İnsan hareketinin biyomekanik modeli için yer tepki kuvvetlerinin kestirimi
Estimation of ground reaction forces for a biomechanical model of human motion
- Tez No: 813619
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. SERDAR ARITAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Spor, Biyomühendislik, Sports, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Benzetim, Biyomekanik, Biyomekanik analiz, Biyomekanik modelleme, Modelleme, Ters dinamik modellemesi, Simulation, Biomechanics, Biomechanical analysis, Biomechanical modelling, Modelling, Inverse dynamics modelling
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Sağlık Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Egzersiz ve Spor Fizyolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Spor Bilimleri ve Teknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmanın amacı insan vücudunun alt ekstremitesini temsil eden bir biyomekanik model geliştirmek ve bu model yardımıyla yer tepki kuvvetlerinin (YTK) kestirimidir. Bu amaçla alt ekstremite bağlantılı üyeler katı cisim modeli (BMMS) MATLAB/Simulink ortamında oluşturuldu. Ayak üyeleri ile zemin arasındaki yüzey-temas ilişkisi Simscape/Multibody kütüphaneleri kullanılarak modellendi. Çalışmanın deneysel bölümünde bir katılımcının squat, yürüme ve yüksekten serbest düşerek konma hareketleri VICON optik hareket yakalama sistemi kullanılarak kaydedildi. Kinematik değişkenler Nexus CGM2 modeli kullanılarak hesaplandı ve YTK bir Kistler kuvvet platformu kullanılarak ölçüldü. BMMS'de tanımlanan yüzey-temas parametreleri en iyileştirilerek hareketlerin ters dinamik benzeşimi gerçekleştirildi. Ters dinamik benzeşimle kestirimi yapılan sürtünme (SKk) ve yer tepki kuvvetleri (YTKk), kuvvet platformu ile kaydedilen sürtünme (SKd) ve yer tepki kuvvetleri (YTKd) ile karşılaştırıldı. Çalışmanın son aşamasında BMMS'te izlenen modelleme prensipleri izlenerek OpenSim benzeşim ortamında alt ekstremite kas-iskelet sistemi kuruldu (BMOS). Yürüme hareketi için BMOS'nin ters dinamik benzeşimi gerçekleştirilerek eklem torkları hesaplandı ve BMMS'nin benzeşimiyle hesaplanan değerlerle karşılaştırıldı. Çalışmanın bulguları BMMS'nin YTK değerlerini kuvvetli doğrusal ilişki ile %6'dan az hata ile kestirdiğini ortaya koymakla beraber SK değerlerini kestirmekte yetersiz olduğunu göstermektedir. BMMS ve BMOS'nin benzeşimiyle hesaplanan eklem torklarının genel davranışı benzer olmasına rağmen nicelik bakımından birbirleriyle paralellik göstermemektedir. BMMS'nin, biyomekanik özellikleri ve temas modeli geliştirildiğinde insan hareketinin dinamik benzeşiminde faydalı bir araç olacağı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
This study aims to build a biomechanical model of the human body's lower extremity and to estimate ground reaction forces by utilising this model. For this purpose, the linked-segment rigid body model of the lower extremity (BMMS) was built in MATLAB/Simulink. The contact forces between the model's feet and ground were modelled using Simscape/Multibody libraries. In the experimental part of the study, a participant's squat, walking and free-fall landing movements were recorded using the VICON optical motion capture system. The kinematic variables were calculated using the Nexus CGM2 model, and a Kistler force plate was used to measure the ground reaction forces during the motions. The ground-contact parameters of BMMS were optimised for the inverse dynamics simulation of the motions. The estimated frictional (FFE) and ground reaction forces (GRFE) were compared to the frictional (FFM) and ground reaction forces (GRFM) measured and recorded via the force plate. In the last stage of the study, the lower extremity musculoskeletal system (BMOS) was built in the OpenSim simulation environment following the same modelling principles as BMMS. The joint torques obtained via the inverse dynamics simulations performed in both MATLAB and OpenSim were calculated for the walking motion of the participant. The study's findings showed that BMMS is consistently accurate in estimating GRFM with less than 6% error and strong linear correlation but incapable of estimating the FFM. The trend in joint torque behaviours, calculated via simulations of BMMS and BMOS, showed similarity but not parallel in magnitude. BMMS is considered a helpful tool in the dynamic simulation of human movement when sufficient development is made in its biomechanical properties and ground-contact model.
Benzer Tezler
- İnsan vücudunun farklı durumlardaki hareketinin dinamik modellenmesi ve simülasyonu
Dynamic modelling and simulation of the human body motions in different situations
KASIM SERBEST
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Teknik EğitimSakarya ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN ELDOĞAN
YRD. DOÇ. DR. MURAT ÇİLLİ
- Diz ortezi giymiş insan kas iskelet örneği üzerinde derin pekiştirmeli öğrenmeyle yürüme öğrenmesi
Learning to walk on a human musculoskeletal model wearing a knee orthosis via deep reinforcement learning
ÖMER KAYAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜLYA YALÇIN
- Design process, manufacturing and material characterization of a prosthetic polymer aortic heart valve
Protez polimer aort kalp kapağının tasarım süreci, üretimi ve malzeme karakterizasyonu
MÜGE YAREN YAŞARTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kardiyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilim ve Mühendislik Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÇELEBİ
- Hemodynamic characterization of heart and venous valves based on multi-phase blood flow and FSI modelling
Çok fazlı kan akışı ve FSI modellemesine dayalı kalp ve venöz kapakçıkların hemodinamik karakterizasyonu
REZA DARYANI
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÇELEBİ
- ŞEFFAF PLAKLARLA YAPILAN ORTODONTİK TEDAVİLERDE KULLANILAN ÇEŞİTLİ AYGITLARIN DENTAL EKSPANSİYON ÜZERİNE ETKİSİNİN SONLU ELEMANLAR İLE DEĞERLENDİRİLMESİ
EVALUATION OF THE EFFECTS OF VARIOUS APPLIANCES USED IN ORTHODONTIC TREATMENT WITH CLEAR ALIGNERS ON DENTAL EXPANSION BY FINITE ELEMENT ANALYSIS
MEHMET KIZILOĞLU
Doktora
Türkçe
2026
Diş Hekimliğiİstanbul Aydın ÜniversitesiOrtodonti Ana Bilim Dalı
DOÇ. AYLİN PAŞAOĞLU BOZKURT