半径/長さ可変型クランク装置の開発と運動のインピーダンスマッチングに関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750297
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 周 桑完 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助手 (70273604)
• Keywords: ペダリング / 運動効率評価法 / 最適設計 / クランク / 自転車 / 冗長性 / 可操作度 / 操作力楕円体

Research Abstract

今年は既存の関連研究資料の調査と関連研究開発機関の見学およびロボット工学の研究成果の適用可能性を主に検討した.文献調査等からわかったのは,『人間-自転車システム』におけるペダリング運動の機械力学的効率評価に関する研究が以外と少なく,本研究で行っているペダリング運動効率を最大にするメカニズムの設計論(術)に関しては皆無であることである.以下に今年行った研究実績についてまとめる.
・人間の下肢を2リンクあるいは3リンクの回転関節システムとしてモデリングした上,運動学的観点から『可操作度,ω=√<|det(JJ^T)|>』を定義し,それに基づいたクランク軸の最適位置を導出した.
・下肢を2リンクあるいは3リンクシステムとしてモデリングした場合,静力学的にγ=J^Tfの関係から『操作力楕円体』を定義し,足先における操作力楕円体から回転力に有効な成分を1周期分積分して得られた値を最大にするクランク軸の位置を導出した.
・重力影響を考慮したモデルに上記の評価法を適用し,クランク軸位置の最適位置が決定できることを確認した.
・動力学的パラメタを考慮した『動力学的可操作性』を定義し,最適クランク軸位置の決定のための解析を行った(現在,進行中)
・半径/長さ可変型クランクの回転軌跡に対して上記の評価法を適用した理論的結果を実験によって検証するため,可変型クランクを設計し現在製作中である.
・障害者(足の長さが異る人)のためのペダリング装置として,可変長さ+位相変換型クランク装置の設計,製作中.
・下肢の筋肉の特性を考慮した評価のため,任意の姿勢における各関節の出力トルクの計測,データベース化.
・筋電図を用いた筋肉の疲労特性計測.
実験装置が完成されれば,実験結果と合わせて研究結果を発表する.