Abstract des Autors

Mit Hilfe von Fuzzy Control wurde eine Steuerung fuer das mehrgelenkige Modell implementiert. Das Ziel war Standhochspruenge zu simulieren. Fuer die Berechnung der Gesamtmomente in den Gelenken, die in die Newton-Euler-Gleichungen eingehen, wurden einige stark vereinfachende Annahmen gemacht. So ist eine spezielle Winkelabhaengigkeit durch die Haltemomente vorgegeben. Die Dynamik des Sprungs wird durch Faktoren, die in Abhaengigkeit von den Winkelgeschwindigkeiten der Gelenke durch das Fuzzy-Kalkuel berechnet werden, bestimmt. Die Lage der unscharfen Mengen wurde aufgrund von Auswertung der Messergebnisse anderer Arbeitsgruppen sowie allgemeinen physiologischen Nebenbedingungen definiert. Die Beschraenkung der Gelenkmomente auf gelenkspezifische Werte ist im Entwurf des Reglers enthalten. Die Abhaengigkeit von der Winkelgeschwindigkeit wird als kombinatorisches Problem formuliert. Dieses Problem wird durch Optimierung mit Genetischen Algorithmen geloest. Im Falle des maximalen Standhochsprungs ist das wichtigste Optimierungskriterium die Sprunghoehe und ohne weitere Vorgaben konnten folgende Charakteristika dieser Bewegung simuliert werden: 1. Dauer der Beschleunigung 200 msec, beginnend mit der Aufwaertsbewegung des Rumpfes bis zum Abheben der Fuesse. 2. Der Gesamtkoerperschwerpunkt ueberwindet bezueglich der Standhoehe 0,4 m Hoehe. 3. Eine annaehernd konstante Bodenreaktionskraft waehrend der Beschleunigungsphase. 4. Die Zeitabfolge der Bewegung der Segmente Rumpf, Oberschenkel, Unterschenkel und Fuss ist richtig koordiniert (proximal zu distal). 5. Gleichzeitiges Erreichen der maximalen Winkelgeschwindigkeiten. Die Animation der Bewegung und die Visualisierung der Aktivitaet der Fuzzy-Regeln sind wichtige Analyseinstrumente, die zur Beurteilung einer simulierten Bewegung eingesetzt wurden. Prinzipiell ist es nicht moeglich, aus dem vorgestellten Ansatz und den damit gewonnenen Simulationsergebnissen Rueckschluesse auf die krafterzeugenden oder energietransportierenden, physiologischen Strukturen des Koerpers zu ziehen. Die Gesamtgelenkmomente lassen sich nicht einfach ohne Zusatzannahmen in Muskelkraefte zerlegen. Dieses Problem ist hochgradig redundant, denn jedes Gelenk wird von mehreren Muskeln bewegt, manche Muskeln ziehen ueber mehrere Gelenke, Agonisten und Antagonisten sind gleichzeitig aktiv, Energie wird elastisch in Sehnen gespeichert, Hebelarme sind winkelabhaengig etc. Die Steuerung in der hier verwendeten Form auf der Ebene von Gesamtgelenkmomenten ist insbesondere geeignet, die Eigenschaften des mechanischen Modells bei einer speziellen dynamischen Bewegung zu erforschen und zu verbessern. Der vorzeitige Absprung des Modells zeigt die Limitation der Simulationen durch die Modellierung der Segmente als starre Koerper. Die Ergebnisse meiner Simulationen zeigen deutlich, dass fuer Sprungsimulationen ein besseres Fussmodell, nicht nur mit Polster, sondern mit einer elastischen Struktur entwickelt werden muss. Diese Beobachtung steht auch im Einklang mit Simulationsergebnissen anderer Arbeitsgruppen. Erst wenn diese Fehlerquelle behoben ist, ist es sinnvoll, eine detailliertere Steuerung fuer Sprungsimulationen einzusetzen. Verf.-Referat