回転動作のバランス制御機構の解明～床の滑りやすさに対応する関節運動の検討～

阐明旋转运动的平衡控制机制 - 检查湿滑地板下的关节运动 -

基本信息

批准号：
22K11553
负责人：
井村祥子
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

床面と足底との摩擦係数の大きさは、床から身体に作用する前後左右方向の力に影響を与える。このため、バランス制御を必要とするスポーツや芸術的身体運動では床の滑りやすさに応じた身体制御が求められる。床の滑りやすさに応じて行われる体肢・体幹の運動を調べるためには、転倒状態をも分析する必要があるが、転倒・非転倒状態を作り出す実験は難しい。よって摩擦を自由に調整できるコンピュータシミュレーションモデルを用いて身体運動を生成し力学的機構を調べる方法が有効である．本研究の目的は摩擦による回転作用を組み込んだ回転動作のシミュレーションモデルを構築し，摩擦の大きさに応じて調整される関節運動とその力学を調べることである．本年度はシミュレーションモデルを作成するために，３回転以上回ることができる男女5名のバレエダンサーのピルエットの様子をモーションキャプチャーシステムと床反力計を用いて記録した。また、一軸張力センサーを用いてダンサーが着用していたバレエシューズと床反力計の表面との摩擦力を測定した。これまで収集したデータを用いて動力学的分析を行った結果、頭部と体幹の回転位相ずれを生み出す動作が回転時の角運動量ベクトル調整に影響を与えることが推測された。また、安定的に３回転を行うことができた女性ダンサーのデータを用いて、シミュレーションモデルの作成を行った。足の動きに応じて床から身体に作用する床反力を生成する様子を、両足部に仮定した粘弾性バネの復元力によってシミュレーションした。体幹以外のセグメントの運動は、実験で得られた関節運動学の入力によって決定した。現在はシミュレーションモデルの評価関数を試行錯誤しながら、これらのバネの粘弾性係数の決定のための最適化計算を行っている。

地板表面与脚底之间的摩擦系数的大小影响从地板作用于身体的前后左右方向的力。因此，在需要平衡控制的体育运动和艺术体能练习中，需要根据地板的光滑程度来控制身体。为了研究四肢和躯干根据地板的光滑程度进行的运动，需要分析跌倒的状态，但很难进行创建跌倒和不跌倒状态的实验。因此，使用可以自由调节摩擦力的计算机模拟模型来产生身体运动并研究机械机制是有效的。本研究的目的是构建一个包含摩擦引起的旋转效应的旋转运动仿真模型，并研究根据摩擦大小调整的关节运动及其动力学。今年，为了创建模拟模型，我们使用动作捕捉系统和地面反作用力计来记录五位男女芭蕾舞演员的旋转动作，这些舞者可以完成三转或三转以上。此外，还使用单轴张力传感器来测量舞者所穿的芭蕾舞鞋与地板反作用力计表面之间的摩擦力。使用迄今为止收集的数据进行动态分析的结果推断，在头部和躯干之间产生旋转相移的运动会影响旋转期间角动量矢量的调整。此外，还利用能够稳定进行三圈旋转的女舞者的数据创建了模拟模型。使用假定双脚中的粘弹性弹簧的恢复力来模拟响应足部运动而从地板作用于身体的地面反作用力的产生。除躯干外的其他节段的运动是由通过实验获得的关节运动学输入确定的。目前，我们正在进行优化计算，通过对仿真模型的评估函数进行反复试验来确定这些弹簧的粘弹性系数。