A contribution to the development of a special-purpose vehicle for handicapped persons : dynamic simulations of mechanical concepts and the biomechanical interaction between wheelchair and user

Abdelrahman, Mohamed GND

This thesis discusses the mathematical modeling of wheeled locomotion systems. More precisely, the kinematics and the dynamics of a Mecanum wheeled vehicle are studied. Based on principles of the nonholonomic mechanics, the LAGRANGE’s equation with multipliers is used to introduce a precise dynamic model, which can model all possible motion trajectories for the discussed system. The introduced dynamic model has been compared with the already used dynamic models to present its advantages. A 3D Virtual model for the four wheeled Mecanum vehicle is programmed using MATLAB®, SIMULINK® and the VIRTUAL REALITY TOOLBOX®, to present the motion in 3D environment. Finally, the motion of the human body, for both disabled and healthy persons during the propulsion of wheelchair with classical wheels, has been captured using special experimental setup and has been analyzed using ALASKA® and ERGO TOOL® software.

Diese Arbeit diskutiert die mathematische Modellbildung von ausgewählten Fortbewegungssystemen mit Rädern. Aus der Nichtholonomen Mechanik werden die LAGRANGE Gleichungen mit Multiplikatoren als effizientes Verfahren eingesetzt, um ein exaktes Modell eines vierrädrigen Fahrzeuges mit Mecanum-Rädern zu generieren. Diese Modellgleichungen werden mit bekannten Lösungen verglichen, und deren Gültigkeitsbereiche werden eingeschätzt. Mit den formulierten Gleichungen der Kinematik und Dynamik kann eine erweiterte Klasse von Bewegungsbahnen des Fahrzeuges erfasst werden. Simulationsergebnisse, basierend auf der numerischen Integration der Dynamikgleichungen werden vorgestellt. Ein virtuelles 3D-Modell des Mecanum-Fahrzeuges ist mit Hilfe von MATLAB®, SIMULINK® und VIRTUAL REALITY TOOLBOX® erstellt worden. Im abschließenden Kapitel wurde die Bewegung von einer behinderten und einer gesunden Testperson in einem mit Muskelkraft betriebenen Rollstuhl mit klassischen Rädern in ihren kinematischen Daten erfasst (‚motion capturing’) und mit den Werkzeugen ALASKA-DYNAMICUS® und ERGO TOOL® analysiert.

Auch im Buchhandel erhältlich: A contribution to the development of a special-purpose vehicle for handicapped persons : dynamic simulations of mechanical concepts and the biomechanical interaction between wheelchair and user / Mohamed Abdelrahman Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2014. - xviii, 225 S. ISBN 978-3-86360-103-4 Preis (Druckausgabe): 19,00 €

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Abdelrahman, Mohamed: A contribution to the development of a special-purpose vehicle for handicapped persons. dynamic simulations of mechanical concepts and the biomechanical interaction between wheelchair and user. 2014.

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