A contribution to the development of a special-purpose vehicle for handicapped persons dynamic simulations of mechanical concepts and the biomechanical interaction between wheelchair and user
Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
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| Format: | UnknownFormat |
| Sprache: | eng |
| Veröffentlicht: |
Ilmenau
Univ.-Verl. Ilmenau
2014
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| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | Kurzbeschreibung Inhaltsverzeichnis |
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Tag hinzufügen | Zusammenfassung: | Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014 Die Arbeit diskutiert die mathematische Modellbildung von ausgewählten Fortbewegungssystemen mit Rädern. Die Kinematik und Dynamik eines radgetriebenen Fahrzeuges mit Mecanum-Rädern wird beschrieben. Die dynamischen und kinematischen Modelle sind die Voraussetzung für Simulationsrechnungen und gleichzeitig für die praktische Anwendung beim Betrieb der Systeme. Außerdem wird das Bewegungsverhalten von Behinderten während der Fahrt im Rollstuhl für verschiedene Umgebungsbedingungen analysiert. Nach der Darlegung der Motivation der Arbeit wird eine Analyse des Standes der Technik auf dem Gebiet der Fahrzeuge mit Mecanum-Rädern vorgestellt. Eine Übersicht über aktuelle Aspekte der Fortbewegungssysteme für Behinderte und ihre Vor- und Nachteile ist ein weiterer Gegenstand der Arbeit. Im Kapitel 2 sind die mathematischen Grundlagen, die in dieser Arbeit verwendet werden, zusammengefasst. Es handelt sich um die Kinematik der starren Körper und ausgewählte Prinzipien und Gleichungen der analytischen Mechanik. Die Transformationsmatrizen für ebene Drehungen, die Arten der kinematischen Zwangsbedingungen, die Dynamik der starren Körper mit einem speziellen Fokus auf die LAGRANGE Gleichung 2. Art mit Multiplikatoren werden vorgestellt. Die Fortbewegungssysteme sind vor allem mit analytischen Methoden in der Kinematik und Dynamik beschrieben worden. Der Fokus liegt auf 2 Grundmodellen, die auch aktuell technisch genutzt werden. Das erste Modell gilt für zweirädrige Bewegungssysteme, wie zum Beispiel für einen Rollstuhl. Das zweite Modell wurde für ein vierrädriges Fahrzeug mit Mecanum-Rädern entwickelt. Detaillierte Herleitungen für die kinematischen und dynamischen Modelle sind für beide Fortbewegungssysteme dargestellt. Für die Dynamik des Fahrzeuges mit Mecanum-Rädern wird eine exakte Methode, basierend auf den Grundlagen der nichtholonomen Mechanik mit einer zweiten, häufig in der Literatur angeführten, Näherungsmethode verglichen. Aus der nichtholonomen Mechanik werden die LAGRANGE Gleichungen mit Multiplikatoren als effizientes Verfahren eingesetzt, um ein exaktes Modell zu generieren. Diese Modellgleichungen können alle möglichen Bewegungsbahnen des Fahrzeuges mit vier Mecanum-Rädern erfassen. Das Approximationsverfahren aus der Literatur nutzt eine Pseudoinverse Matrix und kann nur ausgewählte Standardtrajektorien abbilden. Simulationsergebnisse, basierend auf der numerischen Integration der Dynamikgleichungen aus beiden Verfahren werden in Kapitel 4 vorgestellt. Die resultierenden Bewegungsbahnen sind für vorgegebene Antriebsmomente dargestellt. Ein virtuelles 3D-Modell des vierrädriges Mecanum-Fahrzeuges ist mit Hilfe von MATLAB®, SIMULINK® und VIRTUAL REALITY TOOLBOX® erstellt worden. Ein Vorteil der 3D-Umgebung ist die anschauliche Darstellung komplexer Bewegungsbahnen bei kombinierten Translations- und Rotationsbewegungen des Systems. Zwei Experimentalfahrzeuge, eines mit klassischer Vierradstruktur inklusive Vorderachslenkung und ein weiteres mit vier omnidirektionalen Rädern vom Typ Mecanum, wurden aufgebaut. Sie dienen als Demonstratoren eines möglichen Plattformkonzeptes für Behindertenfahrzeuge. In der Arbeit werden die aus Simulationsrechnungen gewonnenen Trajektorien mit den tatsächlichen Bahnen des Prototyps verglichen. In einem abschließenden Kapitel wird für ausgewählte Szenarien mittels Motion Capturing Verfahren die Mensch-Maschine-Interaktion am Beispiel von Rollstuhlfahrern untersucht. Die Bewegung des menschlichen Körpers und des Rollstuhls wurde in ihren kinematischen Daten erfasst und mit den Werkzeugen ALASKA-DYNAMICUS® und ERGO TOOL® analysiert. |
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| Beschreibung: | Parallel als Online-Ausg erschienen unter der Adresse http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=24390 |
| Beschreibung: | XVII, 225 S. Ill., graph. Darst. 210 mm x 148 mm, 300 g |
| ISBN: | 9783863601034 978-3-86360-103-4 |