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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

研究課題

研究課題/領域番号 21K14104
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

上村 知也  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80881789)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワードギャロップ / 4脚ロボット / チーター / ウマ / シンプルモデル / 四足動物 / ギャロップ歩容 / 体幹柔軟性
研究開始時の研究の概要

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.

研究成果の概要

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.この差異を生み出す力学的要因として,体幹部のロール方向の回転自由度が重要な役割を果たすと予想している.そこで,ロール方向の体幹ねじれ自由度を持つシンプルなモデルを構築し,数値計算によって周期解を探索した結果,ロータリーとトランスバースに相当する接地順を持つ解が得られ,それぞれの解の力学的特性が明らかになった.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の成果は,生物学でも古くから議論されていたチーターとウマが用いる2種類のギャロップの差異について,動力学の立場から原理を説明する.また,ギャロップのパラメータ依存性が明らかになったことから,今後4脚ロボットを開発するにあたって,どのような歩容がそのロボットに可能であるか,また,どのような制御が必要となるかについて議論できるようになった.

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Bipedal Robot running: human-like actuation timing using fast and slow adaptations2024

    • 著者名/発表者名
      Sakurai Yusuke、Kamimura Tomoya、Sakamoto Yuki、Nishii Shohei、Sato Kodai、Fujiwara Yuta、Sano Akihito
    • 雑誌名

      Advanced Robotics

      巻: 38 号: 8 ページ: 577-588

    • DOI

      10.1080/01691864.2024.2336255

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] チーターが体幹運動を活用して高速に走行する力学原理2023

    • 著者名/発表者名
      上村知也
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌

      巻: 41 号: 3 ページ: 266-270

    • DOI

      10.7210/jrsj.41.266

    • ISSN
      0289-1824, 1884-7145
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Three Characteristics of Cheetah Galloping Improve Running Performance Through Spinal Movement: A Modeling Study2022

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Kamimura, Kaho Sato, Shinya Aoi, Yasuo Higurashi, Naomi Wada, Kazuo Tsuchiya, Akihito Sano, and Fumitoshi Matsuno
    • 雑誌名

      Frontiers in Bioengineering and Biotechnology

      巻: 10 ページ: 825638-825638

    • DOI

      10.3389/fbioe.2022.825638

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 体幹ねじれ運動がキャンター・トランスバース・ロータリーの3種類のギャロップを規定する力学原理2024

    • 著者名/発表者名
      上村知也,安達真永,青井伸也,日暮泰男,和田直己,土屋和雄,松野文俊
    • 学会等名
      第36回自律分散シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] チーターの走行における体幹剛性の非対称性の動力学的役割2024

    • 著者名/発表者名
      大下悠也,上村知也,安達真永,和田直己,佐野明人,松野文俊
    • 学会等名
      第36回自律分散シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] イヌが用いる2種類のギャロップのシンプルモデルによるパラメータ依存性解析2024

    • 著者名/発表者名
      品川秋太郎,上村知也,安達真永,佐野明人,松野文俊
    • 学会等名
      第36回自律分散シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Effect of the dynamics of a horizontally wobbling mass on biped walking performance2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Kamimura, Akihito Sano
    • 学会等名
      2023 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bounding of a two-legged robot using CPG-based controller inspired by a cheetah simple model2023

    • 著者名/発表者名
      Daichi Oka, Tomoya Kamimura, Yuma Nakamura, Akihoto Sano, Fumitoshi Matsuno
    • 学会等名
      The 11th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非対称な体幹剛性がチーターの走行に与える影響の動力学解析2023

    • 著者名/発表者名
      大下悠也,上村知也,佐野明人,松野文俊
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2023 (ROBOMECH2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] チーターとウマのギャロップを生み出す動力学原理のシンプルモデルを用いた解析2023

    • 著者名/発表者名
      上村知也,安達真永,青井伸也,日暮泰男,和田直己,土屋和雄,松野文俊
    • 学会等名
      第41回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 体幹柔軟性と神経振動子を持つ前後2脚動力学モデルの走行2023

    • 著者名/発表者名
      中村優真,上村知也,櫻井祐輔,安達真永,佐野明人,松野文俊
    • 学会等名
      第24回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 上下に揺動する慣性体と神経系が歩行に及ぼす影響のシンプルモデルによる動力学解析2023

    • 著者名/発表者名
      八重樫一明,上村知也,佐野明人
    • 学会等名
      第24回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] シンプルな4足モデルを用いたチーターとウマのギャロップの動力学解析2023

    • 著者名/発表者名
      上村知也,青井伸也,日暮泰男,和田直己,土屋和雄,松野文俊
    • 学会等名
      第35回自律分散シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 神経振動子とチーター身体のシンプルモデルに基づくロボットの自律走行2023

    • 著者名/発表者名
      岡大地,上村知也,中村優真,佐野明人,松野文俊
    • 学会等名
      第35回自律分散シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 4足走行シンプルモデルの受動的な性質に基づく前後2脚ロボットの走行実験2022

    • 著者名/発表者名
      中村優真,上村知也,佐野明人,松野文俊
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Dynamical condition to involve two types of flights in cheetah galloping using a simple model2022

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Kamimura, Shinya Aoi, Yasuo Higurashi, Naomi Wada, Kazuo Tsuchiya, Fumitoshi Matsuno
    • 学会等名
      The 13th Asian Control Conference (ASCC 2022)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 接地期を衝突で近似したシンプルモデルを用いたチーターの高速走行の動力学解析2021

    • 著者名/発表者名
      上村知也, 青井伸也, 日暮泰男, 和田直己,土屋和雄,松野文俊
    • 学会等名
      第39回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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