Erforschung des Phänomens „Lauf des Bootes“ durch ein Messsystem zur Erhebung von ausgewählten biomechanischen Verhaltens- und Erlebensdaten verschiedener Ruderer

Da die Forschungsarbeit abgeschlossen wurde, soll nun das Abstract der Arbeit angeführt werden:

Abstract

Rowers often valuate their race or training unit with the term „run of the boot”, when they try to describe a “perfect” feeling they experienced during their race or training unit. Although this phenomenon has already been investigated, no one has been able to find a valid biomechanical equivalent so far. In this research-paper a system, which is based on an Arduino microcontroller-board, is worked out to monitor acceleration and oar angle of several race and training units of three test-rowers. Additionally a questionnaire is developed to reconstruct the feeling a proband had during his or her race and training unit. Furthermore, important characteristics of an exemplary acceleration and oar angle graph are shown and the graphs of a race and training simulation are compared. Last, the graph of the best-rated race simulation is contrasted with the graph of the worst rated for every proband. The results are as follows: First, a rower describes a race simulation as “well run”, if the global minimum of the acceleration graph is less negative. Second, two of three test-persons evaluate their race simulation as great, if the local maximum shortly after the catch is higher. Third, in two out of three cases the local maximum of the acceleration graph caused by the rower starting to roll is higher, if the rower regards the race simulation as “well run”. Fourth, two of three probands assess their race simulation as well done by themselves, if the area underneath the acceleration graph is larger. Also, both assumptions “the catch happens directly at the global minimum of the oar angle graph” and “the catch happens at the global minimum of the acceleration graph” could be disproved.

Forschungsprotokoll Benedikt Morlock

Ende Januar bis Mitte Februar


Nach dem ersten Gespräch am 29.01.2014 mit Prof. Dr. Lippens von der Fakultät für Sportpädagogik der TU-München, begann ich bereits am nächsten Mittwoch mit der Literaturrecherche zu meinem Thema. Anfangs war vor allem interessant ob, und wenn inwieweit sich der Begriff „Lauf des Bootes“ in der Literatur wiederfindet, beziehungsweise definiert ist. Dabei kristallisierten sich vor allem zwei Herangehensweisen an dieses Thema heraus. Zum einen betrachtet Prof. Dr. Lippens den „Lauf des Bootes“ aus der Sicht des Rudernden heraus, das bedeutet er untersucht wie es sich anfühlt wenn „das Boot läuft“ und zum anderen untersucht vor allem Volker Nolte den „Lauf des Bootes“ von der äußeren Perspektive ausgehend, dass heißt er versucht diesen Zustand „höchster Effizienz“ anhand von biomechanischen Daten zu definieren und bestimmte Konstanten festzulegen. Dies gelang ihm jedoch nur in eigeschränktem Maße, da die Rudertechnik so individuell sein kann wie die Ruderer selbst. Auf Basis dieser durch die Literatur erworbenen Erkenntnisse, verfasste ich ein erstes Abstract in dem ich meine Ergebnisse zusammenfasste und mit Prof. Dr. Lippens besprach. Daraus taten sich Thesen auf, wie zum Beispiel: Ist die vertikale Bootsbewegung, auch bekannt als das „Stampfen“ ein Maß dafür, dass das Boot „nicht läuft“?

Mitte Februar bis Mitte April


Nach der Literatur Recherche, schloss sich mir Jonathan Bischoff, ein Student für Lehramt in Mathematik und Sport, als weiterer Betreuer an. Dieser hatte bereits bei ähnlichen Überlegungen und Besprechungen mitgewirkt und kannte sich zudem mit dem Rechen- und Visualisierungsprogramm MATLAB aus, welches für die Auswertung von biomechanischen Daten eine zentrale Rolle spielt. Mit diesem Programm und Jonathans Hilfe schrieb ich Skripte mit denen man Beschleunigungs- und Dollenwinkeldaten auswerten konnte. Anfangs war es nicht einfach sich in diese neue Programmiersprache einzuarbeiten, trotzdem war es wirklich interessant Beschleunigungsverläufe aus mehr als  500.000 Daten zu erstellen und diese zu analysieren. Dabei gelangten wir jedoch zu der Meinung die Graphen könnten nicht so extrem verschieden sein, da manche mittleren Beschleunigungskurven beinahe gespiegelt aussahen.

Gemittelter Beschleunigungsverlauf eines Ruderschlages

Gemittelter Beschleunigungsverlauf eines Ruderschlages

Gemittelter Beschleunigungsverlauf eines Ruderchlages

Gemittelter Beschleunigungsverlauf eines Ruderschlages

Also fragten wir bei der ETH- Zürich, genauer bei Herrn Gravenhorst nach, unter dessen Leitung die Daten erhoben wurden, die wir anfangs untersuchten, ob diese Graphen fehlerhaft seien und bei der Datenerhebung etwas schiefgelaufen sein kann. Dieser ließ uns wissen, dass er selbst mit seinen Kollegen einige Probleme bei der Auswertung hatte und so kamen wir zu dem Schluss, dass wir eine Alternative zu diesen Daten brauchten um weiter machen zu können.

Während der Arbeit mit MATLAB probierte mein Trainer Andreas Fischbach vom Münchner Ruder Club von 1880 immer wieder an mir und meinen Trainingspartnern ein Handysystem namens „Rowing in Motion“ aus, welches mit dem Beschleunigungssensor eines Smartphones arbeitet und so zwar relativ gute Beschleunigungsgraphen liefert, jedoch kann man die Datensätze nicht direkt einsehen und so mit ihnen arbeiten. Also mussten wir uns etwas anderes überlegen. Meinem Betreuer Jonathan kam schließlich die Idee ein Arduino Microkontrollersystem zu verwenden um ein eigenes kleines Messboot zur Datenerhebung zu bauen.

Mitte April bis Ende Mai


Gesagt, getan:

IMG_1977[2]

Das System wird am Boot angebracht

Nach einigen Stunden mit Lötkolben und Datenkabelgewirr,die wir in Starnberg an meinem Ruderclub verbrachten, war es dann so weit, der Prototyp war fertig. Bisher haben wir einen Beschleunigungssensor und einen Dollenwinkelmesser eingebaut.

Den Dollenwinkelmesser sieht man hier noch einmal im Detail:

Er beschreitet exakt denselben Winkel wie das Skull während eines Ruderschlages und liefert in Form von Spannungsänderungen Daten an den Microcontroller.

IMG_1978[1]

Dollenwinkelmesser

Nach dem alles am Boot befestigt war starteten wir prompt den ersten Testlauf. Die Auswertung danach war wirklich spannend. Hatte alles geklappt ? Oder hatten wir Fehler gemacht ? Hatte das System überhaupt aufgezeichnet ?

Beruhigt stellten wir fest,das alles glatt gelaufen war und dass das System alle Ruderschläge meiner kurzen Einheit aufgezeichnet hatte:

IMG_2026[1]

Hier sieht man den aufgezeichneten Beschleunigungsverlauf von ca. 8 Ruderschlägenvon mir selbst

Juni


Im Juni schritt die Entwicklung, hin zu einer reibungslosen und genauen Datenerfassung weiter vorran. Ich konnte drei weitere Sportler, sowohl mess-, als auch videotechnisch erfassen und zusätzlich ihre Aussagen, ob das Boot nun heute gut oder schlecht lief schrftlich festhalten. Dabei ergaben sich bei meiner Probantin 1 folgende Graphen:

Man erkennt hier den gemittelten Beschleunigungsverlauf eines Trainingsschlages

IMAG0089[1]

Hier sieht man den Beschleunigungsverlauf eines gemittelten Rennschlags

Der Dollenwinkelverlauf während der gesamten Messung

Nachdem die Darstellung so weit klappte, erstellte ich, nach Gesprächen mit Herrn Lippens, zum einen eine Excel-Datei, welche als Vorlage für alle folgenden Auswertungen dienen sollte. Zum anderen einen Fragebogen, durch welchen ich mir nun präzisere Aussagen erhoffe, welche immernoch sehr individuell sein sollen, allerdings es mir so möglich ist eine gewisse Ordnung in die Gesamtheit aller Aussagen zu bringen.

Am 25.06.2014 besuchte mich dann Frau Doktor Kaden. So erklärte ich ihr die Rahmenbedingungen für die Arbeit von meinem Standpunkt als Ruderer aus, zeigte ihr die Funktionsweise des Arduino Mikrokotrollers und ließ sie dann bei einer weiteren Datenerhebung live dabei sein und im Motorboot sitzen.

Nach meinem Auslandspraktikum ist dan die Zeitachse in die Diagramme zu implementieren.

Fragebogen zur individuellen Datenauswertung

August


Die Arbeit schreitet voran und nun ist das Problem mit der Zeit gelöst. Meine Hauptaufgabe – bis zu ersten Hauptdatenauswertung, welche voraussichtlich am 10.08 stattfinden wird – liegt darin die Dieagrammdarstellung von Probantin 1, welche mir als „erstes Versuchskaninchen“ diente, zu verfeinern, kleinere Fehler in den Diagrammen zu beheben und zusammen mit Jonathan einen Weg zu finden die Beschleunigungskurven mit dem Video zu synchronisieren.

Übersicht über die ursprüngliche Excel – Datei

2 Tage nach der ersten Hauptdatenerhebung, welche ohne weitere Probleme verlief habe ich nun die letztendliche Vorlage für jede Datenauswertung designt und bereits Probantin 1 ausgewertet:

1

Die aktuelle Excel – Datei

Hier sieht man nocheinmal im Detail die Diagramme der Daten, welche ich durch das Arduinosystem erheben kann:

Diagramme zu Winkel- und Beschleunigungsdaten

September


 

Nun sind alle Datenerhebungen abgeschlossen, inklusive der eines Weltmeisters im leichten Deutschlandachter. Ebenfalls habe ich, bis auf die Graphen des Weltmeisters von jeder Einheit nun einen charakteristischen Trainingsbeschleunigungs-Winkel Verlauf und einen Rennsimulationsverlauf.

Mariam Main1 Training

Charakteristischer Trainings-Beschleunigungs-Winkelverlauf

 

Charakteristischer Rennsimulations-Beschleunigung-Winkelverlauf

 

Zusätzlich ist nun die Übertragung der Fragebögen in Excel abgeschlossen, sodass ich diese nun genau vergleichen kann.

 

blub

Fragebogen-Auswertung