Date post: | 06-Apr-2016 |
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Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Ziele
Einfache Handhabung der zwei Messsysteme
s-t-Verlauf F-t-Verlauf F-t-Verlauf s-t-Verlauf
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Kameraeinheit (3 Kameras)USB-Verbindung zu PC
Lukotronic
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Kameraeinheit MCU 200 (3 Kameras)aktive Infrarot-Marker
Controllerbox (Kabel- oder Funkverbindung)
Lukotronic
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
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
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Lukotronic – Funktionsweise
Bei welchem Marker wird die Positionsbestimmung einen geringeren Fehler in x-Richtung aufweisen (weshalb)?
1 2
xx
1
3
Bild Kamera 1 Bild Kamera 3
Abbildungsebene Kamera 1
Abbildungsebene Kamera 3
Lukotronic Funktionsweise
Lukotronic – Funktionsweise1
3
Bild Kamera 1 Bild Kamera 3
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Lukotronic – Funktionsweise
Beim Marker 1 weisen die Geraden einen „günstigen“ (60 – 120°) Schnittwinkel auf.
1 2
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
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
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
3-dimensional: kartesisches Koordinatensystem mit 3 Achsen Ein kartesisches Koordinatensystem ist ein
orthogonales Koordinatensystem(orthogonal – Achsen stehen im rechten Winkel
zueinander)
Lukotronic - Systemmerkmale
x
y
z
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
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.
Lukotronic - Systemmerkmale
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Kalibrierung Beispiel: Werte Werterichtig Messgerät
[m] [m]0 0,21 1,32 1,93 3,14 4,25 5,4
Lukotronic - Systemmerkmale
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6
richtige Werte [m]
Wer
te M
essg
erät
[m]
Kalibrierung ist nur bei einer hohen Wiederholungsgenauigkeitsinnvoll. Wie wird Lukotronic kalibriert?
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
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°
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Kistler-Messplattform
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
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
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
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
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Exkurs: Formen von Fehlern
soll
ist
Steigungsfehler
soll
ist
Nullpunktsfehler
soll
ist
Nichtlinearität
soll
ist Hysterese
Welcher Fehler kann nicht korrigiert werden?Wie kann die Nichtlinearität korrigiert werden?
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Exkurs: ÜbersprechenEs wirken die Kräfte: Gemessen werden die Kräfte:Fz = 1000 N Fz = 1000 NFx = 0 N Fx = 50 N
Kistler Platte Kistler Platte
Fz Fz
Fy
Dann beträgt das Übersprechen der vertikalen auf die horizontale Kraft 5%
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
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?
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
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
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
AS202 – Bedienungsanleitung
- AS202 Icon (Desktop) starten (Aufnahmesoftware)
Übung Biomechanik
und Kniebeuge 1wählen
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
AS202 – Bedienungsanleitung
„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
AS202 – Bedienungsanleitung
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
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Versuchsanordnung
Kistler Kraftmessplatte
LukotronicAS202
M 17
M 18
M 19
M 20M 21
Norden
Luko-Funkbox
USB-Kabel zu PC Direction B
OriginDirection A
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
AS202 – BedienungsanleitungMarker 17 bis 21 bei Proband anbringen (siehe Versuchsanordnung)
Blatt Run wählen und zur Aufnahme runden Punkt
drücken
Kraftverlauf der einzelnen Kraftsensoren
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
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
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
AS202 – Bedienungsanleitung
Daten speichern
Verzeichnis wählenFilename eingebenSpeichern
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Schwerpunkts- und Kraftverlauf in vertikaler Richtung berechnen und speichern:
Gelenksmomente – Bedienungsanleitung
Das Auswerteprogramm „Gelenksmomente“ (es befindet sich ein Icon auf dem Desktop) starten.
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Gelenksmomente – Bedienungsanleitung
Datei wählenProgrammstarten
(Programmstoppen)
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Gelenksmomente – Bedienungsanleitung
1. Daten betrachten
2. Vertikaler KSP- und Kraftverlauf speichern(Name.txt)
2.
1.
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Daten zur Kontrolle in Excel betrachten
Daten betrachten
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Daten zur Kontrolle in Excel betrachten
Daten betrachten
Datei „Name.txt“ öffnen und Kraft- und Wegverlauf als Diagrammdarstellen
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Zur Messung Antenne bei Funk
Schwarze Flächekann abgeklebt werden
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
Achtung!Mit beiden Füssen auf der Kraftmessplatte stehen.
Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit
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*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
O
O‘
F‘
H‘H
High Speed - Excurs optische Abbildung
F Achse Z
Unschärfe durch Verschieben der bildseitigen Hauptebene der Linse
Die Linse kann immer nur für einen bestimmten Abstand „scharf“ gestellt werden.
O
O‘
F‘
H‘H
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.
High Speed - Excurs Blende
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.
High Speed - Excurs Blende
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
O
O‘
High Speed - Excurs optische Abbildung
Achse Z
O
O‘
H‘H
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
High Speed F1- Bedienungsanleitung
Bildbereich wählen
High Speed F1- Bedienungsanleitung
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.
High Speed F1- Bedienungsanleitung
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
High Speed F1- Bedienungsanleitung
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
links
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
0/0
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
1,02
1,04
1,06
1,08
1,1
1,12
1,14
1,16
1,18
1,2
1,22
1,24
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90
Zeit [s]
verti
kale
r Weg
[m]
Schulter linksSchulter rechts
Vergleich: linke - rechte Seite
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90
Zeit [s]
Win
kel [
°]
Kniewinkel linksKniewinkel rechts
http://de.wikipedia.org/wiki/Cosinussatz
Anleitung Kinovea
1. Datei - Videodatei öffnen2. Arbeitsbereich wählen (Bodenkontakt)3. Bewegung – Übersicht
1
2
3
4
4. Serienbild speichern5. Bewegung – Übersicht drücken um zum Video zurückzukehren
Anleitung Auswertung Laufdigi 2011.exe
2
4
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
Fges
Fa = Fges - FG
a = Fa / m
v = a * Δt + v0
s = v * Δt + s0
Gesamtkraft
Beschleunigungskraft
Beschleunigung
Geschwindigkeit
Weg
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:
Vom Kraft-Zeit Verlauf zum Weg-Zeit Verlauf
Problematik Drift:Wie groß ist die Endgeschwindigkeit, wenn sich der Nullwert um 2 N über 30 Sekunden verändert hat.
Geg: m = 60 kg
Vom Kraft-Zeit Verlauf zum Weg-Zeit Verlauf
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
Vom Kraft-Zeit Verlauf zum Weg-Zeit Verlauf
2 78 154 230 306 382 458 534 610 686 762 838 914 990 106611421218129413701446152215981674175018261902-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
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
Vom Kraft-Zeit Verlauf zum Weg-Zeit Verlauf
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
Vom Kraft-Zeit Verlauf zum Weg-Zeit Verlauf
Fa = m · a Fges = Fa + FG
tsv
tva
Weg
Geschwindigkeit
Beschleunigung
Beschleunigungskraft
Gesamtkraft
s
Vom Weg-Zeit Verlauf zum Kraft-Zeit Verlauf
Die Durchschnittsgeschwindigkeit ist das Verhältnis zurückgelegter Weg zur benötigten Zeit.
12
12
ttss
tsv
Die Durchschnittsbeschleunigung ist das Verhältnis aus Geschwindigkeitsänderung zur benötigten Zeit.
12
12
ttvv
tva
Vom Weg-Zeit Verlauf zum Kraft-Zeit Verlauf
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
200
400
600
800
1000
1200
1400
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
00,5
11,5
22,5
33,5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x
y
Bestimme die Steigungen (Grundlagenwissen)!
00,5
11,5
22,5
33,5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x
y
x2-x1 2 – 0 2y2-y1 2 – 0 2
k = = = = 1
y2
y1
x1 x2
k1k2
kn
x3
Siehe Grundlagen1.xls
A1 A2
An
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
y3
y2
y1
yKSP
xKSP
Drehmomentengleichung
Typische Testfragen:
a) Einstiegsfragen:
-2
-1
0
1
2
3
4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
t [s]
s [m
]
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!