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人間型水泳ロボット開発による水泳中の推進メカニズムに関する研究

Research Project

Project/Area Number 16650151
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Sports science
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

高木 英樹  筑波大学, 大学院人間総合科学研究科, 助教授 (80226753)

Project Period (FY) 2004 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords水泳 / 流体力 / シミュレーション / 非定常 / 流体力学 / 推進効率 / ロボット / 推進力 / バイオメカニクス
Research Abstract

本研究では,人間型の水泳ロボットを作成するための前段階として,水泳中の泳者の各身体部位に生じる流体力や慣性力を推定するために中島ら(2005)が開発したシミュレーションソフト"SWUM"を用いて,シミュレーションを行ってきた.しかしながら,シミュレーション結果の妥当性を検討するためには,人体もしくはその模型を用いて,各種力学量を実測し,比較検討する必要がある.そこで18年度は,人体手部模型を作成し,その模型を回流水槽中で非定常な運動をさせた際の3軸方向の力を測定した.実験では,流速や移動速度あるいは迎角等を変化させながら,泳者のストローク動作を模倣した運動を行わせ,その際手部に生じている流体力を計測した.次にモデル実験で用いた手部モデル形態に関するデータをSWUMモデルに代入し,さらにモデル運動時の迎角,流入角,移動速度などのデータもSWUMに代入し,各種力学量を計算した.
その結果,モデル実験における実測値とシミュレーション結果を比較すると,SWUMによって推定された力は,実測値よりやや小さく,過小評価されることが明らかとなった.ロボットを作成する際にどの程度の出力能力を持つモータを用いるかは大変重要なポイントとなるので,モデル実験のデータをもとにSWUMで用いている各種抵抗係数の同定を再度行った.具体的には,シミュレーションによって求まった肩関節に生じる力とモデル実験による実測値との誤差の2乗平均値が最も小さくなるように,各種抵抗係数を最適化手法により決定した.
以上の過程を経て求まった抵抗係数を用いて,一流の男子自由形選手のクロール時のシミュレーションを実施した.その結果,各関節に生じるトルクおよび身体全体で発揮されるパワーが明らかとなった.結果の一例をあげると,泳速度が1.9m/sの場合,全発揮パワーは750.34W,実際に推進に使われたパワーは159.6Wであり,機械的効率は21.2%という結果が得られた.

Report

(3 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (2 results)

All 2007

All Journal Article (2 results)

  • [Journal Article] 揚・抗力係数を用いた非定常流状態での手部流体力推定時の誤差2007

    • Author(s)
      工藤重忠, Barry Wilson, 高木英樹
    • Journal Title

      水泳水中運動科学 10(印刷中)

    • NAID

      130004470481

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Prediction of fluid forces acting on a hand model in unsteady flow conditions2007

    • Author(s)
      Shigetada Kudo, Barry Wilson, Toshimasa Yanai, Hideki Takagi
    • Journal Title

      Journal of Biomechanics (投稿中)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report

URL: 

Published: 2004-04-01   Modified: 2016-04-21  

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