report

C1:
Добрый день! Вашему вниманию предлагается дипломный проект на тему
«Создание модели базовых движений в волейболе средствами ADAMS/LifeMod для
улучшения тренировочного процесса»
C2:
Совершенствование спортивно-технического мастерства и скоростно-силовых
способностей спортсменов, а также подготовка тренеров и преподавателей по виду
спорта требуют ответа на главный вопрос — как и на основе чего учить? Прежде чем
ответить на этот вопрос, необходимо определить предмет обучения и его содержание.
Очевидно, что предметом обучения в волейболе являются:
1. Взаимодействие спортсмена с опорой при перемещении по площадке.
2. Основы техники прыжковых упражнений.
3. Техника владения мячом, включая и технику выполнения двигательных действий
при его приеме, передачах, нападении и защите.
4. Физические способности волейболиста — гибкость, выносливость, силовые и
скоростные (включая элементарные формы проявления скоростных способностей
— латентное время реакции, время выполнения элементарных движений и темп
движений), а также ловкость, определяемая точностью выполнения движений
(целевая точность).
5. Тактическая подготовка каждого игрока и всей команды в целом.
В данном проекте анализ способностей спортсменов основывается на первых четырех
пунктах и состоит в представлении биомеханической модели человека с учетом
особенностей строения опорно-двигательного аппарата человека и личных
антропометрических характеристик.
Конкретизация основных параметров и результатов моделирования позволяет
удовлетворить запросы практики путем создания четкой методики решения поставленной
задачи.
В итоге можно будет создать основу для ответов на вопросы о том, как:


выполнять двигательное действие;
выбирать упражнение с учетом режима функционирования биомеханической
модели и природы внешних сил, которые вынуждена преодолевать эта модель
С3:
Целью данной работы являлась разработка модели базовых движений в
волейболе, что позволяет получить ряд показателей, таких как данные о кинематике
сегментов тела и окружения, сил взаимодействия, вращательных моментов в суставах и
др.
Для выполнения данной цели был выполнен ряд задач, которые представлены на слайде.
С4:
В работе были проанализированы различные способы получения необходимой
информации. Существует множество различных приспособлений для регистрации тех или
иных параметров. На основе возможностей программных средств был выбран способ
получения исходных данных на основе захвата движения. Остальные методы могут
служить для дополнительной проверки полученных результатов.
C5:
На основе проделанного обзора программ, для моделирования был выбран
программный продукт LifeModeler. Он представляет собой подключаемый модуль или
плагин для мощного CAE-пакета MD ADAMS от разработчика программных средств MSC.
Данное программное решение позволяет использовать весь широкий арсенал
возможностей ADAMS: от моделирования конкретных простых систем до комплексного
моделирования с любым видом физической среды или системы полного динамического
взаимодействия.
С6:
Запись исходных движений проводилась в студии “Механика Движения” в
павильоне Мосфильма. Спортсмены были облачены в специальные костюмы, на которые
крепились маркеры в соответствии с протоколом Plug-in-Gait.
C7:
После калибровки камер, производилась непосредственно запись движений.
Запись начиналась и оканчивалась постановкой в T-позу, чтобы программа Vicon Blade
смогла распознать каждый из маркеров в соответствии с протоколом по данным от
высокочастотных камер. Vicon Blade экспортирует записанные движения в двоичный
формат C3D.
C8:
В программу LifeMod MOCAP данные возможно импортировать только через файл
формата SLF. Поэтому разработана программа, которая позволяет не только
конвертировать нужные данные, но и проводить быстрый анализ на присутствие
артефактов во входных данных, например гэпов, и задавать антропометрические
параметры, положение и состояние модели, тип суставов и дополнительные маркерные
данные. Гэпы (Gaps) — это массив нулевых значений координат маркеров, возникающих
при невозможности определить пространственное расположение маркера камерами.
С9:
На данном слайде показаны все основные поля ввода данных модели. Из
основных антропометрических значений идут вес, пол, рост и возраст модели. Эти
параметры важны для создания модели из готовых библиотек программы LifeMod,
например, таких как GeBod. Дополнительными маркерными данными могут служить
данные движения механических объектов, в нашем случае — это MOCAP данные
перемещения мяча.
С10: На данном этапе файл с нужными данными импортируется в программу.
Программа создает подходящую модель по антропометрической базе данных,
автоматически создает агенты движения с MOCAP данными и суставы, если информация о
них была записана в файле. Агенты движения нужны для решения задач оптимизации и
обратной динамики.
С11: Создаем мяч из готовых примитивов ADAMS, задаем параметр массы. Далее
импортируем дополнительные MOCAP данные из файла SLF, задаем коэффициенты
упругих элементов и синхронизируем маркеры с мячом.
С12: Решение задачи оптимизации заключается в нахождении минимальной
конфигурации упругих сил в агентах движения. После этого красные сферы, которые
жестко прикреплены к сегментам тела, синхронизируются с желтыми сферами MOCAP
данных. Теперь можно приступить к созданию реакций опоры.
С13: Создание сил взаимодействия между полом и ступнями позволит определить
силы, возникающие при прыжке в момент совершения подачи с разбегу, а также
обеспечит модель опорой, необходимой при решении задачи прямой динамики.
С14: Моделирование задачи обратной динамики, другими словами, процесс
“обучения”, служит для записи пассивными суставами, созданными после
импортирования файла SLF, историй углов поворота. Позже эти данные будут
использованы “обученными” суставами, или PD-сервоприводами, при решении задачи
прямой динамики. После окончания процесса моделирования можно получить точные
кинематические параметры модели и мяча.
С15: Подготовка модели к этому этапу заключается в замене пассивных элементов с
записанными данными об углах поворота суставов на “обученные” элементы, PDсервоприводы, которые работают на записанной истории сгибания суставов. Также для
стабилизации движения прямой динамики всего тела устанавливается агент
отслеживания (Tracker Agent), который находится в центре таза. Положение и ориентация
агента основываются на результатах решения задачи обратной динамики. Обычно
некоторые оси движения задаются как свободные, чтобы обеспечить точные
динамические взаимодействия.
С16: Когда Tracker Agent установлен вместе с PD-сервоприводами, которые
контролируют вращательный момент в суставах, можно переходить к моделированию
задачи прямой динамики. Во время этого процесса, движение тела контролируется
только движением “обученных” суставов и агентом отслеживания (Tracker Agent),
который сохраняет ориентацию модели в пространстве.
C17: На основе полученных результатов эталонного движения волейбольной подачи с
разбега в прыжке можно проводить поэтапное сравнение и анализ с тем же движением
другого человека для определения слабых параметров в движении, тем самым
определяя порядок и вид тренировочного процесса. График контактных сил
взаимодействия с полом определяет вид прыжка и его высоту. На нем видно, что сила
прыжка складывается из сил от двух ног: после вкладка правой ноги в инерцию тела
следует вклад от левой ноги. В отличие от возможностей динамометрии результат
моделирования позволяет определить отдельные значения контактных сил для обеих ног
в реальных условиях. Сила давления на пол напрямую влияет на высоту прыжка.
Правильная координация сил нижних и верхних конечностей при маховых движениях в
момент прыжка дает лучшие результаты. Большая высота прыжка дает возможность
осуществить более сильный удар в зону игрового поля.
C18: Вершина кривой момента сила плечевого сустава определяет момент удара по
мячу. Иногда спортсмен наносит два удара с одинаковой скоростью, а скорость вылета
мяча и сила удара оказываются различными. Это происходит из-за того, что ударная масса
не одинакова. Величина ударной массы может использоваться как критерий
эффективности техники ударов.
C19: В организационно-экономической части проекта мной был проведен техникоэкономический анализ, построен календарный график выполнения научноисследовательских и проектных работ, рассчитаны затраты на выполнение НИОКР с
учетом всех принятых статей расхода.
В части по промышленной экологии и безопасности мной проведен анализ основных
факторов воздействия среды на оператора ПК, определена организация рабочего места,
выполнен расчет осветительной установки для помещения, в котором велась разработка
проекта.