四足動物の２種類のギャロップ歩容の異なる力学構造を生み出す原理の解明
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21K14104
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
上村 知也 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80881789)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 四足動物 / ギャロップ歩容 / シンプルモデル / 体幹柔軟性 |
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| Outline of Research at the Start |
四足動物が高速走行で用いるギャロップ歩容は，左右の脚の運びが逆位相から外れるのが特徴で，脚が地面につく順番によってチーターなどが行うロータリーと，ウマなどが行うトランスバースに分類される．本研究では，ピッチ方向とロール方向にそれぞれ2つの回転自由度を持つシンプルなモデルの周期解を解析的に求め，ギャロップ歩容の非対称性と2種類の歩容が生成されるメカニズムを明らかにする．さらに，動物の計測結果と比較し，動物種によって2種類のギャロップを選択的に用いる理由を明らかにする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
四足動物が高速域で用いるギャロップは，左右の脚の運びが逆位相から外れるのが特徴で，脚が地面につく順番によってチーターなどが行うロータリーと，ウマなどが行うトランスバースに分類される．また，チーターの走行では体幹を曲げる飛翔期と伸ばす飛翔期の2種類が存在するのに対して，ウマでは体幹を曲げる飛翔機しか持たない．本研究では，ピッチ方向とロール方向にそれぞれ2つの回転自由度を持つシンプルなモデルの周期解を解析的に求め，ギャロップ歩容の非対称性と2種類の歩容が生成されるメカニズムを明らかにする．
まず，ピッチ方向の体幹運動が異なる力学原理を明らかにするため，ピッチ方向に体幹柔軟性を持つ解析モデルを矢状面内に構築し，周期解が得られるための条件を導出した．その結果，チーターのように体幹を曲げる飛翔期と伸ばす飛翔期を持つための条件が，体幹の床反力を受ける位置と，床反力の向きで表されることが明らかになった．この結果については第39回日本ロボット学会学術講演会と国際会議Asian Control Conference 2022で報告した．
次に，ロール方向の体幹運動によって異なる脚の接地順を持つ歩容が生まれる力学原理を探るため，ロール方向に体幹柔軟性を持つモデルを構築した．このモデルは前後よりも左右のダイナミクスが重要な役割を持つと考え，横断面上で構築した．このモデルについて数値計算によって周期解を探索した結果，ロータリーギャロップに相当する脚の接地順を持つ解とトランスバースに相当する接地順を持つ解が得られ，それぞれの解が得られる状態量の空間が異なることが明らかになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度は同時に受給していた科研費スタート支援の研究課題と並行して研究を進めるため，主にピッチ方向の体幹柔軟性の影響について研究を進めた．ロール方向の柔軟性についてはモデルが完成し結果が一部得られているが，脚の接地順が走行にどのような影響を与えているかを明らかにしていくことは今後の課題となる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は主にロール方向の柔軟性がギャロップ歩容に及ぼす影響について調査を進める．これによって，2種類のギャロップにおいて脚の接地順が異なるメカニズムが力学的に明らかになる．接地順は走行速度や安定性に影響を与えることが動物の観測から予想されている．
また，ピッチ方向の柔軟性については，モデル解析の結果にもとづいて実際に４脚ロボットを構築し，効率よく走行できるようになるか検証を行う予定である．
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
