Winkeländerung beim Gehen!?????

[bigbaerchen]

Hallo!

Ich bin neu hier aber finde dieses Forum echt Klasse!

Nun mal zu meinem Problem!
Wir müssen in einer Projektwoche den menschlichen Gang " nachbauen"! Dazu bekommen wir eine mechatronisches Bein und sollen ein Computerprogramm dazu schreiben!

Leider verzweifel ich gerade daran, eine Funktion für die Gangbewegung zu finden!

Könnte mir eventuel jemand dort weiterhelfen?

Ich würde mich wahnsinnig über eine antwort freuen!

mit freundlichen Grüßen
Sebastian

[PicNick]

Der menschliche Gang mit allem Drum und Dran ist eine Katastrophe.
Mach es wie "Motion Capture". Laß jemanden gehen mit geeigneten Reflektormarken, am besten auf einen Laufband (im Fitnesscenter)
nimm es mit Video auf und schau dir dann die einzelnen Frames an
mfg robert

[bigbaerchen]

hallo!

leider ist es aber die aufgabe relativ nah an den menschlichen gang zu kommen!

ich hab auch schon die verläufe wie sich z.b. der oberschenkel verhält und auch der unterschenkel bloß weiß ich nicht wie ich diese in eine Funktion bekomme???

gruß
sebastian

[PicNick]

Wenn ich Huftschwung a la Marylin Monroe vergesse, würde ich annehmen,
Oberschenkel
daß es sich um +/- beschleunigte Hin- und Her-Bewegung handelt.
d.h Beschleunigung = fester Wert
Integral -> (Winkel)Geschwindikeit -> Integral -> Weg
Unterschenkel (annahme)
Berührt er den Boden, ist er mit dem Oberschenkel gekoppelt,
Sonst wohl wie der Oberschenkel, aber relativ zum Knie
Aufsetz- und abhebpunkte durch die Geometrie.
Der gleichbleibender Abstand Hüfte<>Boden wird normalerweise in der Hüfte ausgeglichen (s.o) machst du das nicht, geht's auf und ab mit dem Körper.

Ich versteh Deinem Kummer, ich hab mich einmal gespielt mit so einem Animationsprogramm, ein natürlicher Gang ist ganz was Grausliches.
mfg robert

[Pathfinder]

suchst du jetzt eine mathematische Funktion dazu? So mit d=f(x,y).

[PicNick]

@Pathfinder: Ich hätt' mich nicht fragen getraut, aber jetzt, wo du es sagst: wenn's das gibt, her damit ! :cheesy:

[cyberbot]

hmm, also ich würde es über den Ansatz mit zwei gekoppelten pendeln versuchen, d.h. oberschenkel und unterschenkel je ein pendel (falls noch fuss dazu kommen soll, ein drittes). diese pendel müssten, in ihrer Bewegung eingeschränkt werden (mathematisch) um die Gelenke und Randbedingungen zu simulieren.

[bigbaerchen]

hi!

ne mathematische Formel wäre schon der Hammer!

Ich hab hier mal nen Bild über die verschiedenen Schenkel und wie sie als Funktion dargestellt sind aber hab leider die passende Formel nciht!

http://mitglied.lycos.de/herms/Bilder/bild1.gif

kann jemand die kurven als formel auswerten? ich leider nicht so wirklich! ok die erste ist ne sinusfunktion!

gruß
sebastian

[PicNick]

Hi Sebastian !
Die Oberschenkelbewegung stimmt nicht. Mehr als ein paar Grad nach hinten läßt das Hüfgelenk nicht zu (probier's mal) Laß dich durch die Körpervorlage beim schnellen Gehen oder Laufen nicht täuschen.
Vorschlag:
Mach es umgekehrt und geh' vom Fuß aus. Der Rest ist durch die Gelenke und fixe Knochenlänge immer ableitbar.
Der Fuß wird vor dem Körper flach auf den Boden gesetzt (endpunkt 1) und so nach hinten geführt.
Nach hinten: Ober-und Unterschenkel sind fixiert. Die Höhenänderung muß die Hüfte aufnehmen
Der Knöchel läßt nur einen bestimmten Winkel zu. Ist der erreicht, wird die Ferse leicht angehoben, der Fuß gekippt. Das wird durch die Beugung des Unterschenkels im Kniegelenk erreicht. (endpunkt 2)
In dieser Stellung wird der Fuß nun nach fast parallel nach vorn bewegt, ("Schlurfen" ist zulässig)
vorn wird der Fuß nun wieder flach ausgesetzt --> Endpunkt 1
Vom Knöchel aus bei fester Knochenlänge kannst du nun die erforderlichen Bewegungen konstruieren und mittels goniometrischer Orgie auch ausrechnen.
Nochmals: die Fußspitze kannst du immer am Boden lassen, deswegen kann man ja auch rückwärts gehen und die Vorwärtsbewegung simulieren, wie der Michael Jackson, nur durch die verkehrte Gewichtsverlagerung
Nur bei der Vorbewegung wird die Ferse gehoben.
Noch ein Detail: bei der Vorbewegung findet am anderen Bein gerade der Höhenausgleich statt, d.h. das Hüftgelenk auf dieser Seite senkt sich also genau um diesen Wert.
*schnauf* mfg robert

hi!

thx für die anleitung!
Das Bild habe ich von einem Sportwissenschaftler der darüber eine Dr-Arbeit geschrieben hat!

Wir haben nur ein Roboterbein welches an einem Wagen befestigt ist und es befinden sich Motoren an Hüftgelenk und Kniegelenk! das Gelenk des Fußes ist leider passiv bei uns!

wir zerbrechen uns den kopf und es kommt keiner auf eine Gleichung! denn sie muß ja dynamisch sein1 urgs! und mechanik ist ncht so unser ding! ;)

ich stell später mal nen bild online wie unser Bein aussieht!

gruß
sebastian

[PicNick]

Ja, aber OHNE Höhenausgleich in der Hüfte hebt's den Wagen in die Höhe !
mfg

[cyberbot]

versuchts doch mal ohne gleichungen, das was man auf dem bild sieht ist folgendes:
1) oberschenkel bewegt sich von 0 -> +45 -> -35 -> 0 grad
2) knie bewegt sich von 0 -> -35 ->0 -> 0 -> 0 -> -35 -> 0 grad
(angenommen anfangsposition der beiden motoren ist 0grad)

ihr müsst nur das ganze gut timen.
mit ein bisschen rumprobieren kann man das wahrscheinlich genügen genau hinkriegen, oder nicht?

gruss
cyberbot

[PicNick]

Hi, Cybi, versuch mal beim Gehen ein bein 45 nach vorn und das andere gleichzeitig 35 nach hinten und mach das so in der U-Bahn. Da werden sie dich abholen lassen. :mrgreen:
Wenn du in der Vorbewegung das Knie steif läßt, gräbst du eine Grube in den Boden. :Haue
Jeder kann gehen, aber keiner sieht zu.
mfg robert

[cyberbot]

Hi Robert,

ich hab mich auf die zeichnung bezogen, aus der ich entnehme, dass von zeitpunkt 1 -> 2 das hüftgelenk sich um 45 grad nach vorne und gleichzeitig, das knie um 35 grad nach hinten bewegt. das stimmt auch so mit meiner intuition überein, (hoff ich 8-[ ).
soweit ich die aufgabenstellung verstanden habe, gibt es nur ein bein (oder nicht?), das die natürliche bewegung in etwa nachahmen soll.

gruss
cycerbot

[PicNick]

Hi Sebastian !
Ein Ansatz (Beschleunigungen werden mal ignoriert, sieht also eckig aus)
Weiters vergeß' ich mal den ersten Schritt aus dem Stand

Der Oberschenkel bewegt sich in der Hüfte gleichmäßig vor und zurück,
Winkelbereich mal irgendwas Gegebenes. (+20 vor, -5 zurück), der aktuelle Winkel ist also die Variable

Die EndPositionen schalten den Zustand um in "VOR" bzw "ZURÜCK"

Zweig "ZURÜCK" (belastet)
Knie bleibt 0 Grad (gestreckt) (Hüfte hebt sich, egal)

Zweig "VOR" (unbelastet)
Aus jedem Winkel des Oberschenkels läßt sich der Abstand des Kniegelenks zum Boden ausrechnen. (Winkelfunktionen)
Der Unterschenkel winkel muß zunehmen, daß der Fuß über dem Boden bleibt, ist also direkt abhängig von unserer Variablen
Ist der Knie<>Boden Abstand größer als die Länge Unterschenkel
geht (schwingt) der Unterschenkel nach vor bis er gestreckt ist (0Grad)
Und wieder von vorn.

Vorsicht: Wenn das tragende Bein beginnt, hinter den Schwerpunkt zu wandern, fällt der Körper nach vorn. da muß das andere Bein rechtzeitig vorne sein.
Mach also keine zu großen Winkel
Ich hoff, das kann helfen mfg robert

ich würd mal sagen, geh nicht von der +45° -35° aus, sondern nimm an, ein kompletter Bewegungsablauf währe ein Zyclus von 180° in einer bestimmten Zeiteinheit die ersten 90 währe die unbelastete vorwärtsbewegung, die zweiten 90 die belastete Rückbewegung. Nun kannste die Winkeländerung bzw. Winkelstellung pro Zeiteinheit berechnen.

So auf die Schnelle für den Oberschenkel:
Du hast einen Winkel von -35 bis plus 45° sind also 80° insgesamt.
f(x)= -35+( 80 * sin(x))

0° -35 13,9
10° -21,1 13,5
20° -7,6 12,6
30° 5 11,4
40° 16,4 9,9
50° 26,3 8
60° 34,3 5,9
70° 40,2 3,6
80° 43,8 1,2
90° 45 1,2
100° 43,8 3,6
110° 40,2 5,9
120° 34,3 8
130° 26,3 9,9
140° 16,4 11,4
150° 5 12,6
160° -7,6 13,5
170° -21,1 13,9
180° -35 35

Beim Knie wirds schon kniffliger, da hier Ruhephasen ohne Winkeländerung drinne sind. Und zudem noch unterschiedliche Auslenkungen ... hmmm

ich vermute mal da brauchts dann schon n anderes Kaliber an Funktion

hab mal n bisl gerechnet:
f(x)= -0,00832411966 -(1,28585194403x) -(0,046491278x^2) +(0,00252969285x^3) -(3039956212*10^-5 *x^4) + (1,80849995 * 10^-7 * x^5) - (3,3814545 * 10^-10 * x^6)

bildet mal abgesehen von nem kleinen überschwingen den Kurvenverlauf des Kniegelenks ganz gut nach.

[Vitis]

der letzte war von mir ... immer das einlogen

Das überschwingen bekommt man aber programmtechnisch mit nem Endanschlag hin ( if f(x) >0 then winkel=0 )

so in der Art

ach so, das ^ steht für Exponent