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adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group2:laufmodelle

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adp_laufrobotik:adp_2012_ws_group2:laufmodelle [18.02.2013 00:59] – [Laufmodellierung] Filip Cengicadp_laufrobotik:adp_2012_ws_group2:laufmodelle [28.11.2022 00:11] (aktuell) – Externe Bearbeitung 127.0.0.1
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-====== Laufmodellierung ====== +====== Modellierung ====== 
-Die Modellierung der drei verschiedenen Bewegungsmodelle wurde mit Simulink realisiert. Grundlage bildete hierbei das Tutorium //Modellierung des Laufens//, welches uns im Rahmen der Veranstaltung zur Verfügung gestellt wurde und die Diplomarbeit von Elmar Dittrich (2005).+Die Modellierung der drei verschiedenen Bewegungsmodelle wurde mit Simulink realisiert. Grundlage bildete hierbei das Tutorium "Modellierung des Laufens", welches uns im Rahmen der Veranstaltung zur Verfügung gestellt wurde und die Diplomarbeit von Elmar Dittrich (2005).
 Unterkapitel 1 zeigt die gemeinsam genutzten Subsysteme, die um Redundanzen zu vermeiden, ausgelagert wurden und somit nur einmal beschrieben werden. Unterkapitel 1 zeigt die gemeinsam genutzten Subsysteme, die um Redundanzen zu vermeiden, ausgelagert wurden und somit nur einmal beschrieben werden.
 Die darauffolgenden Unterkapitel beschreiben detailliert anhand von Bewegungsgleichungen und Blockschaltbildern die einzelnen Modelle. Es werden, aufbauend auf dem Modell //Laufen// nur die unterschiedlichen Modellierungen aufgezeigt und besprochen. Die darauffolgenden Unterkapitel beschreiben detailliert anhand von Bewegungsgleichungen und Blockschaltbildern die einzelnen Modelle. Es werden, aufbauend auf dem Modell //Laufen// nur die unterschiedlichen Modellierungen aufgezeigt und besprochen.
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 </imgcaption> </imgcaption>
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-Die linke Erweiterung zeigt den Feder-Dämpfer-Aktuator-Komplex. In der Mitte ist das Modell //Laufen seriell// mit der seriellen Feder unterhalb des Komplexes abgebildet. Rechts ist in Abb. 1 das //Gehen// mit zwei Beinen in der Zwei-Kontakt-Phase zu sehen.+Die linke Erweiterung zeigt den Feder-Dämpfer-Aktuator-Komplex. In der Mitte ist das Modell //Laufen seriell// mit der seriellen Feder unterhalb des Komplexes abgebildet. Rechts ist in <imgref image1> das //Gehen// mit zwei Beinen in der Zwei-Kontakt-Phase zu sehen.
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 **Dämpfer** **Dämpfer**
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-Der Dämpfer entzieht dem System Energie und soll somit Reibung innerhalb des Muskels simulieren.+Der Dämpfer entzieht dem System [[biomechanik/dynamik/dyn03#energie|Energie]] und soll somit Reibung innerhalb des Muskels simulieren.
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 **Aktuator** **Aktuator**
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-Der Aktuator fügt dem System während der Kontaktphase Energie hinzu und soll dem Aktin-Myosin des reales Muskels entsprechen.+Der Aktuator fügt dem System während der Kontaktphase [[biomechanik/dynamik/dyn03#energie|Energie]] hinzu und soll dem Aktin-Myosin des reales Muskels entsprechen.
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 +===== Gemeinsame Parameter =====
 +**Masse (**$m$**) des [[biomechanik/dynamik/dyn05#koerperschwerpunkt|Körperschwerpunkts]] [**$kg$**]**
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 +Die [[biomechanik/dynamik/dyn02#masse|Masse]] des gesamten Systems ist in dem [[biomechanik/dynamik/dyn05#koerperschwerpunkt|Körperschwerpunkt]] als Punktmasse konzentriert. Das restliche System wird als masselos angesehen. Schwingungen der einzelnen Komponenten in der Luft werden aufgrund der Masselosigkeit nicht betrachtet.
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 +\\
 +**Erdbeschleunigung (**$g$**) [**$\frac{m}{s^2}$**]**
 +\\
 +Die Erdbeschleunigung wird konstant mit $9,81 \frac{m}{s^2}$ angenommen.
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 +**step_a** 
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 +Dieser Paramater gibt die maximale Schrittanzahl an, nach der die Simulation abgebrochen wird.
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 +**Anfangsgeschwindigkeit (**$v_0$**) [**$\frac{m}{s}$**]**
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 +$v_0$ ist die initiale Geschwindigkeit, die die Punktmasse zu Beginn der Simulation hat. Dieser Parameter ist als Vektor angegeben und gibt die [[/biomechanik/kinematik/kin01#geschwindigkeit|Geschwindigkeit]], in X- und Y-Komponente getrennt, an.
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 +\\
 +**Startposition (**$x_0$**) [**$m$**]**
 +\\
 +$x_0$ ist die Anfangsposition der Punktmasse als Vektor mit x- und x-Komponente. Hier können durch eine Differenz zu der Ruhelänge des Beines $L_0$ verschiedene Startbedingungen simuliert werden.
 +\\
 +\\
 +**Beinlänge (**$L_0$**) [**$m$**]**
 +\\
 +Ruhelänge des Beines.
 +\\
 +\\
 +**Federsteifigkeit (**$k$**) [**$\frac{N}{m}$**]** 
 +\\
 +Über diesen Parameter wird die Federsteifigkeit definiert.
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 +\\
 +**Dämpfungskonstante (**$b$**) [**$\frac{N}{\frac{v}{s}}$**]** 
 +\\
 +Angabe der Dämpfung.
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 +**Aktuatorkraft (**$F$**) [**$N$**]** 
 +\\
 +Dieser Parameter gibt an, mit welcher Kraft der Aktuator während der Kontaktphase wirkt.
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 +**Rampe [Anfangsschritt Endschritt Steigung]**
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 +Mittels dieses Parameters kann eine Geschwindigkeitsänderung während der Simulation realisiert werden. Angegeben wird hierbei der Anfangschritt, also nach wie vielen Schritten das System [[biomechanik/kinematik/kin01#beschleunigung|beschleunigen]] soll und bei wie vielen Schritten das System wieder eine konstante [[biomechanik/kinematik/kin01#geschwindigkeit|Geschwindigkeit]] annehmen soll (Endschritt). Die Steigung gibt hierbei die Geschwindigkeitszunahme an.
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 +===== Spezielle Parameter für serielles Laufen =====
 +Für die Modelle //Laufen// und //Gehen// genügen die oben angegebenen Parameter.
 +Das serielle Laufen hat die Besonderheit, dass zwei Federn eingesetzt werden, die separat eingestellt werden können.
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 +**Ruhelängen (**$L_1, L_2$**) [**$m$**]**
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 +Anstelle des Parameters L0 werden nun die Ruhelängen der parallelen und seriellen Feder definiert. Aus der Summe dieser beiden Federn wird in Simulink die reale Beinlänge ermittelt.
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 +**Federsteifigkeiten (**$k_1, k_2$**) [**$\frac{N}{m}$**]**
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 +Ebenso wie bei der Länge der Federn kann die Federsteifigkeit separat eingestellt werden. 
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 +**Erklärungen zu Umsetzungen mit Simulink**
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 +Um die Blockschaltbilder übersichtlich zu gestalten, wurden alle festen Parameter als Konstanten direkt in die jeweiligen Subsysteme integriert. Somit wurde zum Beispiel die Kraft des Aktuators nicht aus dem Hauptblockbild in die Systeme //Berechnung//,  //Laufen// und schließlich in //Kraft parallel// geführt, sondern direkt in dem, in der Hierarchie am niedrigsten, System eingefügt.
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 +**Ein/Ausgänge**
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 +Nachfolgend sollen wiederkehrende Bezeichnungen der Ein- und Ausgänge der Blockschaltbilder aufgezeigt und deren Bedeutung kurz skizziert werden, sodass ein schnelles Einarbeiten und Verstehen der nachfolgenden Blockschaltbilder gewährleistet ist.
 +Die Ein- und Ausgänge wurden, soweit möglich, mit den gängigen Abkürzungen benannt. So steht $x$ für die Position, $v$ für die Geschwindigkeit und $a$ für die [[biomechanik/kinematik/kin01#beschleunigung|Beschleunigung]]. Der Suffix $xy$ bedeutet hierbei, dass in dem Kanal ein Vektor enthalten ist, in dem sowohl die $x$- als auch $y$-Komponente enthalten ist. Da Simulink kontinuierlich über die Zeit rechnet, wurde bei dem Hautpschaltbild noch ($t$) angehängt, um dies zu verdeutlichen.
 +Analog gilt dies für die oben vorgestellten Parameter. Wird von dieser Konvention abgewichen, so geschieht dies, um zum Beispiel die Kraftkomponente der Feder des rechten Beins von dem des linken Beins zu trennen. Dennoch wurde versucht mit der Bezeichnung nahe an der Konvention zu bleiben bzw. die Variablen selbsterklärend zu bezeichnen.
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adp_laufrobotik/adp_2012_ws_group2/laufmodelle.1361145571.txt.gz · Zuletzt geändert: 28.11.2022 00:10 (Externe Bearbeitung)


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