Extraction of Functional Role of Sports Shoes Based on Dynamics analysis of a Shoes-Human Coupling System

基于鞋-人耦合系统动力学分析的运动鞋功能作用提取

• 批准号: 21500578
• 负责人: KOIKE Sekiya
• 金额: $ 3.33万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21500578/
• 关键词: 動力学的分析; シューズ; 人体; 用具と人体の連成; 機能抽出; 前進の運動方程式; 足底圧分布; 関節機能; 全身の運動方程式; 順動力学的分析; 連成; 運動方程式; 足圧分布

This study has established a methodology to quantify the functional role of compressive characteristics of shoe sole by combining a finite-truss-element shoe sole model and the equation of whole-body motion. The equation of the shoe sole deformation was developed by modeling shoe sole as a construction of truss elements that have nonlinear spring and damper. The properties of the spring and damper were identified from impact test by using an impact device containing an accelerometer and an arm with impactor. The equation of whole-body motion was derived by modeling the human body as a system of 15-rigid linked segments. Dynamic contributions of the support leg joint torques, which were caused by the elastic and viscous forces on the shoe sole, to the generation of whole-body CG's acceleration were calculated under constant running speed condition. The results for a fore/mid foot striker indicate that 1) the ankle joint torque caused by the elastic property of the forepart of shoes sole contributes to the acceleration of whole-body CG, and 2) the knee joint torque caused by the viscous property of shoe sole shows negative contribution to the body support but shows positive contribution to the propulsion.

本研究建立了一种结合有限元鞋底模型和全身运动方程来量化鞋底压缩特性功能作用的方法。将鞋底建模为具有非线性弹簧和阻尼器的桁架结构，建立了鞋底变形方程。通过使用包含加速度计和带冲击器的臂的冲击装置进行冲击试验，确定了弹簧和阻尼器的性能。将人体建模为一个由15个刚体相连的系统，推导出了全身运动方程。计算了恒定跑速条件下支撑腿关节力矩对全身加速度产生的动态贡献。支撑腿关节力矩是由鞋底的弹性力和粘性力引起的。以前/中足前锋为例，结果表明：(1)鞋底前段弹性特性引起的踝关节扭矩对全身CG加速度有贡献；(2)鞋底粘性特性引起的膝关节扭矩对身体支撑有负贡献，对推进力有正贡献。

项目成果

身体-シューズ連成系の動力学的分析のためのシューズ特性のモデル化

用于身体-鞋子交互系统动态分析的鞋子特性建模

• 发表时间: 2011
• 作者: 翁晋平;小池関也
• 通讯作者: 小池関也

走動作における身体関節機能の定量化(足部MP関節を含む支持脚関節の機能)

跑步运动时身体关节功能的量化（支撑腿部关节的功能，包括足部 MP 关节）

• 发表时间: 2010
• 期刊: 日本機械学会シンポジウム:スポーツ・アンド・ヒューマン・ダイナミクス2010講演論文集
• 作者: 小池関也;石川達也;阿江通良
• 通讯作者: 阿江通良

シューズ-人体連成モデルを利用したシューズの機能抽出

利用鞋-人体交互模型提取鞋功能

• 发表时间: 2011
• 期刊: シンポジウム:スポーツ・アンド・ヒューマン・ダイナミクス2011講演論文集
• 作者: 小池関也;翁晋平
• 通讯作者: 翁晋平

走動作における足部MP関節トルクの順動力学的貢献

跑步运动中足部 MP 关节扭矩的前向动态贡献

• 发表时间: 2010
• 期刊: 第21回日本バイオメカニクス学会大会論集
• 作者: 小池関也;石川達也;阿江通良
• 通讯作者: 阿江通良

受動的関節自由度を考慮した身体動作の順動力学的分析手法の定式化

考虑被动关节自由度的身体运动正向动力学分析方法的制定

• 发表时间: 2009
• 期刊: 日本機械学会ジョイント・シンポジウム2009講演論文集
• 作者: 小池関也;石川達也
• 通讯作者: 石川達也