Die vorliegende Arbeit hat sich mit Bewegungsmustern beim Gehen des Menschen und bei zwei-beinigen Robotern beschäftigt.
In einer ausführlichen Literaturrecherche wurden unter anderem zunächst anatomische Grund-lagen des menschlichen Ganges dargelegt. Es wurde der bei Menschen normale Gangzyklus be-schrieben. Die spezielle zur Beschreibung von menschlichen Bewegungen verwendete Nomen-klatur wurde eingeführt. Zusätzlich wurden die Besonderheiten und der Bewegungsablauf beim menschlichen Treppensteigen dargelegt.
Des Weiteren wurden diverse Ansätze aus der Literatur zu Gangbildern bei zweibeinigen Robo-tern erläutert. Hierbei wurde der Fokus auf die verwendeten Fußtrajektorien gelegt. Es wurden Ansätze zum Gehen allgemein unter der Verwendung von Zehen und Fersen aufgezeigt. Außer-dem wurden Ansätze dargestellt, die sich speziell mit der Realisierung von Treppensteigen bei humanoiden Laufrobotern beschäftigen. Hier konnten verschiedene Herangehensweisen identifi-ziert werden. Einige dieser Ansätze dienten als Orientierung für die Variation der in dieser Arbeit untersuchten Trajektorien.
Als weiterer Bestandteil dieser Arbeit wurde ein Software-Werkzeug entwickelt, welches auf MATLAB basiert. Mit diesem ist es möglich, verschiedene Trajektorien hinsichtlich ihres Ein-flusses auf das kinematische Verhalten des Roboters zu untersuchen. Es bietet vielfältige Einstel-lungsmöglichkeiten, unter anderem, um Variationen von Trajektorien zu erzeugen. Des Weiteren kann zwischen verschiedenen Szenarien und Zuständen gewählt werden. So ist es zum Beispiel möglich, zu entscheiden, ob die Füße auf jeder Stufe aufgesetzt werden oder nur auf jeder zwei-ten. Dieses Software-Werkzeug wurde anschließend verwendet, um verschiedene Trajektorien zu generieren und diese hinsichtlich unterschiedlicher kinematischer Kriterien zu bewerten. Als Kriterien wurden einerseits die Einhaltung der Gelenkarbeitsbereiche herangezogen, andererseits die pseudokinetische Energie als Maß für die auftretenden Gelenkgeschwindigkeiten.
Mit den in dieser Arbeit betrachteten Trajektorien wird ein Zehengehen beim Treppabsteigen realisiert. Dafür wurde eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, in der verschiedene Parameter va-riiert wurden. Diese Parameter waren z. B. die Dauer der Phasen, sowie die vorgegebenen
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gelenkwinkel. Bei dieser Sensitivitätsanalyse konnten relevante Parameter identifiziert werden, anhand derer die Performanz der Trajektorien hinsichtlich der betrachteten Kriterien verbessert werden konnte. Einige der variierten Parameter stellten sich als weniger einflussreich heraus und wurden im weiteren Vorgehen vernachlässigt.
Hierdurch konnten die wesentlichen Einflussfaktoren ermittelt werden. Es hat sich gezeigt, dass durch den Einsatz von Zehengehen beim Treppensteigen größere Steigungen überwunden wer-den können, sowie die Singularität im Knie vermiewer-den werwer-den kann bzw. später auftritt als bei Verwendung von Trajektorien ohne Zehengehen. Durch das Realisieren von Zehengehen wird eine dem menschlichen Gang ähnlichere Bewegung erreicht.
Als weiteres Vorgehen wäre eine Integration der Trajektorien in eine Mehrkörpersimulation sinn-voll. Dabei müssten diese an die dortigen Rahmenbedingungen angepasst werden. Mithilfe der Mehrkörpersimulation wären dann Untersuchungen möglich, ob die hier betrachteten Trajekto-rien sich auch in der Gesamtsystembetrachtung als vorteilhaft herausstellen. Eventuell werden weitere Anpassungen benötigt, etwa der Regelung oder anderer Trajektorien, damit Gangstabili-tät gewährleistet werden kann. Beispielsweise wäre eine Änderung der Kraftregelung nötig, wenn sich nur das Zehensegment in Kontakt mit dem Boden befindet. Die hinteren Kontaktfläche der Ferse müsste dann bei der Kraftregelung weggeschaltet werden, da bei einem Auftreten mit den Zehen auch nur diese für die Kraftübertragung zur Verfügung stehen.
Des Weiteren wäre es interessant zu untersuchen, ob es möglich ist, mit den hier implementierten Trajektorien auch Treppenstufen zu überwinden, deren Auftrittsfläche kleiner ist als die Sohle des Roboters. Dann würde kein Abrollen mehr stattfinden, sondern der Standfuß während der gesam-ten Standphase auch nur mit dem Zehensegment Bodenkontakt haben. Dies müsste allerdings in einer Mehrkörpersimulation überprüft werden, um festzustellen, ob der Roboter hierbei umkippt oder ob die Fläche der Zehensegmente als Kontaktfläche ausreicht, um die nötigen Momente auf den Boden zu übertragen.
Ein weiterer Schritt wäre die Weiterentwicklung bzw. Verwendung des Software-Werkzeugs, um die Schwerpunktbahn zu bestimmen. Dadurch könnten genauere Aussagen über die zulässigen Positionen des Torsos gemacht werden.
Außerdem könnte das entwickelte Software-Werkzeug für weitere Untersuchungen genutzt wer-den, zum Beispiel des Treppaufsteigens. Die Verwendung der Zehengelenke könnte auch für das Treppaufsteigen kinematische Vorteile bringen. Durch das Abheben der Ferse wäre vermutlich auch hier die Überwindung größerer Steigungen möglich, da effektiv Beinlänge dazugewonnen wird.
Weitere Besonderheiten des menschlichen Ganges, wie sie bei der Literaturrecherche aufgezeigt wurden, sind ein durchgestrecktes Knie zu verschiedenen Zeitpunkten des Gangzyklus sowie der initiale Kontakt mit der Ferse. Außerdem sind die Rotation und Translation des Beckens in der Frontalebene Charakteristika. Um einen dem menschlichen Vorbild ähnlicheren Gang zu erzeugen, müssten neben alternativen Fußtrajektorien, die ein Zehengehen realisieren, weitere Aspekte des menschlichen Ganges berücksichtigt werden.
Ausblickend stellt sich die Frage, ob ein vollständiges Nachahmen des menschlichen Ganges das
ultimative Ziel sein sollte. Sicherlich ist der menschliche Gang energieeffizient und kann daher ein Vorbild darstellen. Andererseits sind durch einen humanoiden Laufroboter andere Rahmen-bedingungen gegeben, wie z. B. die Tatsache, dass das Erreichen der Singularität im Knie einen Verlust an Beweglichkeit bedeutet.
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