Modellierung und Simulation der menschlichen Mechanik in Modelica

Abstract

Im Rahmen der Arbeit wurde ein Modell der menschlichen Mechanik in Modelica entwickelt, das aus einem vereinfachten Skelettmodell besteht und mit einer Inverskinematik automatisiert Posen für die Extremitäten erzeugt. Die Inverskinematik berechnet die Gelenkwinkel der Extremitäten, sodass Hände und Füÿe vorgegebenen Trajektorien folgen. Das Skelettmodell besteht aus 14 Gelenken mit 33 Freiheitsgraden. Es ist parametrisch aufgebaut, sodass es auf unterschiedliche Körpergrößen angepasst werden kann. Die im Rahmen der Arbeit entwickelte Inverskinematik berechnet für die 28 Freiheitsgrade der Extremitäten natürliche Arm- und Beinposen. Sie besteht aus einer neuartigen Kombination von drei Ansätzen. Basis der Inverskinematik ist die Damped Least Squares Methode. Diese wurde erweitert, sodass vorgegebene Gelenkwinkelgrenzen eingehalten werden. Innerhalb der Gelenkwinkelgrenzen wird eine eindeutige Lösung durch die Annäherung an eine natürlich aussehende Schätzpose erzielt. Für die Arme wird die Schätzpose mit dem sensomotorischen Transformationsmodell nach Soeching et al. [21] ermittelt. Für die Beine wird sie durch die Vorgabe einer Komfortposition des Sprunggelenks erzeugt. Die Inverskinematik zeigt ein robustes Verhalten und liefert aus ergonomischer Sicht realistische Posen.