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水中ロボットアームによる水泳時の四肢に働く非定常流体力の解明と高精度モデルの開発

Research Project

Project/Area Number 17680045
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Sports science
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

中島 求  Tokyo Institute of Technology, 大学院・情報理工学研究科, 准教授 (20272669)

Project Period (FY) 2005 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
Fiscal Year 2007: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2005: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Keywords水泳 / 水中ロボットアーム / 四肢 / 非定常流体力 / 流体力モデル / スポーツ工学 / 流体力学
Research Abstract

1.前年度までに行なった流体力測定実験の結果に基づき,これまでの流体力モデルで発生する誤差を小さくできる,新たな高精度流体力モデルを導出した.そして高精度モデルにおける係数を,実験との誤差が最小になるように最適化手法を用いて決定した.その結果,モデルシミュレーションと実験の誤差は,4種類のストロークの上肢・下肢すべての場合について10%程度に収まり,高精度モデルの妥当性が確認された.
2.得られた高精度モデルは,上肢の場合は4種類のストロークすべてで同一のモデルパラメータを有していることがわかった.これはモデルが汎用的であることを示しており,モデルの有効性をさらに裏づける知見であると考えられる.
3.下肢についても,足部形状が異なる平泳ぎ以外の3種類のストロークは同一のモデルパラメータで十分精度良く実験結果を表現できることが明らかになった.
4.得られた高精度モデルのモデルパラメータを検討したところ,上肢の場合において,手部を除く腕部(上腕・前腕)の流体力係数が定常時の6倍程度も大きいことがわかった.これは水泳動作における流れの非定常性に起因するものと考えられるが,今後さらなる検証が必要と考えられる.
5.上記の流体力発生メカニズムについて検討するため,ロボットアームの手部まわりの流れをPIV(Particle ImageVelocimetry)法を用いて可視化した.その結果,推力の発生に伴って手部をまわりこむ渦の発生が確認された.
6. 以上の内容について,3件の国内会議,1件の国際会議での発表を行なった.

Report

(3 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2008 2007 2006 2005 Other

All Journal Article (3 results) Presentation (4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 水中ロボットアームによる水泳時の四肢に働く非定常流体力の測定(第2報,改良機による実験)2007

    • Author(s)
      高橋 明美, 中島 求
    • Journal Title

      日本機械学会第19回バイオエンジニアリング講演会講演論文集 No.06-65

      Pages: 330-331

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 水中ロボットアームによる水泳時の四肢に働く非定常流体力の測定2006

    • Author(s)
      高橋 明美, 中島 求
    • Journal Title

      日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集 No. 06-21

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 水泳人体シミュレーションソフトウェアSwumsuitの開発2005

    • Author(s)
      中島 求
    • Journal Title

      日本機械学会ジョイント・シンポジウム2005(スポーツ工学シンポジウム/シンポジウム:ヒューマン・ダイナミクス)講演論文集 No.05-16

      Pages: 119-124

    • NAID

      110007028585

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Presentation] ロボットアームによるクロール時の力と流れ場の解析2008

    • Author(s)
      尾崎 尚, 高木 英樹, 中島 求, 松内 一雄
    • Organizer
      Book of Abstract of the 1st International Scientific Conference of Aquatic Space Activities
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2008-03-28
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 水泳研究用水中ロボットアームの開発2007

    • Author(s)
      中島 求, 高橋 明美
    • Organizer
      2007年日本水泳・水中運動学会年次大会論集
    • Place of Presentation
      鎌倉女子大学
    • Year and Date
      2007-11-18
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 水中ロボットアーム実験に基づく水泳時の四肢に働く非定常流体力のモデル化2007

    • Author(s)
      中島 求, 高橋 明美
    • Organizer
      日本機械学会2007年度年次大会講演論文集
    • Place of Presentation
      関西大学,大阪
    • Year and Date
      2007-09-12
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Measurement of Unsteady Fluid Force Acting on Limbs in Swimming using a Robot Arm2007

    • Author(s)
      Motomu Nakashima, Akemi Takahashi
    • Organizer
      XXI Congress, International Society of Biomechan ics
    • Place of Presentation
      Taipei International Convention Center, Taiwan
    • Year and Date
      2007-07-03
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.hei.mei.titech.ac.jp/research/motomu/

    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2005-04-01   Modified: 2016-04-21  

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