2018 Fiscal Year Research-status Report
筋発揮の推定および用具挙動にもとづくゴルフクラブの統合評価システムの開発
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18K10857
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
田中 克昌 工学院大学, 工学部, 准教授 (90313329)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スポーツ工学 / 有限要素解析 / 逆動力学解析 / ゴルフクラブ / 筋骨格モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，有限要素法を用いて，スイングからインパクトまでにおけるクラブやボールの挙動を高い精度で表現できるシミュレーションモデルを構築するとともに，筋骨格シミュレーションを用いてスイング時における筋発揮を推定することにより，スイング中のクラブ挙動および身体負荷を考慮した各指標の提案を行い，用具挙動および身体負荷の両面からクラブを統合的に評価するシステムを開発することを目的としている．このうち，本年度は，スイングからインパクトまでのクラブの挙動を表現できる有限要素モデルを構築することを中心に研究を進めた．
まず，ロボットを用いた実験から，スイング中のクラブ挙動とインパクト後のボール挙動を，それぞれ光学式モーションキャプチャシステムと高速度ビデオカメラを用いて撮影した．同時にシャフトの挙動を把握するために，シャフトのひずみ応答を計測した．この実験を通して，モデルを構築するために必要なスイング運動と，モデルの精度を検証するためのクラブおよびボール挙動に関する実験データを，それぞれ取得することができた．
次に，実験より得られたロボットのグリップ部の動きから，スイング運動を，ロボットの上肢，手首，シャフト軸まわりの各回転によって表現するような，スイングのモデル化を行い，スイングからインパクトまでを一連に扱うことができるシミュレーションモデルを構築した．同時に，解析から得られたクラブおよびボールの挙動，シャフトのひずみ応答を実験結果と比較することにより，構築したモデルが高い精度を持つことを確認した．
また，筋骨格解析ソフトウェアを導入し，スイングを表現するために必要となる三次元動作計測の内容を吟味した．その上で，被験者によるスイングの動作計測を行い，取得した動作データを用いて筋骨格解析に導入するためのデータ処理を行った．
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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
本年度の当初計画を，有限要素法を用いてシミュレーションモデルを構築することとしており，モデルの精度に一部改善の余地を残しているものの，おおむね達成できている状況にある．これに加えて，当初は次年度に実施する予定としていた被験者によるスイングの動作計測を，本年度に実施することができ，筋骨格モデルを用いてスイングを表現するための初期検討まで進めることができている．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，被験者によるスイング動作の計測データをもとに，逆動力学解析による筋骨格シミュレーションモデルを構築することにより，スイング時における筋発揮を推定すること，および推定した筋発揮に関する結果からクラブの評価につながるような身体負荷を考慮した指標を検討することを中心に研究を進める．
動作計測時に，身体およびクラブグリップ部に貼付したマーカの位置関係が近いことから，モーションキャプチャシステムによって計測されたデータにおいて，これらのマーカの区別が自動的に行われない可能性がある．そのため，まずはスイングを表現する動作データとして適切な補正を行い，筋骨格シミュレーションに導入できるようにする．
また，シミュレーションより推定される筋発揮や関節トルクなどの生体内力については，その時間変化と動きとの関係を比較することにより，妥当性を検証する．推定される結果の精度には，入力する動作計測データが影響を及ぼしている可能性があることから，必要に応じて動作計測データのフィルタリング処理などを行うことにより，推定結果への影響を調べていく．このことにより，モデルの精度が改善できる場合には，処理後の計測データを用いるなどの対応を行っていく．
身体負荷を考慮した指標を提案するにあたっては，スイング動作の発現に寄与する部位に着目したり，スイング開始からインパクトに至るまでにおける動作の特徴に区分したりするなど，スイング中の筋発揮や関節トルクに関する最大最小値のみに着目するのではなく，着目した動作範囲における生体内力の積分値など，動作の特徴との関係性を考慮した検討を進めていく．また，インパクト時のヘッド速度などクラブ側の挙動にも着目し，クラブ挙動との関係も踏まえながら，提案した指標を吟味していく．
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| Causes of Carryover |
本年度に導入した，筋骨格ソフトウェアに新たなライセンス形態が展開され，そのライセンスには初期導入費用のほかに，年間保守費用が発生する．研究期間中，この保守を維持するために必要となる予算を，翌年度および翌々年度まで確保できるようにするために，翌年度以降における当初の交付額を踏まえて，本年度の使用計画を変更している．
翌年度以降は，当初の計画にある使用額に加えて，保守費用を見込んで使用していく予定である．
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