人間型水泳ロボット開発による水泳中の推進メカニズムに関する研究

开发仿人游泳机器人研究游泳时的推进机制

基本信息

  • 批准号:
    16650151
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.05万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Exploratory Research
  • 财政年份:
    2004
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2004 至 2006
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本研究では,人間型の水泳ロボットを作成するための前段階として,水泳中の泳者の各身体部位に生じる流体力や慣性力を推定するために中島ら(2005)が開発したシミュレーションソフト"SWUM"を用いて,シミュレーションを行ってきた.しかしながら,シミュレーション結果の妥当性を検討するためには,人体もしくはその模型を用いて,各種力学量を実測し,比較検討する必要がある.そこで18年度は,人体手部模型を作成し,その模型を回流水槽中で非定常な運動をさせた際の3軸方向の力を測定した.実験では,流速や移動速度あるいは迎角等を変化させながら,泳者のストローク動作を模倣した運動を行わせ,その際手部に生じている流体力を計測した.次にモデル実験で用いた手部モデル形態に関するデータをSWUMモデルに代入し,さらにモデル運動時の迎角,流入角,移動速度などのデータもSWUMに代入し,各種力学量を計算した.その結果,モデル実験における実測値とシミュレーション結果を比較すると,SWUMによって推定された力は,実測値よりやや小さく,過小評価されることが明らかとなった.ロボットを作成する際にどの程度の出力能力を持つモータを用いるかは大変重要なポイントとなるので,モデル実験のデータをもとにSWUMで用いている各種抵抗係数の同定を再度行った.具体的には,シミュレーションによって求まった肩関節に生じる力とモデル実験による実測値との誤差の2乗平均値が最も小さくなるように,各種抵抗係数を最適化手法により決定した.以上の過程を経て求まった抵抗係数を用いて,一流の男子自由形選手のクロール時のシミュレーションを実施した.その結果,各関節に生じるトルクおよび身体全体で発揮されるパワーが明らかとなった.結果の一例をあげると,泳速度が1.9m/sの場合,全発揮パワーは750.34W,実際に推進に使われたパワーは159.6Wであり,機械的効率は21.2%という結果が得られた.
This study で は, の world type water swimming ロ ボ ッ ト を made す る た め の earlier order と し て, in the water swimming の swimmers の each body part に raw じ る flow physical や inertial force を presumption す る た め に island ら (2005) が open 発 し た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン ソ フ ト "SWUM" を with い て, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line っ て き た. し か し な が ら, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン results の justice を beg す 検 る た め に は, human も し く は そ を の model with い て, all kinds of mechanical quantity を be し measuring, comparing beg す 検 る necessary が あ る. そ こ で は 18 year, human hand model を し consummate, そ の model を reflux tank で unsteady な movement を さ せ た interstate の determination of 3 axis force の を し た. Be 験 で は, velocity of movement speed や あ る い は Angle of attack and other を variations change さ せ な が ら, swimmers の ス ト ロ ー ク action を imitate し た line movement を わ せ, そ の international hand に raw じ て い る flow physical を measuring し た. Time に モ デ ル be 験 で with い た hand モ デ ル form に masato す る デ ー タ を SWUM モ デ ル に substitution し, さ ら に モ デ ル の when motion Angle of attack, flow Angle, movement speed な ど の デ ー タ も SWUM into し に generations, all kinds of mechanical quantity を computing し た. そ の results, モ デ ル be 験 に お け る be measured numerical と シ ミ ュ レ ー シ ョ ン results を す る と Presumption, SWUM に よ っ て さ れ は た force, be measured numerical よ り や や small さ く, too small review 価 さ れ る こ と が Ming ら か と な っ た. ロ ボ ッ ト を made す る interstate に ど の degree の output ability を hold つ モ ー タ を with い る か は big - important な ポ イ ン ト と な る の で, モ デ ル be 験 の デ ー タ を も と に SWUM で with い て い る various resistance The coefficient を is set to を again. Specific に は, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ っ て o ま っ た shoulder masato section に raw じ る force と モ デ ル be 験 に よ る be measured numerical と の の error average numerical が 乗 も most small さ く な る よ う に, all kinds of resistance coefficient を optimization technique に よ り decided し た. Above の process を 経 て o ま っ た を resistance coefficient with い て, first-class の men free form の ク ロ ー ル when の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を be applied し た. そ の as a result, each section masato に raw じ る ト ル ク お よ び body all で 発 swing さ れ る パ ワ ー が Ming ら か と な っ た. Results の case を あ げ る と, swimming speed 1.9 m/s が の occasions, all 発 swing パ ワ ー は 750.34 W, be interstate に advancement に わ れ た パ ワ ー は 159.6 W で あ り, mechanical services は 21.2% と い う results ら が れ た.

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Prediction of fluid forces acting on a hand model in unsteady flow conditions
  • DOI:
    10.1016/j.jbiomech.2007.12.007
  • 发表时间:
    2008-01-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Kudo, Shigetada;Yanai, Toshimasa;Vennell, Ross
  • 通讯作者:
    Vennell, Ross
揚・抗力係数を用いた非定常流状態での手部流体力推定時の誤差
使用升力和阻力系数估算非定常流动条件下的手液力时出现错误
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大学生における26年間の体型と体力の推移とその関連性
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    佐々木 洋輔;高木 英樹;小川 剛司;辻 文;村瀬 陽介;椿本 昇三;西保 岳
  • 通讯作者:
    西保 岳
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    佐々木 洋輔;高木 英樹;辻 文;渡邊 和仁;村瀬 陽介;椿本 昇三;西保 岳
  • 通讯作者:
    西保 岳
Community development from the viewpoint of health
从健康角度看社区发展
  • DOI:
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    佐々木 洋輔;高木 英樹;小川 剛司;辻 文;村瀬 陽介;椿本 昇三;西保 岳;Yoko Kawamura
  • 通讯作者:
    Yoko Kawamura

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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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    $ 2.05万
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  • 批准号:
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    2019
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    2018
  • 资助金额:
    $ 2.05万
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  • 批准号:
    14F04728
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 2.05万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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