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--- adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group1 [12.04.2013 11:06] – [Motivation] Fabian Hoitz
+++ adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group1 [27.11.2022 23:55] (aktuell) – Externe Bearbeitung 127.0.0.1
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-====== Hopping (G1) ======
+====== Hopping ======
 ^ Thema | Simulation eines biologischen Muskels und die Entwicklung eines mechanischen Konzepts |
 ^ Veranstaltung | [[:veranstaltungen#adp_laufrobotik|ADP Laufrobotik]] |
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 Menschen  und Tiere bewegen sich in  unterschiedliche Bewegungsformen, wie schwimmen, laufen, rennen, springen, etc. Kängurus haben eine sehr gute Energiebilanz bei der Bewegungsform Springen. Allgemein betrachtet, müssen zum Springen alle Beine gleichzeitig den Körper vom Boden abdrücken.  Sprunghöhe und -weite ergeben sich aus der Kraft der Beine und der Länge der Kraftwirkung, der sogenannten Federstrecke. Bei den Kängurus ist zur Vergrößerung der Federstrecke der Fuß länger geworden und bei schneller Fortbewegung berühren nur die Spitzen der Zehen den Boden, wie es z.B. bei Huftieren auch der Fall ist [Thiele (2010)]. Über eine Bewegungssimulation, unter Anwendung des Muskelmodells nach Hill und Häufle, soll der Sprungvorgang  [[adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group1:simulation|simuliert]] und anschließend auf ein [[adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group1:konzept|mechanisches Antriebskonzept]] übertragen werden.
 ===== Aufgabenstellung =====
-Springen und Hüpfen ist eine wichtige Bewegungsform des Menschen. Der Sprungvorgang soll daher Anwendung in der Prothetik und der Robotik finden. Um diesen Vorgang mechanisch umsetzen und optimieren zu können, wird der biologische Muskel anhand des Muskel Modells nach [[adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group1:muskel|Hill und Häufle]] beim Springen simuliert. <html></br></html>
+Springen und Hüpfen ist eine wichtige Bewegungsform des Menschen. Der Sprungvorgang soll daher Anwendung in der Prothetik und der Robotik finden. Um diesen Vorgang mechanisch umsetzen und optimieren zu können, wird der biologische Muskel anhand des Muskel Modells nach [[adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group1:muskel|Hill und Häufle]] beim Springen simuliert.<html></br></html>
-Das Springen gehört zu den elementaren Bewegungen im Sport und Alltag. Simuliert wird ein Muskel mit zwei Massen, der Körper- und der Fußmasse, während des Sprungvorganges. Der Muskel repräsentiert den Beinmuskel, der durch seine Kontraktion die Körper- und die Fußmasse nach oben befördert. Für eine kurze Zeit hat die Masse m<html><font size="0">1</font></html>, die Fußmasse, keinen Bodenkontakt mehr[D. F.
+Das Springen gehört zu den elementaren Bewegungen im Sport und Alltag. Simuliert wird ein Muskel mit zwei Massen, der Körper- und der Fußmasse, während des Sprungvorganges. Der Muskel repräsentiert den Beinmuskel, der durch sein Kontraktion die Körper- und die Fußmasse nach oben befördert. Für eine kurze Zeit hat die Masse $m_1$, die Fußmasse, keinen Bodenkontakt mehr[D. F. B. Haeufle und Seyfarth (2012)]. Die Masse $m_2$, die Körpermasse, befindet sich, wie beim Menschen, über der Fußmasse. Als Grundlage hierfür dient das in Abbildung 2 dargestellte [[adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group1:hopper|Marco-Hopper-Modell]].<html></br></html>
-B. Haeufle und Seyfarth (2012)]. Die Masse m<html><font size="0">2</font></html>, die Körpermasse, befindet sich, wie beim Menschen, über der Fußmasse. Als Grundlage hierfür dient das [[adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group1:hopper|Marco Hopper Modell]] [Bild 1]. <html></br></html>
+ In der Simulation wird das Muskelmodell nach Hill und Häufle [Haeufle u. a. (2012)] in das Marco-Hopper-Modell implementiert, dabei muss der spezifische Aufbau des Hoppers angepasst werden. Die [[adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group1:simulation|Simulation]] wird mit [[:matlab|Matlab]]/Simulink ausgeführt. Darüber hinaus soll mithilfe der Simulation des Muskelmodells ein reales Antriebskonzept über eine geeignete Kinematik, die die geforderten Funktionen erfüllt, erarbeitet und [[adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group1:konzept|konzipiert]] werden. Die geometrischen Abmessungen des Hopper-Modells stellen dabei eine Annäherung dar und sollen hauptsächlich als Vorlage dienen. Zu dem erarbeiteten realen Antriebskonzept soll ein vereinfachtes CAD-Modell erstellt werden. Dieses wird mit NX Unigraphics 8.5 modelliert.
-In der Simulation wird das Muskelmodell nach Hill und Häufle [D. F.
-B. Haeufle und Seyfarth (2012)] in das Marco Hopper Modell implementiert, dabei muss der spezifische Aufbau des Hoppers angepasst werden. Die [[adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group1:simulation|Simulation]] wird mit [[:matlab|Matlab]]/Simulink ausgeführt. Darüber hinaus soll mithilfe der Simulation des Muskelmodells ein reales Antriebskonzept über eine geeignete Kinematik, die die geforderten Funktionen erfüllt, erarbeitet und [[adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group1:konzept|konzipiert]] werden. Die geometrischen Abmessungen des Hopper-Modells stellen dabei eine Annäherung dar und sollen hauptsächlich als Vorlage dienen.<html></br></html>
-Zu dem erarbeiteten realen Antriebskonzept soll ein vereinfachtes CAD-Modell erstellt werden. Das CAD-Modell wird mit NX Unigraphics 8.5 modelliert.
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 ===== Hauptziele =====
-Mithilfe der Simulation des Sprungvorganges auf der Basis des Muskel Modells nach Hill und Häufle
+Mithilfe der Simulation des Sprungvorganges auf der Basis des Muskel Modells nach Hill und Häufle kann das biologische System mit dem mechanischen Muskelmodell verglichen werden. Dabei soll eine Modellbetrachtung und ein Energievergleich des simulierten und des mechanischen Systems durchgeführt werden. Langfristig soll das mechanische Konzept eine mechatronische Nachbildung des menschlichen Muskels ermöglichen. Spätere Anwendungen befinden sich beispielsweise in der Prothetik. In der Abbildung 3 sind die Hauptziele des Projektes aufgelistet.
-kann das biologische System mit dem mechanischen Muskelmodell verglichen werden. Dabei soll eine
-Modellbetrachtung und ein Energievergleich des simulierten und des mechanischen Systems durchgeführt werden. Langfristig soll das mechanische Konzept eine mechatronische Nachbildung des menschlichen Muskels ermöglichen. Spätere Anwendungen befinden sich beispielsweise in der Prothetik. In
-Bild 2 sind die Hauptziele des Projektes aufgelistet.
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 ===== Zeitplan =====
-Kick-off des Projektes „Laufrobotik - Simulation von biologischen Muskeln und Umsetzung in ein technisches Antriebskonzeptes„ ist Anfang November 2012 in einer Gruppe von Interessenten gewesen. In
+Kick-off des Projektes "Laufrobotik - Simulation von biologischen Muskeln und Umsetzung in ein technisches Antriebskonzeptes" ist Anfang November 2012 in einer Gruppe von Interessenten gewesen. In den ersten Wochen wird notwendiges biologisches Fachwissen vermittelt, um einen guten Einblick in das Thema der Laufrobotik zu bekommen und um damit eine Aufgabenstellung im Team heraus arbeiten zu können. Ende November gab es daher die Aufgabe zwei Projektteams zu bilden, um dann mit der jeweiligen Gruppe (aus 6 und 7 Mitgliedern) die selbstgestellte Aufgabestellung zu bearbeiten. Nach der notwendigen Vorarbeit der Zielfdefinition und der damit verbundenen Aufgabenteilung wird ein Zeitplan erstellt. Dieser Zeitplan (Abbildung 4) umfasst das gesamte Projekt, auch mit der Fertigstellung der Dokumentation. Unterteilt wird er in Meilensteine und mehreren Zwischenzielen, um einen besseren Überblick über den Projektstatus jederzeit ermöglichen zu können. Einige Aufgaben können dabei parallel bearbeitet werden, andere erfordern ein sequentielles Arbeiten.
-den ersten Wochen wird notwendiges biologisches Fachwissen vermittelt, um einen guten Einblick in
-das Thema der Laufrobotik zu bekommen und um damit eine Aufgabenstellung im Team heraus arbeiten zu können. Ende November gab es daher die Aufgabe zwei Projektteams zu bilden, um dann
-mit der jeweiligen Gruppe (aus 6 und 7 Mitgliedern) die selbstgestellte Aufgabestellung zu bearbeiten.
-Nach der notwendigen Vorarbeit der Zielfdefinition und der damit verbundenen Aufgabenteilung wird
-ein Zeitplan erstellt. Dieser Zeitplan [1.3 1.4] umfasst das gesamte Projekt, auch mit der Fertigstellung
-der Dokumentation. Unterteilt wird er in Meilensteine und mehreren Zwischenzielen, um einen besseren Überblick über den Projektstatus jederzeit ermöglichen zu können. Einige Aufgaben können dabei
-parallel bearbeitet werden, andere erfordern ein sequentielles Arbeiten.
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 ===== Aufgabenteilung =====
-Unsere Projektgruppe setzt sich aus sieben Mitgliedern zusammen, zwei Sportwissenschaftlern und fünf
+Unsere Projektgruppe setzt sich aus sieben Mitgliedern zusammen, zwei Sportwissenschaftlern und fünf MaschienenbauerInnen. Um ein zielgerichtetes Arbeiten im Team zu ermöglichen müssen Teilaufgaben zugeteilt werden.<html></br></html>
-MaschienenbauerInnen. Um ein zielgerichtetes Arbeiten im Team zu ermöglichen müssen Teilaufgaben
+Entsprechende Teilaufgaben wurden in drei Teilbereiche zusammengefasst. Die Aufgaben unterteilen sich in das biologische Fachwissen von Muskelaufbau und -funktion, in die Simulation und in die Entwicklung eines mechanischen Konzeptes. <html></br></html>
-zugeteilt werden. <html></br></html>
+Simulation und Konzeptbildung basieren auf dem Muskelmodell von Hill und Häufle. Entsprechend dieser Aufgabenteilung wurden die Gruppenmitglieder je nach Fähigkeiten zu geordnet. Der Aufgabenbereich Simulation befasst sich mit der Simulation des Sprungvorganges eines Muskelmodells nach Hill und Häufle basierend auf dem Modell des Marco-Hopper. Zu diesem Bereich gehört auch das Aufstellen der Bewegungsgleichungen und die Berechnung der Kinematik. <html></br></html>
-Entsprechende Teilaufgaben wurden in drei Teilbereiche zusammengefasst. Die Aufgaben unterteilen sich in das biologische Fachwissen von Muskelaufbau und -funktion, in die Simulation und in die Entwicklung eines mechanischen Konzeptes.<html></br></html>
+Ein anderer Bereich ist die Konzeptionierung und Auslegung eines mechanischen Antriebskonzeptes, welches, wie in der Simulation, als Grundlage den Marco-Hopper hat. Der mechanischen Antrieb des Marco-Hopper-Modells soll durch ein mechanisches Antriebskonzept basierend auf den Muskelmodell nach Hill und Häufle ersetzt werden. Dazu soll ein mechanisches Konzept und ein Entwurf in CAD mit NX Unigraphics erstellt werden. Des Weiteren müssen die einzelnen Komponeten des Hill und Häufle Modells mit mechanischen Komponenten ersetzt werden. Die Auslegung der Komponenten Motor, Dämpfer, Feder und Energiewandler befindet sich auch  in diesem Aufgabenbereich. <html></br></html>
-Simulation und Konzeptbildung basieren auf dem Muskelmodell von Hill und Häufle. Entsprechend dieser Aufgabenteilung wurden die Gruppenmitglieder je nach Fähigkeiten zu geordnet. Der Aufgabenbereich Simulation befasst sich mit der Simulation des Sprungvorganges eines Muskelmodells nach Hill und Häufle basierend auf dem Modell Marco Hopper. Zu diesem Bereich gehört auch das Aufstellen der Bewegungsgleichungen und die Berechnung der Kinematik.<html></br></html>
-Ein anderer Bereich ist die Konzeptionierung und Auslegung eines mechanischen Antriebskonzeptes, welches, wie in der Simulation, als Grundlage den Marco Hopper hat. Der mechanischen Antrieb des Marco Hopper Modells soll durch ein mechanisches Antriebskonzept basierend auf den Muskelmodell nach Hill und Häufle ersetzt werden. Des Weiteren müssen die einzelnen Komponeten des Hill und Häufle Modells mit mechanischen Komponenten ersetzt werden. Die Auslegung der Komponenten Motor, Dämpfer, Feder und Energiewandler befindet sich auch in diesem Aufgabenbereich.<html></br></html>
 Biologisches Fachwissen und dessen Vermittlung stellt einen weiteren wichtigen Bereich dar. Dies beinhaltet auch eine Literaturrecherche von wichtigen biologischen Parameter und die Validierung der Simulationsergebnisse. Die Teilaufgabe umfasst auch eine Aufbereitung der erarbeiteten Ergebnisse dieses Projektes im Wikipedia des Instituts für Sportwissenschaft. Darin sollen die Ergebnisse strukturiert zusammengefasst und für jederman verständlich dargestellt werden.
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