Modellierung und Simulation menschlicher Bewegungen mittels effizienter Vorwärtsdynamiksimulation

使用高效的正向动力学仿真对人体运动进行建模和仿真

• 批准号: 84579715
• 负责人: Professor Dr. Oskar von Stryk
• 金额: --
• 依托单位: Fachgebiet Simulation, Systemoptimierung und Robotik
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2007-12-31 至 2013-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/84579715?language=en
• 关键词: Modellierung; und; Simulation; menschlicher; Bewegungen

Die Modellierung des zeitveränderlichen, dynamischen Verhaltens des menschlichen Bewegungsapparats führt auf ein hochdimensionales mechanisches Mehrkörpersystem, bestehend aus Teilmodellen für Skelett und Schwabelmassen, Muskeln und Sehnen als redundante Antriebe sowie Optimierungsmodellen zur Simulation der an einer Bewegung beteiligten Muskelgruppen. Im Gegensatz zur Rückwärtssimulation zur Simulation der für eine vorgegebene Bewegung erforderlichen Muskelsteuerungen ist die Vorwärtsdynamiksimulation aufgrund der enorm hohen Komplexität der resultierenden optimalen Steuerungsprobleme bisher nur für vereinfachte Modelle mit einzelnen Gliedmaßen möglich. Ziel des Projekts ist die integrierte Entwicklung neuer Methoden zur effizienten, modularen und objektorientierten, kinetischen Modellierung sowie der Simulation und Steuerung des menschlichen Muskel-Skelett-Apparates mit Optimierungsverfahren, durch die die Vorwärtsdynamiksimulation zur Untersuchung von Bewegungen mit vielen beteiligten Muskelgruppen, die Berücksichtigung allgemeiner Muskelmodelle und allgemeiner Gütekriterien bei der Steuerung redundanter Muskelgruppen in einer bisher nicht erreichten Effizienz ermöglicht wird. Darüber hinaus wird eine neue Optimierungsmethodik zur Schätzung von bei menschlichen Bewegungen implizit verwendeten Gütekriterien zur Steuerung redundanter Muskeln und damit zur Validierung von Optimierungshypothesen entwickelt. Schließlich soll ein weltweit in Umfang, Komplexität und Vollständigkeit der Modell- und Messdaten einmaliger Benchmarkdatensatz für komplexe Laufbewegungen erstellt und veröffentlicht werden. Durch die im Projekt geplanten Methoden können die Voraussetzung für gänzlich neue Perspektiven für Untersuchungen im Bereich der Arbeitswissenschaften, Medizin und Biologie eröffnet werden.

Die Modellierung des zeitveränderlichen，dynamischen Verhaltens des menschlichen Bewegungsapparats führt auf an hochdimensionales mechanisches Mehrkörpersystem，bestehore aus Teilmodellen für Schwabelmassen，Muskeln und Sehnen als redundante Antriebe sowie Optimierungmodellen zur Simulation der an Iner Bewegung beteiligten Muskelgruppen. Im Gegenoptosis zur Rückwärtssimulation zur Simulation der für eine vorgegebene Bewegung erforderlichen Muskelsteuerungen ist die Vorwärtsdynamiksimulation aufgrund der Zheimer hohen Komplexität der resultierenden optimalen Steuerungsprobleme bisher努尔für vereinfachte Modelle mit einzelnen Gliedmaßen möglich.该项目是一种综合性的开发新方法，用于效率、模块化和对象化，通过对具有最佳性能的人-Muskel-Schlett-Apparates的模拟和控制进行动力学建模，通过对具有较好的Muskelgruppen的Bewegungen进行前动力学模拟，所有的Muskelmodel和所有的Gütekritien在一个更小的Muskelgruppen中都是不正确的Effizienz ermöglicht wird.因此，我们将采用一种新的优化方法，以使人们能够通过对Muskeln的冗余控制和对优化模型的有效验证来确定Gütekriterien。Schließlich soll ein weltweit in Umfang，Komplexität und Vollständigkeit der Modell- und Messdaten einmaliger Benchmarkdatenetum für komplexe Laufbewegungen erstelt und veröffentlicht韦尔登.在项目规划方法中，我们将采用一种新的视角来观察劳动、医学和生物学领域的未来。

项目成果

Simulation of dynamics and realistic contact forces for manipulators and legged robots with high joint elasticity

• DOI: 10.1109/icar.2011.6088619
• 发表时间: 2011-06
• 期刊: 2011 15th International Conference on Advanced Robotics (ICAR)
• 作者: Thomas Lens;Katayon Radkhah;O. Stryk

A modular and efficient approach to computational modeling and sensitivity analysis of robot and human motion dynamics

机器人和人体运动动力学计算建模和灵敏度分析的模块化、高效方法

• DOI: 10.1002/pamm.201210034
• 发表时间: 2012
• 期刊: PAMM
• 作者: M. Friedmann;J. Wojtusch;O. von Stryk
• 通讯作者: O. von Stryk

Prosthesis-User-in-the-Loop: A user-specific biomechanical modeling and simulation environment

Prosthesis-User-in-the-Loop：用户特定的生物力学建模和仿真环境

• DOI: 10.1109/embc.2012.6346888
• 发表时间: 2012
• 期刊: 2012 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
• 作者: J. Wojtusch;P. Beckerle; O. Christ;K. Wolff
• 通讯作者: K. Wolff

HuMoD - A versatile and open database for the investigation, modeling and simulation of human motion dynamics on actuation level

HuMoD - 一个多功能、开放的数据库，用于在驱动层面上研究、建模和模拟人体运动动力学

• DOI: 10.1109/humanoids.2015.7363534
• 发表时间: 2015
• 期刊: 2015 IEEE-RAS 15th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids)
• 作者: J. Wojtusch;O. von Stryk
• 通讯作者: O. von Stryk