| 研究概要 |
下肢系の力学モデルを,関節をジョイントしたリンク機構,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,下肢の力学特性を固定し,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衝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,手のひらに加わる力は,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.
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