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運動時の人体の動的解析と生体内応力に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 05650234
研究種目

一般研究(C)

配分区分補助金
研究分野 機械力学・制御
研究機関京都大学

研究代表者

松久 寛  京都大学, 工学部, 教授 (00109034)

研究分担者 西原 修  京都大学, 工学部, 助手 (00218182)
本田 善久  京都大学, 工学部, 助手 (60181559)
柴田 俊忍  京都大学, 工学部, 教授 (40025929)
佐藤 進  京都大学, 工学部, 教授 (90025875)
研究期間 (年度) 1993 – 1994
研究課題ステータス 完了 (1994年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
1994年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
1993年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
キーワード生体運動 / 人間工学 / 衝撃吸収 / 下肢 / 上肢 / 関節 / 骨格 / リンク機構 / 人体 / 動特性 / スポーツ / 力学モデル / 関接 / 筋肉
研究概要

下肢系の力学モデルを、関節をジョイントとしたリンク機構、筋肉を収縮要素、ばねとダンパから構成し、高所から飛び降りたときの、関節、筋肉、足裏などにかかる荷重を解析した。まず、加振器にて被験者を各姿勢でスイ-プ加振し、下肢の力学特性を同定し、つぎにフォースプレートにて足裏の荷重を計測し、腰につけた加速度計にて上体の加速度を測定し、下肢の各部の筋電位を計測し、ビデオカメラにて体の動きを観察した。それらの計測データと力学モデルによる理論計算値より緩衡のメカニズムを解明した。下肢を曲げることにより、上体を支える下肢系の剛性が柔らかくなり、上体にかかる衝撃力は緩和されるが、膝関節および膝の筋肉にかかる荷重は増加する。また、膝を曲げると足首関節にかかる力は緩和される。能動的に上体の上下運動をすることによって、20%ぐらいの上体の衝撃および関節、筋肉にかかる荷重を低減することができる。
人体と道具の連成系の解析手法の開発の一例として、テニス打球時の力学特性を解明した。手と上腕を剛体とし、それらが手首と肘の関節で回転ばねで結合されているとする。ラケットをはり、ボールをばねで結ばれた2質点とし、それらがばねとダンパで結合されている力学モデルを考えた。その結果、肘関節、手首関節、手のひらに加わる方は、ラケットの剛体モードだけではなく高次曲げ振動の影響を受けていることがわかった。これらの対策としては、ラケットの高次モードに対してはモードの節での打撃や、ボールとラケットの固有振動数の一致が有効であり、剛体モードに対しては撃心での打撃が有効であることも確かめた。また、肘と手首関節に加わるモーメントはラケットの剛体回転モードの影響を強く受け、ラケットの高次振動モードの影響は小さいことがわかった。

報告書

(3件)
  • 1994 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1993 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (17件)

  • [文献書誌] 松久寛: "下肢の衝撃吸収メカニズム" 機械学会講演論文集. 261-940. 115-118 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 松久寛: "モード解析によるテニスラケットの最適設計" 機械学会論文集. 66-577. 189-194 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 松久寛: "テニス打球時に手に伝わる力の解析" 機械学会講演論文集. 59S-940. 112-117 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 松久寛: "下肢の衝撃吸収メカニズム(減衰を考慮した解析)" 機械学会講演論文集. 59S-940. 69-73 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 松久寛: "手の衝撃を軽減するテニスラケットの設計について" 機械学会論文集(発表予定).

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 松久寛: "天然歯根および人工歯根の動特性" 機械学会講演論文集. 42B-930. 415-419 (1993)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiroshi MATSUHISA,et al.: "Shock Absorbing Mechanism of Human Lower Limb" Proc, JSME. 940-24I. 115-118 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiroshi MATSUHISA,et al.: "Optimal Desigh of Tennis Racket by Modal Analysis" Trans.JSME. 60-577. 189-194 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiroshi MATSUHISA,et al.: "Force and Moment Transmitted to Human Arm at Ball Impact in Tennis" Proc.JSME. 940-59S. 112-117 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiroshi MATSUHISA,et al.: "Shock Absorbing Mechanism of Human Lower Limb (Analysis on Considering the Damping)" Proc.JSME. 940-59S. 69-73 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiroshi MATSUHISA,et al.: "Design of Tennis Racket for Reducing Impulsive Force of Arm" Trans.JSME. (submitted).

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiroshi MATSUHISA,et al.: "Dynamics of Natural and Artificial Tooth Roots" Proc.JSME. 930-42B. 415-419 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 松久 寛: "下肢の衝撃吸収メカニズム" 機械学会講演論文集. 940-26I. 115-118 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] 松久 寛: "モード解析によるテニスラケットの最適設計" 機械学会論文集. 66-577. 189-194 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] 松久 寛: "テニス打球時に手に伝わる力の解析" 機械学会講演論文集. 940-59S. 112-117 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] 松久 寛: "下肢の衝撃吸収メカニズム(減衰を考慮した解析)" 機械学会講演論文集. 940-59S. 69-73 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] 松久寛,他4名: "反発を考慮したテニスラケットの最適設計について" スポーツ工学シンポジウム. 930-69. 166-171 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書

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公開日: 1993-04-01   更新日: 2016-04-21  

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