biomechanik:aktuelle_themen:projekte_ss21:atsb2103
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biomechanik:aktuelle_themen:projekte_ss21:atsb2103 [26.07.2021 08:56] – [2.2 "Roll-over shape" (ROS) und "zero moment point" (ZMP)] Alexandra Schneider | biomechanik:aktuelle_themen:projekte_ss21:atsb2103 [28.11.2022 00:58] (aktuell) – Externe Bearbeitung 127.0.0.1 | ||
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====== 1. Einleitung ====== | ====== 1. Einleitung ====== | ||
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- | ==== 2.1 Windlass-Mechanismus ==== | + | ==== 2.1 Truss- und Windlass-Mechanismus ==== |
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- | Sobald die Fußzehen beim Abrollen über den Fußballen gestreckt werden, wird die Sehne wieder verkürzt, was zu einer Verhärtung des Fußes führt. Dadurch wird der Fußbogen wieder angehoben und die Ferse nach oben gebracht. Die zuvor gespeicherte Energie in der Sehne wird nun wieder freigegeben und für das Abdrücken vom Boden verwendet. Dadurch, dass der Fußbogen seine Form leicht ändern kann und der Fuß am Anfang der Bewegung weich und elastisch ist, können große Kräfte absorbiert werden. Dies ermöglicht dem Menschen Sprung- und Sprintbewegungen auszuführen, | + | Sobald die Fußzehen beim Abrollen über den Fußballen gestreckt werden, wird die Sehne wieder verkürzt, was zu einer Verhärtung des Fußes führt. Dadurch wird der Fußbogen wieder angehoben und die Ferse nach oben gebracht. Die zuvor gespeicherte Energie in der Sehne wird nun wieder freigegeben und für das Abdrücken vom Boden verwendet. Dadurch, dass der Fußbogen seine Form leicht ändern kann und der Fuß am Anfang der Bewegung weich und elastisch ist, können große Kräfte absorbiert werden |
Am Ende der Bewegung ist der Fuß hingegen sehr steif und fest, was das Abdrücken vom Boden unterstützt und zu einer optimalen Kraftübertragung führt. Wäre der Fuß weiterhin elastisch, würde sehr viel Kraft im Boden verloren gehen. So hingegen kann die in den Sehnen gespeicherte Kraft für eine flüssige Vorwärtsbewegung auf den Boden übertragen werden (Caravaggi et al., 2009). | Am Ende der Bewegung ist der Fuß hingegen sehr steif und fest, was das Abdrücken vom Boden unterstützt und zu einer optimalen Kraftübertragung führt. Wäre der Fuß weiterhin elastisch, würde sehr viel Kraft im Boden verloren gehen. So hingegen kann die in den Sehnen gespeicherte Kraft für eine flüssige Vorwärtsbewegung auf den Boden übertragen werden (Caravaggi et al., 2009). | ||
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==== 2.3 Fußzehen ==== | ==== 2.3 Fußzehen ==== | ||
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Die Zehen sind zudem individuell beweglich und ansteuerbar, | Die Zehen sind zudem individuell beweglich und ansteuerbar, | ||
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Neben den Vorteilen, die sich beim Laufen ergeben, sind Zehgelenke auch für andere Zwecke hilfreich. Hashimoto et al. (2011) konnten eine schnelle Drehbewegung auf der Stelle durch das Anheben der Hacke vom einen und der Spitze des anderen Fuß realisieren. Auch konnte durch den Einsatz von Zehen u.a. die Reichweite des Schusses eines Fußball spielenden Roboters verbessert werden (Dorer, 2017). Neben der Stabilität beim Laufen kann z.B. auch die Balance im Stehen verbessert werden (Kouchaki & Sadigh, 2014). | Neben den Vorteilen, die sich beim Laufen ergeben, sind Zehgelenke auch für andere Zwecke hilfreich. Hashimoto et al. (2011) konnten eine schnelle Drehbewegung auf der Stelle durch das Anheben der Hacke vom einen und der Spitze des anderen Fuß realisieren. Auch konnte durch den Einsatz von Zehen u.a. die Reichweite des Schusses eines Fußball spielenden Roboters verbessert werden (Dorer, 2017). Neben der Stabilität beim Laufen kann z.B. auch die Balance im Stehen verbessert werden (Kouchaki & Sadigh, 2014). | ||
- | Für das Design des Zehgelenks gibt es verschiedene Wahlmöglichkeiten. Die Hauptunterscheidung liegt zwischen aktiven und passiven Gelenken. Im Gegensatz zum aktiven Fall wird ein passives Gelenk nicht durch einen Motor gesteuert und hat somit auch den Vorteil, dass kein zusätzlicher Antrieb am Fuß benötigt wird. Der Nachteil verglichen mit dem aktiven Gelenk liegt in der geringeren Beeinflussbarkeit des Systems (Agarwal & Popovic, 2018). Außerdem kann durch ein aktives Zehgelenk ein zusätzliches Abstoßen realisiert werden, wodurch die Laufgeschwindigkeit weiter erhöht werden kann (Agarwal & Popovic, 2018). Durch das Anbringen einer Torsionsfeder am Zehgelenk (Kajita et al., 2007) kann bei der passiven Lösung Energie gespart werden, indem diese beim Aufsetzen des Fußes gespeichert und beim Abheben wieder freigegeben wird. Eine weitere Möglichkeit besteht in hybriden Gelenken. Bei diesen wird ein aktiv betriebenes Gelenk mit einem passiven Feder-Masse-Dämpfer-System kombiniert, wodurch die im Gelenk nötigen Drehmomente reduziert werden können (Kumar et al., 2007). Ouezdou et al. (2005) verglichen den Energieverbrauch von passiven, aktiven und hybriden Füßen und konnten zeigen, dass alle drei Modelle den Energieverbrauch im Vergleich zu einem herkömmlichen flachen Fuß reduzieren können. Der Fuß mit aktiven Zehgelenk zeigte zudem einen besseren Energieverbrauch als der passive, was mit der Möglichkeit eine effizientere Gangart zu wählen begründet wurde. Den geringsten Energieverbrauch wies die hybride Lösung auf. Bei den Studien, die Zehgelenken einen besseren Energieverbrauch bescheinigen, | + | Für das Design des Zehgelenks gibt es verschiedene Wahlmöglichkeiten. Die Hauptunterscheidung liegt zwischen aktiven und passiven Gelenken. Im Gegensatz zum aktiven Fall wird ein passives Gelenk nicht durch einen Motor gesteuert und hat somit auch den Vorteil, dass kein zusätzlicher Antrieb am Fuß benötigt wird. Der Nachteil verglichen mit dem aktiven Gelenk liegt in der geringeren Beeinflussbarkeit des Systems (Agarwal & Popovic, 2018). Außerdem kann durch ein aktives Zehgelenk ein zusätzliches Abstoßen realisiert werden, wodurch die Laufgeschwindigkeit weiter erhöht werden kann (Agarwal & Popovic, 2018). Durch das Anbringen einer Torsionsfeder am Zehgelenk (Kajita et al., 2007) kann bei der passiven Lösung Energie gespart werden, indem diese beim Aufsetzen des Fußes gespeichert und beim Abheben wieder freigegeben wird. Eine weitere Möglichkeit besteht in hybriden Gelenken. Bei diesen wird ein aktiv betriebenes Gelenk mit einem passiven Feder-Masse-Dämpfer-System kombiniert, wodurch die im Gelenk nötigen Drehmomente reduziert werden können (Kumar et al., 2007). Ouezdou et al. (2005) verglichen den Energieverbrauch von passiven, aktiven und hybriden Füßen und konnten zeigen, dass alle drei Modelle den Energieverbrauch im Vergleich zu einem herkömmlichen flachen Fuß reduzieren können. Der Fuß mit aktiven Zehgelenk zeigte zudem einen besseren Energieverbrauch als der passive, was mit der Möglichkeit eine effizientere Gangart zu wählen begründet wurde. Den geringsten Energieverbrauch wies die hybride Lösung auf. Bei den Studien, die Zehgelenken einen besseren Energieverbrauch bescheinigen, |
- | Ein Problem beim klassischen Design des Zehgelenkes ist, dass beim Anwinkeln der Zehen das gesamte Körpergewicht auf dem Zehgelenk lastet (Yamamoto et al., 2007). Yamamoto et al. (2007) haben deshalb ein Design entworfen, bei dem nicht nur das Zehsegement, | + | Ein Problem beim klassischen Design des Zehgelenkes ist, dass beim Anwinkeln der Zehen das gesamte Körpergewicht auf dem Zehgelenk lastet (Yamamoto et al., 2007). Yamamoto et al. (2007) haben deshalb ein Design entworfen, bei dem nicht nur das Zehsegement, |
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Qaiser, Z., Kang, L. & Johnson, S. (2017). //Design of a bioinspired tunable stiffness robotic foot. Mechanism and Machine Theory//, 110, 1-15. | Qaiser, Z., Kang, L. & Johnson, S. (2017). //Design of a bioinspired tunable stiffness robotic foot. Mechanism and Machine Theory//, 110, 1-15. | ||
- | Russo, | + | Russo, M., Chaparro-Rico, |
Seo, Jong-Tae, Yi, Byung-Ju. (2009). //Modeling and Analysis of a Biomimetic Foot Mechanism// | Seo, Jong-Tae, Yi, Byung-Ju. (2009). //Modeling and Analysis of a Biomimetic Foot Mechanism// | ||
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+ | ===== Bildnachweise ===== | ||
+ | ^ Abbildung | ||
+ | | 1 | A | Alexandra Schneider | ||
+ | | 2 | A | Alexandra Schneider | ||
+ | | 3 | A | Alexandra Schneider | ||
+ | | 4 | A | Alexandra Schneider | ||
+ | | 5 | A | Daniel Musekamp | ||
+ | | 6 | A | Daniel Musekamp | ||
+ | | 7 | A | Alexandra Schneider | ||
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biomechanik/aktuelle_themen/projekte_ss21/atsb2103.1627282570.txt.gz · Zuletzt geändert: 28.11.2022 00:55 (Externe Bearbeitung)