uiteindelijke verslag by GIkmJR6y

VIEWS: 15 PAGES: 37

									 Knijpkrachten op een tennisracket
“Ontwerpen en vervaardigen van een meetsysteem”




                                      Den Haag, 15 april 2004
                                                            1




 Knijpkrachten op een tennisracket
“Ontwerpen en vervaardigen van een meetsysteem”




                                         Module 7 ‘Hanteren’

                                Joost van der Zwet (20022218)
                                 Martijn Legemate (20023072)
                                  Michiel Maerten (20020876)
                                      Ralph Jacobs (20022018)
                                    Roel Smulders (20022111)

                                      Den Haag, 15 april 2004
                                                                                 2




Voorwoord

Dit verslag is geschreven in het kader van het moduleproject van module 7 van de
opleiding Bewegingstechnologie. Deze studie wordt gevolgd aan de Haagse
Hogeschool.

De schrijvers van dit verslag zijn Joost van der Zwet, Roel Smulders, Michiel
Maerten, Ralph Jacobs en Martijn Legemate. Samen vormen zij modulegroep 12.

Dit rapport is vooral bedoeld voor personen die geïnteresseerd zijn in de
knijpkrachten die er optreden in een tennisracket gedurende de forehand en
backhand. Het uiteindelijke meetinstrument is bedoeld voor onderzoekers die
meer willen weten over handfuncties in het algemeen en die meer willen weten
over de grootte en de richting van de benodigde krachten bij het tennissen,
effecten van training, invloed van de lenigheid van verschillende gewrichten op de
knijpkracht. Tevens kan het apparaat bijvoorbeeld gebruikt worden bij het
onderzoek naar de optimale vormgeving van (tennisracket)handvatten.

Hierbij bedanken wij de verschillende bedrijven die wij geraadpleegd hebben om
meer te weten te komen over de verschillende elektronische meetinstrumenten.
Wij bedanken deze bedrijven voor het voorzien van waardevolle informatie.

Den Haag, april 2004
Samenvatting
Er komt steeds meer kijken bij het hedendaagse tennis. De techniek heeft zijn
intrede gedaan. Het is belangrijk om te weten te komen wat voor krachten er op
een handvat van een tennisracket komen te staan tijdens verschillende slagen. Als
deze krachten gemeten kunnen worden kan hiervan gebruikt worden gemaakt om
bijvoorbeeld het effect van training te bestuderen. Het is dus van belang voor de
sport tennis in het algemeen om een meetinstrument te ontwikkelen waarmee de
knijpkrachten op een tennisracket kunnen worden gemeten.

Om tot een goed ontwerp te komen is onderzoek gedaan naar de volgende zaken:
   Krachtenspel op de hand. Uit deze analyse volgt dat er een zevental punten
       zijn waar veel kracht op staat tijdens de verschillende slagen. Op deze
       punten moet een sensor komen te zitten.
   Krachtenspel op racket. Uit deze analyse volgt een formule waarbij de
       snelheid van de bal moet worden ingevoerd en als uitkomst komt de kracht
       eruit die door de hand geleverd moet worden. Deze formule luidt: F =
       0,44*v.
   Grip van de hand. Uit het onderzoek naar de grip van de hand is gebleken
       dat er maar een klein gedeelte van de hand is waar tijdens het vasthouden
       van het handvat een constante kracht op komt te staan. Het overgrootte
       deel van de hand ondervindt een variabele kracht. Hieruit is gebleken dat
       er op zeven punten gemeten moet worden om een goed inzicht te krijgen in
       het krachtenspel op het handvat van het racket tijdens de verschillende
       slagen. Op deze punten staat de meeste kracht en is de meeste grip bij de
       forehand en backhand.
   Powergreep en cylindergreep. Hierdoor is een beter inzicht verkregen hoe
       de powergreep en de cylindergreep in hun werk gaan. Hierdoor kunnen de
       sensoren op de juiste manier op het racket geplaatst worden.
   Meetinstrumenten. Er is een onderzoek gedaan naar de verschillende
       meetinstrumenten die op de markt zijn. Er is hierbij gekeken naar
       krachtmeters. Uit dit onderzoek is naar voren gekomen dat er voor het te
       ontwerpen meetinstrument het beste FSR-sensoren gebruikt kunnen
       worden. Er is voor deze sensoren gekozen, omdat deze sensoren klein en
       flexibel zijn en daardoor makkelijk om mee te werken.
                                                                                  4




De voorgaande onderzoeken leiden tot een uiteindelijk ontwerp van het
meetinstrument. Het systeem waarmee de krachten op een tennisracket worden
gemeten, bestaat uit een handschoen met zeven FSR-sensoren daarop verwerkt.
Op elke sensor wordt een metalen plaatje geplakt, zodat de drukverdeling op de
sensor gelijk is. Elke sensor wordt eerst geijkt. Dat gebeurt met de handschoen
aan, omdat dan de ondergrond hetzelfde is als bij de echte meting. Met een
krachtmeter wordt een kracht gegeven op de sensor. In het programma
ActiveDAQ wordt de daarbijbehorende digitale waarde afgelezen. De sensoren
hoeven maar een keer geijkt te worden, omdat ze op een vaste plaats komen te
zitten. De ijkfactor wordt ingevoerd in het matlab-programma. Dus als het
meetsysteem daadwerkelijk wordt gebruikt bij een meting, zal de bijbehorende
ijkmeting niet meer nodig zijn. De sensoren worden via een printplaatje
doorgelinkt naar de computer. Hier worden de gegevens verwerkt in ActiveDAQ
en het Matlab-programma. Uit de verwerkte gegevens kunnen dan verschillende
conclusies getrokken worden.
                                         5




Inhoudsopgave
Samenvatting

   1. Inleiding                     6

   2. Opdrachtsomschrijving         7

   3 Analyse                        9
      3.1 Anatomie van de hand      9
             3.1.1 Botten           9
             3.1.2 Spieren          13
      3.2 Grip van de hand          15

   4. Powergreep en cilindergreep   16

   5. Krachtenspel                  18
       5.1 Krachtenvoorspelling     18
       5.2. Kracht berekeningen     20

   6. Plan van eisen en wensen      23

   7. Meetsystemen                  24
       7.1 Rekstrookjes             24
       7.2 Load Cell                25
       7.3 FSR Sensoren             26

   8. IJken, meten, verwerken       28
       8.1. Ijken                   28
       8.2 Meten                    29
       8.3 MATLAB                   29

   9. Ontwerp                       32
       9.1. Plaatsen om te meten    32
       9.2 Vergelijking             34

   Conclusie en discussie           36

   Bijlage
       I       IJkmeting
       II      MATLAB
       III     Grafieken
                                                                                   6




1. Inleiding
Bij het hedendaagse tennis komt meer kijken dan alleen het slaan van een bal met
een racket. De techniek heeft zijn intrede gedaan in het tennis van vandaag de dag.
Het is belangrijk om te weten te komen wat voor krachten er op een handvat van
een tennisracket komen te staan tijdens verschillende slagen. Als deze krachten
gemeten kunnen worden kan hiervan gebruikt worden gemaakt om bijvoorbeeld
het effect van training te bestuderen. Aan de hand van de gemeten kracht kan aan
het handvat van het tennisracket een optimale vorm gegeven worden, zodat het
racket beter in de hand ligt. Met dit racket is dan makkelijker te spelen en de kans
op blessures wordt verminderd.

Het doel van dit onderzoek is om uiteindelijk een meetsysteem te vervaardigen
waarmee de knijpkracht van de hand op een tennisracket kan worden gemeten.
Het meetsysteem moet de krachten kunnen meten op tenminste drie verschillende
plaatsen op de hand c.q. de vingers. Het meetsysteem maakt gebruik van
elektronische meetinstrumenten. Zodoende kunnen de gegevens in de computer
ingelezen worden om deze daarna te kunnen bewerken.

Om tot het uiteindelijke resultaat te komen moet veel informatie ingewonnen
worden en een aantal bewegingsanalyses worden uitgevoerd. Er wordt gekeken
naar de plek op de hand waar de krachtmeters geplaatst moeten worden en naar
welke krachtmeters geschikt zijn om de krachten te meten. De anatomie van de
hand wordt beschreven en het krachtenspel op racket en hand worden met behulp
van een model bepaald. Dit alles wordt gedaan om aan het eind een zo goed
mogelijk meetsysteem te fabriceren.
                                                                                    7




2. Opdrachtsomschrijving

MODULE:                HANTEREN II
MODULETHEMA:            Meetinstrumenten ontwikkeling
MODULEPROJECT nr: VIIa
Hoofdwerkveld S
Andere werkvelden O, B

OPDRACHT:
Ontwerp en vervaardig een meetinstrument waarmee de knijpkrachten op
een tennisracket kunnen worden gemeten.

SPECIFICATIES:
Algemeen
Het bedoelde meetinstrument is bedoeld voor onderzoekers die:
- meer willen weten over handfuncties in het algemeen
- meer willen weten over de grootte en richting van de benodigde krachten bij het
  tennissen, effecten van training, invloed van de lenigheid van verschillende
  gewrichten op de knijpkracht (b.v. de tussen individuen zeer verschillende
  lenigheid van het metacarpophalangeale gewricht van de duim).
Tevens kan het apparaat bijvoorbeeld gebruikt worden bij het onderzoek naar de
optimale vormgeving van (tennisracket)handvatten.

Bewegingsanalyse
De kinematica en bekrachtiging van de cylindergreep worden uitvoerig
geanalyseerd.
De invloed van de bewegingsmogelijkheid in het metacarpophalangelae gewricht
van de duim op het knijpen wordt onderzocht.
De "ruimte" in de hand die benut kan worden om een voorwerp te omvatten,
zonder dat daarbij gewrichten in de hand in hun bewegingen worden belemmerd
wordt zorgvuldig bepaald.
Het krachtenspel op racket en hand bij een forehand- en een backhandslag worden
met behulp van een model (fysisch model, computermodel,
mechanisch/rekenmodel of wat U maar wilt) bepaald.

Ontwerpen
Het meetsysteem moet de krachten kunnen meten op tenminste drie verschillende
plaatsen op de hand c.q. de vingers.
Het apparaat hoeft niet gebruikt te worden tijdens een echte tenniswedstrijd. Wel
moeten tenminste een backhand- en een forehandslag kunnen worden gemeten
onder "laboratoriumcondities" (de proefpersoon blijft op zijn plaats staaan).
U moet gebruik maken van een electronisch meetinstrument (FSR, rekstrookjes
etc.) en dus niet gebruik maken van pneumatische, hydraulische etc. systemen.
De signalen moeten ingelezen kunnen worden in een pc en grafisch kunnen
worden weergegeven.
                                                                                  8




Vervaardigingstechnieken
Het meetinstrument moet daadwerkelijk meten, dus niet een model vervaardigen.


Milieutechnische aspecten
Niet van toepassing bij dit project.

Sociaal-Economische aspecten
Niet van toepassing bij dit project.
Presentatie
De werking van het meetinstrument wordt gedemonstreerd en toegelicht in relatie
tot de verrichte bewegingsanalyses.

Verslag
Volgens de richtlijnen "Presentatietechniek".



Enkele voor dit moduleproject relevante informatiebronnen.
LITERATUUR
Boeken: Barr N.R. The hand and principles and techniques of simple, Londen
1975
        Lohman Vorm en beweging, Antwerpen 1990

Artikelen: Westdijk P. De tennisgreep nader bekeken, Den Haag april-juni 1998

Stageverslagen:

Afstudeerverslagen: Brandsma J.W. Intrinsic minus hand, 1993 proefschrift
Rijksuniversiteit Utrecht.

Bedrijfsinformatie: (Catalogi, Folders, Handleidingen, enz.): Conrad electronic
2000


VIDEO


SOFTWARE


WEBSITES

http://www.hartech.nl
http://www.conrad.nl
                                                                                      9




3. Analyse
3.1 Anatomie van de hand

3.1.1 Botten

Ossa carpi
De ossa carpi, acht in totaal, liggen in twee rijen. De meest proximale rij, van
radiaal naar ulnair, worden os scaphoideum, os lunate, os triquetrum en os
pisiforme genoemd. De meest distale rij, in dezelfde volgorde, worden os
trapezoideum, os trapezium, os capitatum en os hamatum genoemd.

Overeenkomsten tussen de ossa carpi
Elk bot, behalve het os pisiforme, heeft zes kanten. Van deze kanten zijn de
palmaire en dorsale zijde ruw, voor aanhechtingen van pezen en ligamenten
waarbij de dorsale zijde breder is behalve bij het os naviculare en het os lunatum.
De proximale en distale zijdes zijn gewrichtsvlakjes, waarbij de proximale
meestal convex is en de distale zijde meestal concaaf. De mediale en laterale
zijdes zijn ook gewrichtsvlakjes als deze in contact staan met de naastliggende
ossa carpi. Anders zijn deze ruw en bedekt met uitsteeksels.




                             fig 3.1 Linker Os Scapoideum




                                fig 3.2 Linker Os Lunate




                              fig 3.3 Linker Os Triquetrum




                               fig 3.4 Linker Os Pisiforme




                             fig 3.5 Linker Os Trapezoideum
                                                                                 10




                              fig 3.6 Linker Os Trapezium




                              fig 3.7 Linker os capitatum




                              fig 3.8 Linker os hamatum

Ossa metacarpi
Het metacarpus bestaat uit 5 cilindervormige botten die genummerd zijn vanaf de
laterale zijde (ossa metacarpale I-V).

Algemene kenmerken van de ossa metacarpale
Het corpus van de ossa metacarpale heeft een prisma vorm, en is gekromd, zodat
de ossa metacarpale in de longitudinale richting convex zijn aan de achterzijde en
concaaf aan de voorzijde. Het corpus heeft dus drie zijdes, zijnde: mediaal,
lateraal en dorsaal. De mediale en laterale oppervlakken zijn concaaf gevormd,
voor de aanhechting van de mm. interossei, en worden gescheiden van elkaar door
een prominente palmaire richel. De dorsale zijde is in de distale 2/3 van het corpus
glad, driehoekig en afgevlakt gebied, dat wordt bedekt door de pezen van de
extensoren.
De basis van de ossa metacarpale is vierkant van vorm, en breder aan de
achterzijde dan aan de voorzijde. Hij articuleert met het carpus, en met de
naastliggende ossa metacarpale. Zijn dorsale en palmaire zijdes zijn ruw voor de
aanhechtingen van ligamenten.
Het capitulum (is de kant van de vingers) is gekromd, sterk convex van voor naar
achter, en minder convex in transversale richting. Hij articuleert met de proximale
phalanx. Hij is breder, en staat meer omhoog, op de palmaire en dorsale zijde. Aan
beide zijdes van de hand zit een tuberculum voor de aanhechtingen van de
collaterale ligamenten van het metacarpophalageale gewricht. Het dorsale
oppervlak is gegroefd in de middelste lijn voor de pezen van de flectoren.
                                                                                         11




fig 3.9 Os Metacarpale I    fig 3.10 Os Metacarpale II     fig 3.11 Os Metacarpale III




fig 3.12 Os Metacarpale I          fig 3.13 Os Metacarpale V



Phalanges
In totaal zijn er veertien phalangen, drie voor elke vinger, en twee voor de duim.
Allemaal bestaande uit een basis en twee extremiteiten. De basis is convex aan de
dorsale zijde, concaaf aan de palmaire zijde van boven naar beneden, en plat van
links naar rechts. De zijkanten zijn ruw voor de aanhechting van de pezen van de
flexoren. De proximale extremiteiten van de botten van de eerste rij zijn ovaal met
concave gewrichtsvlakken, die breder zijn van links naar rechts dan van voor naar
achter. De proximale extremiteiten van elk bot van de tweede en derde rij zijn
dubbel concaaf gescheiden door een mediale richel. De distale extremiteiten zijn
smaller dan de proximale, en beide eindigt in twee condylen die gescheiden
worden door een ondiepe groef. Verder loopt het gewrichtsvlak aan de palmaire
zijde verder door dan op de dorsale zijde.
De meest distale phalangen zijn convex aan hun dorsale zijde, en plat aan hun
palmaire zijde. Ze zijn herkenbaar aan hun geringe afmetingen, en aan een ruw,
opstaand oppervlak in de vorm van een hoefijzer aan de palmaire zijde. Deze dient
om het sensibele uiteinde van de vinger te ondersteunen.
                                         12




fig 7.14 Botstukken van de gehele hand
                                                                                     13




3.1.2. Spieren

Om een beter inzicht te krijgen in de manier waarop de vingers kracht leveren op
het tennisracket handvat, is er gekeken welke spieren voor deze krachtleverantie
zorgen en wat het verloop hiervan is. Voor de knijpkracht zijn vooral de flectoren
van de hand van belang. En in het bijzonder de flectoren van de
MetaCarpoPhalangeale (MCP) gewrichten en van de interphalangeale gewrichten
(PIP : Proximale InterPhalangeale gewricht en DIP Distale InterPhalangeale
gewricht). In dit hoofdstuk zullen we ons dus vooral daarop richten.

M flexor digitorum superficialis
Origo: caput humeroulnare: epicondylus medialis humeri, proc. Coronoideus
ulnae; caput radiale: distaal van de insertie van de m. pronator teres aan de
voorzijde van de radius.
Insertie: zijkanten van de phalanges mediale van de IIe tot en met de Ve vinger.
Innervatie: n. medianus (C7 8).

Hoewel behorend tot de oppervlakkige spierlaag is de proximale helft van deze spier
grotendeels bedekt door de m. flexor carpi radialis en de m. palmaris longus. Op
grond hiervan is de spier op te vatten als een 'tussenlaag'.
Tussen de beide oorsprongskoppen doorboren de a. ulnaris en de n. medianus de
spier. De spierbuiken voor de IIIe en IVe vinger liggen dakpansgewijs boven de
spierbuiken voor de IIe en Ve vinger. Vlak bij de carpale tunnel liggen de pezen
voor de IIe en me vinger en die voor de ringvinger en de pink bij elkaar. De pezen
zijn aan een preparaat en in atlas-platen herkenbaar vanaf ongeveer het midden
van de onderarm. Ze lopen echter meer naar proximaal in de spierbuiken door. De
spiervezels zullen dus aanmerkelijk korter zijn dan de spierbuiken zelf. Proximaal,
bij de origo, zijn de spierbuiken niet als zelfstandige delen voor de IIe, IVe en Ve
vingers van elkaar te onderscheiden. De radiale kop bevat vooral bundels voor de
IIIe vinger. Deze spierbuik ligt meer distaal dan de rest. De pees is over een relatief
kort traject geheel zelfstandig. In de canalis carpi ligt een gemeenschappelijke
peesschede om de acht pezen van de mm. flexor dig. superficialis en profundus.
Variaties in bouw van deze peesschede komen voor. De pezen voor de wijsvinger
hebben soms een eigen schede. Deze kan doorlopen tot in de wijsvinger, maar is
meestal onderbroken in de middenhand. De peesschede om de pees voor de pink
loopt meestal door vanaf de carpale tunnel tot in de pink. De pezen voor de
middenvinger en de ringvinger hebben in de vingers meestal zelfstandige
peesscheden, maar de laatste loopt ook wel eens door van de pols tot in de vinger.
Ter hoogte van de metacarpophalangeale gewrichten splitsen de pezen van de m.
flexor superficialis zich in twee slippen. Deze gaan naar de insertie
(middenphalanx). Tussen de twee slippen loopt de pees van de m. flexor digitorum
profundus door naar de eindphalanx. In de vingers worden beide pezen en hun
synoviale schede op hun plaats gehouden door bindweefselige tunnels (vaginae
fibrosae) waarin ringvormige vezels en gekruiste vezels kunnen worden
onderscheiden. De pezen van de diepe flexoren zijn door peesbandjes verbonden
met de volaire zijde van de distale en middelste kootjes. Het effect van deze spier
staat hieronder beschreven bij de m. flexor digitorum profundus.
                                                                                    14




M. flexor digitorum profundus
Origo: proximale tweederde van de voorvlakte en mediale zijde van de ulna,
membrana interossea, fascia antebrachii.
Insertie: basis van de eindphalangen van de IIe tot en met de Ve vinger.
Innervatie: de radiale koppen door de n. medianus, de ulnaire door de n. ulnaris.

De spierbuik ligt diep om de schacht van de ulna heen en is alleen aan de ulnaire
zijde niet bedekt door de m. flexor carpi ulnaris. De pezen beginnen proximaal in de
spierbuik en zijn door de spierbuik bedekt. Ze worden op eenderde van de onderarm
oppervlakkig (ten opzichte van de spierbuik) en liggen dan naast elkaar. Ze zijn
daar vaak niet als zelfstandige pezen voor de afzonderlijke vingers te onderscheiden.
Meer distaal worden ze duidelijk zelfstandig. De spiervezelbundels zijn relatief
kort. De pezen passeren de bodem van de canalis carpi en divergeren naar de
vingers. Aan de pezen ontspringen in de middenhand mm. lumbricales. De mm.
flexores digitorum superficialis en profundus zijn buigers van de vingers. Dit effect
is mogelijk in de MCP en de PIP gewrichten. De diepe buigers buigen ook de DIP
gewrichten. Beide kunnen ook de pols palmair flecteren en, afhankelijk van hun
ligging, radiaal of ulnair abduceren. Wanneer een krachtige en uitvoerige
vingerbuiging nodig is (bij grijpen), wordt de pols in dorsaal geflecteerde stand
gebracht en gefixeerd door de mm. extensores en flexores carpi. Deze kunnen
het polsgewricht in elke mogelijke stand brengen en fixeren, doordat ze
rondom dit gewricht zijn geordend. Door de dorsaalflexie wordt het traject
waarover de vingerbuigers kunnen werken vergroot. Wanneer dit niet mogelijk
zou zijn, zouden de buigers door gelijktijdige flexie van de pols zo sterk
verkorten dat de krachtleverantie bijna nul wordt. Het verloop van de pezen
van de buigers onder de retinacula en in de vaginae fibrosae heeft dezelfde
betekenis. De buiging van de vingers geschiedt in samenwerking met de
middenhandspiertjes (mm. lumbricales en interossei).
                                                                                 15




3.2 Grip van de hand

Voor een goede krachtenverdeling op de handpalm, moet het contactoppervlak zo
groot mogelijk zijn. Maar het is niet de bedoeling dat de gewrichten in de hand
belemmert worden in het bewegen. De grenzen van de gewrichten in de hand
moeten dus bepaald worden, zodat er een vlak overblijft waar geen beweging in
plaats vindt tijdens het slaan van de forehand en backhand.

De vingers worden begrensd door de metacarpophalangeale (MCP) gewrichten.
Deze liggen ongeveer een centimeter onder het einde van de vingers. Deze grens
is te vinden op de handpalm door de vingers te buigen, onderaan de plooi die
ontstaat liggen de metacarpophalangeale gewrichten. Dat is de bovenste lijn in
figuur 3.15.

De duim is de volgende grens die vast gesteld moet worden. Dit zadelgewricht
heeft veel meer bewegingsmogelijkheden dan de overige vingers. Gezien vanuit
de anatomische houding loopt de grens tussen duim en metacarpale I in het
verlengde van de laterale rand van de wijsvinger. In het MCP-gewricht van de
duim kan alleen een flexie en extensie beweging plaatsvinden. De grote
beweeglijkheid van de duim is dus voor een groot deel toe te schrijven aan het
CMC-gewricht (Carpo Meta Carpale gewricht). Bij oppositie van de duim is in de
handpalm een kromme lijn te zien. Zie figuur 3.15. Nu is dus bekend welk
gedeelte van de hand meebeweegt bij bewegingen van de duim.

Als laatste is de grens van de pols nodig. Deze is zeer moeilijk te bepalen
vanwege de vele, acht in totaal, middenhandsbeentjes die zich daar nog bevinden.
Deze middenhandsbeentjes liggen onder de duimmuis en pinkmuis. Wanneer de
pols wordt gebogen dan ontstaan er plooien. De plooi het meest distaal, wordt als
grens gezien voor de pols. Deze grens is niet zo bepalend als de andere twee,
omdat de pols weinig bijlevert aan de knijpkracht op het handvat.

De middenhandsbeentjes bewegen ook mee tijdens flexie van de pols, dus deze
worden ook niet meegenomen in het ‘lege’ gebied van de handpalm. Zo blijft er
slechts een beperkte ruimte over in de handpalm die niet beweegt tijdens het
bewegen van de vingers, duim dan wel polsgewricht. Op dit vlak wordt dus tijdens
het vasthouden van een racket constante druk uitgeoefend.




       fig 3.15 Neutrale deel van de hand
                                                                                   16




4. De powergreep en de cilindergreep
Bij het hanteren van voorwerpen, zoals een tennisracket, kan er gebruikt worden
gemaakt van twee verschillende grepen; De powergreep en de cilindergreep. De
werking van de grepen wordt hier uitgelegd en de voor-en en nadelen worden
tegen elkaar afgewogen.




                      Fig 4.1 a/c cilindergreep, b/d powergreep

In figuur 4.1 is een goed beeld te krijgen van de powergreep en de cilindergreep.
Bij de powergreep is het MCP van de wijsvinger het meest gebogen. Het MCP
van de pink is minder gebogen. Dat komt doordat de proximale phalanx van de
pink korter is dan die van de wijsvinger.
Bij de cilindergreep zijn de MCP’s van de wijsvinger en van de duim bijna
helemaal gestrekt. Het MCP van de pink is het meest gebogen en staat in een hoek
van ongeveer 90°.

De kracht bij de grepen moet komen van de spieren rond het MCP-gewricht. Met
de proximale phalanx kan meer kracht worden gezet, dan met de andere
vingerkootjes. De oorzaak daarvoor is dat bij het MCP de momentsarm tot de
spieren groter is, dan bij het PIP of het DIP. Er zijn ook meer spieren die het
gewricht overspannen. Het DIP wordt zelfs maar door een spier overspannen, de
m. flexor digitorum profundus.

Bij de cylindergreep staan de wijs- en middelvinger relatief gestrekt in de MCP-
gewrichten. Dit betekent dat er met deze vingers minder kracht kan worden
gegenereerd dan bij de powergreep, waar deze vingers juist meer gebogen zijn.
                                                                                 17




Een nadeel van de powergreep is dat er met de duim juist minder kracht kan
worden gezet. Bij de powergreep kan de duimmuis alleen bewegen in een richting
die loodrecht staat op de lengte-as van het os metacarpale I. De duimmuiskrachten
staan daardoor onder een hoek t.o.v. de krachten die de vingers uitoefenen en dat
betekent dat een deel van de uitgeoefende kracht van de duimmuis op een
cylindervormig voorwerp verloren gaat, omdat de kracht werkt in de
lengterichting van het handvat. Dit is te zien in figuur 4.2.




               Fig 4.2Krachtenrichting bij a/c cilindergreep, b/d powergreep



Het is belangrijk de benodigde spierkracht zo klein mogelijk te houden. Dat kan
gedaan worden door de vingers te spreiden. Hoe verder de ulnaire vingers van het
“kantelpunt” af liggen, hoe geringer de noodzakelijke spierkracht hoeft te zijn, om
evenwicht te behouden. Dus hoe verder de vingers uit elkaar liggen, hoe beter. Het
is dus het best om de ulnaire vingers zoveel mogelijk te spreiden.
Dit is met de powergreep onmogelijk. Bij de cilindergreep kan dat wel. Dan kan je
namelijk de duim en/of de wijsvinger, welke het kantelpunt vormen, ten opzichte
van de ulnaire vingers relatief ver naar voren op de steel te plaatsen.
Het benodigde moment op de ulnaire vingers is daardoor minder groot.
Een nadeel van de cilindergreep is overigens wel dat het racket iets instabieler
wordt bij het slaan met een forehand of backhand, als de bal onderin of bovenin
op het racket komt. Er ontstaat dan een roterend moment op het handvat, die dus
opgevangen moet worden met de hand. Dat is met de powergreep makkelijker op
te vangen, omdat je met die greep torsiekrachten beter kan opvangen.
                                                                                   18




5. Krachten op het tennisracket
5.1. Krachtenvoorspelling

Bij het vast houden van het tennisracket zijn er vele krachten op het handvat. Elk
deel van de hand zorgt ervoor dat er krachten op het handvat komen. Dit komt op
een totaal van 16, namelijk, de handpalm (1), drie phalangen per vinger (12), twee
phalangen van de duim (2) en metacarpale 1 van de duim. Al deze krachten
zorgen samen voor het evenwicht tijdens het slaan van de bal.

Vingers en duim
De krachten die vanuit de vingers komen, liggen in de mediale phalangen
loodrecht op de handpalm. Deze mediale phalangen zorgen voor de meeste
krachten op het handvat. Er wordt verwacht dat de overige delen een aanzienlijk
stuk mindere kracht zullen leveren op het handvat. Dit doordat de distale
phalangen slecht te bedienen zijn met de spieren, en weinig kracht leveren
tegenover de handpalm. Ook de stand, net als bij de proximale phalangen, is niet
optimaal ten opzicht van de handpalm.

Er wordt verwacht dat de pink en ringvinger de meeste kracht zetten bij de
forehand. Bij de forehand ligt het kantelpunt op de basis van de proximale
phalanx II. Dit zorgt ervoor dat bij het slaan van de bal daar omheen wordt
gedraaid, en het racket de grootste momentsarm heeft naar de pink toe. Omdat de
pink een kleine vinger is zal de ringvinger veel ‘helpen’ bij de het slaan van de
bal. Daarom zal in deze twee vingers in de mediale phalangen wel een flinke
kracht op komen te staan. De pinkmuis heeft verder geen invloed op het houden
van het racket, omdat de pinkmuis in een gelijk vlak ligt met het kantelpunt.

Bij het slaan van een backhand is de duim het kantelpunt, het racket zal dus tegen
de duimmuis drukken. De duim zal het racket voor het grootste deel vast moeten
houden. De vingers kunnen alleen het racket zo strak mogelijk in de duimmuis
drukken, hiervoor zijn dan de mediale phalangen dan weer het meest van
toepassing, omdat deze vrijwel loodrecht op de duimmuis staan. Hier geldt ook
weer dat de duim en ringvinger het meeste bijdragen aan deze krachten, vanwege
de betere stand ten opzichte van de duimmuis. Er wordt verwacht dat de krachten
in de vingers steeds dichter bij de duim meer en meer zullen afnemen.

De vingers zullen veel meer ‘nuttige’ krachten leveren dan de duim, dit komt
doordat de duim onder een andere, schuinere, hoek krachten op het handvat zet
dan de vingers. Hierdoor zal een deel van de krachten in de lengte richting van het
handvat vallen, en dus niet bijdragen aan de knijpkracht. Wanneer de gebruiker
een zeer soepel metacarpophalangeale gewricht van de duim heeft dan zijn de
krachten nog wel gunstiger te richten. Dit is slechts een kleine bijdrage aan het
totale krachtenspel, omdat het slechts om een aantal graden gaat wat de duim meer
kan bijdragen.
                                                                                  19




Tijdens de power-greep zal de duim steeds het racket ‘insluiten in de hand, er
wordt verwacht dat beide phalangen zorgen voor grote krachten op het racket. Met
de cilindergreep zal de distale phalanx van de duim de meeste kracht zetten op het
racket, dit omdat deze de grotere momentsarm heeft dan de proximale phalanx.
De handpalm zal geen bijdrage leveren aan het krachtenspel, het is deels
onbeweeglijk, zie hoofdstuk 3.2 “Grip van de hand”, en zal dus van geen enkel
belang zijn op de krachten tijdens het tennissen.

Dit alles komt neer op de volgende belangrijke plaatsen, aldus de voorspelling:

1:     Basis Phalanx Proximale II            (Forehand en Backhand)
2:     Phalanx Mediale IV                    (Forehand en Backhand)
3:     Phalanx Mediale V                     (Forehand en Backhand)
4:     Phalanx Mediale II                    (Backhand)
5:     Phalanx Distale II                    (Backhand)
6:     Metacarpale I                         (Backhand)
7:     Phalanx Proximale I                   (Power-greep)
8:     Phalanx Distale I                     (Power-greep en Cilindergreep)

Er wordt verwacht dat de wijsvinger en middelvinger zeer weinig bijdragen aan de
knijpkrachten op het tennisracket. En vele plaatsen zullen bij beide slagen, grepen,
gebruikt worden.

Voorwaarden
Tijdens het slaan van de bal komen er opeens veel meer krachten op de hand dan
bij alleen het vasthouden van het tennisracket. Tijdens het slaan van de bal wordt
er, voor de berekeningen, vanuit gegaan dat de bal steeds in het centrum van het
blad geraakt wordt. De afstand van phalanx 2 tot het centrum wordt steeds als
vaste afstand gerekend. De snelheid van de bal wordt, ook voor de berekeningen,
op een vaste waarde gesteld. De preciese berekeningen zijn te vinden in het
hoofdstuk “Krachten op het tennisracket”.

Om zo hard mogelijk te slaan is het van belang om per slag zo min mogelijk
spierkracht te verbruiken. Dit kan je doen door de momentsarm te vergroten. Dus
door de vingers te spreiden om het handvat, helaas is dit anatomisch zeer moeilijk
om uit te voeren, en valt er bijna geen voordeel uit te halen. Hier wordt bij de
verdere berekeningen dan ook geen rekening mee gehouden.
                                                                                      20




5.2 Krachten op het tennisracket

Op een tennisracket werken een aantal krachten, ten eerste de kracht van de bal op
het racket en natuurlijk de krachten op de verschillende plaatsen van de hand.
Dit alles is nodig om een verwachting te maken met wat voor krachten de te
ontwikkelen meetapparatuur te maken krijgt.

Hieronder is in een schets weer gegeven waar de krachten ongeveer werken op het
systeem, dit is bij de forehand.




             bal                  blad




                                                       Kantelpunt van de wijsvinger

       Kracht op de
       vingers



                                    handvat




                            fig 5.1 Situatie van de forehand



De kracht waarmee de bal tegen het racket aan komt hangt af van de snelheid
waarmee dit gebeurd. Bij het toptennis kan de snelheid van de bal oplopen tot +/-
200 km/h (55.6 m/s).
Het gewicht van een tennis bal is voor deze berekening vastgesteld op 55 gram
(0.055 kg)..

Stel dat de bal op het racket komt met een snelheid van 55 m/s. Om te bal een
tegengestelde snelheid te geven, moet hij tijdens het slaan eerst afnemen tot 0. We
stellen dat de benodigde tijd daarvoor 0.1 seconde is. De versnelling van de bal is
dan dus a = v/t = 55/0.1 = -550 m/s2

F= m*a => F= 0.055*-550= -30.3 N

De bal komt dus met een kracht van 30.3 N op het racket.
                                                                                     21




Het racket zal tijdens de forehand een kantelpunt hebben bij de basis van de
wijsvinger.
De afstand van het punt waar de bal het racket raakt tot het kantelpunt is 0.4
meter, en het punt waar de hand kracht zal aangrijpen is ongeveer 0.05 meter van
het kantelpunt.

De bal heeft dus een moment van 30.3 * 0.4= 12.12 N/m.
De som van de momenten moet gelijk zijn aan 0 dus de kracht die de vingers
moet leveren is dan 12.12=0.05*F hieruit volgt dat de kracht die de vingers moet
leveren op het moment dat de bal het racket raakt 242 N is.

Bij de backhand is het zo dat de kracht van de bal precies van de andere kant af
komt en niet de vingers maar de handpalm de kracht moet opbrengen. Zoals te
zien is in de schets.



       blad                                       bal




                                                Kantelpunt van de duim



       handvat
                                                Kracht op de hand




                            fig 5.2 Situatie bij de backhand

In het geval van de krachten verandert alleen de richting en verder niks deze
richting is nu precies tegenovergesteld aan die bij de forehand. Verder blijven de
te leveren krachten wel even groot.

Als een tennisbal een snelheid heeft van 200 km/h moet er door de hand 242 N
worden geleverd, om het racket stil te kunnen blijven houden. Om uiteindelijk de
bal hard terug te slaan, wordt de kracht uiteraard nog groter.
                                                                                  22




Er is een algemene formule te geven, voor de kracht die nodig is om het racket in
evenwicht te houden: Fbal = (m*v)/t
Fhand = (Fbal*s1)/(s2)

Fbal = kracht die de bal levert op het racket
Fhand = kracht die door de hand wordt geleverd
s1 = afstand van kantelpunt tot contactpunt van bal
s2 = afstand van kantelpunt tot midden van de hand
m = massa van de tennisbal
v = snelheid van de tennisbal op het moment dat hij het racket raakt
t = tijd, hoelang de bal erover doet totdat v = 0.

Gegeven: m = 0.055 kg
s1 = 0.4 m
s2 = 0.05 m
t = 0.1 s

Dit invullen in de formule levert: Fbal = (0.055*v)/t
Fhand = (Fbal*0.4)/(0.05)

Fhand = (4,4*v)

Als de snelheid wordt ingevoerd in deze formule, komt daar de kracht uit die de
hand moet leveren om evenwicht te houden.
                                                                                23




6. Plan van eisen en wensen
Eisen

       Het systeem moet de krachten kunnen meten op tenminste drie
        verschillende plaatsen op de hand c.q. de vingers
       Het apparaat moet tenminste een beckhand- en forehandslag kunnen
        worden gemeten onder “laboratorium condities” (de proefpersoon blijft op
        zijn plaats staan).
       Het apparaat moet gebruik maken van een electronisch meetinstrument
        (FSR, rekstrookjes etc.) en dus niet gebruik maken van pneumatische,
        hydraulische etc. systemen.
       De signalen moeten ingelezen kunnen worden in een pc en grafisch
        kunnen worden weergegeven.
       Het apparaat mag de vorm van het handvat niet veranderen.
       Het meetsysteem moet zodanig zijn dat het de bewegelijkheid van de
        gewrichten van de hand niet beperkt.
       De FSR Sensoren mogen niet op een hoek geplaatst worden.

Wensen

       Het apparaat moet makkelijk in bediening zijn.
       Het computerprogramma moet makkelijk te begrijpen zijn.
       Het computerprogramma moet later nog aangepast kunnen worden voor
        meer of minder sensoren.
       Er kan precies aangegeven worden, met een grafiek of tabel, welke sensor
        de meeste knijpkracht heeft ondervonden tijdens het tennissen.
       Het gehele systeem moet altijd betrouwbaar zijn.
       Er mogen niet teveel handelingen vooraf gaan om de resultaten te krijgen,
        snel en effectief moet het zijn.
                                                                                24




7. Meetsystemen
Er zijn veel verschillende soorten meetinstrumenten op de markt die kracht
kunnen meten. Niet alle meetinstrumenten kunnen van toepassing zijn voor ons
meetsysteem. Uit het grote aanbod krachtmeters zijn er drie gekozen die hieronder
zullen worden besproken. De drie krachtmeters zijn: rekstrook, load cell en FSR.

7.1. Rekstrook

Rekstrookjes zijn kleine krachtmeters en zijn mede daardoor zeer makkelijk te
plaatsen en te gebruiken. De rekstrookjes zijn niet zwaar en daardoor geschikt om
bijvoorbeeld de backhand slag en de forehand slag mee uit te voeren.




                                 Fig 7.1Rekstrookje

Een rekstrook bestaat uit een balkje dat bestaat uit twee verschillende strookjes
metaal. De weerstand van dit balkje verandert naar mate er minder of meer kracht
op komt te staan. Op het balkje wordt een constante stroom gezet die terugkeert
nadat de stroom door het balkje is gelopen. Doordat het balkje bij verschillende
krachten een verschillende weerstand bevat is de grootte van de terugkomende
stroom een indicatie van de kracht die er op het rekstrookje staat. De terugkerende
stroom wordt uitgelezen en omgezet naar de kracht die bij deze stroom hoort.

Het rekstrookje moet aan het begin, daar waar de twee gaten zitten, zie figuur 7.1,
vast geklemd worden en het vrije uiteinde moet zo gepositioneerd worden dat
deze de te meten krachten goed overlapt.

Er bestaan rekstrookjes met een bereik van 0 tot 5 N maar er zijn ook rekstrookjes
op de markt die een bereik hebben van 0 tot 2000 N. Het gewicht van een
rekstrookje kan variëren van 50 g voor een rekstrookje met bereik 0 tot 5 N tot
350 g voor een rekstrookje met een bereik van 0 tot 2000 N. De temperatuur
waartussen het rekstrookje werkt loopt vanaf –20 ºC tot +80 ºC. De temperatuur
heeft echter wel invloed op de meting.
                                                                                 25




7.2. Load cell

Er bestaan veel verschillende soorten load cells. Een load cell is in veel
verschillende soorten en maten te verkrijgen. Er bestaan zeer kleine load cells die
uitstekend gebruikt kunnen worden om krachten te meten in kleine ruimtes. Deze
cellen zouden bijvoorbeeld in het handvat van het tennisracket ingebouwd kunnen
worden en zodoende de kracht meten die er op het handvat komt te staan.




Fig 7.2 Load-cell




De meeste type load cells zijn vervaardig als een dunne, ronde schijf. Als er een
kracht op de load cell komt te staan wekt deze kracht een elektrisch stroompje op.
De grootte van deze stroom is afhankelijk van de grootte van de kracht die op de
load cell wordt uitgeoefend. Het stroompje is dus een onmiddellijke indicator van
de kracht op de load cell. Het stroompje wordt uitgelezen en omgezet naar de
bijbehorende kracht.

Om de kracht heb beste te kunnen meten moet de kracht aangrijpen in het
middelpunt van de load cell en loodrecht op het oppervlak van de sensor. Om een
zo goed mogelijk resultaat te krijgen moet de load cell bevestigd zijn op een
gelijke en gladde ondergrond.

Het bereik van een load cell kan variëren van 0 tot 100 N tot een bereik van 0 tot
200 kN. Het gewicht kan uiteenlopen van 40 g voor de kleinste load cell tot 1,2
kg voor de grootste load cell. Bij de miniatuur load cell die te zien is aan de
rechterkant, zie figuur 7.2, loopt het gewicht uiteen van 4 tot 240 g. Tussen een
temperatuur van –20 ºC tot +100 ºC behoudt de load cell zijn werking. De
temperatuur heeft echter wel invloed op de meting.
                                                                                26




7.3. FSR Sensoren

FSR staat voor Force Sensing Resistors. FSR zijn kleine sensoren die kracht
kunnen meten, zie figuur 7.3. Omdat deze sensoren erg klein en flinter dun zijn
kunnen deze goed gebruikt worden om bijvoorbeeld op een handvat van een
tennisracket te plakken. Deze sensoren zitten dan niet in de weg en er kan daarom
makkelijk een forehand en een backhand slag mee gemaakt worden die daarna
geanalyseerd kan worden.




fig 7.3 FSR Sensor

Een FSR-sensor is opgebouwd uit twee verschillende lagen. De ene laag is
gemaakt van materiaal dat een weerstand geeft en de andere laag bestaat uit een
serie geleiders die de stroom geleiden, zie figuur 7.4. Deze lagen zijn op elkaar
geplakt. De eerste laag dient er voor om de stroom zo optimaal mogelijk door de
sensor te leiden.




fig 7.4 Bouw van een FSR Sensor

Als er op een FSR-sensor een kracht komt te staan wordt de connectie tussen de
twee lagen verbeterd en de stroom gaat er dus makkelijker doorheen. Het
voorgaande kan ook gezegd worden als dat de weerstand van de sensor af neemt.
Naarmate de kracht op de sensor groter wordt, wordt de weerstand van de sensor
steeds kleiner en kan er dus een grotere hoeveelheid stroom door de sensor.
                                                                               27




Waarom FSR Sensorenvoor dit project
Er zijn FSR-sensoren gekozen om de metingen mee te doen, omdat deze sensoren
erg klein zijn, net als rekstrookjes en load cellen, en daardoor ook makkelijk te
hanteren zijn. De sensoren kunnen makkelijker op het handvat van het
tennisracket geplakt worden omdat ze erg flexibel en klein van stuk zijn. Hierdor
hebben ze geen invloed op de grip. De sensoren zitten tijdens de metingen niet in
de weg voor de persoon die de slagen moet uitvoeren. Er kan dus makkelijk een
forehandslag of een backhandslag mee uitgevoerd worden. Omdat de sensoren
tijdens de slagen niet in de weg zitten wordt met deze sensoren de werkelijkheid
het meeste nagebootst. Als de sensoren namelijk wel in de weg zouden zitten zou
het kunnen zijn dat de proefpersoon de greep aanpast omdat de sensoren niet
lekker zitten. Hierdoor wordt er niet met een natuurlijk maar met een opgelegde
greep geslagen. Tevens is een FSR sensor wel bestand tegen warmte in
tegenstelling tot een load cell. De FSR Sensoren hebben een meet bereik wat
groter is dan de knijpkracht van een mens. FSR-sensoren zijn dus het meest
geschikt om de metingen aan het handvat mee te verichten.
                                                                                 28




8. IJken, Meten, Verwerken
Om een inzicht te krijgen in de krachten die werken op het handvat van een
tennisracket tijdens verschillende slagen is er een meting gedaan met FSR-
sensoren. Deze sensoren zijn zeer goed geschikt voor deze meting omdat ze zeer
klein en dun zijn. Hierdoor kunnen de sensoren makkelijk op het handvat van het
racket geplaatst worden en zitten ze niet in de weg tijdens de meting. Er zijn zes
FSR-sensoren gebruikt voor deze meting.

Er zijn metingen gedaan met verschillende grepen. Als greep op het handvat is
gekozen voor de powergreep en de cylindergreep. Bij deze grepen zijn de
forehand en de backhand gemeten. De plaats van de sensoren ten opzichte van de
vingers is ook veranderd. Bij de eerste meting zaten de sensoren op de phalange
distale van alle vingers en een op de duimmuis en bij de tweede meting zaten de
sensoren op de phalange mediale van alle vingers en weer een op de duimmuis.
Uiteindelijk komen hier acht tabellen uit met alle meetwaardes. Deze waardes
zullen later verwerkt woren tot grafieken in het programma Matlab.

De sensoren zijn op het racket geplaatst door het handvat van het racket in de hand
te nemen met de cylindergreep of de powergreep en daarna de sensoren op de
juiste plaats onder de vingers te plaatsen. Op de sensoren is een stukje metaal
geplaatst zodat de druk die op de sensor komt te staan gelijkmatig over de sensor
verdeeld wordt. Het geheel is met een stukje tape op het handvat vast gezet.
Als de sensoren op de juiste plaat zitten is de volgende stap om de sensoren te
ijken.

8.1. IJken

Er wordt geijkt met behulp van een drukmeter. Met deze drukmeter wordt een
constante druk van rond de 24 N op een individuele sensor gegeven. Het apparaat
waar de sensor aan gekoppeld zit geeft als output bij een variabele druk op de
sensor een variabele waarde voor de hoeveelheid door gelaten stroom in mA. Het
aantal mA staat dan in verband met de geleverde druk op de sensor. Het apparaat
waar de sensoren aan gekoppeld zitten zit op zijn beurt doorgelinkt naar de
computer. De output van het apparaat wordt de input van de computer. De
computer zet deze input om naar waardes zonder eenheid. De computer zet een
analoog signaal, namelijk het aantal mA, om in een digitaal signaal.
In het programma Active Daq wordt gesteld dat de minimale analoge waarde 0 V
is en de maximale analoge waarde 10 V.
Uiteindelijk komt er als output van de computer op het beeldscherm een waarde
zonder eenheid te staan, het digitale signaal. De waarde die is verschenen wordt
genoteerd. Met de genoteerde waardes zijn berekeningen uitgevoerd. Deze
berekeningen zijn terug te vinden in Bijlage.
                                                                                  29




Voorbeeld berekening
Druk op de sensor in Newton: 23
Geregistreerde waarde computer: 800
Maximale waarde computer: 2^12 = 4096

 23 N               800
 Maximale           4096
 analoge waarde

Nu kan de maximale analoge waarde uitgerekend worden door de druk op de
sensor te vermenigvuldigen met de maximale waarde van de computer, en deze
waarde dan te delen door de geregistreerde waarde van de computer:
 23N  800   117.8N
    4096

Met deze ijking kunnen later de waardes gemeten door de computer omgerekend
worden naar druk in newton. Zo worden alle zes sensoren apart geijkt. De
sensoren worden opnieuw geijkt als ze op een andere plek komen te zitten.
Als de ijking gedaan is kan de meting worden gestart.

8.2. Meten

De backhand en de forehand worden gemeten door in de houding voor de
backhand en forehand een constante druk te geven op het midden van het racket
met een drukmeter. Deze drukmeter bootst de kracht van de tennisbal op het
racket na die normaal gesproken zou zijn ontstaan bij het slaan van een tennisbal.
Elke meting wordt opgeslagen in een asc.-bestand. Als alle metingen gedaan zijn
kunnen de grafiek geplot en daarna geïnterpreteerd worden.

8.3 MATLAB

Uit de metingen zijn 8 verschillende tabellen gekomen. Elke tabel bestaat uit 7
kolommen en ongeveer 250 rijen.

Het aantal rijen hangt af van het aantal metingen dat gedaan is. Er is per metingen
ongeveer 5 seconden gemeten met een frequentie van 50 Hz. Dat betekent dus dat
er telkens ongeveer 250 metingen gedaan zijn.

Het aantal kolommen is 7. De eerste kolom bevat alle tijdstippen waarop gemeten
is in secondes. De kolommen 2 t/m 7 bestaan uit de waardes die respectievelijk
sensors 1 t/m 6 hebben aangegeven.
                                                                                   30




Eerst wordt de uit de meting verkregen tabel ingelezen in Matlab. Dat gebeurt met
de commandregel
s= load('H:\Matlab\project\powerforehand2.asc')

Vervolgens wordt de maximale analoge waarde en de minimale analoge waarde
gegeven. In het programma ActiveDaq hebben we de analoge waardes laten lopen
van 0V tot 10V.
maxanaloog= 10
minanaloog= 0

Uit de ijking is naar voren gekomen dat de maximale waarde die met een bepaalde
sensor gemeten kan worden, gelijk is aan 104 N.

maxNewton = 104

Het digitale signaal wordt ingelezen in matlab. Dit is in elke rij de tweede kolom.
Het gaat hier dus om de waardes van de eerste sensor.
digsignaal= s(:,2)

De digitale waardes van sensor 1 moeten omgezet worden in Newtons. Eerst
wordt de factor bepaald, die bestaat uit het totale analoge bereik, gedeeld door
maxNewton.

factor= (maxanaloog - minanaloog)/maxNewton

Deze factor wordt vermenigvuldigd met digsignaal en opgeteld bij de minimale
analoge waarde

waarde= minanaloog + (factor*digsignaal)

Hier is een lange kolom met krachtwaardes (N) uitgekomen. Deze krachten
stonden er dus op de sensor tijdens de meting. Deze waardes worden in een
grafiek uitgezet tegen de tijd (kolom 1 van s)

plot(s(:,1),waarde)
hold on

De grafieken zijn golvend. Daarom moet er een gemiddelde waarde uit worden
gerekenend. Ook deze waarde wordt geplot tegen de tijd. Hier komt dus een lange
rechte lijn uit.

gemiddelde1 = mean(waarde)
plot(s(:,1),gemiddelde1)
pause
hold on
                                                                               31




Deze opdrachten worden 5 keer herhaald, voor elke sensor een keer. Uiteraard
worden dan de maxNewton aangepast aan de sensor. Er komen dus 6 grafieken
uit, met elk een golvende lijn en een rechte lijn door het midden.

Om de verschillende gemiddeldes goed met elkaar te kunnen vergelijken, worden
ze tot slot allemaal in een grafiek geplot. Elke sensor krijgt zijn eigen kleur.

figure (7)
plot(s(:,1),gemiddelde1,'y-')               = geel
hold on
plot(s(:,1),gemiddelde2,'m-')               = magenta
hold on
plot(s(:,1),gemiddelde3,'r-')               = rood
hold on
plot(s(:,1),gemiddelde4,'g-')               = groen
hold on
plot(s(:,1),gemiddelde5,'b-')               = blauw
hold on
plot(s(:,1),gemiddelde6,'k-')               = zwart
hold on
                                                                                          32




9. Ontwerp
9.1 Plaatsen om te meten

Er zijn in totaal 16 delen die enige invloed hebben op het krachtenspel op het
racket, zie hoofdstuk “Krachtenvoorspelling”. Het gaat hierbij om de drie
phalangen van de vier vingers (12), twee phalangen van de duim, metacarpale 1 en
de handpalm.

Powergreep, media phalanx, 6N:

                                               gem.                            gem.
 Sensor      F (N)      Uitslag   Fmax (N) forehand(N)       % van max      backhand(N)        % van max
   1          24         934        104          0             0,00%             83             79,80%
   2          24         950       101,3       13,7           13,50%            71,7            70,80%
   3          23         917       102,7       15,8           15,40%            45,7            44,50%
   4          24         387        254         9,5            3,70%             8,6             3,40%
   5          23         957        98,4       53,1           54,00%             0,4             0,40%
   6          24         377        258        11,1            4,30%            13,6             5,30%

Powergreep, distale phalanx, 6N:

                                               gem.                             gem.
 Sensor      F (N)      Uitslag   Fmax (N) forehand (N)      % van max      backhand (N)       % van max
   1          24          791      121,7       18,4           15,10%            74,3            61,10%
   2          24         1020       96,4       87,7             91%             79,9            82,90%
   3          24          878      109,6       24,7           22,50%            13,4            12,20%
   4          24          359      273,8        4,6            1,70%             2,5             0,90%
   5          24          664       148        13,6            9,20%             4,8             3,70%
   6          22          927       97,2       43,3           44,50%            13,5            13,90%

Cilindergreep, media phalanx, 6N:

                                                   gem.                             gem.
  Sensor     F (N)       uitslag Fmax (N) forehand (N)          % van max       backhand (N)    % van max
    1          24         1128        86,2          71,2         82,60%               32         37,10%
    2          24         1180        82,4          65,2         79,10%             117,6           *
    3          23          917       102,7            5           4,90%              87,5        85,20%
    4          24          387        254            5,2          2,00%              10,2         4,00%
    5          23          957        98,4           6,8          6,90%              0,24         0,20%
    6          24          377        258           14,9          5,80%              20,3         7,90%
* Geen waarde, omdat het gemiddelde hoger uitvalt dan het maximum. Hiervoor is slechts een
vermoeden dat de sensor op een hoek heeft gezeten.
                                                                                   33




Cilindergreep, distale phalanx, 6N:

                                             Gem.                         Gem.
 Sensor     F (N)     Uitslag   Fmax (N) forehand (N)    % van max     Backhand (N) % van max
   1         24        991         99        64,7           65%            26,9          0
   2         23        989        95,3       92,2         96,70%           83,2      90,20%
   3         24        972        100        70,3         70,30%           45,2      64,30%
   4         24        352       275,6        6,7          2,40%            1,3       0,50%
   5         23        800       117,8       39,2         33,30%            0,2       0,20%
   6         25        926       110,6       27,5         24,90%           12,5      11,30%

Verklaring bij de tabellen.
    “Sensor” geeft aan welke sensor en waar deze heeft gezeten t.o.v. de hand.
       Sensor 1 bevindt zich op vinger 1, de duim. Sensor 2 op vinger 2, de
       wijsvinger, enzovoort. Sensor 6 is tijdens alle metingen op de duimmuis
       geplaatst. De plaats op de vinger wordt aangegeven door de grafiek naam,
       namelijk distale of media phalanx.
    “F (N)” geeft het aantal uitgeoefende kracht weer op de sensor tijdens de
       ijking. Meer over het ijk-proces is te vinden in hoofdstuk 8.1.
    Uitslag is de waarde die ActiveDAQ geeft bij de bijbehorende kracht. Er
       kan vanuit gegaan worden dat de sensoren een lineair verloop hebben
    Doordat de sensoren lineair zijn kan de maximale kracht berekend worden
       die de sensor kan verwerken, zie hoofdstuk 8.1.
    “Gem. forehand”/ “Gem. Backhand” geeft het aantal Newton (N) weer bij
       het geven van een kracht van 6N op het centrum van het racketblad.
    “% van max” is het gemiddelde/ maximum.

Over de waarden van sensor 4 valt te twisten, deze sensor is net als alle andere
sensoren geijkt. Maar sensor 4 geeft totaal andere waarden dan de overige 5
sensoren. De uitkomsten van deze sensor moeten volgens ons niet al te serieus
genomen worden.

Uit de tabellen is nu te concluderen op welke plaatsen veel kracht komt te staan
tijdens het slaan van de forehand/ backhand. Namelijk de plaatsen waar het
maximum het meeste wordt benaderd. De grens om te voldoen is vast gelegd op
60%. Dit is ruim boven de helft en onder de 60% ligt een ruimte naar de andere
sensoren die nog maximaal 45% afgeven. De phalanx media V is een twijfel
geval, deze komt slechts tot 54% van het maximum.

Dit levert de volgende 7 plaatsen op:
     Phalanx proximale I
     Phalanx distale I
     Phalanx media II
     Phalanx distale II
     Phalanx media III
     Phalanx distale III
     Phalanx media V
                                                                                 34




9.2 Vergelijking, van de verwachting ten opzichte van de werkelijkheid

Dit is de verwachting uit hoofdstuk 5.1.

1:     Basis Phalanx Proximale II
2:     Phalanx Mediale IV
3:     Phalanx Mediale V
4:     Phalanx Mediale II
5:     Phalanx Distale II
6:     Metacarpale I
7:     Phalanx Proximale I
8:     Phalanx Distale I

Het juist aantal verwachtingen komt neer op 5, namelijk de nummers 3,4,5,7 en 8.
Waarvan een twijfel geval, namelijk phalanx media V. De meeste foute
verwachtingen zijn simpel te verklaren.

Dat de duim, phalanx I, nog bij de sterksten hoort is opvallen omdat zoals eerder
beschreven deze krachten niet allemaal in de juiste richting staan. De krachten
staan schuin op het handvat en er valt dus veel kracht weg in het verlengde van het
racket.

Basis Phalanx Proximale II, dit is geen knijppunt maar een kantelpunt. Hier
komen wel de grootste krachten op, zoals is gemeten. Alleen deze waarden doen
er niet toe voor dit project, het gaat om een knijpmeetsysteem.
Metacarpale I, de duimmuis gaf verrassend weinig knijpkracht. Dit is te verklaren
door het vele weefsel wat nog tussen het racket en het bot in zit. Hierdoor kan het
gebeuren dat de sensor deels weg valt in de duimmuis en dus relatief weinig meet.
Phalanx Media IV, deze is moeilijker te verklaren. Er werd verwacht dat dit deel
de backhand deels zou opvangen, omdat de pink te zwak leek om dit alleen te
doen, maar zoals blijkt is de phalanx media V wel behorend tot de sterksten, en is
de phalanx media IV niet veel meer nodig.
                                                                                35




Het systeem waarmee de krachten op een tennisracket worden gemeten, bestaat uit
een handschoen met 7 FSR-sensoren daarop verwerkt. Deze sensoren worden via
een printplaatje doorgelinkt naar de computer. Hier worden de gegevens verwerkt
in een Matlab-programma.

De sensoren worden geplaatst op 7 plaatsen. Op elke sensor wordt een metalen
plaatje geplakt, zodat de drukverdeling op de sensor gelijk is.
Elke sensor wordt eerst geijkt. Dat gebeurt met de handschoen aan, omdat dan de
ondergrond hetzelfde is als bij de echte meting. Met een krachtmeter wordt een
kracht gegeven op de sensor. In het programma ActiveDAQ wordt de
daarbijbehorende digitale waarde afgelezen. De sensoren hoeven maar een keer
geijkt te worden, omdat ze op een vaste plaats komen te zitten. De ijkfactor wordt
ingevoerd in het matlab-programma. Dus als het meetsysteem daadwerkelijk
wordt gebruikt bij een meting, zal de bijbehorende ijkmeting niet meer nodig zijn.
                                                                                                  36




Conclusie en discussie
Conclusie
Uit de analyse van de hand is gebleken dat de lenigheid van de gewrichten bij brengen aan de te
leveren krachten op het handvat. Wanneer de duimmuis lenig is kan de duimmuis een betere positie
ten opzichte van het racket aan nemen. Dit zorgt ervoor dat de krachten rechter op het handvat
komen te staan. Voor het bedienen van de flectoren van de vingers zijn slechts twee spieren voor
aanwezig. Dit zijn de m. flexor digitorum superficialis en de m. flexor digitorum profundus. Deze
twee spieren zorgen voor de grootste knipkrachten op het tennisracket.
De grip van de hand is an groot belang om een maximale knijpkracht op het tennisracket te krijgen.
Er blijkt dat er slechts een klein oppervlak is wat niet beweegt tijdens het flecteren van de pols en
vingers. Tegenover dit deel van de hand kan je de grootste krachten zetten, omdat dit deel niet
beweegt. De duimmuis kan nog voor een grote kracht zorgen bij de powergreep. Dit omdat de
duim het handvat dan kan omsluiten. Er geldt dus voor de powergreep, de duim minder kracht,
duimmuis meer kracht. Voor de cilindergreep geldt precies het tegenovergestelde.
De kracht op de vingers is te berekenen via de volgende formule:

Fhand = ( Fbal * S1 ) / ( S2 )

Het eindprodukt zal op zeven plaatsen meten, en voldoet daarmee aan de eis van minimaal drie
plaatsen. Ook zal bij beide slagen, forehand en backhand, gemeten kunnen worden. Dit doordat de
handschoen altijd goed zit ten opzichte van de hand.
De resultaten van de prestatie zijn redelijk snel in een grafiek weer te geven op een PC. Vrijwel
alle resultaten voldeden aan de verwachtingen.

Discussie
Er is geen uiteindelijk meer systeem uit dit project gekomen. Omdat er goed over na is gedacht. De
moeite die nu gedaan moet worden is ‘slechts’ de meting voltrekken, en vervolgens deze opslaan
en het .asc file openen in een ander programma. Wanneer een printplaat e.d. gemaakt moeten
worden dan zou dit nog steeds het geval zijn. Er wordt dan ook van de programma’s ActiveDAQ
en MATLAB gebruik gemaakt. Om kosten, 70euro(!) te besparen is er een afweging gemaakt.
Daarom dus geen systeem.
Verdere beperkingen aan dit project is ‘sensor 4’. Deze sensor geeft extreme waardes ten opzichte
van de andere sensoren. Dit ongeacht de plaats waar deze sensor gebruikt werd.
Bij alle sensoren moet er op gelet worden dat ze niet op een rand geplaatst worden. Dit geeft foute
waardes van de sensor, en dus een foute uitkomst voor de gebruiker.

								
To top