Biomechanics: Arm Simulations 2

Modul 3M Seminar 2014
Kategorie 3M-Seminar 2014
Autor Kathrin Ruch, Georg Scheider, Frank Schneider
Betreuer Dr. rer. nat. Daniel Häufle
Bearbeitungsdauer ca. 30 Minuten


Introduction/Motivation

Modellierung, Simulation und Kontrolle einer vereinfachten Wurfbewegung des Menschen mit MATLAB/Simulink - Exposé

Im Rahmen des 3M-Seminar-Projektes soll ein Modell von einem Arm - bestehend aus starren Ober- und Unterarmknochen, zwei aktiven Muskeln und einem Freiheitsgrad - in MATLAB/Simulink modelliert werden, mit dem Ziel, einen Wurf zu simulieren.

Dazu soll das Modell für die Armbewegung zunächst nur mit einem Feder-Dämpfer-Element zwischen Ober- und Unterarm implementiert und getestet werden. Im Weiteren wird das Modell dann Schritt für Schritt erweitert und realitätsgetreuer gestaltet, indem zunächst die Auswirkung der Gravitation berücksichtigt, dann ein Muskel hinzugefügt und schließlich auch das Feder- Dämpfer-Element durch einen zweiten Muskel ersetzt wird.

Die implementierten Modelle mit ihrem unterschiedlichen Detailgrad werden hinsichtlich der Auswirkung von Parameteränderungen untersucht. Abschließend soll das komplexeste, also das Zwei-Muskel-Modell, in einer Simulation hinsichtlich einer möglichen Wurfbewegung analysiert werden.

expose_3m.pdf

Podcast






Summary

In diesem Projekt wurde in MATLAB/Simulink ein zweidimensionales Armmodell mit einem Freiheitsgrad im Ellbogen erstellt, mit dem ein senkrechter Wurf simuliert wird.
Angefangen bei einem einfachen Feder-Dämpfer-Modell wurden nach und nach die Gravitation berücksichtigt und komplexe, bereits vorhandene Muskelmodelle eingearbeitet. Schließlich entstand ein Armmodell bestehend aus zwei starren Stäben als Ober- und Unterarm und zwei Muskelmodellen als Bi- und Trizeps.

Im letzten Schritt wurde ein Ball als zusätzliche Masse berücksichtigt. Um die theoretische Wurfhöhe zu bestimmen, wurde der Bizeps vollständig aktiviert und die Winkelgeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt bestimmt, an dem Ober- und Unterarm einen rechten Winkel einschließen.
Auf diese Weise ergab sich eine Abwurfgeschwindigkeit des Balles von ca. 22 km/h und somit eine Wurfhöhe von ca. 24 Metern.

In Selbstversuchen wurde festgestellt, dass diese Wurfhöhe mit einer solchen Wurftechnik sehr unrealistisch ist, was aber auf die groben Vereinfachungen zurückzuführen ist, die in der Modellierung gegenüber der Realität gemacht wurden.

References

Haeufle, D F B, M Günther, A Bayer, and S Schmitt. 2014. “Hill-Type Muscle Model with Serial Damping and Eccentric Force-Velocity Relation.” Journal of Biomechanics 47 (6) (April 11): 1531–6. doi:10.1016/j.jbiomech.2014.02.009. (haeufle_2014b.pdf)

www.sport.uni-augsburg.de/de/studium/skripten/archiv/BPSkript.doc (bpskript.doc)

seminar_3m/3m_2014/arm2.txt · Zuletzt geändert: 11.07.2014 14:46 von Daniel Häufle
GNU Free Documentation License 1.3
Driven by DokuWiki Recent changes RSS feed Valid CSS Valid XHTML 1.0