雷蒙娜·霍夫曼;伯特伦·塔茨;马库斯·米扎尔;加布里埃尔·布莱泽;Sigrid Leyendecker公司 光学数据引导的人体运动最优控制仿真。 （英语） Zbl 1437.70045号 多体系统。动态。 48，第1期，105-126（2020）. 概要：这项工作解决了最佳控制模拟和基于标记的人体运动光学测量的协同融合。后者是生物力学和运动科学中广泛使用的捕捉技术。在最优控制模拟的背景下，其想法是通过使用真实的初始猜测来提高计算性能，并通过数据引导来提高模拟运动的真实性。在运动捕捉的背景下，我们的想法是使用生物力学模拟，以保持准确的capturing，同时减少测量频率和点。这将大大提高这种系统在设置时间和穿着舒适性方面的可用性。在这项工作中，我们研究了在最优控制框架中组合物理定律、从光学系统获得的3D标记位置和生理激励目标的不同方法。此外，我们探讨了在减少测量频率和标记数量的情况下，获得合理结果的可能性，即运动轨迹和转矩，这些轨迹和转矩接近使用所有可用信息获得的参考值。测试是在人体转向和投掷动作上进行的，其中一只手臂被七个120Hz的反光标记捕获。我们的结果表明，在我们提出的方法中，由于生理激励目标反映了实际运动，因此显著减少利用的测量值仍然提供了可行的模拟结果。此外，事实证明，忽略靠近肩膀的标记对模拟结果的影响小于忽略靠近手的标记。 MSC公司： 2005年第70季度 机械系统的控制 关键词：最优控制仿真;光学运动捕捉;测量稀疏性;生理激励成本函数;人体运动;数据引导仿真 软件：SOCS系统 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{R.Hoffmann}等人，《多体系统》。动态。48，第1号，105-126（2020；Zbl 1437.70045） 全文： DOI程序 参考文献： [1] Koschorreck，J。；Mombaur，K.，跳台跳水中空翻和扭转的优化，计算。方法生物技术。生物识别。工程，12，1，157-159（2009）·doi:10.1080/10255840903091353 [2] K.蒙鲍尔。；博克·H·G。；Hoang，X.P。；Rannacher，R。；Schlöder，J.P.，《人工腿短跑的数学研究，复杂过程的建模、仿真和优化》，157-168（2014），柏林：施普林格出版社，柏林 [3] Mombaur，K.，《医疗和康复技术应用的最佳控制——挑战和解决方案》（2015），柏林：施普林格出版社，柏林 [4] 帕特尔，S。；帕克，H。；博纳托，P。；Chan，L。；Rodgers，M.，《可穿戴传感器和系统在康复中的应用综述》，J.NeuroEng。Rehabil.，9，21（2012）·doi:10.1186/1743-0003-9-21 [5] 北卡罗来纳州维格奈斯。；Miezal，M。；Bleser，G。；穆拉，K。；Gorecky，D。；Marin，F.，《工业制造中实时人机工程学反馈的创新系统》，应用。额尔贡。，44565-574（2013）·doi:10.1016/j.apergo.2012.11.008（文件编号：10.1016/j.apergo.2012.11.008） [6] Bleser，G。；Damen，D。；A.贝赫拉。；亨德比，G。；穆拉，K。；Miezal，M.，《使用自我中心传感器网络的工业工作流认知学习、监控和协助》，《公共科学图书馆·综合》，第10期，第6期（2015年）·doi:10.1371/journal.pone.0127769 [7] Rettig，O。；弗雷德，L。；Kasten，P。；莱斯，P。；Wolf，S.I.，基于肩部和肘部功能关节参数测定的上肢新运动学模型，步态，30，4，469-476（2009）·doi:10.1016/j.gaitpost.2009.07.111 [8] Ryu，T.，使用解剖标志物和皮肤标志物之间的位移相关性进行软组织伪影补偿的应用，Anat。Res.Int.，2012（2012） [9] De Rosario，H。；佩奇，安。；贝萨，A。；阿拉巴马州瓦莱拉。，软组织伪影向旋转中心的传播：功能校准技术校正模型，J.Biomech。，46, 15, 2619-2625 (2013) ·doi:10.1016/j.jbiomech.2013.08.006 [10] Hinze，M。；皮诺，R。；Ulbrich，M。；Ulbrich，S.，《PDE约束优化》（2009），柏林：施普林格出版社，柏林·兹比尔1167.49001 [11] Von Stryk，O。；Bulirsch，R.，轨道优化的直接和间接方法，《运筹学年鉴》，37，357-373（1992）·Zbl 0784.49023号 ·doi:10.1007/BF02071065 [12] Betts，J.，轨迹优化数值方法综述，J.Guid。控制动态。，21, 2, 193-207 (1998) ·Zbl 1158.49303号 ·数字对象标识代码：10.2514/2.4231 [13] 库珀，J。；Ballard，D.，基于实时物理的标记跟踪，《运动会中的动作》，350-361（2012） [14] 雷米，C.D。；Thelen，D.G.，步态正向动态模拟动态一致运动学和动力学的最佳估计，J.Biomech。工程，131，3（2009）·doi:10.115/1.3005148 [15] 施瓦布，A。；德兰格，P。；Moore，J.，《自行车骑手最佳控制识别》，ASME 2012年会议记录，201-206（2012） [16] 海因里希，D。；Bogert，A。；Nachbauer，W.，《下坡滑雪中跳跃着陆运动学和最大ACL力之间的关系：模拟研究》，Scand。医学科学杂志。体育，24，3，e180-e187（2014）·doi:10.1111/sms.12120 [17] Xiang，Y。；Arora，J.S。；Abdel-Malek，K.，《混合预测动力学：模拟人体运动的新方法》，多体系统。动态。，28, 3, 199-224 (2012) ·doi:10.1007/s11044-012-9306-y [18] Xiang，Y。；Arora，J.S。；Abdel-Malek，K.，基于优化的不对称人体步态预测，J.Biomech。，44, 4, 683-693 (2011) ·doi:10.1016/j.jbiomech.2010.10.045 [19] Maas，R。；Leyendecker，S.，《人体手臂运动的生物力学优化控制》，Proc。仪器机械。工程、程序。，K部分，J.多体动力学。(2013) ·doi:10.1177/1464419313488363 [20] Leyendecker，S。；Ober-Blöbaum，S。；J.马斯登。；Ortiz，M.，《约束系统的离散力学和最优控制》，Optim。控制应用程序。方法，31，6，505-528（2010）·Zbl 1211.49039号 ·doi:10.1002/oca.912 [21] Ober-Blöbaum，S。；O.Junge。；Marsden，J.，《离散力学与最优控制：分析》，ESAIM control Optim。计算变量，17，2，322-352（2010）·Zbl 1357.49120号 ·doi:10.1051/cocv/201012 [22] Betsch，P。；Leyendecker，S.，约束机械系统能量一致积分的离散零空间方法。第二部分：多体动力学，国际数学家杂志。方法工程，67，4，499-552（2006）·Zbl 1110.70301号 ·doi:10.1002/nme.1639 [23] 马斯登，J。；West，M.，离散力学和变分积分器，数值学报。，10357-514（2001年）·Zbl 1123.37327号 ·doi:10.1017/S096249290100006X号 [24] Leyendecker，S。；J.马斯登。；Ortiz，M.，约束动力系统的变分积分器，Z.Angew。数学。机械。，88, 9, 677-708 (2008) ·Zbl 1153.70004号 ·doi:10.1002/zamm.200700173 [25] Gail，T。；霍夫曼，R。；Miezal，M。；Bleser，G。；Leyendecker，S.，《努力缩小运动捕捉和生物力学最优控制模拟之间的差距》，《多体动力学ECCOMAS专题会议论文集》（2015年） [26] 哈茨，K。；施罗德，J。；Bock，H.，最优控制问题中的参数估计，SIAM J.Sci。计算。，34、3、A1707-A1728（2012）·Zbl 1246.49024号 ·数字对象标识代码：10.1137/10823390 [27] 科赫，M。；林坎普，M。；Leyendecker，S.，行走步态的离散力学和最优控制（DMOCC），J.Compute。非线性动力学。，12, 2 (2016) ·doi:10.1115/1.4035213 [28] Chandler，R.F.，Reynolds，H.M.，Young，J.W.：人体惯性特性研究。美国运输部技术报告（1975年） [29] 尤诺，Y。；卡瓦托，M。；铃木，R.，《人类多关节手臂运动中最佳轨迹的形成和控制》，生物。赛博。，61, 2, 89-101 (1989) ·doi:10.1007/BF00204593 [30] Betts，J.T.，《使用非线性规划进行最优控制和估计的实用方法》（2009），纽约：剑桥大学出版社，纽约 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。