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水中ロボットアームによる水泳時の四肢に働く非定常流体力の解明と高精度モデルの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17680045
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 スポーツ科学
研究機関東京工業大学

研究代表者

中島 求  東京工業大学, 大学院・情報理工学研究科, 准教授 (20272669)

研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
2007年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2006年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2005年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
キーワード水泳 / 水中ロボットアーム / 四肢 / 非定常流体力 / 流体力モデル / スポーツ工学 / 流体力学
研究概要

1.前年度までに行なった流体力測定実験の結果に基づき,これまでの流体力モデルで発生する誤差を小さくできる,新たな高精度流体力モデルを導出した.そして高精度モデルにおける係数を,実験との誤差が最小になるように最適化手法を用いて決定した.その結果,モデルシミュレーションと実験の誤差は,4種類のストロークの上肢・下肢すべての場合について10%程度に収まり,高精度モデルの妥当性が確認された.
2.得られた高精度モデルは,上肢の場合は4種類のストロークすべてで同一のモデルパラメータを有していることがわかった.これはモデルが汎用的であることを示しており,モデルの有効性をさらに裏づける知見であると考えられる.
3.下肢についても,足部形状が異なる平泳ぎ以外の3種類のストロークは同一のモデルパラメータで十分精度良く実験結果を表現できることが明らかになった.
4.得られた高精度モデルのモデルパラメータを検討したところ,上肢の場合において,手部を除く腕部(上腕・前腕)の流体力係数が定常時の6倍程度も大きいことがわかった.これは水泳動作における流れの非定常性に起因するものと考えられるが,今後さらなる検証が必要と考えられる.
5.上記の流体力発生メカニズムについて検討するため,ロボットアームの手部まわりの流れをPIV(Particle ImageVelocimetry)法を用いて可視化した.その結果,推力の発生に伴って手部をまわりこむ渦の発生が確認された.
6. 以上の内容について,3件の国内会議,1件の国際会議での発表を行なった.

報告書

(3件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2008 2007 2006 2005 その他

すべて 雑誌論文 (3件) 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 水中ロボットアームによる水泳時の四肢に働く非定常流体力の測定(第2報,改良機による実験)2007

    • 著者名/発表者名
      高橋 明美, 中島 求
    • 雑誌名

      日本機械学会第19回バイオエンジニアリング講演会講演論文集 No.06-65

      ページ: 330-331

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 水中ロボットアームによる水泳時の四肢に働く非定常流体力の測定2006

    • 著者名/発表者名
      高橋 明美, 中島 求
    • 雑誌名

      日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集 No. 06-21

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 水泳人体シミュレーションソフトウェアSwumsuitの開発2005

    • 著者名/発表者名
      中島 求
    • 雑誌名

      日本機械学会ジョイント・シンポジウム2005(スポーツ工学シンポジウム/シンポジウム:ヒューマン・ダイナミクス)講演論文集 No.05-16

      ページ: 119-124

    • NAID

      110007028585

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] ロボットアームによるクロール時の力と流れ場の解析2008

    • 著者名/発表者名
      尾崎 尚, 高木 英樹, 中島 求, 松内 一雄
    • 学会等名
      Book of Abstract of the 1st International Scientific Conference of Aquatic Space Activities
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2008-03-28
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 水泳研究用水中ロボットアームの開発2007

    • 著者名/発表者名
      中島 求, 高橋 明美
    • 学会等名
      2007年日本水泳・水中運動学会年次大会論集
    • 発表場所
      鎌倉女子大学
    • 年月日
      2007-11-18
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 水中ロボットアーム実験に基づく水泳時の四肢に働く非定常流体力のモデル化2007

    • 著者名/発表者名
      中島 求, 高橋 明美
    • 学会等名
      日本機械学会2007年度年次大会講演論文集
    • 発表場所
      関西大学,大阪
    • 年月日
      2007-09-12
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Measurement of Unsteady Fluid Force Acting on Limbs in Swimming using a Robot Arm2007

    • 著者名/発表者名
      Motomu Nakashima, Akemi Takahashi
    • 学会等名
      XXI Congress, International Society of Biomechan ics
    • 発表場所
      Taipei International Convention Center, Taiwan
    • 年月日
      2007-07-03
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.hei.mei.titech.ac.jp/research/motomu/

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

URL: 

公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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