肢体不自由者の水泳運動のシミュレーション解析および補助具の開発に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15650131
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 中島 求 東京工業大学, 大学院・情報理工学研究科, 助教授 (20272669)
• Keywords: 水泳運動 / 肢体不自由者 / 補助具 / シミュレーション解析 / スポーツ科学 / 福祉工学 / 流体力学

Research Abstract

1.平成14年度中に開発した,水泳運動における身体全体のダイナミクスを考慮できるシミュレーションプログラムに対し,モデルの楕円柱の各部形状を既存の人体寸法計測データから変換するアルゴリズムを追加する拡張を行った.
2.シミュレーションプログラムにおいて流体力の計算に用いる流体力係数を同定するため,四肢模型を水中で運動させる実験装置を製作した.四肢模型の形状は腕部と脚部の平均とし,運動方向に対して迎角も設定できるようにした.四肢模型の根本部には,角変位測定用のポテンショメータと,流体力による曲げモーメントを測定するための歪みゲージを取り付けた。
3.シミュレーションプログラムを実験装置を模擬するよう改造した.さらに流体力係数同定のため,シミュレーションで求めた曲げモーメントと実験値との誤差の2乗平均を最小化する流体力係数を非線形最適化手法により求めるよう拡張を施した.
4.開発した流体力係数同定用シミュレーションプログラムを用いて,24回の試技について流体力係数の同定を行なった.その結果,楕円の形状効果を表す新たな係数を導入することにより,すべての試技に対して誤差を十分小さくできる係数を同定した.
5.同定した流体力係数を用いて,6ビートクロールのシミュレーションを行なった.シミュレーションに入力する動作として,インターネットで公開されている萩原智子選手の泳動作を用いたところ,1ストロークあたりの推進距離の身長に対する比は,実際で1.47,シミュレーションプログラムで1.42と良く一致し,シミュレーションの妥当性が確認された。

Research Products

• [Publications] 佐藤 憲, 中島 求: "水泳人体シミュレーションモデルSWUMにおける流体力のモデル化"日本機械学会2004年度年次大会講演論文集. (発表予定). (2004)
• [Publications] Motomu Nakashima, Yasufumi Miura, Ken Satou: "Swimming Human Model "SWUM" to Analyze Dynamical Swimming problems"Proceedings of the Fifth International Conference of the Engineering of Sport. (発表予定). (2004)