Einsatz von Rousseau Modellen für die Vorhersage menschlicher Bewegung zur muskuloskelettalen Simulation im AnyBody Modeling System

Beitrag bei einer Tagung
(Konferenzbeitrag)


Details zur Publikation

Autor(en): Wolf A, Miehling J, Wartzack S
Jahr der Veröffentlichung: 2017
Sprache: Deutsch


Abstract


Biomechanische Simulationsmethoden ermöglichen die Analyse und Bewertung von Bewegungen und Kräften des menschlichen Bewegungsapparates. Dadurch wird es möglich Fragestellungen bezüglich ergonomischer/ biomechanischer Parameter in frühen Planungsphasen zu beantworten und diese entsprechend in die Planung einfließen zu lassen. So lässt sich beispielsweise ein Arbeitsablauf bereits bei der Planung nach ergonomischen Gesichtspunkten ausrichten, oder ein Produkt schon in den frühen Entwicklungs- und Konstruktionsabschnitten nach nutzerspezifischen Kriterien gestalten. Dennoch sind biomechanische Simulationsmethoden im industriellen Umfeld bei weitem nicht so verbreitet, wie herkömmliche Simulationsmethoden der Mehrkörpersimulation, oder der Strukturmechanik. Dies liegt insbesondere daran, dass für jedes neu erstellte biomechanische Modell neue Messungen stattfinden müssen, damit dieses berechnet werden kann. Für den weitläufig genutzten Ansatz der inversen Dynamik werden als Eingangsdaten die Bewegung und die externen Kräfte benötigt, welche klassischerweise in Bewegungsanalyselaboren erfasst werden müssen. Unter deren Angabe können die Muskelkräfte und die Beanspruchung der Gelenke berechnet werden. Gegenwärtig erscheint dieser Aufwand gegenüber dem Nutzen allerdings als nicht gerechtfertigt.

Der Nutzen der biomechanischen Simulationsmethoden steht indes außer Frage. Deshalb gilt es den zu betreibenden Aufwand zu reduzieren. Dies kann durch Modelle geschehen, die eine Vorhersage der üblicherweise zu messenden Eingangsdaten ermöglichen. Die Vorhersage der äußeren Kräfte lässt sich im Rahmen des Optimierungsproblems der inversen Dynamik durchführen. Die Vorhersage der Bewegung kann mittels der Verwendung von Rousseau Modellen gelingen. Diese zwingen einem muskuloskelettalen Menschmodell gewisse Zwangsbedingungen auf, welche gemäß der zu erzeugenden Bewegung unterschiedlich gewichtet werden. Durch dieses Aufzwingen, von sich teilweise wiedersprechenden Zwangsbedingungen, wird das muskuloskelettale Menschmodell zu einem kinematisch überbestimmten Fall. Mithilfe eines Optimierungsverfahrens lässt sich der bestmögliche Kompromiss zur Erfüllung der Zwangsbedingungen finden, wodurch wiederum die Vorhersage einer nachvollziehbaren Bewegung möglich wird. Diese Vorgehensweise wird anhand eines konkreten Anwendungsfalles unter Zuhilfenahme des AnyBody Modeling System vorgestellt.



FAU-Autoren / FAU-Herausgeber

Miehling, Jörg
Lehrstuhl für Konstruktionstechnik
Wartzack, Sandro Prof. Dr.-Ing.
Lehrstuhl für Konstruktionstechnik
Wolf, Alexander
Lehrstuhl für Konstruktionstechnik


Zitierweisen

APA:
Wolf, A., Miehling, J., & Wartzack, S. (2017). Einsatz von Rousseau Modellen für die Vorhersage menschlicher Bewegung zur muskuloskelettalen Simulation im AnyBody Modeling System. Koblenz, DE.

MLA:
Wolf, Alexander, Jörg Miehling, and Sandro Wartzack. "Einsatz von Rousseau Modellen für die Vorhersage menschlicher Bewegung zur muskuloskelettalen Simulation im AnyBody Modeling System." Proceedings of the 7. CADFEM medical conference, Koblenz 2017.

BibTeX: 

Zuletzt aktualisiert 2018-10-08 um 21:55