abschlussarbeiten:msc:niclaseschner
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abschlussarbeiten:msc:niclaseschner [10.05.2016 09:29] – [Stand der Technik Laufmodelle] Niclas Eschner | abschlussarbeiten:msc:niclaseschner [28.11.2022 00:11] (aktuell) – Externe Bearbeitung 127.0.0.1 | ||
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===== Einleitung ===== | ===== Einleitung ===== | ||
Jährlich werden in Deutschland cirka 50.000 untere Extremitäten amputiert.(Heller 2005) Damit verliert eine von 1500 in Deutschland lebenden Personen unwiederbringlich einen Teil ihrer unteren Extremitäten. Durch den Verlust können Mobilität, Selbstständigkeit und auch Selbstwert verloren gehen. Um die Auswirkung einer Amputation zu minimieren, wird der Patient mit einer möglichst passenden und guten Prothese versorgt.(Speigner 2010)\\ | Jährlich werden in Deutschland cirka 50.000 untere Extremitäten amputiert.(Heller 2005) Damit verliert eine von 1500 in Deutschland lebenden Personen unwiederbringlich einen Teil ihrer unteren Extremitäten. Durch den Verlust können Mobilität, Selbstständigkeit und auch Selbstwert verloren gehen. Um die Auswirkung einer Amputation zu minimieren, wird der Patient mit einer möglichst passenden und guten Prothese versorgt.(Speigner 2010)\\ | ||
- | Die Eigentliche Schnittstelle zum menschlichen Körper ist dabei der Schaft, der Kräfte auf den Stumpf überträgt und so in das Knochenskelett einbringt. Diese unnatürliche Belastung des Gewebes und der Haut am Stumpf kann zu schwerwiegenden und schmerzhaften Folgen führen. Die Herstellung eines Schaftes erfolgt im Großen und Ganzen nach einem Verfahren von 1959 (Laing 2011) und ist ein handwerklich-iterativer Prozess des Prothesentechnikers. Die ständige Weiterentwicklung | + | Die Eigentliche Schnittstelle zum menschlichen Körper ist dabei der Schaft, der Kräfte auf den Stumpf überträgt und so in das Knochenskelett einbringt. Diese unnatürliche Belastung des Gewebes und der Haut am Stumpf kann zu schwerwiegenden und schmerzhaften Folgen führen. |
- | Mit solchen Modellen kann das Verständnis des Schnittstellenverhaltens gesteigert werden und ein Teil der praktischen Entwicklungsarbeit durch Computermodelle erledigt werden.\\ | + | \\ |
- | Bei der Betrachtung der Stumpf-Schaft-Schnittstelle ist zu beachten, dass diese immer Teil des Gangapperates ist und somit in direkter Wechselwirkung mit diesem steht. Soll somit das vorhergesagt werden, wie sich eine bestimmte Veränderung am Schaft auswirkt, muss ein Rückschluss auf das zu erwartende Gangbild möglich sein.\\ | + | Die Herstellung eines Schaftes erfolgt im Großen und Ganzen nach einem Verfahren von 1959 (Laing 2011) und ist ein handwerklich-iterativer Prozess des Prothesentechnikers. Die Herstellung |
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+ | Bei der Betrachtung der Stumpf-Schaft-Schnittstelle ist zu beachten, dass diese immer Teil des Gangapperates ist und somit in direkter Wechselwirkung mit diesem steht. Soll somit vorhergesagt werden, wie sich eine bestimmte Veränderung am Schaft auswirkt, muss ein Rückschluss auf das zu erwartende Gangbild möglich sein.\\ | ||
===== Forschungsfrage und Vorgehen ===== | ===== Forschungsfrage und Vorgehen ===== | ||
- | Aus dem genannten Überlegungen folgt die, in der Einleitung bereits vorgestellte, | + | Aus den genannten Überlegungen folgt die globale Forschungsfrage: |
- | >Wie sieht ein mechanisches Ersatzmodell aus, das Rückschlüsse von Parametern aus der Stumpf-Schaft-Schnittstelle auf das zu erwartende dynamische Gangbild und Schnittstellenverhalten zulässt?< | + | //**Wie sieht ein mechanisches Ersatzmodell aus, das Rückschlüsse von Parametern aus der Stumpf-Schaft-Schnittstelle auf das zu erwartende dynamische Gangbild und Schnittstellenverhalten zulässt?**//\\ |
- | Damit wird deutlich, dass die Entwicklung eines Laufmodells für die Beantwortung dieser Frage erforderlich ist, um einen Rückschluss zu ermöglichen. Wie vielfältig die existierenden Laufmodelle sind, zeigt eine Recherche der entsprechenden Literatur. Somit kann eine weitere Frage formuliert | + | \\ |
- | >Wie muss eine Laufmodell aufgebaut sein, das zur Beantwortung der Forschungsfrage beitragen kann?< | + | Damit wird deutlich, dass die Entwicklung eines Laufmodells für die Beantwortung dieser Frage erforderlich ist, um einen Rückschluss |
+ | //**Wie muss eine Laufmodell aufgebaut sein, das zur Beantwortung der Forschungsfrage beitragen kann?**//\\ | ||
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Um die globale Forschungsfrage zu beantworten muss in dieses Laufmodell ein Stumpf-Schaft-Modell integriert werden, woraus sich eine weitere Forschungsfrage ableiten lässt:\\ | Um die globale Forschungsfrage zu beantworten muss in dieses Laufmodell ein Stumpf-Schaft-Modell integriert werden, woraus sich eine weitere Forschungsfrage ableiten lässt:\\ | ||
- | >Wie muss ein Stumpf-Schaft Modell aussehen, das in ein Laufmodell integriert werden kann und zur Beantwortung der Forschungsfrage beiträgt?< | + | //**Wie muss ein Stumpf-Schaft Modell aussehen, das in ein Laufmodell integriert werden kann und zur Beantwortung der Forschungsfrage beiträgt? |
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Um diesen komplexen Sachverhalt zu untersuchen, | Um diesen komplexen Sachverhalt zu untersuchen, | ||
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Generell besteht das Modell aus 7 Segmenten (blau), die über Drehgelenke miteinander verbunden sind. Zwischen dem Boden und der Fußunterseite wurde ein Bodenkontankmodell eingeführt. Für eine erste Validierung des Modells wurde auf Messdaten aus der Arbeit von Lipfert (Lipfert 2010) zurückgegriffen. \\ | Generell besteht das Modell aus 7 Segmenten (blau), die über Drehgelenke miteinander verbunden sind. Zwischen dem Boden und der Fußunterseite wurde ein Bodenkontankmodell eingeführt. Für eine erste Validierung des Modells wurde auf Messdaten aus der Arbeit von Lipfert (Lipfert 2010) zurückgegriffen. \\ | ||
- | Große Herausforderung bei der Erstellung dieses Modells stellte das Finden eines brauchbaren Bodenkontaktmodells dar. Letztendlich wurde eine Reibmodell nach dem Vorbild einer Stribeckkurve (Stribeck 1903) für die horizontalen Bodenreaktionskräfte eingeführt und Kontaktmodell nach dem Vorbild von Liu [59] für die horizontalen Kräfte. | + | Große Herausforderung bei der Erstellung dieses Modells stellte das Finden eines brauchbaren Bodenkontaktmodells dar. Letztendlich wurde eine Reibmodell nach dem Vorbild einer Stribeckkurve (Stribeck 1903) für die horizontalen Bodenreaktionskräfte eingeführt und Kontaktmodell nach dem Vorbild von Liu (Liu 2000) für die horizontalen Kräfte. |
Um die gegeben Trajektoriedaten für die Gelenke zweifach stätig differenzierbar zu machen und erste Grundlagen für ein prädiktives Modell zu legen wurden experimentell ermittelte Trajektorien (Lipfert 2010) über eine Fourier-Reihe beschrieben. Wie genau darüber ein prädiktiver Ansatz realisiert werden kann wird weiter unten beschrieben. Nach Winter (Winter 2009) genügen fünf Unterfrequenzen um die Trajektorien hinreichend genau zu beschreiben. Damit kann jede Trajektorie mit der untenstehenden Gleichung in Abbildung 2 abgebildet werden und wird durch 11 Fourier-Koeffizienten beschrieben. \\ | Um die gegeben Trajektoriedaten für die Gelenke zweifach stätig differenzierbar zu machen und erste Grundlagen für ein prädiktives Modell zu legen wurden experimentell ermittelte Trajektorien (Lipfert 2010) über eine Fourier-Reihe beschrieben. Wie genau darüber ein prädiktiver Ansatz realisiert werden kann wird weiter unten beschrieben. Nach Winter (Winter 2009) genügen fünf Unterfrequenzen um die Trajektorien hinreichend genau zu beschreiben. Damit kann jede Trajektorie mit der untenstehenden Gleichung in Abbildung 2 abgebildet werden und wird durch 11 Fourier-Koeffizienten beschrieben. \\ | ||
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==== Ergebnisse Stumpf-Schaft-Modell==== | ==== Ergebnisse Stumpf-Schaft-Modell==== | ||
- | An dem Modell können bereits ohne Integration in das Gesamtmodell erste Untersuchungen durchgeführt werden. So kann zum Beispiel eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt werden, um Parameter zu ermitteln, mit denen das Schnittstellenverhalten beeinflusst werden kann. Dabei existieren, in dem hier vorgeschlagenen Modell, im Wesentlichen vier Parameter die verändert werden können. Tabelle 2 zeigt diese Parameter und die Auswirkung auf die simulierten Größen der Stumpf-Schaft-Schnittstelle. \\ | + | An dem Modell können bereits ohne Integration in das Gesamtmodell erste Untersuchungen durchgeführt werden. So kann zum Beispiel eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt werden, um Parameter zu ermitteln, mit denen das Schnittstellenverhalten beeinflusst werden kann. Dabei existieren, in dem hier vorgeschlagenen Modell, im Wesentlichen vier Parameter die verändert werden können. Tabelle 2 zeigt diese Parameter und die Auswirkung auf die simulierten Größen der Stumpf-Schaft-Schnittstelle. |
abschlussarbeiten/msc/niclaseschner.1462865379.txt.gz · Zuletzt geändert: 28.11.2022 00:09 (Externe Bearbeitung)