Poděkování: Tato experimentální úloha vznikla za podpory Evropského sociálního fondu v rámci realizace projektu: „Modernizace výukových postupů a zvýšení praktických dovedností a návyků studentů oboru Biomedicínský technik“ (CZ.1.07/2.2.00/ ) Měření kinematiky a dynamiky pohybu osoby v prostoru pomocí ultrazvukového radaru Ing. Patrik Kutílek, Ph.D.

2 Měření kinematiky a dynamiky pohybu osoby v prostoru pomocí ultrazvukového radaru Cíl úlohy Určete translační rychlosti a zrychlení vybraného segmentu těla, a těla jako celku ultrazvukovým systémem Měření kinematiky a dynamiky probanda v prostoru pomocí ultrazvukového radaru. Změřte kinetickou energii pohybu celého těla probanda, maximální sílu probanda při úderu/pohybu paže a reakce (k této síle) v zápěstí a v lokti.

3 Při studiu pohybu nás zajímají kinematické veličiny translačního a rotačního pohybu, které můžeme zjistit také pomocí tzv. sledovacích systémů. Sledovacích systémů, které nám poskytují informaci o poloze sledovaného objektu v oboru biomechaniky, je celá řada, asi nejčastěji jsou používány kamerové systémy, elektromagnetické systémy či ultrazvukové systémy. Příklady ultrazvukových senzorů polohy, (převzato z podkladů firmy CMA)

4 Ukázka záznamu dat celého těla probanda

5 Pokud předpokládáme pohyb tělesa přímočarý, tzn. trajektorií pohybu je přímka, pak tento pohyb můžeme rozdělit na rovnoměrný přímočarý a nerovnoměrný přímočarý pohyb. Rovnoměrný přímočarý pohyb je pohyb po přímce se stálou rychlostí. Pokud přímočarý pohyb není rovnoměrný, označuje se jako nerovnoměrný přímočarý pohyb, což je pohyb s proměnnou rychlostí. Dráha rovnoměrného přímočarého pohybu je určena vztahem: Pro rychlost rovnoměrného přímočarého pohybu:

6 Předpokládejme, že frekvence snímání polohy bodu v prostoru daným sledovacím systémem nám definuje časový krok Dt. Real- time výpočet rychlosti a zrychlení ze znalosti překonané dráhy, která je dána rozdílem souřadnic polohy v konkrétním směru ve dvou různých časových okamžicích záznamu, je prováděn například jednoduše metodou zpětné numerické derivace t je čas, i značí aktuální hodnotu, i-1 je předchozí zaznamenaná hodnota.

7 Využitím naměřených hodnot rychlostí a zrychlení lze určit, při znalosti dalších fyzikálních vlastností, odvozené veličiny, jako je například sila, vykonaná práce, atd. Například ve sportovní biomechanice nás může zajímat velikost síly při zrychleném/zpomaleném pohybu podle 2. Newtonova pohybového zákona

8 Pohybující se objekt má kinetickou energii (tzv. pohybovou). Velikost kinetické energie závisí na hmotnosti a rychlosti objektu. V rámci Newtonovy mechaniky je kinetická energie určena vztahem Místo rychlosti lze totéž vyjádřit pomocí hybnosti Pro vyjádření hmotnosti pohybujícího se segmentu platí vícenásobná regresní rovnice