Emberi egyensúlyozás modellezése a reflex okozta késés figyelembevételével
Az emberi egyensúlyozás kérdése manapság egyre fontosabbá válik, ugyanis egyre több baleset köthető (főleg az idősek körében) az egyensúly elvesztéséhez. Sokat meg lehetne előzni, ha a reakcióidő megnövekedett értékét időben ki lehetne mutatni, vagy egyéb okokat lehetne feltárni.
A reakcióidő egyik lehetséges vizsgálati eszköze például az egyensúlyozó deszka lehet. A fent említett eszköz egy szabályozott deszka állítható szabályzó paraméterekkel. Ezeket a paramétereket addig változtatják, amíg az ember el nem veszíti a stabilitását. Gyakori kérdés, hogy a boka merevsége, vagy a megnövekedett reakcióidő okozza-e az egyensúlyvesztést. A dolgozat során ezt a kérdést vizsgáljuk.
A dolgozat egy két szabadsági fokú modellt vizsgál, amely az ember egyensúlyozó deszkán való egyensúlyozását írja le. Az emberi testet egy rúddal modellezzük, míg az emberi boka merevségét és csillapítását torziós merevséggel illetve viszkózus csillapítással vesszük figyelembe. Az egyensúlyozó személy reakcióidejét egy konstans időkéséssel modellezzük, illetve feltételezzük, hogy az emberi agy a környezethez viszonyított dőlésszöggel illetve dőlési sebességgel arányos beavatkozásra készteti a boka körüli izmokat. Ennek következtében az emberi egyensúlyozást időkésleltetett PD szabályozóval modellezzük.
A deszka esetén arányos (dőlésszögre) szabályozást használunk, valamint feltételezzük, hogy a pozíció mintavételezése és a szabályozó beavatkozása megfelelően gyors, ezért a szabályozás időkésését és diszkrét voltát elhanyagolhatjuk.
A modellezés eredményeképpen kapott matematikai modell időkésleltetett rendszer, amelynek a függőleges egyensúlyi helyzet körüli stabilitását a D-szeparáció módszerének segítségével vizsgáljuk. Feltételezzük, hogy ember egyensúlyvesztése akkor következik be, amikor egyetlen olyan (P, D) szabályozó paraméter kombináció sem létezik, amely esetén a leíró egyenletek stabilak lennének. Ennek következtében a kapott egyenletek PD szabályozóval történő stabilizálhatóságát vizsgáljuk. Az eredményeket stabilizálhatósági diagramokon szemléltetjük a deszka-szabályozás arányos tagjának és az ember reakció idejének a paraméter síkján, rögzített boka merevség és csillapítás értékek mellett.
szerzők
-
Molnár Csenge Andrea
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc) -
Detre Soma
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Lehotzky Dávid
doktorandusz, Műszaki Mechanikai Tanszék
