Erfassung, Simulation und Weiterverarbeitung menschlicher Bewegungen mit Dynamicus

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1 Erfassung, Simulation und Weiterverarbeitung menschlicher Bewegungen mit Dynamicus Heike Hermsdorf, Norman Hofmann Institut für Mechatronik e.v. Reichenhainer Straße Chemnitz 1

2 Agenda Vorstellung des Instituts für Mechatronik e. V. Menschmodell alaska/dynamicus Eigenschaften Anthropometriemodell Bewegungssimulation Kräfte und Gelenkmomente Bewertung von Bewegungsvorgängen mit Dynamicus Bewegungserfassung Simulation Bewertung Zusammenfassung 2

3 Institut für Mechatronik e.v. Das Institut gegründet 1992 Sitz in Chemnitz eingetragener Verein juristisch und wirtschaftlich selbständig Industrieforschungseinrichtung Fokus: Simulation von Mehrkörpersystemen Geschäftsfelder technische Systeme Mensch-Maschine-Systeme 3

4 Institut für Mechatronik e. V. Anwendungsgebiete Mensch-Maschine-Systeme Bewegungserfassung mit Motion-Capture-Systemen, Bewegungsrekonstruktion Simulation und Bewertung der Bewegung von Mensch- Maschine-Systemen Spezialtools für zur ergonomischen Bewertung Antriebssysteme Lastberechnung von Windenergieanlagen hoch aufgelöster Antriebsstrang in WEA-Modellen Ventiltrieb Nichtlineare flexible Komponenten Spezialtool für Schläuche, Kabel, etc., als Solver in beliebige Umgebungen integrierbar massebehaftete Federn 4

5 Menschmodell alaska/dynamicus 5

6 Menschmodell alaska/dynamicus Anwendungsbeispiel 6

7 Menschmodell alaska/dynamicus Eigenschaften biomechanisches Menschmodell als Mehrkörpersystem Kopplung an ein MKS-Modell (Ski, Schuh, Athlet) möglich flexibel einsetzbar: Profis: AddOn für die MKS-Simulationssoftware alaska Anwender angrenzender Wissenschaften: Spezialtool realitätsnahe Bewegungsrekonstruktion aus Motion-Capture-Daten Dynamiksimulation für den individuellen Probanden konfigurierbar 7

8 Menschmodell alaska/dynamicus Mehrkörpermodell Körper MKS-Modell 43 Körper 42 Gelenke Gelenke L4 L5 8

9 Menschmodell alaska/dynamicus Wirbelsäule 24 Wirbelkörper (7 Cervical, 12 Thoracal, 5 Lumbal) Bewegungsmuster für Flexion, Lateralflexion und Torsion Flexion Lateralflexion 9

10 Menschmodell alaska/dynamicus Anthropometriemodell Basisdaten Anthropometrische Vermessung 3D - MoCap Vermessung MoCap - Kalibrierbewegung Größe, Geschlecht, Masse Höhen, Längen, Umfänge z.b. Helen-Hayes, SIMI-Markersatz Vollständiger Targetsatz Dynamicus Anthropometriemodell Saziorski, Regressionsformeln, dynamische Modellkalibrierung Vollständiges Datenset Lage der Gelenkpunkte, massegeometrische Daten der Teilkörper, Lage anthropometrischer Marker 10

11 Menschmodell alaska/dynamicus Bewegungssimulation MoCap-Daten Pos-Sensoren Rot-Sensoren PosRot-Sensoren Probandendaten Größe, Gewicht Geschlecht Kniehöhe Armlänge Äußere Kräfte Kraftmessplatten Druckmesssohlen Kraftmessgeräte Bewegungsrekonstruktion Bewegungsmodell Inverse Dynamik Beobachtungsgrößen Dynamicus bildet die reale Bewegung ab Bewegungsgleichungen Gelenkwinkel Körperpunkte Körperschwerpunkt Impuls Drehimpuls Gelenkmomente 11

12 Menschmodell alaska/dynamicus Bewegungssimulation 12

13 Menschmodell alaska/dynamicus Bewegungssimulation Flexion im Kniegelenk Körperschwerpunkt Berechnung: Inverse Kinematik Inverse Dynamik 13

14 Menschmodell alaska/dynamicus Kräfte und Gelenkmomente Reaktionsmomente in den Gelenken Reduktion aller Muskelkräfte auf ein resultierendes Moment Reaktionskräfte in den Gelenken Summe aller Kräfte für die Aufrechterhaltung der Gelenkzwangsbedingungen 14

15 Bewertung von Bewegungsvorgängen mit Dynamicus 15

16 Bewertung von Bewegungsvorgängen mit Dynamicus Erfassung Bewegungserfassung Aufzeichnung Marker - VICON - SIMI Targets - ART - Hybrid - ART - Trivisio - XSens - BIOSYN Inertialsensoren Menschmodelle - Kinect - Bewegungs- Simulation Spezialisierung auf das Motion-Capture-System ART Bewertung Optische Targets und/oder Inertialsensoren FullBody-Targetsatz mit 17 optischen und 15 Inertialsensoren pro Proband Zusätzliche Targets für die Erfassung von Gegenständen 2 Probanden ausrüstbar 16

17 Bewertung von Bewegungsvorgängen mit Dynamicus Erfassung Erfassung von Kräften Kraftmessplatten Druckmessmatten Aufzeichnung Bewegungs- Simulation Spezialisierung auf Kistler-Kraftmessplatten Bewertung Online Anbindung der Messtechnik und Visualisierung 17

18 Bewertung von Bewegungsvorgängen mit Dynamicus Erfassung Dynamicus/Recorder Aufzeichnung Bewegungs- Simulation 18 Anpassung an verschiedene Motion-Capture-Systeme Anpassung an verschiedene Kraftmesssysteme Bewertung Organisation von Messungen im Session-Trial-Prinzip Online Anzeige der Messdaten Aufzeichnung, Verwaltung und Speicherung der Daten Schnittfunktionen

19 Bewertung von Bewegungsvorgängen mit Dynamicus Erfassung Aufzeichnung Bewegungssimulation Vollständig automatisiert Realitätsnah Schnell Bewegungs- Simulation Bewertung 19

20 Bewertung von Bewegungsvorgängen mit Dynamicus Erfassung Beispiel: kooperative Tätigkeiten Aufzeichnung Bewegungs- Simulation Bewertung 20

21 Bewertung von Bewegungsvorgängen mit Dynamicus Erfassung Vergleich von Bewegungen Aufzeichnung Bewegungs- Simulation Bewertung Synchrone Darstellung von Animation und Beobachtungsgrößen 21

22 Bewertung von Bewegungsvorgängen mit Dynamicus Erfassung Fachspezifische Bewertungen Bsp. Ergonomie EAWS RULA Aufzeichnung Bewegungs- Simulation Bewertung Darstellung der Bewertungsergebnisse (Tabellen, Zeitreihen, Gantt- Diagrammen, ) Visualisierung der Bewegung und der dazugehörigen Teile manuelles Hinzufügen/ Editieren von Prozessen Ausgabe eines standardisierten Protokolls (*.pdf) Weitere Komprimierung des Simulationsergebnisses 22

23 Zusammenfassung / Ausblick Zusammenfassung alaska/dynamicus ist ein flexibel einsetzbares biomechanisches Menschmodell variable Toolkette zur Bewertung von Bewegungsvorgängen Praxistauglich, für routinemäßigen Einsatz Objektivierung und Reproduzierbarkeit von Bewertungen auf Grundlage eines Menschmodells Ausblick Kontinuierliche Weiterentwicklung von alaska/dynamicus Weiterentwicklung der Bewertungsverfahren Interaktion Mensch-Maschine 23

24 Danke für Ihr Interesse! 24