Egyensúlyozó deszkán való egyensúlyozás modellezése a frontális síkban
Napjainkban egyre fontosabbá válik az emberi egyensúlyozás vizsgálata, mert egyre gyakoribbá válnak az egyensúlyvesztéshez köthető balesetek, főként az idős emberek körében. Emellett az egyensúlyozás elméleti és kísérleti vizsgálatával megismerhető az agyban végbemenő szabályozási folyamat.
Dolgozatom kapcsolódik a 2016-ban írt Egyensúlyozó deszkán való egyensúlyozás paraméteres vizsgálata című TDK dolgozatomhoz, amelyben a sagittalis síkban történő egyensúlyozással foglalkoztam. Jelen dolgozatban az egyensúlyozó deszkán való emberi egyensúlyozást két szabadsági fokú modellen keresztül vizsgálom a frontális síkban. Az egyensúlyozó személy lábait egy-egy homogén rúddal, a törzset pedig két homogén rúd összehegesztéséből kapott merev testtel modellezem, ez egy négycsuklós mechanizmust alkot. Az egyensúlyozó személy reakcióidejét konstans időkéséssel veszem figyelembe. Az agy szabályozási folyamatának leírására számos modell található a szakirodalomban. Az egyik megközelítés szerint feltételezhető, hogy az agy az egyensúlyozó személy és a deszka környezethez viszonyított dőlésszögével és dőlési sebességével arányos beavatkozásra készteti a boka körüli izmokat, így időkésleltetett PD szabályzóval modellezhető.
A rendszer függőleges egyensúlyi helyzet körüli stabilitása a D-szeparáció és a szemidiszkretizáció segítségével vizsgálható. Matematikailag az egyensúlyvesztés akkor következik be, amikor egyetlen szabályzó-paraméter kombinációra sem stabilak a mechanikai modellt leíró egyenletek. A számítások során fontos paraméter az egyensúlyozó deszka kerekeinek sugara, és a lap süllyesztésének mértéke. A dolgozatban azt vizsgálom, hogy e két geometriai paraméter változtatása hogyan befolyásolja a stabilizálhatóságot. A tavalyi dolgozatomban bemutatott szimulációs és mérési eredmények alapján a frontális síkban történő egyensúlyozáskor is feltételezhető, hogy az egyes keréksugár-lapsüllyesztés kombinációkra létezik egy maximális időkésés, amely felett nem léteznek olyan szabályozó paraméterek, amelyekkel a leíró egyenletek stabilak lennének. A Műszaki Mechanikai Tanszék műhelyében elkészült egy egyensúlyozó deszka, amelynél lehetőség van változtatni a kerekek sugarát és a lap süllyesztését. A beállítható kombinációkra megkeresem a kritikus időkésés értékét és stabilizálhatósági diagramot készítek.
Az elméleti modellt kísérletekkel hasonlítom össze, több személy egyensúlyozásán keresztül vizsgálom a két paraméter stabilizálhatóságra gyakorolt hatását. A mérések során markereket használunk, amelyeknek térbeli pozíciója eltárolható a Műszaki Mechanikai Tanszék kamerarendszerének segítségével. Összehasonlítom az elméleti modellből és a mérésekből kapott eredményeket. Vizsgálom, hogy az emberi agy időkésleltetett PD szabályzóval való leírása hogyan közelíti a valóságos egyensúlyozási folyamatot.
szerző
-
Molnár Csenge Andrea
Gépészeti modellezés mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Insperger Tamás
egyetemi tanár, Műszaki Mechanikai Tanszék -
Zelei Ambrus
Tudományos munkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék
