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2017 Fiscal Year Annual Research Report

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

Research Project

Project/Area Number 15K05904
Research InstitutionTokyo Metropolitan University

Principal Investigator

長谷 和徳  首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (10357775)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywordsバイオメカニクス / スポーツ科学
Outline of Annual Research Achievements

今年度においては,昨年度に引き続き,シューズと比較して,モデリングが容易な板ばね状のスポーツ義足を中心にシミュレーション技術の開発を行った.前年度までは義足先端のたわみ量のみを計算していたが,義足各要素のたわみ角を求められるようにし,義足全体の変形量をより詳細に表現できるようにした.また,接触における転がり接触や摩擦などの現象のモデル化についても見直し,これにより義足変形に伴う地面との接触変更も表現できるようになり,より高精度に義足変形と力発揮の力学特性をモデル化できるようになった.
このような義足と地面接触部のモデルの改善により,跳躍動作シミュレーションにおいて,地面反力は体重の10倍以下に抑えることができ,かつ跳躍距離として7メートルを超えるような試技をシミュレートすることが可能となった.跳躍距離を最大化するように義足形状を最適化していくと,形状が直線的なものに変化した.一方,水平移動速度が最大になるように,すなわちランニング動作を想定した動作を実現するようにすると,義足形状は丸みを帯びた形になった.さらに,跳躍運動フォームとして,腕ふりや遊脚の振り子的動作を強調した運動を生成することができた.このようにモデリングの対象が義足ではあるものの,運動と道具(義足)との相互作用に基づく最適化シミュレーションを実現することが可能となった.
これらの最適化シミュレーションに基づき得られた義足を実際に作成し,その強度特性などの解析も行った.現時点は製作工程の問題などより,必ずしも想定された強度が得られていないが,材料となる炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の材料特性の見直しなどにより高い運動特性を有する義足提案が期待できる.

  • Research Products

    (11 results)

All 2018 2017

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Estimation of human motion using a simplified human-body dynamics model2017

    • Author(s)
      T. Unno, S. Takehara, F. Takahashi and K. Hase
    • Journal Title

      Mechanical Engineering Journal

      Volume: 4 Pages: 16-00704

    • DOI

      https://doi.org/10.1299/mej.16-00704

    • 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 jump2017

    • 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 reflex2017

    • 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 condition2017

    • 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 bipeds2017

    • Author(s)
      M. Yoshida, K. Hase
    • Organizer
      XXVI Congress of the International Society of Biomechanics
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-12-17  

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