Egyensúlyozó deszkán való egyensúlyozás paraméteres vizsgálata
Az emberi egyensúlyozás vizsgálata napjainkban egyre fontosabbá válik, mert főként az idős emberek körében sok baleset köthető az egyensúly elvesztéséhez. Emellett az emberi egyensúlyozás elméleti és kísérleti vizsgálatával megismerhető az agy által használt szabályozási folyamata.
Dolgozatomban egy két szabadsági fokú modellel írtam le az ember (egyensúlyozó) deszkán történő egyensúlyozását az AP síkban. Az embert homogén rúddal, a boka körüli izmokat egy torziós merevséggel, illetve egy viszkózus csillapítással modelleztem. Az egyensúlyozó személy reakcióidejét konstans időkéséssel vettem figyelembe, illetve feltételeztem, hogy az emberi agy az ember és a deszka környezethez viszonyított dőlésszögével és dőlési sebességével arányos beavatkozásra készteti a boka körüli izmokat. Tehát az emberi agyat időkésleltetett PD szabályzóval modelleztem.
A rendszer függőleges egyensúlyi helyzet körüli stabilitása a D-szeparáció és a szemi-diszkretizáció 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. A dolgozatban azt vizsgáltam, hogy különböző konstans időkésések esetén mekkora az a minimális keréksugár, amely esetén még éppen léteznek megfelelő szabályzó-paraméterek a stabilitás fenntartására, tehát ha a kerék sugarát csökkentjük, akkor bekövetkezik az egyensúlyvesztés.
Az elméleti modellt kísérletekkel hasonlítottam össze. Elkészítettem egy egyensúlyozó deszkát cserélhető kerekekkel, így a különböző sugarak egyensúlyozásra való hatása könnyen vizsgálhatóvá vált. Elvégeztem a számításokat és az egyensúlyozási kísérleteket több személlyel, felvételeket készítettem az egyes személyek egyensúlyozásáról. Az elméleti és kísérleti eredmények összehasonlításán keresztül vizsgáltam, hogy az emberi agy időkésleltetett PD szabályzóval történő leírása milyen mértékben közelíti a valóságos egyensúlyozási folyamatot.
Irodalom:
1. G. Stépán, Retarded Dynamical Systems: Stability and Characteristic Functions, Longman, Horlow, 1989.
2. T. Insperger, G. Stépán, Semi-Discretization for Time-Delay Systems – Stability and Engineering Applications, Springer, New York, 2011.
3. I. Loram, M. Lakie, Direct measurement of human ankle stiffness during quiet standing: the intrinsic mechanical stiffness is insufficient for stability, Birmingham, 2002.
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
