Simulation Framework for Active Upper Limb Exoskeleton Design Optimization Based on Musculoskeletal Modeling

Abstract

In dieser Veröffentlichung wird ein Konzept zur Analyse der biomechanischen Exoskelett-Mensch-Interaktion mit dem Ziel der simulationsbasierten Optimierung von aktiven Oberkörper-Exoskeletten, basierend auf Muskel-Skelett-Modellierung mit dem AnyBodyTM Modeling System, vorgestellt. Erste Simulationsergebnisse einer Hebebewegung prognostizieren vielversprechende Möglichkeiten der quantitativen biomechanischen Analyse solcher aktiver Exoskelett-Mensch-Systeme. Die vorgestellten Simulationsergebnisse des Exoskelett-Mensch-Modells zeigen die Komplexität des Zusammenhangs zwischen optimierter Einstellung von Steuerungsparametern wie beispielsweise der implementierten Gravitationskompensation und den biomechanischen Belastungsparametern im Schulter-Arm-Komplex auf. Es zeigt sich bei der Analyse der Gravitationskompensation, dass sich – im Vergleich zu den Muskelaktivitäten – die angenommene optimale Entlastung für innere Körperreaktionskräfte und –momente hinsichtlich der einzustellenden Gravitationskompensation unterscheidet.