Protokoll: Florian Hammen

Anwesend: A.Seyfahrt, M. Eslamy, M. Grimmer, F. Hammen, J. Lahnstein, B. Spring, P.Beckerle (später), F. Cengic (später), F. Zwetsch (später)

Themen

- Konzepte

- Bewegungsarten

- Anforderungen ermitteln

Konzepte

Vorstellung der Konzepte für den Demonstrator:

- nur translatorisch

- translatorisch mit Anbindung an zweigliedriges Bein

- nur rotatorisch

- rotatorisch mit Anbindung an zweigliedriges Bein

Die rotatorischen Konzepte werden verworfen da zu kompliziert. Die Anbindung an ein zweigliedriges Bein wird begrüßt da sehr anschaulich. Das vorliegende translatorische Konzept hat aber große kinematische Probleme (Kraft greift weit weg vom Knie an, Bein nicht komplett streckbar etc.).

Vorgeschlagene Verbesserung des Konzepts: „Muskelapparat“ und mechanisches Modell (Bein) werden separiert (Muskelapparat macht nur Kontraktion, wird aber sonst nicht mitbewegt). Die Anbindung wird über einen Seilzug oder Zahnriemen mit Umlenkrollen vorgenommen. Das Moment wird zunächst vom Muskelapparat auf eine Riemenscheibe am Fuß geleitet (da dort geringste Verschiebung). Von dort wird das Moment auf das Knie geleitet. Probleme: Verschiebung zwischen Muskelapparat und Fuß muss ausgeglichen werden (z.B. Riemenspanner, vllt auch vernachlässigbar wenn Verschiebung klein genug).

BESCHLUSS: Das vorgeschlagene verbesserte translatorische Konzept wird weiterverfolgt. Es wird nur ein Muskelapparat (nur Kontraktion) umgesetzt. Antagonistische Muskeln werden konzeptionell berücksichtigt, aber zunächst nicht umgesetzt. Es wird auch nur das Hill-Modell verwendet (der Muskelapparat soll aber so ausgeführt werden das er auf das Hill-Häufle Modell erweitert werden kann). Das gleiche gilt für die Simulation.

Bewegungsarten

Folgende Bewegungsarten wurden diskutiert:

Kniebeugen/ Gewicht heben: 1 Aktuation notwendig

Hüpfen: 1 Aktuation

Fahrrad: 2 Aktuationen (antagonistisch) (Fuß: Kreisbahn, Hüfte sollte sinnvollerweise auch mitaktuiert werden). Unteren Punkt (Fuß) als Hüfte definieren da weniger bewegt (für Einleitung des Moments)

Kicken: 2 Aktuationen

BESCHLUSS: Es werden nur Kniebeugen und Hüpfen umgesetzt, die anderen Bewegungsarten werden nur konzeptionell berücksichtigt.

Anforderungen ermitteln

Die erforderlichte Motorleistung, das Kniemoment und die Knie(winkel)geschwindigkeit müssen ermittelt werden, da Literaturwerte nicht übertragbar sind. Ebenso sind die erforderlichen Feder- und Dämpferkonstanten im Muskelapparat unbekannt

BESCHLUSS: Die Kennwerte für den Motor werden am mathematischen Modell des Demonstrators ermittelt durch Inverskinematik mit gemessenen Trajektorien aus Sprungversuchen (Daten: Martin), zudem die Bodenkontaktkraft (muss jedoch skaliert werden da unterschiedliche Masse). Es werden keine Muskelelastizitäten vorgesehn da die Schätzung am steifen System konservativ ist. Für die Masse des zweigliedrigen Beins werden 2kg angenommen (Erfahrungswert Philipp). Philipp stellt auch Werte für Kniebeugen zur Verfügung.

Kennwerte für den Muskelapparat können später evtl. durch Optimierungsstrategien ermittelt werden.

weiterhin offene Fragen

- Hill-Modell (einfacher, aber ohne Dämpfer, es soll aber einer drin sein) oder doch Hill-und-Häufle (mit Dämpfer)? - Vertikaler oder horizontaler Aufbau? Oder variabel?

Ziele bis zum nächsten Treffen

Sportler: - Bewegungsgrößen des Sprungs ermitteln (vertikale Hüft- oder Fußbewegung und Kniewinkel + Bodenkontaktkraft) bis nächste Woche Donnerstag

Maschinenbauer: - Simulink-Modell (oder auch Handrechnung) des Beins ohne Elastizität zur Inverskinematik (Ermitteln des Kniemoments/ der Knieleistung) - Berechnen der Motorkennwerte mithilfe der Messdaten der Sportler - Entwurf für mechanisches Beinmodell (insbesondere Anbindung an Aktorik)

Protokoll: Jonas Lahnstein

Anwesend: P. Beckerle, F. Hammen, F. Cengic, M. Grimmer, J. Lahnstein

Tagesordnung:

- Vorstellung Morphologischer Kasten, Nutzwertanalyse

- Vorstellung Demonstratorkonzepte

- Vorstellung Muskel-Ersatzmodelle

- Klärung von Fragen

Vorstellung der Muskel-Ersatzmodelle:

- Sowohl Häufle- als auch Hill-Modell sollten umsetzbar sein

- Hüpfen könnte auch mit einfacherem Ersatzmodell realisiert werden

- Vorschlag: Zunächst komplexe Bewegungen mit einfachen Muskel-Ersatzmodellen realisieren und umgekehrt

Fragen:

- Wieviele Führungen/Riemenscheiben werden benötigt?

- Welche Komponenten werden zusätzlich benötigt?

1. Elektronik

- Sollen unterschiedliche Kennlinien von Federn und Dämpfern realisierbar sein?

1. Verstellbare Steifigkeit vs. austauschbare Steifigkeit

1. Vorteil Jack Spring o.ä.: Keine unterschiedlichen Adapter für verschiedene Druckfedern notwendig

1. Vorteil unterschiedliche, austauschbare Federn: Geringerer Konstruktionsaufwand

1. Jack Spring, der nur offline verstellbar ist, ist einfacher zu realisieren

1. Aktor mit geregelter Dämpfungsrate

Ausblick:

- Welche Bewegungen sind interessant?

- Welche weiteren (einfacheren?) Muskelmodelle sind interessant?

- Welche Bewegungen sollten abgebildet werden? Handelt es sich dabei jeweils um rotatorische oder translatorische Bewegungen? Dadurch Entscheidungshilfe zwischen translatorisch und rotatorisch

- Demonstrator bildet nur einen einzelnen Muskel und kein komplettes Bein ab –> Komplette Bewgung auf einzelne Muskeln runterbrechen (Hüpfen: Nur Kniemuskulatur abbilden)?

- Viele Bewegungen umsetzen vs. sehr wenige Bewgegungen sehr anschaulich darstellen

- Interessante Komponenten für den Schüler: Aktor, Feder, Dämpfer

Ziele für das nächste Treffen:

- Welche Muskelmodelle und Bewegungen sollen umgesetzt werden?

- Welches Demonstratorkonzept soll umgesetzt werden?

- Konkrete Konzepte für Muskelmodelle für spezielle, ausgewählte Bewegungen realisieren

Termin für die nächsten zwei Treffen besprechen Vorschlag: Halbe Stunde später treffen, dafür halbe Stunde später aufhören, damit Philipp mehr vom Meeting mitbekommt

Protokoll: Philipp Beckerle

Outline

Vorstellung Wiki-Inhalte Bewegungsaufgabe Demonstratorkonzepte Anforderungen Demonstrator Zeitplan

Vorstellung Wiki-Inhalte

Hüpfen: Phasen (Flug, Landen, Stand, Absprung), Muskelmodelle (Hill, Häufle), MarcoHopper (Hüpfen mit steifen Sehnen), Konstruktive Erweiterung Marco um Häufle-Modell, Simulation erweiterter Marco. Interessant: Entkopplung der Motorträgheit? Laufen: 2 dimensional (vertikal oszillierend, horizontal), Laufmodelle aufgebaut (einbeinig, zweibeinig, unterschiedliche Muskeln), Prüfen Laufrobustheit bzgl Komplexität und Parametrierung (auch Abschaltung von Komponenten), Ziel Maximierung der Schritte, Rampe zur Erhöhung der Ganggeschwindigkeit. Interessant: Austausch/Abschaltung der Komponenten.

Bewegungsaufgabe

Hüpfen (1D), Laufen/Gehen/Rennen (2D), Kniebeugen (1D), Stehen (1D), Balancieren/Gleichgewicht (1D), Hubarbeit/Klettern/Leitersteigen/Treppensteigen (1D/2D), Halten/Gewichtskompensation (1D), Kicken/Impulseintrag (1D), Stoppen (1D), Oszillieren (1D). –> Woher kommen die Modelle für diese Aufgaben? Mechanische Ersatzschaltbilder?

Demonstratorkonzepte

Schnittstellen? Wieviele Anschlusspunkte? Pendel mit verschiebbarer Masse (Oszillieren - normal, Balance - invers, Halten - seitlich, Hüpfen - exzentrisch). Translatorisch mit Nuten als Schienen (Schnittstellen und Beschränkung mögliche Probleme). Vertikalen Riementrieb (gut für parallele Elemente). –> Konkretere Konzepte und Schnittstellen. Morphologischer Kasten. Kriterien definieren und Bewertung. 3 beste vorstellen.

Anforderungen an Demonstrator

Rotatorisch oder translatorisch? Wie komplex können Modelle werden? 1D leichter umsetzbar als 2D (Hüpfen 1D, Laufen 2D). Translatorisch ähnelt Muskel stärker. Entkopplung der Motorträgheit? Was ist der Vorteil, wenn ich nicht alles simuliere? Bauraum für (fremde) Komponenten? Hardwaresimulation des Anschlags?

Zeitplan

–> Per email einreichen und abstimmen.

Stand: 13.06.2013

Anforderungsliste für den Demonstrator, Stand: 04.07.2013

Morphologischer Kasten mit Nutzwerten, Stand: 20.06.2013

Nutzwertanalyse für Teillösungen, Stand: 20.06.2013

Konzeptstudie translatorisch vs. rotatorisch für ein beliebiges komplexes System (Marco-Hopper-Modell aus dem ADP Hopping), Stand: 20.06.2013

Gesamtkonzepte für den Demonstrator (rotatorisch/translatorisch, mit/ohne Anbindung an zweigliedriges Bein), Stand: 03.07.2013

Bewegungsmodelle zur Umsetzung mit einem zweigliedrigen Bein, Stand: 04.07.2013

Verbessertes Konzept für den translatorischen Muskelapparat gekoppelt mit dem zweigliedrigen Bein, Stand: 18.07.2013

Berechnung des erforderlichen Kniemoments und der Knieleistung des Demonstrator mittels Inversdynamik eines gemessenen Sprungs und Skalierung auf den Demonstrator.

Mechanisches System und Nomenklatur, Stand: 18.07.2013

MATLAB-Skript und Sprungdaten, Stand: 19.07.2013

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