Untersuchung des Zusammenhangs von Fingerkinematik, Fingersteifigkeit und Muskelaktivität

Abstract

Neuartige robotische Hände besitzen die Fähigkeit neben einer aktiven Nachgiebigkeit (implementiert durch eine Impedanzregelung) auch eine passive (von der Mechanik bestimmt) Nachgiebigkeit einzustellen. Diese passive Nachgiebigkeit wird durch einen komplexen und von der Biomechanik des Menschen inspirierten Mechanismus realisiert. Jedoch ist bisher noch nicht ausreichend geklärt, inwiefern der Mensch diese passive Nachgiebigkeit einstellen und nutzen kann. Der Mensch selbst kann seine passive Griffsteifigkeit durch gleichzeitige Co-Kontraktion der antagonistischen Muskulatur und durch eine Veränderung der Kinematik variieren. Ziel dieser Arbeit soll sein, den Einfluss dieser Mechanismen auf die Griffsteifigkeit zu untersuchen, wobei der Fokus vor allem auf der Co-Kontraktion liegt. Die Erfassung der Co-Kontraktion soll durch Messung der Muskelaktivität (sEMG) erfolgen. Mittels einer neuartigen Methodik der direkten Kommandierung einer bewussten Co-Kontraktion soll eine Erhöhung der Griffsteifigkeit für variierende Griffkräfte erzielt werden. Mit einem Manipulator, dem sog. Grasp Perturbator, kann über Positions-Perturbationen die Griffsteifigkeit ermittelt werden. Die Ergebnisse zeigen eine gute Vorhersagbarkeit der Steifigkeit und der Kraft aus den sEMG-Daten (r2 = 76% bzw. 74%) bei einer kommandierten Co-Kontraktion. Die zusätzliche Information über die Kraft bei der Vorhersage der Steifigkeit bringt dabei keine wesentliche Verbesserung. Weiterhin ist eine unabhängige Schätzung der Steifigkeit für ähnliche, erwartete Griffkräfte möglich. Aus den Beobachtungen und Ergebnissen kann erfolgreich gezeigt werden, dass eine Steuerung der Griffkraft und -steifigkeit aus den Muskelsignalen möglich ist.