Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Bewegungsmustern beim Gehen des Menschen und bei zweibeinigen Robotern. In einer ausführlichen Literaturrecherche wird neben den anatomischen Grundlagen des menschlichen Gangs der Gangzyklus des Menschen für ebenes Laufen und Treppensteigen dargelegt. Des Weiteren werden diverse Ansätze aus der Literatur zu Gangbildern bei zweibeinigen Robotern erläutert. Hierbei wird der Fokus auf die verwendeten Fußtrajektorien gelegt. Es werden Ansätze zum Gehen allgemein und unter der Verwendung von Zehen und Fersen aufgezeigt. Außerdem werden Ansätze dargestellt, die sich speziell mit der Realisierung von Treppensteigen bei humanoiden Laufrobotern beschäftigen. Verschiedene Herangehensweisen können identifiziert werden, wovon einige als Orientierung für die Variation der hier untersuchten Trajektorien dienen. Als ein Bestandteil dieser Arbeit wird ein Software-Werkzeug entwickelt, welches auf MATLAB basiert. Mit diesem ist es möglich, verschiedene Trajektorien hinsichtlich ihres Einflusses auf das kinematische Verhalten des Roboters zu untersuchen. Es bietet vielfältige Einstellungsmöglichkeiten, 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 zweiten. Dieses Software-Werkzeug wird anschließend verwendet, um verschiedene Trajektorien zu generieren und diese hinsichtlich unterschiedlicher kinematischer Kriterien zu bewerten. Als Kriterien werden 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 Treppabwärtssteigen realisiert. Dafür wird eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, in der verschiedene Parameter variiert werden. Diese Parameter sind z. B. die Dauer der Phasen, sowie die vorgegebenen Zehengelenkwinkel. Bei dieser Sensitivitätsanalyse können relevante Parameter identifiziert werden, anhand derer die Performanz der Trajektorien hinsichtlich der betrachteten Kriterien verbessert werden kann. Hierdurch können die wesentlichen Einflussfaktoren ermittelt werden. Es zeigt sich, dass durch den Einsatz von Zehengehen beim Treppensteigen größere Steigungen überwunden werden können, sowie die Singularität im Knie vermieden werden kann bzw. später auftritt als bei Verwendung von Trajektorien ohne Zehengehen. Durch das Realisieren von Zehengehen wird eine dem menschlichen Gang ähnlichere Bewegung erreicht.     «

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Bewegungsmustern beim Gehen des Menschen und bei zweibeinigen Robotern. In einer ausführlichen Literaturrecherche wird neben den anatomischen Grundlagen des menschlichen Gangs der Gangzyklus des Menschen für ebenes Laufen und Treppensteigen dargelegt. Des Weiteren werden diverse Ansätze aus der Literatur zu Gangbildern bei zweibeinigen Robotern erläutert. Hierbei wird der Fokus auf die verwendeten Fußtrajektorien gelegt. Es werden Ansätze zum Gehen al...     »

This thesis focuses on movement patterns of the human gait and walking patterns for biped walking robots. Within a detailed literature research the anatomical fundamentals of the human gait and the human gait cycle for plane walking and stair climbing are presented. Furthermore, related to this literature research various concepts of gait patterns for biped robots are explained. The focus is placed on the foot trajectories used. Different approaches including those using toes and heels are shown. Furthermore, concepts focusing on stair climbing for humanoid walking robots are presented. Different strategies can be identified. Some of these concepts are used as orientation for the variation of the evaluated foot trajectories. Another part of this thesis is the development of a software tool based on MATLAB. It allows to evaluate different trajectories concerning their influence on the robot’s kinematic behavior. In addition, it offers different configuration options – among others – to generate variations of the trajectories. It is also possible to choose between different scenarios and states. The tool can for example be used to decide if the feet are put on every step or only on every second step. In the course of this thesis this software tool is used to generate different trajectories and to evaluate them concerning different kinematic criteria. As one criterion, the fulfilment of the workspace for the joint angles is used. Another criterion is the pseudo-kinetic energy as a measure for the occurring joint velocities. Within this thesis, the mode of descending stairs using the toes is realized. For this case a sensitivity analysis is conducted, in which different parameters are varied. Examples for these parameters are the duration of gait phases and the prescribed toe joint angle. Within this sensitivity analysis relevant parameters can be identified. Using these the performance of the trajectories can be improved regarding the considered criteria. The relevant influence factors can be determined. It will be shown that using toe walking in stair climbing bigger slopes can be overcome. Furthermore, the singularity in the knee can be avoided or at least appears later in the gait cycle compared to trajectories without the use of toes. Through the realization of toe walking a movement pattern is achieved which is more similar to human gait.     «

This thesis focuses on movement patterns of the human gait and walking patterns for biped walking robots. Within a detailed literature research the anatomical fundamentals of the human gait and the human gait cycle for plane walking and stair climbing are presented. Furthermore, related to this literature research various concepts of gait patterns for biped robots are explained. The focus is placed on the foot trajectories used. Different approaches including those using toes and heels are show...     »