Mechanische Eigenschaften des menschlichen Arms: räumliche Modellierung und Identifikation

Abstract

In dieser Arbeit wird eine Methode präsentiert, um die Impedanzparameter des menschlichen Arms bei Bewegungen im Raum zu identifizieren. Zu diesem Zweck wird der Arm als Starrkörpermodell aus zwei Körpern mit insgesamt fünf Freiheitsgraden angenommen. Mit einem Infrarot-Kamerasystem wird die Lage dreier Markersterne auf dem Arm während der Bewegung verfolgt. Daraus kann die Position und Orientierung dreier körperfester Koordinatensysteme auf dem Arm berechnet werden. Aus dieser Information lässt sich das kinematische Modell durch Berechnen der Gelenkpositionen von Schulter und Ellenbogen bestimmen. Mit den konstanten geometrischen Parametern des Arms wird die Inverskinematik numerisch mittels nichtlinearer Optimierung berechnet. Die identifizierbaren Trägheitsparameter werden mittels linearer Regression bestimmt. Schließlich wird die symmetrische, positiv definite Steifigkeitsmatrix aus der Rückstellkraft des Arms auf eine Auslenkung aus der Ruhelage berechnet.