Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit Ziele Einfache Handhabung der zwei Messsysteme s-t-Verlauf...

transcript

Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit

Einfache Handhabung der zwei Messsysteme

s-t-Verlauf F-t-Verlauf F-t-Verlauf s-t-Verlauf

Kameraeinheit (3 Kameras)USB-Verbindung zu PC

Lukotronic

Kameraeinheit MCU 200 (3 Kameras)aktive Infrarot-Marker

Controllerbox (Kabel- oder Funkverbindung)

Lukotronic

Marker senden Lichtpulse im infraroten Strahlungsbereich aus. Dabei ist zu einer Zeit immer nur eine Diode aktiv, wodurch die Eindeutigkeit der Marker gegeben ist

Die drei Kameras vermessen die einzelnen Markerpositionen, aus diesen Messdaten werden die exakten räumlichen 3d-Koordinaten berechnet

Durch eine andauernde Messung lässt sich eine zeitliche Abfolge der Markerpositionen im Raum ermitteln

Lukotronic – Funktionsweise

Bei welchem Marker wird die Positionsbestimmung einen geringeren Fehler in x-Richtung aufweisen (weshalb)?

Bild Kamera 1 Bild Kamera 3

Abbildungsebene Kamera 1

Abbildungsebene Kamera 3

Lukotronic Funktionsweise

Lukotronic – Funktionsweise1

Bild Kamera 1 Bild Kamera 3

Beim Marker 1 weisen die Geraden einen „günstigen“ (60 – 120°) Schnittwinkel auf.

Bewegungsanalyse in Echtzeit

Messdaten lassen sich exportieren und importieren

Messdaten sind 3-dimensional

Kalibrierung nach Inbetriebnahme selbsttätig

Erklären Sie die Bedeutung der blauen Wörter!

Lukotronic - Systemmerkmale

3-dimensional: kartesisches Koordinatensystem mit 3 Achsen Ein kartesisches Koordinatensystem ist ein

orthogonales Koordinatensystem(orthogonal – Achsen stehen im rechten Winkel

zueinander)

Kalibrierung: Ermittlung des Zusammenhanges zwischen den

ausgegebenen Werten eines Messgerätes und den bekannten Werten der Messgröße unter bekannten Bedingungen.

Dabei ist zu beachten dass Kalibrierung kein Abgleich keine Aussage über Drift beinhaltet.

Kalibrierung Beispiel: Werte Werterichtig Messgerät

[m] [m]0 0,21 1,32 1,93 3,14 4,25 5,4

0 1 2 3 4 5 6

richtige Werte [m]

Kalibrierung ist nur bei einer hohen Wiederholungsgenauigkeitsinnvoll. Wie wird Lukotronic kalibriert?

Messfrequenz: 1200 Hz (optional: 2400 Hz) pro Abtastung von einem Marker

Markeranzahl: max. 48

Messbereich: 1-7 m

Auflösung: 0.1 mm (Abstand = 1.5 m)

Mit welcher max. Frequenz kann bei einer Markeranzahl von 24 gemessen werden?

Lukotronic – Technische Merkmale

Öffnungswinkel Kamera: 20° waagrecht 50° senkrecht

Lukotronic – Technische Merkmale

Öffnungswinkel Marker: 180°

Kistler-Messplattform

Beim Piezoelektrischen Effekt entsteht bei Ausübung von Druck auf einen besonderen Kristall eine elektrische Ladung

Die Messplattform besitzt vier vorgespannte 3-Komponenten-Kraftsensoren

Die Ausgänge der vier 3-Komponenten-Kraftsensoren sind intern so auf 8 Kanäle reduziert, dass Kraft- und Momentmessungen in allen drei Achsen möglich sind.

Kistler-Funktionsweise

Bei den DMS-Sensoren wird zunächst eine elastische Verformung des Messkörpers in eine Widerstandsänderung des DMS umgewandelt, um anschließend ein elektrisches Ausgangssignal einer Wheatstoneschen Brückenschaltung zu generieren.

Der piezoelektrische Effekt beruht darauf, dass Kristalle unter Druckbelastung eine direkt zur eingeleiteten Kraft proportionale elektrische Ladung erzeugen. Mit Hilfe eines Verstärkers wird diese Ladung dann in eine proportionale Ausgangsspannung umgewandelt.

Bei der piezoelektrischen Messtechnik mit einer Sensorgröße ist ein weiter Messbereich ohne Genauigkeits- und Auflösungsverlust realisierbar.

Bei der Langzeitstabilität (Driftverhalten) hat die DMS-Technologie Vorteile, da es in der piezoelektrischen Messtechnik praktisch nicht möglich ist, einen Messaufbau mit unendlich großem Isolationswiderstand zu realisieren.

Mehr Details unter: http://www.hbm.com/de/menu/tipps-tricks/kraftmessung/strain-gages-or-piezoelectric-sensors-a-comparison/http://www.hbm.com/de/menu/tipps-tricks/kraftmessung/die-qual-der-wahl-piezoelektrische-oder-dms-basierte-kraftaufnehmer/

Exkurs: DMS Piezo

Messen von 3-d Bodenreaktionskraft, Moment und Kraftangriffspunkt

Kraftverlaufsanalyse in Echtzeit

Messdaten lassen sich exportieren

Vor der Messung muss ein Nullabgleich erfolgen

Kistler- Messplatte: Systemmerkmale

Exkurs: Formen von Fehlern

Steigungsfehler

Nullpunktsfehler

Nichtlinearität

ist Hysterese

Welcher Fehler kann nicht korrigiert werden?Wie kann die Nichtlinearität korrigiert werden?

Exkurs: ÜbersprechenEs wirken die Kräfte: Gemessen werden die Kräfte:Fz = 1000 N Fz = 1000 NFx = 0 N Fx = 50 N

Kistler Platte Kistler Platte

Dann beträgt das Übersprechen der vertikalen auf die horizontale Kraft 5%

Hohe Eigenfrequenz -1000 Hz Überlast >15 kN Linearität < 0,5% Hysterese < 0,5% Übersprechen < 1,5% Anzahl Kanäle: 8 (4 vertikal, 2 quer und 2 längs)

Kistler-Technische Merkmale

Eine Eigenfrequenz eines schwingfähigen Systems ist die Frequenz, mit der das System nach einmaliger Anregung schwingen kann.

Könnte mit dieser Kraftmessplatte die Reibung zwischenSchnee und Ski gemessen werden?

Messung allgemein Aufnahmesoftware (AS202) starten Koordinatensystem von Lukotronic definieren Nullabgleich Kraftmessplatte Messung (Datenaufnahme) Daten speichern Schwerpunkt und Gesamtkraft berechnen und

speichern Daten zur Kontrolle in Excel betrachten

AS202 – Bedienungsanleitung

- AS202 Icon (Desktop) starten (Aufnahmesoftware)

Übung Biomechanik

und Kniebeuge 1wählen

„Strg + F1“ drücken es werden alle Blätter angezeigt

Koordinatensystem von Lukotronic definieren:Die 3 Marker, wie auf der Kistler Platte

beschrieben, in der Mitte der kreisförmigen Scheiben anbringen.

Direction A

Direction B Origin

Norden

Blatt – SoftwareBlatt - Coordinate System Blatt - AutomaticMarkernummer im gelben Feld angeben, welche bei der Kistler Platte aufgeklebt wurden

Define Coordinate System(Messung ist aktiv und Marker müssen rot leuchten, bei Direction B muss das Zahlenfeld weiss sein!!!)

Save Coordinate Trafo

Versuchsanordnung

Kistler Kraftmessplatte

LukotronicAS202

M 20M 21

Norden

Luko-Funkbox

USB-Kabel zu PC Direction B

OriginDirection A

AS202 – BedienungsanleitungMarker 17 bis 21 bei Proband anbringen (siehe Versuchsanordnung)

Blatt Run wählen und zur Aufnahme runden Punkt

drücken

Kraftverlauf der einzelnen Kraftsensoren

Lukotronic – Bedienungsanleitung

• Messung starten• Nullabgleich- es darf sich nichts auf der Kraftmessplatte befinden (mindestens 3s)

• auf die Kistler Platte steigen • 3 Sekunden ruhig stehen• Kniebeugen ausführen (3 * langsam 2s Pause, • 3 * mittel 2s Pause, 3 * schnell)• 3 Sekunden ruhig stehen• Von der Platte steigen - 3 Sekunden warten• Messung stoppen

Daten speichern

Verzeichnis wählenFilename eingebenSpeichern

Schwerpunkts- und Kraftverlauf in vertikaler Richtung berechnen und speichern:

Gelenksmomente – Bedienungsanleitung

Das Auswerteprogramm „Gelenksmomente“ (es befindet sich ein Icon auf dem Desktop) starten.

Datei wählenProgrammstarten

(Programmstoppen)

1. Daten betrachten

2. Vertikaler KSP- und Kraftverlauf speichern(Name.txt)

Daten zur Kontrolle in Excel betrachten

Daten betrachten

Daten zur Kontrolle in Excel betrachten

Daten betrachten

Datei „Name.txt“ öffnen und Kraft- und Wegverlauf als Diagrammdarstellen

Zur Messung Antenne bei Funk

Schwarze Flächekann abgeklebt werden

Achtung!Mit beiden Füssen auf der Kraftmessplatte stehen.

Zur Messung

Bei Problemen während der Messung: Tel. 4487 oder 0650 9 22 38 66

Bedienungsanleitung vor der Messung durchlesen!

Klebebänder zur Befestigung der Marker mitnehmen!

Sportbekleidung (enganliegende kurze Hose und schulterfreies Hemd)

Fragen zum Messablauf sollten beantwortet werden können!

Wie muss der Wegverlauf vom Körperschwerpunkt in etwa aussehen?

High-Speed-Video

Laufanalyse

High-Speed-Video

Laufschritt mit Kamera „erfassen“ (Serienbild, High-speed)

Serien- und Reihenbild erstellen

Head to Head Vergleich

Kniewinkel- und Kniewinkelgeschwindigkeitsverlauf

Vertikaler Wegverlauf vom Hüftpunkt

Laufanalyse: Ziele der Übung

High-Speed-Video

Kompakte Industriekamera-Serie mit USB 3.0

Hochwertige CMOS-Sensoren bis 14 Megapixel2000 * 1000 bei 300 Hz 10 Bit

Grauwert- und Farbversionen256 MByte großer integrierter Bildspeicher

Gleichzeitiges synchrones Aufnehmen mehrerer Kameras

Externe Triggermöglichkeit und kein Qualitätsverlust beim Abspeichern

Nachteil: Computer zur Ansteuerung erforderlich

High-Speed-Kamera mvBlueFOX3:

High-Speed-Video

High-Speed-Kamera Pro EX-F1:

hochauflösende Kamera mit CMOS-Technologie

Verbindung zum Pc oder Laptop über eine USB Schnittstelle

Gleichzeitiges synchrones Aufnehmen mehrerer Kameras ist mit Zusatzgeräten möglich

Externe Triggermöglichkeit über PC bedingt möglich

Serienbilder – geringer Qualitätsverlust beim Abspeichern (JPG Komprimierung)

Videos – Qualitätsverlust durch Komprimierung

High-Speed-Video

Bilder• 60 fps bei 6 Megapixel (2816*2112) • 60 Bilder Aufnahmekapazität

Highspeed Movie- 512 × 384 (300 fps)- 432 × 192 (600 fps)- 336 × 96 (1200 fps)

Videos liegen in komprimierter Form vor Full HD-Video• Speicher – SanDisk Speicherkarten (bis zu 32 GB)• 12-fach optischer Zoom• Lichtempfindlichkeit (ISO): bis 1 600

High-Speed-Kamera: Casio Exilim Pro EX-F1

Technische Merkmale

High-Speed-Video

Bilder• 4K-Auflösung von 4.096 x 2.160 Pixel• Lineare RAW mit 12-bit Auflösung

Highspeed Movie• Full HD Slow Motion bis zu 200 fps• Videos liegen in komprimierter Form vor• Lichtempfindlichkeit (ISO): bis 64 000

High-Speed-Kamera: NEX FS700KTechnische Merkmale

Frame rate 100 fps 200 fps 400 fps 800 fpsresolution time

1920*1080 9 sec

1920*432 12 sec

1920*216 23 sec

http://www.tundratree.com/sony-nex-fs700-a-great-camera-for-wildlife/

http://www.videodata.de/shop/products/de/Kameras-Camcorder/NXCAM-AVCHD/Sony-NEX-FS700E.html

High-Speed-Video

High-Speed-Kameras:Casio Exilim EX-ZR700 224x64 – 1000 fps und 224x160 – 480 fps 512x384 - 240fps 640x480 - 120fps16,1 Megapixel, 7,6 cm (3 Zoll) Display, 18-fach Zoom, Lichtempfindlichkeit (ISO): bis 3200http://de.exilim.eu/de/exilimzrserie/exzr700/specifications/

JVC GC-PX100BEU HD High-Speed Camcorder640x360 Pixeln - 100 fps, 200 fps und 250 fps 10-fach optischer ZoomLichtempfindlichkeit (ISO): bis 6400

Excurs: Monochrome

Monochrom bedeutet in der Fotografie:Ein Bild oder Medium, das nur Graustufen bzw. Abstufungen einer einzigen Farbe zeigt. (Wikipedia). 8 Bit = 1 Byte = 28 = 256Unterteilung zwischen Weiß und Schwarz erfolgt in 256

Stufen

10 Bit = 1024 (Casio Pro EX-F1 größer 15 fps)

12 Bit = 4096 (Casio Pro EX-F1 bis 15 fps)

16 Bit = 2 Byte = 65 536

High-Speed-Video

Exkurs: Bildkomprimierung

http://de.wikipedia.org/wiki/Bildkompression#Kompressionsverfahren_im_Vergleich

Das JPEG File Interchange Format (JFIF) ist ein 1991 von Eric Hamilton entwickeltes Grafikformat zur Speicherung von Bildern, die nach der JPEG-Norm komprimiert wurden. Für Bilder ist diese Format gut geeignet, für Grafiken eher nicht. http://de.wikipedia.org/wiki/JPEG#Die_JPEG-Komprimierung

Anwendung: Ein 12 MPixel Bild benötigt im Raw-Format ca. 14MB, im JPG-Format ca. 2,5MB

Bei besseren Fotoapparaten kann das Speicherformat gewählt werden, wobei die Nachbearbeitung am Besten mit dem Raw-Format funktioniert.

Exkurs: VollbildverfahrenDas Zeilensprungverfahren (engl. Interlaced Scan) – zeilenverschränkte Halbbilder) baut zuerst die geraden und anschließend die ungeraden Zeilen auf. http://de.wikipedia.org/wiki/Zeilensprungverfahren

Das Vollbildverfahren (engl. Progressive Scan) bezeichnet eine Technik beim Bildaufbau, bei denen das Ausgabegerät mit echten Vollbildern gespeist wird. Dadurch wirkt das Bild schärfer und ruhiger, außerdem wird Zeilenflimmern vollständig eliminiert.Es gibt zwei Möglichkeiten, Vollbilder zu übertragen: als ganzes (progressive) oder als zwei aufeinander folgende Halbbilder mit demselben Zeitindex (progressive with segmented frames, psF). http://de.wikipedia.org/wiki/Vollbildverfahren

Auch das HDTV-Format 1080i wird in diesem Modus verwendet, wohingegen 720p und 1080p mit echten Vollbildern gesendet werden.

Beim Interlaced Scan kann durch die Verdopplung der Zeilen die zeitliche Auflösung halbiert werden (Bsp. Frequenz erhöht sich von 25 auf 50 Hz).

Exkurs: Lichtempfindlichkeit

Bei höherer Lichtempfindlichkeit kann bei gleicher Belichtungszeit in dunklerer Umgebung fotografiert werden, oder bei gleicher Helligkeit kann die Belichtungszeit reduziert werden.

Die Lichtempfindlichkeit wird heute meist in ISO angegeben.

Je höher die Zahl, desto weniger Licht benötigt man beim Fotografieren, desto schlechter wird aber i.d.R. auch die Bildqualität (Körnung bzw. Rauschen).

High Speed - Excurs Bewegungsunschärfe

Einfaches Beispiel: Ein Tennisball hat beim Aufschlag eine Geschwindigkeit von 215 km/h. Was für einen Weg legt er bei 100 μs, 1 ms und 4 ms zurück?

High Speed - Excurs Bewegungsunschärfe

Einfaches Beispiel: Ein Tennisball hat beim Aufschlag eine Geschwindigkeit von 215 km/h. Was für einen Weg legt er bei 100 μs, 1 ms und 4 ms zurück?

215 km/h = 59,7 m/s

s = v * t = 60 * 0,0001 = 6 mm; 6 cm; 24 cm

Dies bedeutet, auf dem Bild scheint der Tennisball bei einer Belichtungszeit von 4 ms 30 cm lang zu sein (6 cm Durchmesser).

High Speed - Excurs optische Abbildung

F Achse Z

Z….optische Achse F….objektseitige BrennweiteO…Position des Objekts F‘…bildseitige - “ -O‘… - “ - BildesH….objektseitige Hauptebene der Linse H‘…bildseitige….Alle Strahlen vom Objekt O werden auf O‘ abgebildet

F Achse Z

Unschärfe durch Verschieben der bildseitigen Hauptebene der Linse

Die Linse kann immer nur für einen bestimmten Abstand „scharf“ gestellt werden.

High Speed - Excurs Blende

Die Blende (englisch aperture „Öffnung“, von lateinisch aperire „öffnen“) ist eine (normalerweise mechanische) Vorrichtung an Fotoapparaten, mit deren Hilfe der Lichteinfall durch das optische System (Objektiv) geregelt werden kann. Sie ist meist als Lamellenblende (auch Irisblende genannt) ausgeführt, bei der sich kreisförmig konzentrisch angeordnete Lamellen-Bleche so ineinander verschieben, dass der Lichtdurchlass enger oder weiter wird und so das einfallende Lichtbündel kleiner oder größer wird.

Die Aperturblende kontrolliert die Helligkeit, die Schärfentiefe und das Ausmaß der Vignettierung (Abschattung zum Bildrand hin) des Abbildes.

High Speed - Excurs BlendeDie Blende erfüllt zwei wichtige Funktionen: Einerseits steuert sie

die Stärke der Beleuchtung des Films, Fotopapiers oder Bildsensors: Je größer die Blendenzahl wird, desto weniger Licht kann durch das Objektiv dringen. Zum Beispiel bei der Blendenzahl-Einstellung 2.8 lässt das Objektiv mehr Licht durch als bei 5.6. So wird in Verbindung mit der Belichtungszeit die Belichtung des Films bzw. Chips geregelt.

Andererseits beeinflusst die Blende die Schärfentiefe: Mit größerer Blendenzahl und damit kleinerer Blendenöffnung wird nicht nur die wirksame Lichtmenge verringert, auch die Unschärfenkreise werden durch den spitzeren Lichtkegel kleiner. Folglich vergrößert sich der Bereich des Motivs, der noch als scharf wahrgenommen wird, bis der zulässige Grenzwert erreicht wird. Der Bereich der scharfen Abbildung (Schärfentiefe) nimmt beim Schließen der Blende also zu. (Wikipedia)

Um eine hohe Bewegungs- und Tiefenschärfe zu erreichen wird „viel“ Licht benötigt.

Bei geringerer Lichtintensität sind ein großes Objektiv und „große“ Licht-Sensoren erforderlich.

Funktionsprinzip einer Aperturblende:Die Aperturblende liegt zwischen Eintritts- und

Austrittsöffnung des Systems und begrenzt den Raumwinkel aller konusförmiger Strahlenbündel deren Spitzen im Bildraum liegen.

Achse Z

Kamera aufbauen

Bildbereich, Blende, Schärfe einstellen

6 Läufe mit 60 Bilder aufnehmen (30 fps)

Daten auf Stick speichern ( 360 Einzelbilder 1GB Speicher erforderlich)

High Speed F1- Messung allgemein

• Kamera: Casio Exilim F1 (Bedienungsanleitung liegt auf dem Server http://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Angewandte/ex-f1_pdf

• Kamera darf sich bei der Aufnahme nicht bewegen • Stativ und Fernauslöser benutzen

• Fernauslöser - Pfeile am Stecker und an der Kamera müssen zueinander zeigen

High Speed F1- Bedienungsanleitung

Modusrad auf A (Automatic)

Serienbildrad auf 1-60

Bildbereich wählen

Fokussieren:Bei der Grundeinstellung fokussiert die Kamera die Bildmitte. Falls sich beim Fokussieren (Auslöser wird leicht gedrückt) kein Objekt in der Bildmitte befindet, wird der Hintergrund fokussiert, wodurch die Testperson unscharf wird. Zur Lösung dieses Problems den Modus „manueller Fokus“ wählen.

Taste Focus drücken bis MF im Display erscheint

High Speed F1- Bedienungsanleitung Abspielmodus Aufnahmemodus

Fokussieren

High Speed F1- BedienungsanleitungAuflösung des Bildes

Blitz aktiviert

ISO Wert einstellen (kleiner Wert (100) Lichtunempfindlich, Vorteil - geringes Bildrauschen)

Automatischer Weißabgleich

Fokussierungsmethode

Fokussierungsmittelpunkt

AufnahmefrequenzWerte ändern: SET Taste drücken; Pfeile bei Steuerrad

drücken

Aufnahmefrequenz Highspeed ändern: MENU Taste drücken; Registerblatt Qualität auswählen; Frequenz wählen mit Pfeiltasten

Nach einer Aufnahme die Schärfe der Aufnahme kontrollieren. Dazu kann der Zoom Ring (Kamera vorne rechts) bei der Wiedergabe verwendet werden. Die Wiedergabe kann mit der SET Taste (Kamera hinten rechts) gestartet werden.

Bildbereich

Aufnahme eines Laufschrittes von der rechten und linken Seite

30 fps Maßstab anlegen (gleiche Höhe wie Person)

2mErstes Bild: kurz vor dem Bodenkontakt rechtes Bein

Letztes Bild: kurz nach dem Bodenkontakt rechtes Bein

Laufanalyse: Ablauf Aufnahmeort aussuchen (ruhiger Hintergrund, Halle 40)

Maßstab zurechtlegen

Enge Sportbekleidung tragen

Kamera mit Stativ vom Büro 114 (Pulverturm 1. Stock) ausleihen

3 Personen jeweils li und re Seite im Serienbildmodus aufnehmen

Highspeed-Videos mit 300, und 600 von einer Person aufnehmen (Fuß möglichst bildfüllend; Aufnahmeposition seitlich, vorne und hinten 6 Highspeed Aufnahmen)

Dateien von der SD-Karte auf einen Stick übertragen

Laufanalyse

Ziel: Vertikaler Weg Zeit Verlauf der Hüfte Kniewinkel Zeit Verlauf Kniewinkelgeschwindigkeit Zeit Verlauf Reihen und Serienbilder

Laufanalyse: Anleitung zur Auswertung

Bei eigenem Rechner: Installationsprogramm ausführenhttp://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Programme/Installer.zip

Bilder digitalisieren: DigiBild2012.exehttp://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Programme/Digitalisieren/

Reihen- und Serienbilder erstellen: Frei_Reihen_Serienbild_2013.exe http://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Programme/Frei _Reihen_Serienbild/

Serienbilder der High-speed Aufnahmen mit Kinovea

Laufanalyse gesamt: Auswertung Laufen 2010.exe http://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Programme/Laufanalyse/

Bedienung „DigiBild2012.exe“http://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Programme/Digitalisieren/

Bei Verkleinern oder Vergrößern muss die Bildnummer verändert werden, damit die Veränderung sichtbar wird.Reihenfolge: 1-Ballen, 2-Sprungg., 3-Knieg., 4 Hüftg., 5-Schulterg.

Serienbild rechts

Serienbild links gespiegelt

Serienbild links

Reihen- und Serienbilder erstellen: Frei_Reihen_Serienbild_2013.exe

Reihenbild

rechts

High-Speed-Video

Reihenbilder

Digitalisieren: AuswertungIn der Datei (*.kox) sind in den Spalten die X- und Y- Koordinaten der digitalisierten Punkte als Pixelwerte abgespeichert.

Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3

Bildnr. X Y X Y X Y

1 39 170 89 166 190 1232 45 168 94 162 186 1233 51 164 101 158 181 1234 62 159 107 155 176 1235 71 152 113 152 172 1246 81 147 120 148 168 124

X-Werte

Y-Werte

Maßstab ermitteln

Mit dem Programm Digi2012 erstes Bild der Aufnahme vom Stab ladenMit dem Cursor zum Punkt 1 und 2 fahren und jeweils die horizontalen und

vertikalen Pixelwerte (rechts, über dem Bild) ablesen. Der Maßstab berechnet sich aus:

√(x2 – x1)² + (y2 – y1)² x1 …Pixelwert horizontal Punkt 1

M = ---------------------------- y1 …Pixelwert vertikal Punkt 1

l l…...Länge Stab

Abbildung 1: schematische Darstellung einer Aufnahme mit StabBeispiel: Punkt 1: (200,80) Punkt 2: (800, 70) Länge Stab: 2 m Ergibt sich für M: 300,04

Vergleich: linke - rechte Seite

Serienbild rechts

Serienbild links gespiegelt

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90

Zeit [s]

Schulter linksSchulter rechts

Vergleich: linke - rechte Seite

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90

Zeit [s]

Kniewinkel linksKniewinkel rechts

http://de.wikipedia.org/wiki/Cosinussatz

Anleitung Kinovea

1. Datei - Videodatei öffnen2. Arbeitsbereich wählen (Bodenkontakt)3. Bewegung – Übersicht

4. Serienbild speichern5. Bewegung – Übersicht drücken um zum Video zurückzukehren

Anleitung Auswertung Laufdigi 2011.exe

http://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Programme/Laufanalyse

Laufanalyse: Aufgaben

Serienbild von der rechten und gespiegelten linken Seite

Reihenbild von der rechten und gespiegelten linken Seite

Jeweils ein Serienbild der 6 High Speed Aufnahmen mit dem Programm Kinovea erstellen

Ein Bild (screen shot – Tasten ALT + Druck drücken danach Strg + v) von „Auswertung Laufen 2011“)

Diagramm Vertikaler Hüftverlauf, Kniewinkel und Kniewinkelgeschwindigkeit (wie Folien zuvor)

Alle Ergebnisse in Powerpoint einfügen

Ergebnisse ausdrucken (4 Folien pro Seite sw/we) und beim schriftl. Test abgeben

Fa = Fges - FG

a = Fa / m

v = a * Δt + v0

s = v * Δt + s0

Gesamtkraft

Beschleunigungskraft

Beschleunigung

Geschwindigkeit

Vom Kraft-Zeit Verlauf zum Weg-Zeit Verlauf

Bei konstanter Geschwindigkeit gilt:s = v * Δt + s0

s0 …Anfangsweg

v = a * Δt + v0

v0 …Anfangsgeschwindigkeit

Bei konstanter Beschleunigung gilt:

Problematik Drift:Wie groß ist die Endgeschwindigkeit, wenn sich der Nullwert um 2 N über 30 Sekunden verändert hat.

Geg: m = 60 kg

Problematik Drift:Wie groß ist die Endgeschwindigkeit, wenn sich der Nullwert um 2 N über 30 Sekunden verändert hat?

Geg: m = 60 kg

v = a * Δt = Fmittlere / m * Δt = 1N / 60kg * 30s = 0,5m/s

2 78 154 230 306 382 458 534 610 686 762 838 914 990 106611421218129413701446152215981674175018261902-200

Anfangs- und Endwerte löschen

Gewichtskraft bei den vier Zeitbereichen bestimmenz.B. F1 = Mittelwert (B5:B50)

Mittlere Gewichtskraft für die drei Bereiche berechnen F_l = ½ (F1 + F2), F_m…

F1 F2 F3 F4 F_l F_m F_s

a1 = (Fges1 – FG) / m a2 = (Fges2 – FG) / m

- Geschwindigkeit und Weg durch numerisches Integrieren berechnen

- Vor den mittleren und schnellen Kniebeugen Fz_1 durch Fz_2, v durch 0 und s durch s0 ersetzen

Fa = m · a Fges = Fa + FG

Geschwindigkeit

Beschleunigung

Beschleunigungskraft

Gesamtkraft

Vom Weg-Zeit Verlauf zum Kraft-Zeit Verlauf

Die Durchschnittsgeschwindigkeit ist das Verhältnis zurückgelegter Weg zur benötigten Zeit.

Die Durchschnittsbeschleunigung ist das Verhältnis aus Geschwindigkeitsänderung zur benötigten Zeit.

Vom Weg-Zeit Verlauf zum Kraft-Zeit Verlauf

Anfangs- und Endwerte löschen

Gewichtskraft vom ersten Zeitbereich bestimmenz.B. F1 = Mittelwert (B5:B50)

Geschwindigkeit und Beschleunigung durch numerisches Differenzieren berechnen

Kraft- und Wegvergleich in jeweils einem Diagramm darstellen

Absolute Differenz zwischen FK und FL berechnen und in

einem Diagramm darstellen

Diagrammtyp XY-Diagramm wählen, damit die Zeitachse

richtig beschriftet werden kann

Aufgaben:

Kraftvergleich

0 10 20 30 40 50 60

Zeit [s]

Kraft [N]

Kraft K [N]Fges L [N]

Aufgaben:Diagramm 1: Kraftverlauf Lukotronik + KistlerDiagramm 2: Differenz Kraftverlauf Lukotronik + Kistler größte Abweichung und durchschnittlichen absoluten Fehler zusätzlich angeben

Diagramm 3: Wegverlauf Lukotronic + Kistler

- Alle Tabellen und Diagramme ordentlich beschriften (unbedingt richtige physikalische Einheiten; richtige Zeitskalierung)

- Die drei Diagramme in ein Word Dokument kopieren, ausdrucken und zur nächsten Einheit mitbringen (siehe auch Vorlage).

- Bei identen Arbeiten werden diese negativ beurteilt.

Abgabetermin: Dienstag …

Siehe Grundlagen1.xls

Exkurs: Geradengleichung - Beispiel

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Bestimme die Steigungen (Grundlagenwissen)!

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

x2-x1 2 – 0 2y2-y1 2 – 0 2

k = = = = 1

Siehe Grundlagen1.xls

Vereinfacht: An = yn * Δx

Der Körperschwerpunkt ist der gedachte Punkt, bei dem die Schwerkraft durch eine einzige Gegenkraft ausgeglichen werden kann.

Die Gewichtskraft eines Körpers ist gleich der Summe der Gewichtskräfte seiner Massenelemente. Die Resultierende greift im Schwerpunkt des Köpers an.

Der Schwerpunkt eines Körpers ist der Angriffspunkt der Resultierenden aller seiner Teilgewichtskräfte. Er kann auch außerhalb des Körpers liegen.

Körperschwerpunkt

m . yKSP = m1y1 + m2y2 + m3y3

m . xKSP = m1x1 + m2x2 + m3x3

x3 x2 x1

Drehmomentengleichung

Typische Testfragen:

a) Einstiegsfragen:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Zeichnen Sie den dazugehörenden Geschwindigkeitsverlauf!

Typische Testfragen:

Lukotronik: Geben Sie die 4 technischen Merkmale von Lukotronic an! Kistler: Was bedeutet: Übersprechen < 2%? Geben Sie dazu ein Beispiel an!

Geben Sie das Funktionsprinzip einer Aperturblende an!

Berechnen Sie die Endgeschwindigkeit! Die Beschleunigung (a= 3m/s²) wirkt über einen Zeitbereich von 0,5s;

Anfangsgeschwindigkeit (v0=2m/s)

Geben Sie die Excel Formeln für die Zellen H8 bis L8 an!

Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit Ziele Einfache Handhabung der zwei Messsysteme s-t-Verlauf...

Documents