Biomechanische Modelle für das Laufen und Springen

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Biomechanische Modelle für das Laufen und Springen"

Christian Maier
vor 7 Jahren
Abrufe

1 Biomechanische Modelle für das Laufen und Springen Seminar M^3 Mo.ons in Man and Machines 18. Juni 2015 Andre Seyfarth Lauflabor TU Darmstadt

2 Was ist ein gutes Modell?

3 Biomechanische Modelle Körpermodell Muskulatur Neuronale Kontrolle Sensoren Ak.ver Bewegungs- apparat Segmente Gelenke Weichteile Passiver Bewegungs- apparat z.b. Bodenreak.onskraR Umgebung

4 Inverses Modell (Inverse Dynamik) Kinema.k BodenkräRe Susanne Lipfert (2009) Dissertation

5 Vorwärtsdynamische Modelle JenaWalker 2 (2005) OpenSim: Samuel Hamner (2010) Fumiya Iida Reflex- driven biped Hartmut Geyer (WCB, 2006)

6 Sprünge

7 Sprünge Sprünge ohne Anlauf Trampolin Hochstrecksprung Niedersprung Sprünge mit Anlauf Weitsprung Hochsprung Dreisprung

8 Weitsprung Anlauf Absprung Flugphase Landung

9 Dynamik des Weitsprungs Sprungweite Weite >6m Weite <5m >7m KSP MODELL Beinsteifigkeit Anstellwinkel (Grad)

10 Dynamik des Weitsprungs KSP y x Seyfarth et al. (1999) J. Biomechanics

11 Dynamik des Weitsprungs " (Landestoß) Was verursacht den Landestoß? Bodenreak.onskraR (N) Zeit (ms) Seyfarth et al. (1999) J. Biomechanics

12 Dynamik des Weitsprungs (Muskel) Sprungweite (m) Abflugwinkel ( ) Erweitertes Beinmodell für den Absprung > Segmen.erung > Streckermuskel Anlaufgeschwindigkeit v 0 (m/s) Anlaufgeschwindigkeit v 0 (m/s) Seyfarth et al. (2000) J Exp. Biol. Anstellwinkel α (Grad) Anstellwinkel α (Grad)

13 Op.maler Abflugwinkel v konstant v nicht konstant v Y v Y 45 op.mal Energie- verluste Op.maler Winkel für Weitsprung v X v X

14 Video: Sten Grimmer Lautewegungen

15 Beinfunk.on als Feder Weitsprung Lautewegungen Seyfarth et al., 1999 J Biomechanics Blickhan, 1989 J Biomechanics Seyfarth et al., 2002 J Biomechanics

16 x = a X y = a y Beinfunk.on als Feder F B = k (L 0 - L) P = F B /L k Steifigkeit l 0 Ruhelänge F B L L = Beinlänge L 0 = Ruhelänge Beinfeder

17 Ereignisse beim Laufen Landung: y ê und y = l 0 sin α 0 Abflug: F ê und F=0 Tutorial im IFS- WIKI Modellierung Lautewegungen Landung Abflug Kontakt Kontakt

18 Vom Rennen zum Gehen Landung Abflug Geyer et al. (2006) Proc Roy Soc Lond B

19 Masse- Feder- Modell Gehen Rennen vertical GRF GRF = Bodenreaktionskraft" (ground reaction force) Blau = Experiment Gelb = Modell vertical GRF Blickhan (1989) J Biomechanics" Geyer et al. (2006) Proc Roy Soc Lond B

20 Masse- Feder- Modell Geyer et al. (2006) Proc Roy Soc Lond B

21 Anpassung bei BeineigenschaRen Rennen auf weichem / hartem Untergrund Ferrris et al., 1999 J Biomechanics

22 Masse- Feder- Modell Was bedeutet das Modell? KräRe zeigen zum Körperschwerpunkt (KSP) KräRe sind propor.onal zur Beinverkürzung fester Fußpunkt (FP) auf dem Boden Wie können wir das Modell prüfen? Vergleich mit experimentellen Daten KSP FP Oberkörper Erweiterung des Modells Körpersegmente Beinsegmente 3D Laufen Fuß Neuromuskuläre Kontrolle Geyer et al. (2006) Proc Roy Soc Lond B

23 Gibt es eine elas.sche Beinfunk.on beim Gehen und Rennen? Laufband-Experiment Gang-Modell bes.mme k LEG CoM = center of mass (Körperschwerpunkt) GRF = ground reaction force (Bodenreaktionskraft) Lipfert et al. (2012) J Theor. Biol.

24 Gibt es eine elas.sche Beinfunk.on? Rennen Gehen Bein- krar Bein- länge Susanne Lipfert (2009) Dissertation

25 Gibt es eine elashsche BeinfunkHon? Running Walking TD TD TD = touch down, TO = take off, c = contralateral leg Susanne Lipfert (2009) Dissertation

26 Der Oberkörper

27 Hüftmoment Bein-Feder Maus et al. (2010) Nature Communications

28 Virtual Pivot Point (VPP model) Idee: Hüftmoment lenkt Beinkraft auf VPP aus Maus et al. (2010) Nature Communications

29 VPP Modell: Maus et al. (2008) CLAWAR

30 Maus et al. (2010) Nature Communications

31 Vielen Dank!

32 Tutorial Matlab/Simulik 1) Freier Fall 2) Feder- Masse- Schwinger 1D 3) Feder- Masse- Schwinger 2D 4) Feder- Masse- Modell (SLIP) für das Springen 5) Feder- Masse- Modell (SLIP) für das Rennen

33 Free_Fall

34 Spring_Mass_1D

35 Spring_Mass_2D

36 Spring_Mass_Jump

37 Create Subsystem

38 Spring_Mass_Jump_Landing

39 Spring_Mass_Running

40 Spring_Mass_Running

41 End of Tutorial

42 Projektvorschläge 1) Übergänge (Gehen/Rennen, Rennen/Sprung) 2) 3D Rennen mit Richtungswechsel 3) MuskeleigenschaRen im Bein beim Rennen und Springen 4) Einfluss von BodeneigenschaRen beim Rennen und Springen

43 Gruppen TU Darmstadt (+Partner) Gruppe 1 Neuronales Isabell W Cynthia M Carola E 2 Neuronales +Muskel Sabrina C Birgit S Toni S Chris.an S

Ähnliche Dokumente

Forschungsansatz des Lauflabors

Forschungsansatz des Lauflabors Experimente Modelle Robotik 25.02.13 Fachbereich 3 Institut für Sportwissenschaft Prof. Andre Seyfarth 9 Erste Laufroboter CHEAP DESIGN 2004 2005 2006 2008 FuJuBot JenaWalker