Name: Symulacja drgań wywołanych przez człowieka w oparciu o scharakteryzowane zachowanie pieszych w terenie (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
Description: Poznaj metodę symulacji drgań wywołanych przez pieszych w oparciu o dane z obserwacji terenowych. Technika ta pozwala analizować tempo kroków i synchronizację tłumu, co usprawnia modelowanie obciążeń w inżynierii konstrukcyjnej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Eksperymenty z udziałem osób chodzących są przeprowadzane we współpracy z Laboratorium Analizy Ruchu i Postawy w Leuven (MALL)25. Z wdzięcznością wyrażamy wdzięczność za ich współpracę i wsparcie.

Wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez komisję etyczną szpitala uniwersyteckiego KU Leuven i każdy badany wyraził pisemną świadomą zgodę przed uczestnictwem.
1. 3D Śledzenie ruchu: konfiguracja i akwizycja danych
<ol>
	<li>Upewnij się, że poszczególne czujniki są w pełni naładowane (Rysunek 1A). Ten krok trwa około 1 godziny, ale można go wykonać w dniach poprzedzających właściwe pomiary. Postępuj zgodnie z protokołem ładowania producenta.</li>
	<li>MT Manager – Akwizycja danych2:
	<ol>
		<li>Włącz połączenie bezprzewodowe z czujnikami i określ żądaną częstotliwość próbkowania (Konfiguracja sieci bezprzewodowej > Włącz wszystkie główne sieci bezprzewodowe). 
		Uwaga: Aby umożliwić dokładną charakterystykę zachowania pieszego, zaleca się częstotliwość próbkowania co najmniej 60 Hz. Poszczególne czujniki rejestrują dane 3D dotyczące przyspieszenia liniowego, prędkości kątowej (ziemi), pola magnetycznego i ciśnienia atmosferycznego.</li>
		<li>Aktywuj tryb operacyjny i rozpocznij tryb pomiaru: wykonuj powolne ruchy czujnikami przez około 1 minutę (konfiguracja bezprzewodowa > Rozpocznij pomiar na wszystkich bezprzewodowych urządzeniach nadrzędnych).</li>
		<li>Wyświetlanie danych inercyjnych i magnetycznych wszystkich aktywnych czujników (View > Display > Inertial Data). Upewnij się, że podczas postoju orientacja czujnika nie jest przypadkowa. 
		Uwaga: Zmiana orientacji czujnika stacjonarnego wskazywałaby na środowisko zakłócone magnetycznie, a tym samym na niedokładne informacje o orientacji.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Resetowanie orientacji: Zastosuj resetowanie obiektu/nagłówka (Resetowanie obiektu/nagłówka > Resetuj orientację), aby zdefiniować globalny układ odniesienia eksperymentów (Rysunek 1B) 2.</li>
	<li>Umieść czujnik jak najbliżej środka ciężkości ciała (CoM) znajdującego się na poziomie piątego kręgu lędźwiowego (ryc. 1C). Przymocuj pojedynczy czujnik mocno i solidnie do każdego uczestnika za pomocą specjalnie zaprojektowanych pasków zatrzaskowych na całe ciało (Rysunek 1C).</li>
	<li>Rejestruj dane zgodnie z wymaganiami.</li>
	<li>Załaduj interesujące Cię rekordy (otwórz plik), określ ustawienia eksportu (Narzędzia > Preferencje > Eksporterzy) i wyeksportuj dane przyspieszenia (i macierzy orientacji) do późniejszej analizy2 (Plik > Eksport).</li>
</ol>
2. Płyta siłowa: Konfiguracja i konfiguracja
Uwaga: Obecny krok omawia zastosowanie płytki siłowej do rejestracji GRF. W przypadku, gdy w grę wchodzi osoba chodząca/biegająca, do rejestracji obciążenia wywołanego kolejnymi krokami3 ma być użyta seria płyt siłowych lub oprzyrządowana bieżnia, sam protokół jest analogiczny.
<ol>
	<li>Upewnij się, że płyta siłowa jest bezpiecznie przymocowana do podłogi laboratoryjnej (rysunek 2).</li>
	<li>Skonfiguruj urządzenie i ustawienia pobierania4 (NDI Open Capture > Data > Device Settings > Settings). Wybierz odpowiednie "wzmocnienie" i "częstotliwość próbkowania". W razie potrzeby skonfiguruj i sprawdź ustawienia wyzwalacza zewnętrznego4.
	<ol>
		<li>Wybierz wzmocnienie i częstotliwość próbkowania zgodnie z żądaną dokładnością i typem obciążenia. Do obecnego zastosowania należy użyć wzmocnienia 128 (maksymalna siła 4,879 N) i częstotliwości próbkowania 200 Hz.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rozpocznij i zakończ każdą próbę z pustą płytką siłową: Wytaruj płytkę siłową, gdy jest pusta (NDI Otwórz dane > przechwytywania > Ustawienia urządzenia > Ustawienia > Tara).</li>
	<li>W celach weryfikacyjnych: Umieść znany ciężar na górze płytki siłowej przed i po każdej próbie. 
	Uwaga: W niniejszej aplikacji stosuje się masę 5 kg, jednak użycie innej dobrze znanej masy sztywnej (> 2 kg) może równie dobrze służyć temu testowi weryfikacyjnemu.</li>
	<li>Rejestruj i zapisuj dane GRF zgodnie z wymaganiami. Eksport GRF do późniejszej analizy4.</li>
</ol>
3. Pomiar przyspieszeń strukturalnych
Uwaga: Obecne kroki mają na celu zebranie drgań konstrukcyjnych w jednym lub kilku odpowiednich miejscach na konstrukcji. Niniejsza aplikacja wykorzystuje rejestratory GeoSIG GMS (rysunek 3) do rejestracji przyspieszeń strukturalnych. Inne typy czujników o odpowiedniej charakterystyce dla danego zastosowania mogą być również stosowane.
<ol>
	<li>Upewnij się, że poszczególne czujniki są w pełni naładowane. Ten krok może potrwać kilka godzin, ale można go wykonać w dniach poprzedzających rzeczywiste pomiary. Postępuj zgodnie z protokołem ładowania producenta.</li>
	<li>Zamontuj czujniki w żądanych miejscach konstrukcji głównej: wypoziomuj czujniki i, jeśli to konieczne, zapewnij prawidłowe mocowanie do konstrukcji głównej (np. za pomocą magnesów). 
	Uwaga: biorąc pod uwagę dużą masę poszczególnych rejestratorów GMS (> 6 kg) i związane z tym oscylacje niskich częstotliwości (< 6 Hz), w tym przypadku nie było konieczne dodatkowe mocowanie.</li>
	<li>Do akwizycji danych GeoDAS5: Skonfiguruj i włącz bezprzewodową sieć GMS oraz połączenie z czujnikami5. Sprawdź ustawienia czasu i ustawienia synchronizacji (jeśli to konieczne) (kliknij prawym przyciskiem myszy na czujniku> Więcej informacji).</li>
	<li>Ustaw czujniki w żądanym miejscu i wypoziomuj je zgodnie z globalnym układem odniesienia.</li>
	<li>Dla akwizycji danych GeoDAS5: Eksportuj zarejestrowane dane do późniejszej analizy (kliknij prawym przyciskiem myszy czujnik > Sterowanie przyrządem > Wyślij żądanie > Żądanie użytkownika > GETEVT5).</li>
</ol>
4. Eksperymenty w kontrolowanym środowisku laboratoryjnym
<ol>
	<li>Konfiguracja / konfiguracja śledzenia ruchu 3D (zgodnie z opisem w sekcji 1).</li>
	<li>Konfiguracja / Ustawianie płyty siły (jak omówiono w rozdziale 2).</li>
	<li>Podczas pracy: sprawdź wzrokowo pomiary w czasie rzeczywistym zarówno bezprzewodowych czujników bezwładnościowych, jak i płytki siłowej, aby zweryfikować ich tryb pracy.</li>
	<li>Poproś uczestnika, aby wszedł na płytkę siłową i stał nieruchomo przez co najmniej 30 sekund: pozwoli to określić wagę każdej osoby.</li>
	<li>Skonfiguruj sygnał metronomu: wybierz żądany rytm, tj. podstawową częstotliwość wymuszania. 
	Uwaga: Sygnał metronomu można łatwo skonfigurować za pomocą bezpłatnych aplikacji online lub na smartfony.</li>
	<li>Rozpocznij rejestrowanie danych zarówno z płytki siłowej, jak i bezprzewodowych czujników bezwładnościowych.</li>
	<li>Poproś uczestnika, aby zainicjował pożądaną aktywność: chodzenie, skakanie lub podskakiwanie w tempie (docelowe) wskazanym przez sygnał metronomu (patrz Rysunek 4).</li>
	<li>Zapisz wybraną liczbę cykli ładowania, np. kroki, skoki lub cykle kołysania. Poproś uczestnika, aby zszedł z płyty siłowej. 
	Uwaga: Dla celów walidacji zaleca się rozważenie dodatkowego czasu nagrywania w tych warunkach bez obciążenia. W literaturze nie ma jasnego konsensusu co do minimalnej liczby cykli ładowania wymaganych do scharakteryzowania zmienności między cyklami6. Opierając się na doświadczeniu i pracach przedstawionych w [6], przedstawione tutaj badanie uwzględnia 60 kolejnych cykli, w których pierwsze i ostatnie pięć cykli obciążenia są wyłączone z dalszej analizy w celu wykluczenia nieprawidłowości w schemacie obciążenia na początku i na końcu próby.</li>
</ol>
5. Eksperymenty in situ
<ol>
	<li>Skonfiguruj / Ustaw sieć czujników inercyjnych 3D, które śledzą ruch uczestników (patrz sekcja 2 i rysunek 5).</li>
	<li>Skonfiguruj / Skonfiguruj sieć GMS akcelerometrów bezprzewodowych, które rejestrują przyspieszenia strukturalne (patrz rozdział 4).</li>
	<li>Podczas pracy: (wizualnie) sprawdzaj pomiary w czasie rzeczywistym bezprzewodowych czujników bezwładnościowych, aby zweryfikować ich tryb działania.</li>
	<li>Zdefiniuj przejrzysty protokół, który pozwoli na synchronizację zaangażowanych systemów pomiarowych, jeśli jest to wymagane. 
	Uwaga: Ten krok jest konieczny, gdy zaangażowane systemy akwizycji danych nie pozwalają na bezpośrednią synchronizację ze względu na brak wyzwalacza lub wspólnego kanału. To ostatnie dotyczy bezprzewodowych systemów pomiarowych stosowanych w doświadczeniach in situ (5.1 i 5.2). W związku z tym na miejscu zastosowano przejrzysty protokół, który pozwala na synchronizację zbiorów danych w trybie offline. W niniejszej aplikacji zaangażowane systemy pomiarowe są synchronizowane poprzez rejestrację identycznego zdarzenia, tj. uderzenia, na początku i na końcu każdej próby, zarejestrowanego przez co najmniej jeden czujnik każdego z zaangażowanych systemów pomiarowych. Odpowiednio wyrównane wektory czasowe są następnie uzyskiwane poprzez zestrojenie tych zdarzeń w trybie offline.</li>
	<li>Skonfiguruj sygnał metronomu: in situ wymagane jest użycie megafonu do wzmocnienia docelowego rytmu.</li>
	<li>Zbierz wystarczającą liczbę prób, aby sprawdzić powtarzalność eksperymentu. Opierając się na doświadczeniu, autorzy zalecają nagranie co najmniej 3, a najlepiej 4 prób.</li>
</ol>
6. Analiza danych
<ol>
	<li>Wstępnie przetwórz surowe dane danego sprzętu zgodnie z wymaganiami: Zastosuj odpowiednie filtry, aby usunąć niepożądane wpływy, takie jak nieistotne wkłady wysokich częstotliwości i szum pomiaru, i zachowaj odpowiednie okno czasowe zgodnie z protokołem producenta. 
	Uwaga: Charakterystyki filtrowania należy dobrać zgodnie z zastosowaniem. W niniejszym badaniu MATLAB Signal Processing Toolbox7 jest stosowany do wykonywania filtrowania dolnoprzepustowego z częstotliwością odcięcia przy 20 Hz dla wszystkich zaangażowanych sygnałów.</li>
	<li>Dla każdego uczestnika: Oblicz dyskretną transformację Fouriera zarejestrowanych przyspieszeń CoM za pomocą MATLAB Signal Processing Toolbox7 i zidentyfikuj średnią częstotliwość obciążenia jako częstotliwość dominującego piku podstawowej harmonicznej w uzyskanym widmie.</li>
	<li>Zidentyfikuj czas pomiędzy dowolnymi dwoma nominalnie identycznymi zdarzeniami cykli obciążenia za pomocą metody opisanej w [3] lub narzędzia lc_timing zestawu narzędzi PediVib MATLAB8
	<ol>
		<li>Załaduj wektor danych (lc_timing > Załaduj).</li>
		<li>Określ częstotliwość próbkowania i oszacuj średnią częstotliwość ładowania. W razie potrzeby określ odpowiednie okno czasowe. Zapisz zidentyfikowany czas nominalnie identycznych zdarzeń, tj. cykli obciążenia (lc_timing > Zapisz).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Obliczyć średnią częstotliwość obciążenia jako odwrotność średniego czasu pomiędzy kolejnymi cyklami obciążenia (jak określono w ppkt 6.3).</li>
	<li>W przypadku doświadczeń w laboratorium: Zastosować procedurę opisaną w ppkt 6.3 zarówno dla wynikowych sił reakcji gruntu, jak i przyspieszeń zarejestrowanych w CoM każdej osoby. 
	Uwaga: Ten etap służy jako walidacja procedury stosowanej do eksperymentów in situ, w których nie można bezpośrednio zmierzyć GRF. Metoda opisana w [3] pokazuje, w jaki sposób można zidentyfikować tempo tempa ruchu pieszego w czasie poprzez scharakteryzowanie związku między przyspieszeniami zarejestrowanymi w pobliżu CoM danej osoby a wynikającymi z niej GRF.</li>
	<li>W odniesieniu do doświadczeń in situ: Zastosować procedurę opisaną w ppkt 6.3 w odniesieniu do przyspieszeń zarejestrowanych w Układzie Uczestników Zgromadzeniach każdej osoby.</li>
</ol>
7. Symulacja i analiza reakcji strukturalnej
Uwaga: Kolejne kroki są wykonywane przy użyciu MATLAB7. Odpowiedź konstrukcyjna jest obliczana za pomocą zestawu narzędzi PediVib, zestawu narzędzi MATLAB opracowanego przez autorów8 (Rysunek 6): siły wywołane przez człowieka są określane przez zastosowanie uogólnionych modeli obciążeń zdefiniowanych przez Li i wsp.9 (chodzenie) oraz Bachmann i wsp.1 (skakanie, bieganie i obciążenie wandalem), a model konstrukcyjny jest sformułowany we współrzędnych modalnych10. Dołączona instrukcja zawiera samouczki, które w przejrzysty sposób ilustrują następujące kroki.
<ol>
	<li>Symulacja reakcji strukturalnej
	<ol>
		<li>Zdefiniuj parametry modalne badanej konstrukcji: częstotliwości drgań własnych, współczynniki tłumienia modalnego, przemieszczenia modalne znormalizowane masowo, współrzędne odpowiednich węzłów (PediVib > Parametry konstrukcyjne > Nowy). Sprawdź wzrokowo informacje o wprowadzaniu modalnym (PediVib > Parametry konstrukcyjne > Widok).</li>
		<li>Zdefiniuj charakterystykę pieszego i odpowiadające im obciążenia indukowane: rodzaj obciążenia, wagę, ścieżkę/lokalizację chodnika, średnie tempo stymulacji, początek każdego cyklu obciążenia (PediVib > Pojedynczy pieszy > Nowy). Uruchom i zapisz symulowaną reakcję strukturalną dla zaangażowanych uczestników. Sprawdź wzrokowo wyniki (PediVib > Widok > pojedynczego pieszego).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Oblicz całkowitą odpowiedź strukturalną poprzez superpozycję poszczególnych odpowiedzi, tj. sumę odpowiednich wektorów, i porównaj wynik ze zmierzoną odpowiedzią strukturalną, np. tworząc rysunek, który przedstawia zmierzoną i symulowaną odpowiedź strukturalną.</li>
</ol>

<ol><li>Bachmann, H., Ammann, W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBachmann%2C+H+%22Bachmann+vibrations+in+structures+%3A+induced+by+man+and+machines%22">Bachmann vibrations in structures : induced by man and machines</a>. , IABSE-AIPC-IVBH. (1987).</li>
<li>Xsens Technologies B. V.. MTw User Manual. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.xsens.com/download/usermanual/MTw_usermanual.pdf">https://www.xsens.com/download/usermanual/MTw_usermanual.pdf</a> (2013).</li>
<li>Van Nimmen, K., Lombaert, G., Jonkers, I., De Roeck, G., Vanden Broeck, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterisation+of+walking+loads+by+3D+inertial+motion+tracking%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sound+Vib%22%5BJournal%5D)">Characterisation of walking loads by 3D inertial motion tracking.</a> J. Sound Vib. 333 (20), 1-15 (2013).</li>
<li>Northern Digital Inc. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22TrueImpulse+Kinetic+Measurement+System+User+Guide%22">TrueImpulse Kinetic Measurement System User Guide</a>. , (2013).</li>
<li>Geosig Ltd. GeoSIG GMS 18-24 User Manual. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.geosig.com/productfile2.html?productid=10319">http://www.geosig.com/productfile2.html?productid=10319</a> (2012).</li>
<li>Racic, V., Pavic, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mathematical+model+to+generate+near-periodic+human+jumping+force+signals%5BTitle%5D)+AND+%22Mech.+Syst.+Signal+Process%22%5BJournal%5D)">Mathematical model to generate near-periodic human jumping force signals.</a> Mech. Syst. Signal Process. 24 (1), 138-152 (2010).</li>
<li>The MathWorks Inc. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22MATLAB+and+Signal+Processing+Toolbox+Release%22">MATLAB and Signal Processing Toolbox Release</a>. , (2014).</li>
<li>Van Nimmen, K., Van den Broeck, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aVan+Nimmen%2C+K+%22PediVib+1.0+-+A+MATLAB+toolbox+for+the+simulation+of+human-induced+vibrations%22">PediVib 1.0 - A MATLAB toolbox for the simulation of human-induced vibrations</a>. , KU Leuven. (2015).</li>
<li>Li, Q., Fan, J., Nie, J., Li, Q., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crowd-induced+random+vibration+of+footbridge+and+vibration+control+using+multiple+tuned+mass+dampers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sound+Vib%22%5BJournal%5D)">Crowd-induced random vibration of footbridge and vibration control using multiple tuned mass dampers.</a> J. Sound Vib. 329 (19), 4068-4092 (2010).</li>
<li>Van Nimmen, K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Numerical+and+experimental+study+of+human-induced+vibrations+of+footbridges+%5B%5D%22">Numerical and experimental study of human-induced vibrations of footbridges [dissertation]</a>. , KU Leuven. (2015).</li>
<li>Middleton, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Dynamic+performance+of+high+frequency+floors+%5B%5D%22">Dynamic performance of high frequency floors [dissertation]</a>. , University of Sheffield. (2009).</li>
<li>Ingòlfsson, E. T., Georgakis, C. T., Ricciardelli, F., Jönsson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+identification+of+pedestrian-induced+lateral+forces+on+footbridges%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sound+Vib%22%5BJournal%5D)">Experimental identification of pedestrian-induced lateral forces on footbridges.</a> J. Sound Vib. 330 (6), 1265-1284 (2011).</li>
<li>Racic, V., Brownjohn, J. M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mathematical+modelling+of+random+narrow+band+lateral+excitation+of+footbridges+due+to+pedestrians+walking%5BTitle%5D)+AND+%22Comput.+Struct%22%5BJournal%5D)">Mathematical modelling of random narrow band lateral excitation of footbridges due to pedestrians walking.</a> Comput. Struct. 90-91 (1), 116-130 (2012).</li>
<li>Reynders, E., Roeck, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((De+Reference-based+combined+deterministic-stochastic+subspace+identification+for+experimental+and+operational+modal+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Mech.+Syst.+Signal+Process%22%5BJournal%5D)">De Reference-based combined deterministic-stochastic subspace identification for experimental and operational modal analysis.</a> Mech. Syst. Signal Process. 22 (3), 617-637 (2008).</li>
<li>Bocian, M., Macdonald, J. H. G., Burn, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomechanically+inspired+modeling+of+pedestrian-induced+vertical+self-excited+forces%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Bridg.+Eng%22%5BJournal%5D)">Biomechanically inspired modeling of pedestrian-induced vertical self-excited forces.</a> J. Bridg. Eng. 18 (12), 1336-1346 (2013).</li>
<li>Živanović, S., Pavić, A., Ingòlfsson, E. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+spatially+unrestricted+pedestrian+traffic+on+footbridges%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Structural+Engineering%22%5BJournal%5D)">Modeling spatially unrestricted pedestrian traffic on footbridges.</a> Journal of Structural Engineering. 136 (10), 1296-1308 (2010).</li>
<li>Agu, E., Kasperski, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+the+random+dynamic+parameters+of+the+human+body+on+the+dynamic+characteristics+of+the+coupled+system+of+structurecrowd%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sound+Vib%22%5BJournal%5D)">Influence of the random dynamic parameters of the human body on the dynamic characteristics of the coupled system of structurecrowd.</a> J. Sound Vib. 330 (3), 431-444 (2011).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Vicon+Motion+Systems+Product+Manuals%22">Vicon Motion Systems Product Manuals</a>. , (2012).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22CODAmotion+Technical+data+sheet%22">CODAmotion Technical data sheet</a>. , (2012).</li>
<li>Meichtry, A., Romkes, J., Gobelet, C., Brunner, R., Müller, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Criterion+validity+of+3D+trunk+accelerations+to+assess+external+work+and+power+in+able-bodied+gait%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+Posture%22%5BJournal%5D)">Criterion validity of 3D trunk accelerations to assess external work and power in able-bodied gait.</a> Gait Posture. 25 (1), 25-32 (2007).</li>
<li>Jung, Y., Jung, M., Lee, K., Koo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ground+reaction+force+estimation+using+an+insole-type+pressure+mat+and+joint+kinematics+during+walking%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Ground reaction force estimation using an insole-type pressure mat and joint kinematics during walking.</a> J. Biomech. 47 (11), 2693-2699 (2014).</li>
<li>Liedtke, C., Fokkenrood, S. A., Menger, J. T., van der Kooij, H., Veltink, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+instrumented+shoes+for+ambulatory+assessment+of+ground+reaction+forces%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+Posture%22%5BJournal%5D)">Evaluation of instrumented shoes for ambulatory assessment of ground reaction forces.</a> Gait Posture. 26 (1), 39-47 (2007).</li>
<li>Boutaayamou, M., Schwartz, C., et al. Validated extraction of gait events from 3D accelerometer recordings. 3D Imaging (IC3D), 2012 International Conference on, , 6-9 (2012).</li>
<li>Kavanagh, J. J., Menz, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accelerometry%3A+A+technique+for+quantifying+movement+patterns+during+walking%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+Posture%22%5BJournal%5D)">Accelerometry: A technique for quantifying movement patterns during walking.</a> Gait Posture. 28 (1), 1-15 (2008).</li>
<li>Duysens, J. L., Jonkers, I., Verschueren, S. L. MALL: Movement and posture Analysis Laboratory Leuven (Interdepartemental research laboratory at the Faculty of Kinisiology and Rehabilitation Sciences). , KU Leuven. Available from:
 <a target="_blank" href="https://faber.kuleuven.be/MALL/mall.php">https://faber.kuleuven.be/MALL/mall.php</a> (2015).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Ruch człowieka i wynikające z niego GRF-y są zwykle identyfikowane przez zastosowanie płyt siłowych, oprzyrządowanych bieżni, a także technologii optycznego przechwytywania ruchu, takiej jak Vicon18 i CODA19. Zastosowanie tych technik jest jednak ograniczone do środowiska laboratoryjnego. W odpowiedzi na tę wadę badany jest obecnie potencjał innowacyjnych technik, które pozwalają na pomiar "naturalnego" zachowania osoby w wielu powtarzających się i nieprzerwanych cyklach20. Alternatywne t...

Kierując się ekonomicznym wymogiem wydajności i rosnącą wytrzymałością (nowych) materiałów, architekci i inżynierowie przesuwają granice, aby budować coraz dłuższe, wyższe i lżejsze konstrukcje. Zazwyczaj lekkie i smukłe struktury mają jedną lub więcej częstotliwości drgań własnych, które leżą w dominującym spektrum zwykłych ludzkich aktywności, takich jak chodzenie, bieganie lub skakanie. Mogą one ulegać (prawie) wzbudzeniu rezonansowemu, ale często nadmiernie reagują na ruch człowieka, co skutkuje niepokojącymi, a nawet szkodliwymi wibracjami1. W przypadku tych smukłych i lekkich konstrukcji łatwość serwisowania drgań jest coraz większym problemem, często stanowiąc krytyczny wymóg projektowy.
Ruch człowieka i wynikające z niego siły reakcji gruntu (GRF) są zazwyczaj identyfikowane eksperymentalnie w warunkach laboratoryjnych. Obecnie projektanci są zmuszeni polegać na – z założenia "konserwatywnych" – modelach obciążeń równoważnych, przeskalowanych z jednoosobowych pomiarów siły. W przypadku konstrukcji, w których rządzi się dynamiką w warunkach dużego zagęszczenia tłoka, istnieje duże zapotrzebowanie na weryfikację i udoskonalenie obecnie dostępnych modeli obciążeń.
Obecny protokół wykorzystuje technikę 3D inercyjnego śledzenia ruchu do charakteryzowania naturalnego ruchu pieszych. Pokazano, w jaki sposób informacje te można wykorzystać do określenia korelacji między pieszymi, a także odpowiadających im obciążeń indukowanych. W kolejnym kroku scharakteryzowane zachowanie pieszego jest wykorzystywane do numerycznej symulacji indukowanej reakcji strukturalnej. Porównanie z zarejestrowaną reakcją strukturalną pozwala na ilościowe określenie wpływu nieuwzględnionych zjawisk interakcji człowiek-struktura, np. dodatkowego tłumienia spowodowanego obecnością pieszych. Metodologia została zilustrowana dla pełnowymiarowych eksperymentów na prawdziwej kładce, w której reakcja strukturalna i ruch uczestników są rejestrowane jednocześnie.

<table><tbody><tr><td>MTw Development Kit + MT Manager Software</td><td>Xsens</td><td>MTW-38A70G20-1</td><td>Zestaw rozwojowy z bezprzewodowymi, bardzo dokładnymi, małymi i lekkimi trackerami ruchu 3D człowieka i towarzyszącymi paskami na całe ciało.</td></tr><tr><td>System pomiaru kinetycznego True Impulse + system akwizycji i wizualizacji danych NDI Open Capture</td><td>NDI Northern Digital Inc.</td><td>791028</td><td>TrueImpulse mierzy siły reakcji wywierane przez człowieka podczas wielu różnych czynności.</td></tr><tr><td>GMS-24</td><td>GeoSIG Ltd</td><td>Rev. 03.08.2010</td> <td>(Bezprzewodowy) akcelerometry do rejestracji drgań strukturalnych.</td></tr><tr><td>GeoDAS System Akwizycji Danych</td><td>GeoSIG GeoSIG Ltd</td><td>Rev. 03.08.2010</td><td>Graficzna aplikacja MS Windows działająca pod kontrolą Windows 9x/NT/2000, zapewniająca interfejs programowy pomiędzy użytkownikami a rejestratorami GeoSIG GSR/GCR/GBV/GT.</td></tr><tr><td>Zestaw narzędzi PediVib</td><td>KU Leuven</td><td></td><td>Interfejs programowy/zestaw narzędzi do symulacji drgań strukturalnych indukowanych przez pieszych.</td></tr><tr><td>Metronom</td><td></td><td></td><td>Urządzenie wskazujące docelowe tempo aktywności (bezpłatne aplikacje są dostępne online na komputer/laptop/smartfon).</td></tr></tbody></table>

symulacja drgań wywołanych przez człowieka w oparciu o scharakteryzowane zachowanie pieszych w terenie

Simulation of Human-induced Vibrations Based on the Characterized In-field Pedestrian Behavior

Dla smukłych i lekkich konstrukcji, możliwość obsługi drgań jest coraz większym problemem, często stanowiąc krytyczny wymóg projektowy. W związku z tym, że w projektach rządzi się dynamiką pod obciążeniami wywołanymi przez człowieka, istnieje duże zapotrzebowanie na weryfikację i udoskonalenie obecnie dostępnych modeli obciążeń. W niniejszym artykule wykorzystano technikę inercyjnego śledzenia ruchu 3D do scharakteryzowania zachowań pieszych w terenie. Technika ta jest najpierw testowana w eksperymentach laboratoryjnych z jednoczesną rejestracją odpowiednich sił reakcji gruntu. Eksperymenty obejmują osoby chodzące, a także rytmiczne czynności człowieka, takie jak skakanie i podskakiwanie. Wykazano, że zarejestrowany ruch pozwala na identyfikację tempa aktywności w wariancie czasowym. Wraz z masą ciała osoby i zastosowaniem uogólnionych modeli sił dostępnych w literaturze, zidentyfikowane tempo stymulacji w czasie pozwala na scharakteryzowanie obciążeń indukowanych przez człowieka. Ponadto synchronizacja czasu między bezprzewodowymi trackerami ruchu pozwala na określenie szybkości synchronizacji między uczestnikami. Następnie technika ta jest stosowana na prawdziwej kładce dla pieszych, gdzie rejestrowany jest zarówno ruch osób, jak i indukowane drgania konstrukcyjne. Pokazano, w jaki sposób scharakteryzowane zachowanie pieszych w terenie można zastosować do symulacji indukowanej reakcji strukturalnej. Wykazano, że zidentyfikowana in situ szybkość stymulacji i szybkość synchronizacji stanowią istotne dane wejściowe do symulacji i weryfikacji obciążeń wywołanych przez człowieka. Głównymi potencjalnymi zastosowaniami proponowanej metodyki są oszacowanie zjawisk interakcji człowiek-struktura oraz opracowanie odpowiednich modeli korelacji między pieszymi w rzeczywistych warunkach ruchu.

Najpierw pokazano, w jaki sposób przyspieszenia rejestrowane w pobliżu środka masy (CoM) osób mogą być wykorzystane do charakterystyki wynikających z nich sił reakcji podłoża (GRF). Wyniki omówiono tutaj dla osoby idącej3. W pełni porównywalne obserwacje uzyskano w przypadku rytmicznych aktywności ludzkich, t.j. skakania i podskakiwania. Rysunek 7A oraz 7B pokazują, że widmo amplitudy ciągłych pionowych sił nacisku stóp oraz odpowiadaj...

Przedstawiono protokół do charakterystyki zachowania pieszych w terenie i symulacji wynikającej z tego reakcji strukturalnej. Testy terenowe pokazują, że zidentyfikowane in situ tempo stymulacji i tempo synchronizacji między uczestnikami stanowią istotny wkład w symulację i weryfikację obciążeń wywołanych przez człowieka.

Symulacja drgań wywołanych przez człowieka w oparciu o scharakteryzowane zachowanie pieszych w terenie

For slender and lightweight structures, vibration serviceability is a matter of growing concern, often constituting the critical design requirement. With ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest wykorzystanie śledzonego ruchu pieszych do charakterystyki obciążeń wywołanych przez ludzi, a następnie weryfikacja indukowanych drgań konstrukcyjnych. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu drgań wywołanych przez ludzi, takie jak charakterystyka indywidualnych zachowań podczas chodzenia, identyfikacja korelacji między pieszymi w tłumie, a także kwantyfikacja zjawisk oddziaływania człowiek-konstrukcja. Główną zaletą tej techniki jest możliwość jej zastosowania in-situ, co pozwala na analizę rzeczywistych warunków ruchu.Obserwacje w warunkach terenowych są jedynym sposobem na uzyskanie szczegółowych i dokładnych informacji na temat reprezentatywnych danych dotyczących obciążeń. Są one zatem niezbędne do dalszego rozwoju i walidacji modeli obciążeń stosowanych w przypadku pobudzeń wywoływanych przez pieszych. Procedurę zaprezentują Klaus Lievens, Xinxin Wei i Krumka Kasapova, troje doktorantów z naszej grupy badawczej, oraz Bram Gezels, asystent naukowy.Użyj bezprzewodowych trackerów ruchu do rejestracji ruchu pieszych. Aby skonfigurować czujniki, użyj oprogramowania MT manager w celu nawiązania połączenia bezprzewodowe

simulation-human-induced-vibrations-based-on-characterized-field

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opisano wydajną metodę pozwalającą zrozumieć sposób, w jaki ludzie orientują się w przestrzeni trójwymiarowej. Metoda ta wykorzystuje symulator ruchu zdolny do przemieszczania obserwatorów w sposób nieosiągalny dla tradycyjnych symulatorów. Wyniki potwierdzają, że ruch w płaszczyźnie poziomej jest niedoszacowany, natomiast ruch pionowy jest przeszacowany.

Symulator CyberMotion MPI: Implementacja nowatorskiego symulatora ruchu do badania wielozmysłowej integracji ścieżki w trzech wymiarach

Właściwości inercyjne segmentu ciała są wymagane do modelowania dynamiki odwrotnej. Za pomocą techniki płytki oscylacyjnej i reakcyjnej zmierzono właściwości inercyjne protez poniżej kolana. Zastosowanie bezpośrednich pomiarów bezwładności protezy w modelu dynamiki odwrotnej protezy nogi skutkowało mniejszymi wielkościami wypadkowych sił i momentów stawowych.

Techniki oscylacji i reakcji do szacowania właściwości bezwładności protezy poniżej kolana

Ten artykuł opisuje technikę stosowania bodźców wibrodotykowych na udo ludzkiego uczestnika oraz mierzenie dokładności i czasu reakcji wolicjonalnej uczestnika dla różnych kombinacji lokalizacji i częstotliwości stymulacji.

Metoda oceny terminowości i dokładności wolicjonalnych reakcji motorycznych na bodźce wibrodotykowe

Tutaj prezentujemy nowatorski protokół do pomiaru stabilności pozycyjnej w kluczowych momentach podczas jazdy z pozycji siedzącej do stojącej i chodzącej, wykorzystując środek nacisku do odległości środka ciężkości całego ciała. Zostało to wyprowadzone z platformy siłowej i technologii trójwymiarowego przechwytywania ruchu. Paradygmat jest wiarygodny i może być wykorzystany do oceny osób z zaburzeniami neurologicznymi.

Siedzenie, stanie i chodzenie od 120% wysokości kolan: nowatorskie podejście do oceny dynamicznej kontroli postawy niezależnie od kończyny prowadzącej

Podczas lądowania, kości dolnej części ciała doświadczają dużych obciążeń mechanicznych i są zdeformowane. Pomiar deformacji kości jest niezbędny, aby lepiej zrozumieć mechanizmy urazów spowodowanych stresem kostnym związanych z uderzeniami. Nowatorskie podejście łączące modelowanie układu mięśniowo-szkieletowego specyficzne dla danego tematu i analizę elementów skończonych służy do pomiaru obciążenia kości piszczelowej podczas ruchów dynamicznych.

Tematyczny model mięśniowo-szkieletowy do badania naprężeń kości podczas ruchu dynamicznego

Ten artykuł przedstawia eksperymentalne/analityczne ramy do badania kontroli postawy człowieka. Protokół zawiera procedury krok po kroku dotyczące przeprowadzania eksperymentów w pozycji stojącej, pomiaru kinematyki i kinetyki ciała oraz analizowania wyników w celu zapewnienia wglądu w mechanizmy leżące u podstaw kontroli postawy człowieka.

Eksperymentalne metody badania kontroli postawy człowieka

Ten protokół opisuje użycie symulatora chodu, który służy jako bezpieczna i ekologicznie poprawna metoda badania zachowania pieszych w obecności ruchu ulicznego.

Wykorzystanie symulatora chodu w wirtualnej rzeczywistości do badania zachowań pieszych

Ten protokół opisuje platformę symulacji jazdy oraz zestaw narzędzi do wibrowania dotykowego do badania badań związanych z jazdą. Przedstawiono również przykładowy eksperyment badający skuteczność ostrzeżeń dotykowych.

Zestaw narzędzi do wibracji dotykowych i platforma symulacji jazdy do badań związanych z jazdą

To badanie porównało cechy biomechaniczne kończyny dolnej podczas nieplanowanego zakończenia chodu przy różnych prędkościach chodu. Dane kinematyczne i kinetyczne kończyn dolnych od piętnastu osób o normalnej i dużej prędkości chodzenia zebrano przy użyciu systemu analizy ruchu i platformy nacisku podeszwowego.

Charakterystyka biomechaniczna kończyn dolnych związana z nieplanowanym zakończeniem chodu przy różnych prędkościach chodzenia

Protokół opisany w tym artykule wykorzystuje technikę histogramu gradientu kierunkowego do wyodrębnienia cech próbek konkretnych obrazów w różnych stanach wibracji. Wykorzystuje maszynę wektorów nośnych do uczenia maszynowego, co skutkuje metodą rozpoznawania obrazu z minimalnymi wymaganiami dotyczącymi próbek treningowych i niskimi wymaganiami dotyczącymi wydajności komputera.

Rozpoznawanie obrazu i analiza parametrów stanu drgań betonu w oparciu o maszynę wektorów nośnych

Poznaj metodę symulacji drgań wywołanych przez pieszych w oparciu o dane z obserwacji terenowych. Technika ta pozwala analizować tempo kroków i synchronizację tłumu, co usprawnia modelowanie obciążeń w inżynierii konstrukcyjnej.

Symulacja drgań wywołanych przez człowieka w oparciu o scharakteryzowane zachowanie pieszych w terenie

Przeglądaj więcej filmów