真, 金承革, 吉川輝
  • Organizer: 第38回バイオメカニズム学術講演会
• [Presentation] Simulation and optimization of the takeoff action and prosthesis for amputee long jump (2017)
  • Author(s): K. Hase, S. Murata and G. Obinata
  • Organizer: XXVI Congress of the International Society of Biomechanics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Three-dimensional neuro-musculo-skeletal model with mechanical characteristics of stretch reflex (2017)
  • Author(s): T. Matoba, K. Hase, S. H. Kim and A. Yoshikawa
  • Organizer: XXVI Congress of the International Society of Biomechanics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of changes joint torque response to alterations geometrical condition (2017)
  • Author(s): K. Uchida, K. Hase
  • Organizer: XXVI Congress of the International Society of Biomechanics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A simulation study on the scale effects on the gait of imaginary bipeds (2017)
  • Author(s): M. Yoshida, K. Hase
  • Organizer: XXVI Congress of the International Society of Biomechanics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 神経筋骨格モデルを用いた筋の力学特性と歩容の関係性の分析 (2016)
  • Author(s): 的場 斗吾，長谷 和徳，林 祐一郎，金 承革，吉川 輝
  • Organizer: 第37回バイオメカニズム学術講演会
  • Place of Presentation: 富山県立大学（富山県射水市）
  • Year and Date: 2016-11-12
• [Presentation] スポーツ義足と走幅跳フォームの同時最適化シミュレーション (2016)
  • Author(s): 村田 詩織，長谷 和徳，林 祐一郎，大日方 五郎，裴 艶玲
  • Organizer: 第37回バイオメカニズム学術講演会
  • Place of Presentation: 富山県立大学（富山県射水市）
  • Year and Date: 2016-11-12
• [Presentation] 想像上の二足歩行動物の歩容におけるスケール効果 (2016)
  • Author(s): 吉田 真，長谷 和徳，リザ ドープ
  • Organizer: 第37回バイオメカニズム学術講演会
  • Place of Presentation: 富山県立大学（富山県射水市）
  • Year and Date: 2016-11-12
• [Presentation] Simultaneous Optimization of Long Jump Technique and Sports Prosthesis (2016)
  • Author(s): Kazunori Hase, Shiori Murata, Goro Obinata
  • Organizer: The 8th Asian Conference on Multibody Dynamics
  • Place of Presentation: 金沢
  • Year and Date: 2016-08-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Biomecanical Analsis Of Japanese Traditional Namba-style Walking Using A 3D Inverse Dynamics (2016)
  • Author(s): Feng Yang, Hase Kazunori, Hayashi Yuichiro, Yano Tastuhiko
  • Organizer: XIV International Symposium on 3D Analysis of Human Movement
  • Place of Presentation: 台北
  • Year and Date: 2016-07-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] M3Dを用いた歩行動作解析と用いない歩行動作解析 (2016)
  • Author(s): 長谷和徳
  • Organizer: 歩行解析システム（M3Dシステム）ユーザーカンファレンス
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-03-26
  • Invited
• [Presentation] スポーツ義足の反発特性評価 (2016)
  • Author(s): 浅野賢, 長谷和徳, 林祐一郎, 大日方五郎, 裴艶玲
  • Organizer: 日本機械学会 関東支部第22期総会講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-10
• [Presentation] ナンバ歩きの3次元動力学分析 (2016)
  • Author(s): 馮洋, 長谷和徳, 林祐一郎, 矢野龍彦
  • Organizer: 日本機械学会 関東支部第22期総会講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-10
• [Presentation] 歩行シミュレーションモデルを用いた実運動データの評価 (2016)
  • Author(s): 関口眞夢, 長谷和徳, 林祐一郎
  • Organizer: 日本機械学会 関東支部第22期総会講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-10
• [Presentation] スポーツ用義足のモデリングと跳躍動作シミュレーション (2016)
  • Author(s): 長谷和徳
  • Organizer: 第28回マルチボディダイナミクス研究会
  • Place of Presentation: 犬山館（愛知県犬山市）
  • Year and Date: 2016-03-04
• [Presentation] 歩行運動の評価・支援技術－神経筋骨格シミュレーションからアシスト用具開発まで － (2016)
  • Author(s): 長谷和徳
  • Organizer: 人間支援のためのロボット技術開発セミナー
  • Place of Presentation: 中部大学名古屋キャンパス（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2016-02-25
  • Invited
• [Presentation] 実計測運動を再現するための動力学シミュレータ (2015)
  • Author(s): 村田詩織，長谷和徳，林祐一郎，大日方五郎，裴艶玲
  • Organizer: 第36回バイオメカニズム学術講演会
  • Place of Presentation: 信州大学（長野県上田市）
  • Year and Date: 2015-11-28
• [Presentation] 運動速度・勾配や歩行姿勢の違いを考慮したヒトの歩行の生体力学解析 (2015)
  • Author(s): 馮洋，長谷和徳，林祐一郎
  • Organizer: 第36回バイオメカニズム学術講演会
  • Place of Presentation: 信州大学（長野県上田市）
  • Year and Date: 2015-11-28
• [Presentation] 一般化逆動力学と逐次軌道計画による身体運動シミュレーションの構築 (2015)
  • Author(s): 中川拓也，長谷和徳，青村茂，林祐一郎
  • Organizer: 第36回バイオメカニズム学術講演会
  • Place of Presentation: 信州大学（長野県上田市）
  • Year and Date: 2015-11-28
• [Presentation] 歩行モデルを用いた装着型慣性センサ情報からの運動推定 (2015)
  • Author(s): 村田詩織，長谷和徳，林祐一郎，鳴尾丈司，渡邊良信，柴田翔平
  • Organizer: 第56回日本人間工学会
  • Place of Presentation: 芝浦工業大学（東京都港区）
  • Year and Date: 2015-06-13