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

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16650151
• Research Institution: University 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)
• Keywords: 水泳 / ロボット / 推進力 / バイオメカニクス / 流体力学

Research Abstract

本年度は、昨年度に引き続き、ロボット作りの基礎データ収集を目的として、水泳人体シミュレーションモデルSWUMを実装したフリーウェアーSwumsuit ver.1.0.0(中島、2005)を用いて、ドルフィンキックのシミュレーションを行った。特に本年度の課題として、より精度のシミュレーションを実行するために、実際に人がドルフィンキックを行った場合のデータを用いて、各種パラメータの同定に取り組んだ。
本シミュレーションモデルは、計16のシリンダーから構成される。それぞれのシリンダーが水中で運動する際、シリンダーを微小な楕円に輪切りにし、その表面に働く揚力および抗力を計算し、それをシリンダーの長手方向に積分し、シリンダー全体に働く流体力及びモーメントを計算した。さらにシリンダーが水面下にある部分に関しては浮力も加味し、すべてのシリンダーに働く力を統合し、推進方向に作用する力のみを推進力として算出している。この流体力を算出する際、物体表面の摩擦係数および抵抗係数の設定がモデルの精度に大きく左右する。そこで、摩擦および抵抗係数を同定するために、ドルフィンキックに熟練した被験者を用いて水中動作を三次元画像分析を実施した。分析に当たっては、DLT法を用い、各セグメントの三次元座標および速度を算出し、身体重心の速度変動を求めた。この身体重心の速度変動が実際の人の泳ぎとシュミレーションで一致するように、最適制御理論を用いて、摩擦および抵抗係数を同定した。
新たに同定されたパラメータをモデルに代入した結果、重心の速度変動はほぼ一致し、従来より高い精度で人の泳ぎをシミュレーションすることが可能となった。今後は、本モデルを用いて、泳速度を向上させるための動作の最適化に取り組む予定である。