2015 Fiscal Year Research-status Report
全身・足部・シューズモデルを連成させた歩行・走行シミュレーション
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15K05904
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
長谷 和徳 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (10357775)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | バイオメカニクス / スポーツ科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終的にはスポーツシューズなどへの設計開発に資するシミュレータの構築を目指すが，今年度においては，まずシューズではなく，板バネ状のスポーツ義足を対象として，ランニングや跳躍動作と義足モデルとの総合的な解析シミュレーションの構築を目指した．シューズを対象とした場合，その形状・材料力学的な特性のモデリングが問題となっていたが，義足を対象とすることで，材料力学的なモデリングが容易になる．具体的には義足部分を薄板状の板バネモデルとして表し，義足形状を直線要素や円弧要素などの単純な形状の組み合わせとして表現し，弾性特性との関係を表現するようにした．また，重心位置や慣性モーメントなどの義足の動力学特性については，義足変形による影響は微小だとして義足全体を一剛体として見なした．身体力学系については２次元モデルとして，関節モーメントで駆動する．現状としては幅跳び動作のような跳躍動作を想定し，ランニング動作についても適応していく．このシミュレーションによって跳躍やランニングフォームと義足の材料力学特性の両方を運動パフォーマンスが最大化するように遺伝的アルゴリズムのような最適化計算によって同時に最適化を行っていくことを考える．
このプロジェクトとは関連して，これまで開発してきた歩行運動生成モデルについて，高齢者歩行の特徴を表すように実測値との比較ができるシミュレータの開発や，ナンバ歩きと呼ばれる歩行運動様式の力学分析についても取り組んだ．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画の段階ではウォーキングやランニングのシューズを対象と考えていたが，そのモデリングが難しいため，材料力学特性のモデル化が比較的容易なスポーツ義足を対象として，取り組んだ．対象自体は当初の計画とは少し異なるが，道具と運動フォームの同時最適化による道具の評価という視点では同じであり，モデリングが容易となった分，全体として進捗は順調となっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
２８年度においてもスポーツ義足を対象とした取り組みを行う．２７年度では跳躍動作のみを対象としてたが，ランニング動作についても対象としたシミュレーション開発を行う．ランニングスピードや跳躍距離が最大化するようなスポーツ義足の形状と材料力学特性とそれに適応した運動フォームの両方を計算機シミュレーションによって見出す．
これとは別に歩行運動のシミュレーションモデルの高度化を目指す．跳躍，ランニングシミュレーションのほうは２次元モデルとするが，歩行モデルのほうは３次元で詳細な運動生成が可能とする．シューズの直接的なモデルリングにはならないが，足部と床面との接触問題の定式化と反力特性計算の向上も目指す．
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[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 – 2016-03-11
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[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 – 2016-03-11
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