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Angewandte Biomechanik

Angewandte Biomechanik. VU2 4 ECTS Punkte Die Abkürzung ECTS steht für European Credit Transfer System Ein ECTS -AP steht dabei für einen Arbeitsumfang von 25 Stunden  100 Stunden 100 – 26 (Vorlesung) = 74 Stunden . Angewandte Biomechanik. Ziel:

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Angewandte Biomechanik

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Presentation Transcript

  1. Angewandte Biomechanik • VU2 • 4 ECTS Punkte • Die Abkürzung ECTS steht für European Credit Transfer System • Ein ECTS-AP steht dabei für einen Arbeitsumfang von 25 Stunden  100 Stunden • 100 – 26 (Vorlesung) = 74 Stunden

  2. Angewandte Biomechanik Ziel: • erweiterte undvertiefte Kenntnissein sportwissenschaftlichen Teildisziplinen und Anwendungsbereichen • untersportartspezifischen, zielgruppenorientierten undapparativen Aspekten • Beherrschen der englischen Fachterminologie • Einblick in Forschungsmethoden fachlich einschlägiger Nachbarwissenschaften • Organisation von Messungen

  3. Angewandte Biomechanik Inhalt: • Anwendung biomechanischer Messapparaturen in ausgewähltenProblemstellungen • Datenauswertung; kritische Beurteilung derMessvorgänge

  4. Angewandte Biomechanik Aufgabengebiete • Serien- und Reihenbilderstellung • Kinematische Analyse: Armzug Kraul, Kniebeuge und Laufschritt • Kinetische und kinematische Analyse: Kniebeuge • Beschleunigungsmessung bei einer selbst gewählten Sportart • Modellierung

  5. Angewandte Biomechanik Verwendete Messgeräte: • Casio Exilim F1 • Beschleunigungsmesser mit Datenlogger • Lukotronic (Übung Biomechanik) • Kistler Kraftmessplatte (Übung Biomechanik) • … • Achtung! Messgeräte immer rechtzeitig reservieren – Reservierungsprogramm Labor

  6. Angewandte Biomechanik Überprüfung des Grundlagenwissens siehe Grundlagen.xls

  7. Angewandte Biomechanik Überprüfung des Grundlagenwissens siehe Grundlagen.xls

  8. Angewandte Biomechanik Überprüfung des Grundlagenwissens siehe Grundlagen.xls

  9. High-Speed-Kamera: Casio Exilim Pro EX-F1 Technische Merkmale High-Speed-Video • Bilder • 60 fps bei 6 Megapixel (2816*2112) • 1 Sekunde Aufnahmezeit • Highspeed Movie • - 512 × 384 (300 fps) • - 432 × 192 (600 fps) • - 336 × 96 (1200 fps) • Videos liegen in komprimierter Form vor • Full HD-Video • Speicher – 8GB SanDisk Speicherkarten • 12-fach optischer Zoom

  10. High Speed F1- Bedienungsanleitung • 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

  11. High Speed F1- Bedienungsanleitung Bildbereich wählen Modusrad auf BS (Best Shot) Serienbildrad auf 1-60

  12. 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.

  13. High Speed F1- Bedienungsanleitung Taste Focus drücken bis MF im Display erscheint

  14. High Speed F1- Bedienungsanleitung Abspielmodus Aufnahmemodus Fokussieren

  15. High Speed F1- Bedienungsanleitung 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.

  16. Aufgabe bis zur nächsten Woche: • Serienbildaufnahme (30 oder 60 fps) einer sportlichen Bewegung von 2 Personen • Reihenbild und Serienbild erzeugen und Vergleich mit Knotenpunkten erstellen • Ballgeschwindigkeit von drei Personen beim Service bestimmen (Kinovea) • Gesamte Flugbahn des Balles versuchen mit Kinovea zu erheben • Kurze Präsentation mit Power Point (max. 4 Minuten)

  17. Serien- und Reihenbild • 2 Aufnahmen der eigenen Tennisbewegung – • z.B. 2 * Vorhand • Serien- und Reihenbild aus Fotos und Highspeed Aufnahmen erstellen • Zeitbereich Fotos: • Ausholphase, Hauptphase und Ausschwungphase • Zeitbereich Highspeed: • 40 cm vor bis 40 cm nach dem Treffpunkt • Technikvergleich mit Spitzenspieler - drei Knotenpunkte

  18. Beispiel: Andi • Knotenpunkt 1: • Knotenpunkt 2: • Knotenpunkt 3:

  19. Higshpeed Video in Bilder umwandeln Langsamer abspielen Schneller abspielen Bilder einzeln vorgehen Bild abspeichern Zur nächsten Videodatei

  20. Higshpeed Video in Bilder umwandeln • Eine Möglichkeit: • Mit Kinovea die Datei mit dem Icon „Speichere Video“ als *.avi abspeichern • Mit VirtualDub *.avi File öffnen und unter • File/Export/Image sequence • (.jpg / 3 / JPEG Qualität 100%) • die Bilder abspeichern

  21. Bewegungsanalyse - 2DBsp.: Kraularmzug

  22. Bewegungsanalyse:Allg. Fragen • Ist die Auswertung wesentlich von der digitalisierenden Person abhängig? • Unterscheidet sich die Auswertung bei mehreren Versuchen einer Person? • Unterscheidet sich die Auswertung zwischen linker und rechter Seite bei einer Person?

  23. Daten für die Bewegungsanalyse • 3 mal 1 Person von der linken und rechten Seite im „high definition Modus“ aufnehmen. Achtung Kamera darf sich während der Aufnahme nicht bewegen. • Wiederholungs- und Digitalisiergenauigkeit dokumentieren (mehrere Verläufe in Excel in ein Diagramm einfügen) • Armzug mit Hilfe der Diagramme analysieren • Powerpoint ca. 5 Minuten

  24. Digitalisieren

  25. Digitalisieren: Auswertung In der *.kox Datei sind in den Spalten die X- und Y- Koordinaten der digitalisierten Punkte als Pixelwerte abgespeichert. 0/0 X-Werte Y-Werte

  26. Digitalisieren: Auswertung

  27. Digitalisieren: Auswertung Digitalisieren: Finger Handgelenk Ellbogen Schulter

  28. Schwimmen: Besonderheiten Schwimmbad Lichtverhältnisse: Bei Sonnenschein reflektieren die Luftblasen das Sonnenlicht und dadurch ist die Hand kaum sichtbar Es können in der Bademeisterkabine die Unterwasserscheinwerfer eingeschaltet werden (nur die Nordseite einschalten) Die beste Position für die Aufnahme ist meistens das zweite Unterwasserfenster (vom Startblock aus gesehen) Die mittlere Türe kann mit dem Schwimmbadschlüssel (Nr. 9) vom Portier aufgesperrt werden Vor der Aufnahme das Licht bei den Unterwasserfenstern ausschalten (Schalter ist bei der mittleren Eingangstür) Auf Bahn 4 schwimmen (Vorsicht, es sollte niemand auf Bahn 5 und 6 schwimmen)

  29. Schwimmen:Skizze Aufnahme Linker Arm rechter Arm 4 5 6 Bodenmarkierung Stange zur Berechnung des Maßstabes Unterwasser Sichtfenster Aufnahmebeginn Aufnahmeende

  30. Schwimmen: Maßstab ermitteln Mit dem Programm DigiSchwimmen erstes Bild der Aufnahme vom Stab laden Mit dem Cursor zum Punkt 1 und 2 fahren und jeweils die horizontalen und vertikalen Pixelwerte (stehen unter dem Bild) ablesen. Der Maßstab berechnet sich aus: √(x2 – x1)² + (y2 – y1)²x1 …Pixelwert horizontal Punkt 1 M = ----------------------------y1…Pixelwert vetikal Punkt 1 ll…...Länge Stab Abbildung 1: schematische Darstellung einer Aufnahme mit Stab Beispiel: Punkt 1: (200,80) Punkt 2: (800, 70) Länge Stab: 2 m Ergibt sich für M: 300,04

  31. Schwimmen:Anforderungen an Armbewegung  Vorspannung der Antriebsmuskulatur (hoher Ellbogen) Zugphase möglichst großer Antrieb in Schwimmrichtung günstige Hebelverhältnisse für die Antriebsmuskulatur -------------------------- kein Druckabfall zwischen Zug- und Druckphase -------------------------- Druckphase möglichst großer Antrieb in Schwimmrichtung günstige Hebelverhältnisse für die Antriebsmuskulatur

  32. Schwimmen:Phaseneinteilung Beginn Zugphase: Handgeschwindigkeit horizontal größer Null Übergang Zug- zu Druckphase: Handgelenk hat gleiche horizontale Position wie Schulter Ende Druckphase: Geschwindigkeit der Hand kleiner Null Zuglänge: Horizontale Weglänge während der Zugphase Drucklänge: ........

  33. Schwimmen:Aufgaben • Möglichkeiten zur Aufnahme: • Montag 15.30 bis 17.45 (2 Kameras) oder evtl. SchwimmerInnen vom Schwimmtraining 3 von 18.00 bis 18.30 • Dienstag 13.00 – 15.15 (allerdings ist von 13.00 – 14.30 freies Schwimmen) • eigene Schwimmer organisieren

  34. Drehmoment Kraft * senkrechten Abstand ihrer Wirkungslinie vom Drehpunkt M = F * l F l senkrechter Abstand Wirkungslinie

  35. Gelenksstrecker: Zeichne die Hebelarme ein und beschrifte die Kraftvektoren Drehpunkt Gelenksarm FM... Muskelkraft dM...Hebelarm Muskel FL...äußere Kraft dL...Hebelarm äußere Kraft

  36. Gelenksstrecker FM Drehpunkt Gelenksarm FM... Muskelkraft dM...Hebelarm Muskel FL...äußere Kraft dL...Hebelarm äußere Kraft FL dM dL

  37. Kniestreckmaschinen mit Seilzug und Ovalscheibe B A

  38. Kniestreckmaschinen mit Seilzug und Ovalscheibe B A Biomechanische Grundlagen

  39. Drehmoment A B Kniestreckmaschinen mit Seilzug mit Ovalscheibe B A Biomechanische Grundlagen

  40. Berechnung Körperschwerpunkt m * yKSP = m1y1 + m2y2 + … + m14y14 m * xKSP = m1x1 + m2x2 + … m14x14 yKSP= 1/m * (m1y1 + … +m14y14) yKSP= 1/m * (m1y1 + … +m14y14) Für die Berechnung des KSP werden die Teilschwerpunktsverhältnisse und die Teilmassen der einzelnen Segmente benötigt. Mit welchenexperimentellenMöglichkeitenkann der KSP ermitteltwerden? Gelenksmomente Kniebeuge

  41. Berechnung Körperschwerpunkt Masse und Lage der Teilschwerpunkte ADJUSTMENTS TO ZATSIORSKY-SELUYANOV’S SEGMENT INERTIA PARAMETERS, Paolo de Leva, J. Biomechanics 1996 Gelenksmomente Kniebeuge

  42. Statischer Fall: Fges = FKörper + F Hantel Fgesgreift am KSP von Körper und Hantel an keine dynamischen Kräfte Der Körperschwerpunkt ist der gedachte Punkt, bei dem die Schwerkraft durch eine einzige Gegenkraft ausgeglichen werden kann. Fges Gelenksmomente Kniebeuge

  43. Statischer Fall: MKnie = F * l Knie F …Welche Gewichtskraft muss verwendet werden? Muss der Kraftangriffspunkt aus allen Teilmassen berechnet werden? lKnie Fges Gelenksmomente Kniebeuge

  44. Excel Programm „Kniebeugen“:

  45. Programm zur statischen Analyse der Gelenksmomente

  46. Gelenksmomente: Messung allgemein • Aufnahmesoftware (AS202) starten • Koordinatensystem von Lukotronic definieren • Nullabgleich Kraftmessplatte (am Verstärker ca. 1 mal pro Stunde) • Messung (Datenaufnahme) • Daten speichern • Daten mit dem Programm „Gelenksmomente“ betrachten

  47. AS202 Icon (Desktop) starten (Aufnahmesoftware) • „Strg + F1“ drücken  es werden alle Blätter angezeigt Bewegungs- und Krafterfassung in Echtzeit Übung Biomechanik und Kniebeuge 1 wählen

  48. Initialisieren vom Luko Messbalken • Frequenz: 50 Hz für Luko und 1000 Hz für • analoge Daten wählen (Registerblatt System) • Koordinatensystem von Lukotronic definieren • Marker auf die Kistler Platte kleben, wie sie auf der Kistler Platte beschrieben sind)

  49. AS202 – Bedienungsanleitung 1. Blatt – Software 2. Blatt - Coordinate System 3. Blatt - Automatic Direction B-18, Origin-19, Direction A-20 4. Define Coordinate System (Messung ist aktiv und Marker müssen weiss leuchten, gelbe Punkte müssen im rechten Fenster sichtbar sein!!!) 5. Save Coordinate Trafo

  50. Versuchsanordnung evtl. Hantlstange M 17 Lukotronic AS202 Luko-Funkbox M 18 Norden M 19 Direction A Origin M 20 M 21 USB-Kabel zu PC Direction B Kistler Kraftmessplatte

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