Experiment

Das Experiment wurde unter Verwendung des Marco-Hoppers (siehe Abbildung 1) konzipiert. Der Prüfstand wurde bereits für andere Projekte verwendet und ausführlich in den jeweiligen Projektberichten vorgestellt (vgl. Marco-Hopper).

Abbildung 1: Marco-Hopper

Versuchsdesign

Das Versuchsdesign wurde so konzipiert, dass unter gleichen Rahmenbedingungen unterschiedliche Bodenproben verwendet wurden. Die Rahmenbedingungen sind dabei fest definiert, sodass jedes Programm 20 Sekunden durchgefahren und dasselbe Energiemanagement genutzt wurde. Der Fuß des Marco-Hopper war stets mit einem stark dämpfenden Material (Adipren) ausgerüstet. Die gewonnen Daten wurden mittels MatLab/Simulink aufgezeichnet und im Nachhinein bearbeitet.

Bodenproben

Um die Einflüsse des Boden auf das Sprungverhalten zu erhalten wurden unterschiedliche Bodenproben mit divergierenden Eigenschaften verwendet. Die Bodenproben unterscheiden sich hinsichtlich Federung und Dämpfung signifikant, was sich in den späteren Ergebnisse deutlich zeigt (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2: Verwendete Bodenproben mit unterschiedlichen Eigenschaften

a) Eine zurechtgeschnittene Ferse von einem Laufschuh der Marke Asics.

b) Mehrfach zusammengeklebtes Papier, die die Eigenschaft von Beton simulieren soll.

c) Der obere Teil stellt den Fußpunkt mit dem Adiprene dar, darunter befindet sich erneut Adiprene als Aufpralluntergrund. Dieses Material ist stark dämpfend.

d) Hier wurden Ausschnitte von Isomatten zusammengelegt.

e) Herkömmliches Tartan, welches auch in der Leichtathletik verwendet wird, wurde hier genutzt.

Energiemodus

Der Marco-Hopper führt dem System eine konstante Energie hinzu, unabhängig von externen und internen Störungen. Die Energie wird durch eine Erhöhung der Steifigkeit während des Bodenkontaktes nach Midstance mit folgender Formel berechnet.

Mit Hilfe dieses Verfahrens wird ein bodenanpassendes Sprungverhalten gewährleistet (Kalveram et al., 2010).

Ergebnisse

Die Ergebnisse wurden ausführlich in dem Projektbereicht im Anhang vorgestellt, daher wird hier nur Bezug auf ein Beispiel genommen. Die folgende Abbildung stellt den maximimalen Sprunghöhenverlauf für die ersten Sprünge bei unterschiedlichen Bodeneinflüssen dar. Die Sprunghöhe wird über den Körperschwerpunkt bestimmt, da hier eine geringere Varianz im Verglich zum Fußpunkt gegeben ist. Der Vergleich der unterschiedlichen Sprunghöhen verdeutlicht den Einfluss des Untergrunds mit den individuellen Eigenschaften. Beim Verlauf ist deutlich zu erkennen, dass alle Höhen nach den ersten zwei bis drei Sprüngen abnehmen. Danach manifestiert sich für jeden Boden eine nahezu konstante Sprunghöhe. Der Schuh ist hierbei nicht nur in der Sprungleistung am besten, sondern stabilisiert sich auch am schnellsten. Direkt im Anschluss folgt das Adipren und mit etwas Abstand die restlichen Materialien. An dieser Grafik wird deutlich, wie entscheidend der Untergrund mit seinen individuellen Eigenschaften für Bewegungen darauf ist. Dennoch sind die Daten mit Bedacht zu begutachten, da umfangreichere Messungen mit dem System und Böden durchgeführt werden müssen, um aussagekräftige Aussagen zu generieren. Weiterhin können auch Steuerungsfehler im Modell zu unterschiedlichen Reaktionen auf den Boden resultieren, die falsch angenommen werden.

Abbildung 3: Sprunghöhenverlauf in Abhängigkeit vom Untergrund

Interpretation

An diesem Beispiel zeigt sich welche Anforderungen Materialien haben sollten, um im Sport beispielsweise bestmögliche Ergebnisse zu erzielen. Der Schuh ist dabei am erfolgreichsten, da nicht nur eine gute Dämpfung gegeben ist sondern ebenso eine optimale Federung damit höhere Sprunghöhen gewährleistet werden können. Aus diesen Untersuchungen wird klar, warum Sportschuhe in dieser Form konzipiert sind. Somit wird deutlich, dass der Boden einen erheblichen Einfluss auf die Leistung des Athleten hat, da dieser permanent mit ihm interagiert. Dennoch müssen weitere Untersuchen in der Zukunft durchgeführt werden, da der Marco-Hopper lediglich eine Abstraktion des menschlichen Sprungverhaltens ist. Ebenso wären Untersuchungen an Probanden von erhöhtem Interesse um weitere Einflüsse sichtbar zu machen und in zukünftigen Prüfständen zu integrieren.

Eine weitere Möglichkeit zur Untersuchung dieser Einflüsse lässt sich mit Hilfe von Modellen durchführen, die im anschließenden Kapitel vorgestellt werden.

adp_laufrobotik/bodeninteraktion/experiment.txt · Zuletzt geändert: 03.03.2015 12:15 von Dennis Dahms
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