Simulation of giant circles on high bar


Creative Commons License

Özgören N. Ş. , Arıtan S.

VII. Ulusal Biyomekanik Kongresi, Isparta, Turkey, 16 - 18 October 2014, vol.2, pp.249-252

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • Volume: 2
  • City: Isparta
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.249-252

Abstract

The aim of this study is to investigate the kinematic and kinetic characteristics of backward and forward giant circle on high bar by utilizing a simulation model. Five former national gymnasts were voluntarily included in this study as subjects by performing backward and forward giant circles on high bar. The performances were recorded by using a high speed camera, operating at a speed of 500 frames per second. In order to identify body segments on the images, reflective markers were placed on each joint of interest. Prior to subjects performing giant circles, a calibration structure comprising 8 calibration points placed in known locations was video recorded for each subject. Positionsof the points were obtained by digitizing the recorded video images. Digitized data was smoothed by local regression using weighted linear least squares and a 2nd degree polynomial model. The span of the method was set to 0.1. Body segments were defined from smoothed position data of the points and joint and segment angles, angular velocities and angular accelerations were calculated. In order to create body geometry, segment lengths and segment circumferences of the subjects were measured. In the study, a seven segment mechanical model of the human body was designed on sagittal plane. This model was built using SimMechanics (version 4.4) libraries in SIMULINK (version 8.3). The model was driven using kinematic data of the segments and joints. Joint torques was calculated from the simulation model using the method of inverse dynamics. Kinetic and kinematic characteristics of the backward and forward giant circles were interpreted by comparing each other. It is found that, since the angular velocity of the body’s center of mass is lower during forward giant circle than it is during backward giant circle, backward giant circle is completed faster and also the torques acting on the joints are higher during the backward giant circle.

Bu çalışmanın amacı, barfikste düz ve ters devir hareketlerinin kinematik ve kinetik özelliklerini bir benzeşim modeli oluşturarak incelemektir. Çalışmaya beş erkek eski milli cimnastikçi gönüllü denek olarak katılarak barfikste düz ve ters devir hareketleri yapmıştır. Devir hareketlerinin görüntü kaydı saniyede 500 kare görüntü kaydedebilen yüksek hızlı kamera ile yapılmıştır. Anatomik noktaların görüntü üzerinden belirlenebilmesi için eklemlere yansıtıcı işaretler yerleştirilmiştir. Hareket alanının kalibrasyonu için üzerinde 8 sabit nokta bulunan kalibrasyon düzleminin görüntüsü de her denek için kaydedilmiştir. Kaydedilen görüntülerdeki yansıtıcı işaretler sayısallaştırılarak noktaların konum verileri elde edilmiştir. Sayısallaştırmadan kaynaklı gürültünün azaltılması için noktaların konum verileri ikinci derece polinomiyel modelin (uygulama genişliği 0.1) ağırlıklı doğrusal en küçük kareler yaklaşımı ile yumuşatılmıştır. Yumuşatılmış konum verileri kullanılarak vücut üyeleri tanımlanmış, üye ve eklemlerin açısal değişimi, hızı ve ivmesi hesaplanmıştır. Vücut üyelerinin üç boyutlu geometrisini oluşturmak için deneklerin üye çevre ve uzunlukları ölçülerek kaydedilmiştir. Çalışmada sporcunun sagittal düzlemde yedi üyeli, üç boyutlu bağlantılı üye mekanik modeli tasarlanmıştır. Bu model SIMULINK (sürüm 8.3) programında SimMechanics (sürüm 4.4) kütüphaneleri kullanılarak oluşturulmuştur. Görüntü üzerinden belirlenen üye ve eklem kinematiği modelde girdi olarak yer almıştır. Benzeşim sistemi ters dinamik yöntemle çözülerek eklem momentleri hesaplanmıştır. Ters ve düz devir hareketlerinin kinematik ve kinetik özellikleri karşılaştırılarak incelenmiştir. Ters devir hareketinde vücut kütle merkezinin açısal hızı düz devirdekinden az olduğu, bu nedenle düz devir hareketinin daha hızlı tamamlandığı ortaya çıkmıştır. Düz devir hareketinde eklem momentlerinin ters devirdekinden daha yüksek olduğu bulunmuştur.