Currently, there are various training machines that can support training of the muscles while the muscles are lengthened, also known as eccentric training. Training machines that are widely used to train the muscles eccentrically utilize a flywheel to generate load to the user. When training the muscles eccentrically with such a machine, there is a desire to accomplish eccentric overload, which is achieved when the muscles under training are exposed to a very high load during eccentric training of these muscles. To achieve this, the user needs to activate other muscles that are not in the focus of the training or be assisted by another person. In this study, a novel, smart flywheel training machine was developed by implementing electric motor and sensors, which could identify the exercise pattern of the user and help achieve desired eccentric overload. This study focused on how the system performance of such training machine interacting with human beings was affected by various grade of sensor feedback. With an increased resolution of the sensors and a lower sample time, the cost of the system is increased, and it was therefore of interest to study what grade of sensor feedback was required. More exactly, this study evaluated how the system performance was improved when sensor resolution was improved, what resolution and sample time were required for the system to perform correct and safely and last, how noise and disturbances affected the system. The study was conducted in a simulated environment in Matlab and Simulink, and some real tests and experiments were also performed on the existing flywheel training machine. An incremental encoder was implemented in the system and resolution of the encoder, as well as sample time, were tweaked in the simulation to test different combinations of these. The results showed that both resolution and sample time had an impact on the system performance. A higher resolution resulted in a smaller tracking error to some extent, but after a certain value the system became unstable if the sample time was not small enough. Noise and disturbances had a minor impact on the system performance. It was concluded that the best choice of encoder resolution was 0.0314 radians with a sample time of 0.01 ms. Even lower resolution such as 0.628 rad, 0.126 rad or 0.0571 rad with a sample time of 0.1 ms could be allowed and should be considered safe. However, the system might not perform as desired if these alternatives are chosen, although the alternatives might decrease the cost of the system. / I nuläget finns det olika träningsmaskiner som kan stödja träning av muskler där musklerna förlängs, även känt som excentrisk träning. Träningsmaskiner som idag används i stor utsträckning för att träna musklerna excentriskt använder ett svänghjul för att generera träningsmotstånd till användaren. När musklerna tränas excentriskt med en sådan maskin finns det en önskan att åstadkomma excentrisk överbelastning; detta uppnås när musklerna som tränas utsätts för en mycket hög belastning under den excentriska träningsfasen. För att uppnå detta måste användaren aktivera andra muskler som inte står i träningens fokus eller få hjälp av en annan person. I den här studien har en ny, smart, svänghjulsträningsmaskin utvecklats genom att implementera elmotor och sensorer som kan identifiera användarens träningsmönster och hjälpa till att uppnå önskvärd excentrisk överbelastning. Denna studie fokuserade på hur systemprestanda för en sådan träningsmaskin som interagerar med människor påverkades av olika grader av sensoråterkoppling. Med en ökad upplösning av sensorerna och en lägre samplingstid ökar kostnaden för systemet och det var därför av intresse att studera vilken grad av sensoråterkoppling som krävdes. Mer exakt utvärderar denna studie hur systemets prestanda förbättrades när sensorupplösningen var högre och vilken upplösning och samplingstid som krävdes för att systemet skulle fungera korrekt och säkert. Påverkan av brus och störningar på systemet utvärderades också. Studien genomfördes i simuleringsmiljö i Matlab och Simulink och verkliga tester och experiment utfördes på den befintliga svänghjulsträningsmaskinen. En inkrementell pulsgivare (incremental encoder) implementerades i systemet och dess upplösning, såväl som samplingstid, justerades i simuleringen för att testa olika kombinationer av dessa. Resultat visade att både upplösningen och samplingstiden påverkade systemets prestanda. En högre upplösning resulterade i ett mindre reglerfel till en viss del, men efter en viss ökad upplösning blev systemet instabilt om samplingstiden inte var tillräckligt liten. Brus och störningar hade en mindre inverkan på systemprestandan. Slutsatsen var att det bästa valet av pulsgivarupplösning var 0,0314 radianer med en samplingstid på 0,01 ms. Även lägre upplösning såsom 0,628 rad, 0,126 rad eller 0,0571 rad med en samplingstid på 0,1 ms kan tillåtas och bör betraktas som säkert. Systemet kan dock komma att inte fungera som önskat om dessa alternativ väljs, dock kan alternativen sänka kostnaden för systemet.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-281247 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Zivanovic, Natalija |
| Publisher | KTH, Mekatronik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2020:473 |
Page generated in 0.0023 seconds