2017 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of principle of human running by mechanical approach and development of running assist device
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17K06273
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| Research Institution | Teikyo University |
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Principal Investigator |
池俣 吉人 帝京大学, 理工学部, 講師 (70467356)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ヒト走行 / 周期運動 / モデル / 平衡点 / 安定性 / 支援機 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ヒト歩行（受動歩行）で用いた解析手法を用いて，ヒト走行の主要原理である周期運動の生成及び安定化，脚運動の原理を解明する．さらに，同原理に基づいた走行支援機を開発する．同支援機を装着することで，より楽により速く走れるものと考えられる．
平成29年度は，準備研究で発見したヒト走行の特徴に基づいて，①『歩行と同じように，前脚（着地脚）の姿勢が一定となるように着地する』，②『離床時の後脚の姿勢角度は，股関節の伸展稼働限界によって決まり，その姿勢角度は一定である』という二つの仮定を設定した．同仮定から，受動歩行・受動走行の研究で良く用いられる数理モデル（周期モデル）を構築した．同モデルでは，従来のヒト走行モデルのように，台車のような運動ではなく，周期運動となっている．このため，各ステップにおける時間・ステップ長を求めることができる．また，空気抵抗が無い走行（トレッドミル上での走行）で速度が無限大になることもない．
モデルの有効性を検証するために，ウサイン・ボルト選手（世界陸上ベルリン男子100m 決勝，記録9.58秒，追い風0.9m/s）のデータを用いてシミュレーションを行った．なお，パラメータ等は文献やインターネットで公開されている情報を用いた．各ステップにおける平均速度をみたところ，シミュレーション結果は実測値とよく一致しており，モデルの妥当性は示されたものと考える．なお，空気抵抗の有無の影響も調べており，100分の1秒を争うような短距離走では，空気抵抗は無視できないことを示した．
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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
本研究では，離散的な周期運動の観点からヒト走行のモデル化を行っており，その有効性をシミュレーションから示した．モデルは単純にも関わらず，実測値にほぼ一致しており，高い精度を有する．これは，ヒト走行の本質的なところを抑えていることが要因だと考えられる．以上のことから，おおむね順調に進展していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，ヒト走行のモデルを用いて，周期運動の生成および安定化メカニズムについて解析する．具体的には，受動歩行・走行の研究で培った知識に基づいて，平衡点（リミットサイクルの一断面）の生成と安定性を解析する．ヒト走行の場合，着地時の姿勢や供給エネルギーなどが重要となるので，同パラメータが与える影響を詳細に解析するとともに，100m走の記録に与える影響も解析する．
前記平衡点解析で得られた知見に基づいて，安定した走行現象を目指して実機モデルを改良する．また，前年度で得られた知見に基づいて，おもりが付いた紐で牽引して，エネルギーを供給する．これにより，下りスロープだけでなく，水平面での走行が可能となる．実機モデルを活用することで，数理モデルでは解析が困難となる路面やシューズなどの影響を知ることができるものと考えられる．
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| Causes of Carryover |
ヒト走行の簡易実機モデルの試作に対して，受動歩行の簡易モデルであるリムレスホイールを採用したため，機構が低予算となって，未使用額が生じた．
次年度は，ヒト走行の簡易実機モデルの試作機の改良のために，機械部品・アルミ部材・3Dプリンタ用樹脂・緩衝材などに使用する予定である．また，国内の学会参加費も支出予定である．
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