Simple models of legged locomotion based on compliant limb behavior = Grundmodelle pedaler Lokomotion basierend auf nachgiebigem Beinverhalten

摘要

In der vorliegenden Dissertation werden einfache Modelle zur Beinlokomotion unter der gemeinsamen Hypothese entwickelt, dass die beiden grundlegenden und als verschieden angesehenen Gangarten „Gehen“ und „Rennen“ auf ein allgemeines Konzept zurückgeführt werden können, welches in den Standphasen allein auf nachgiebigem Beinverhalten beruht. Hierbei wird auf der Ebene der mechanischen Beschreibung der Gangarten nachgiebiges Beinverhalten mittels des vom Rennen bekannten Masse-Feder-Modells abstrahiert. Zunächst wird eine vergleichsweise einfache, analytische Näherungslösung desselben identifiziert; in einem weiteren Schritt wird die charakteristische Geschwindigkeit des Gangartwechsels aus federartigem Beinverhalten erklärt; und schließlich wird ein zweibeiniges Masse-Feder-Modell für Gehen vorgeschlagen, welches die beobachteten Bodenreaktionskräfte dieser Gangart beschreibt. Auf der Ebene der neuromechanischen Beschreibung wird aufgezeigt, wie das mit einer mechanischen Feder abstrahierte Beinverhalten durch eine positive Rückkopplung der Muskelkraft dezentral und autonom innerhalb des Muskelskelettapparats erzeugt werden kann. Schließlich werden die Einzelergebnisse der Arbeit zusammengefasst, wobei die beiden fundamentalen Gangarten Gehen und Rennen innerhalb des zweibeinigen Masse-Feder-Modells vereinigt werden und die Bedeutung dieses, auf nachgiebigem Beinverhalten beruhenden Zusammenschlusses sowohl für die biomechanische und motorische Grundlagenforschung als auch für Anwendungen in der Robotik, Rehabilitation und Prothetik erörtert wird.