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Extracting and validations of tips for improving the performances via dynamic contribution analyses of double-handed vaulting, throwing, and hitting motions using instrumented equipment

Research Project

Project/Area Number 20H04068
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 59020:Sports sciences-related
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

小池 関也  筑波大学, 体育系, 准教授 (50272670)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
Keywords閉ループ問題 / ムチ動作 / 全身の運動方程式 / センサー用具 / 動力学的貢献分析 / 運動依存項 / 動作のフィードバック / コツ / 用具の変形 / 動作改善
Outline of Research at the Start

本研究では,ハンマー投,棒高跳,ゴルフスウィングの各種スポーツ動作を対象として,これらの閉ループ問題を各種センサー用具を考案することによって解決するとともに,多体系として捉えた用具および身体の運動方程式を連成させて,用具-身体連成系の運動方程式が有する入出力間の因果関係から,身体各関節のトルク入力に対する全系の動作出力を把握し,高いパフォーマンスの実現に寄与している動作の力学的な特徴(運動のコツ)を抽出する.そして,得られた知見が対象者の動作を改善することに有効となることを検証する.

Outline of Annual Research Achievements

棒高跳びの跳躍動作について,閉ループ問題(動作データだけでは,各手の作用力・モーメントが一意にさだまらない問題)を解決するための,センサーポールの開発に取り組んだ.ひずみゲージのセンサー出力については,そのキャリブレーション装置を試行錯誤により組み立て,ポール表面に複数のFRP用ひずみゲージをセンサーとして貼付した際,各センサー貼付部位に作用する力およびモーメントとセンサー出力から,センサー出力のキャリブレーションを行ったところ,曲げモーメント検出センサー出力に,ポールの曲げ状態により,他軸からの干渉が大きく生じること,ポール長軸力検出センサーの出力にも,各軸の曲げモーメントの影響が大きく干渉として影響することなどを明らかにした.
ハンマー投げについては,センサーハンマーグリップハンドルを開発し,ワイヤー長軸方向における左右の手の力の分配比を計測可能とした.地面反力の計測も含めて,室内におけるハンマー投げ動作の動作計測が可能な実験系を構成して,陸上ハンマー投げ選手の投動作を分析した結果,ハンマー投げでは,右手に比べて,左手において大きな力を作用して,投擲を行っていること,ハンマーを3セグメント,上半身を多体系として,導出した上半身-ハンマー系の多体系の運動方程式を利用して,ハンマーヘッドのスピード生成メカニズムを定量化した結果,ハンマーヘッドのスピード生成には,多体系の動力学的な特徴である,遠心力やコリオリ力により構成される運動依存項による貢献がスピード増加に大きく貢献していることを明らかにしている.コロナ禍においても,各種実験が可能な実験系を体育総合実験棟に整えた.
ゴルフ用センサーグリップに関しては,その粘弾性変形が,計測精度の低下に関与していることを明らかにし,その粘弾性要素のモデル化を考慮した検証手法を考案して,精度の向上を試みているが,引き続き来年度の課題とする.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

コロナ禍により,実験室や陸上競技場への立ち入りが制限され,動作計測実験や検証実験の機会が制限されたが,センサー用具の構造や,身体のモデル化などについての分析手法の開発に時間を充てた.これにより,センサー用具の開発・精度検証については,棒高跳びポールを除いて,概ね順調に進んでいる.ハンマー投げやゴルフ用センサーグリップハンドルについては,測定精度の検証方法について検証している段階となっており,特にゴルフ用センサーグリップに関しては,多軸干渉について考慮可能なキャリブレーション方法をフォースプラットフォームを利用して実現し,健闘した結果,構成部品の弾性変形や粘性要素が,計測精度の低下に関与していることを明らかにしており,その変形要素のモデル化を考慮した検証手法を考案して,精度の向上を試みている.棒高跳びについては,ポールの大変形を考慮したキャリブレーション方法の考案を行い,計測精度の向上を試みている.また本年はコロナ禍により屋外での跳躍実験計測が困難となったため,室内にて計測実験を可能とする各種動作における実験系の環境を整えた.

Strategy for Future Research Activity

ゴルフのセンサーグリップハンドルの計測に影響を与えるグリップハンドル構造の粘弾性を同定してモデル化することによって,センサークラブの計測精度を向上させ,スウィング動作の生成メカニズムの定量化を進める.
また,棒高跳びでは,センサーポールの精度向上に繋がるキャリブレーション装置を考案して,跳躍時のポールの大変形においても精度の高い計測を可能とする.
最後にハンマー投げでは,左右下肢の地面反力を推定することにより,ムチ動作の発現メカニズムに重要となる関節トルクの発揮タイミングを明らかにしていく.
コロナ禍により屋外施設の使用が制限されるため,屋内においても動作計測を可能とする環境を整えていく.

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(8 results)

All 2020

All Journal Article (4 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] センサーゴルフクラブグリップハンドルの多軸負荷負荷装置によるキャリブレーション2020

    • Author(s)
      小池 関也,田村大聖,植松倫理,廣瀬圭
    • Journal Title

      日本機械学会スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2020講演論文集USB

      Volume: -

    • NAID

      130008047490

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] 棒高跳における左右各手によるポール長軸作用力の分配2020

    • Author(s)
      植松倫理,武田理,小池関也
    • Journal Title

      第41回バイオメカニズム学術講演会講演論文集

      Volume: -

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] ハンマー投げにおけるハンマーヘッドスピード生成メカニズム:モデル間の比較による上肢,体幹および下肢の役割の検討2020

    • Author(s)
      野中愛理,武田理,藤井範久,小池関也
    • Journal Title

      第41回バイオメカニズム学術講演会講演論文集

      Volume: -

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] ハンマー投げにおけるハンマーヘッドスピード生成メカニズム(第一ターン局面を対象とした全身モデルの分析による検討)2020

    • Author(s)
      野中愛理,武田理,藤井範久,小池関也
    • Journal Title

      日本バイオメカニクス学会第26回大会抄録集

      Volume: ー

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 棒高跳における左右各手によるポール長軸作用力の分配2020

    • Author(s)
      植松倫理,武田理,小池関也
    • Organizer
      第41回バイオメカニズム学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ハンマー投げにおけるハンマーヘッドスピード生成メカニズム:モデル間の比較による上肢,体幹および下肢の役割の検討2020

    • Author(s)
      野中愛理,武田理,藤井範久,小池関也
    • Organizer
      第41回バイオメカニズム学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ハンマー投げにおけるハンマーヘッドスピード生成メカニズム -第一ターン局面を対象とした全身モデルの分析による検討-2020

    • Author(s)
      野中愛理,武田理,藤井範久,小池関也
    • Organizer
      日本バイオメカニクス学会第26回大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] センサーゴルフクラブグリップハンドルの 多軸負荷負荷装置によるキャリブレーション2020

    • Author(s)
      小池関也,田村大聖,植松倫理,廣瀬圭
    • Organizer
      日本機械学会スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス講演会2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2022-04-19  

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