Grundfunktionen in der Nutzung von CharAT Ergonomics
Hinweis: Diese Seite wird zur Zeit erarbeitet
Die Tutorials bieten die Übungsunterlagen einer Lehrveranstaltung des Instituts für Technische Logistik und Arbeitssysteme, Professur für Arbeitswissenschaft der TU Dresden
Für die Bearbeitung der Ergonomiebeispiele mithilfe des Menschmodells CharAT Ergonomics werden bestimmte Grundfunktionen immer wiederkehrend benötigt, die hier beschrieben und auf die dann in den Anwendungsbeispielen verwiesen und zurückgegriffen wird.
CharAT-Ergonomics ist ein plugin in 3ds Max/3ds Max Design.
Voreinstellungen in 3ds Max Design:
- verwendete Abkürzungen:
- ÄP: Änderungspalette, Änderungsmodus (Symbol Regenbogen)
- BP: Befehlspalette (s. Bild rechts)
- CharAT: CharAT-Ergonomics
- ControlD: Control dialog-Menü
- EP: Erstellungspalette, Erstellmodus (Symbol Sonne)
- HSL: Hauptsymbolleiste (s. Bild unten)
- MonitorD: Monitor dialog-Menü
- RK: Registerkarte
- Grafiktreiber einrichten:
- Dieser Schritt ist notwendig, um Geometriebeschleunigungen zu erzielen und bestimmte Anzeigeleistungen zu optimieren.
- HSL > Anpassen > Einstellungen > RK Ansichtsfenster > Treiber wählen: auf OpenGL umschalten
- Danach 3dsmax schließen und erneut starten: der Grafiktreiber wird erst nach Neustart aktiv
- Einheiten einrichten
- Nach dem Neustart sind im nächsten Schritt die Standardeinstellungen der Systemeinheiten von Zoll auf mm umzustellen
- HSL > Anpassen > Einheiten einrichten:
- a) Einheitenskala anzeigen: Umstellen auf mm
- b) Systemeinheiten einrichten: umstellen auf mm
- Startansicht eines Modells
- Die Startansicht ist standardmäßig die Perspektivansicht und günstiger Ausgangspunkt für viele Funktionen und Einstellungen mit CharAT.
- Klick auf das Starseitensymbol (Haussymbol) neben dem ViewCube.
- Startansicht eines Modells
Start von CharAT-Ergonomics bzw. Erstellen eines neuen CharAT-Ergonomics
- Erstellen von CharAT immer in Starthaltung
- BP > EP > Standard-Grundkörper - Rollout öffnen > Charat > Human > Klick im Startansichtsfenster
- ⇒ Hinweis: im Erstellmodus ändert sich der Mauszeiger in ein großes Kreuz
- über rechte Maustaste: Verlassen des Erstell-Modus: Neutralmauszeiger
- BP > Ansichtsfunktionen > Zoom Grenzen alle
- CharAT wird in Ausgangsstellung sichtbar
- Steuerelemente an den Extremitäten (Targets) sind standardmäßig ausgeschalten.
Arbeiten mit (Funktionen von) CharAT-Ergonomics:
- Für die Arbeit mit CharAT stehen Funktionsrollouts mit Menüpaletten bzw. Funktionsbutton zur Verfügung. Diese werden erst nach Wechsel in die ÄP sichtbar.
- Die Nutzung von CharAT-Werkzeugen erfolgt also in der ÄP.
- Nur zur Erstellung einer NEUEN CharAT-Figur muss auf den Erstellmodus umgeschalten werden, danach sollte auf die ÄP gewechselt werden
- nach Erstellen eines ersten/neuen CharAT > ÄP
- ⇒ Hinweis: in die ÄP kann nur gewechselt werden, wenn CharAT als 3D-Objekt ausgewählt wurde.
Aufbau des User interface - Funktionsrollouts von CharAT-Ergonomics
In der ÄP erscheinen die Funktionsrollouts. Beim Öffnen des Main-Rollouts erfolgt über Buttons ein Zugriff auf die beiden Hauptmenüs: das Control dialog-Menü und das Monitor dialog-Menü
Die beiden Menüs bestehen aus einzelnen Registerkarten mit entsprechenden Funktionen.
Main_Menü.gif Datei:CharAT Menüs.gif
Umbenennen von CharAT:
Standardmäßig erhält ein erzeugtes Menschmodell den Namen CharAT+Human01
Alle 3D-Objekte werden in einer Liste von 3ds Max verwaltet: HSL > Schaltfläche Nach Name auswählen
Bsp: CharAT umbenennen in M95_SZN_M25Y: ControlD > RK Body > unter Body Name: Feld überschreiben – Enter
CharAT muss anschließend nochmals als Objekt selektiert werden, damit die Änderung aktualisiert wird. Danach wird der Name auch als Objektname im 3ds Max aktualisiert > Schaltfläche nach Namen auswählen
Anthropometrische Konfiguration von CharAT:
Standardmäßig wird mit Erstellen eines ersten Menschmodells (Startmodell) dieses in einer Standardtypologie erzeugt:
- * 50. Perzentil männlich, Datenbasis Anthropologischer Datenatlas nach Flügel, Greil, Sommer
- * 18 Jahre alt, Akzeleration 2010, Proportion Medium, mittlere Arme; Somatotyp 5-5-5, Kleidung Haut
- Steuerelemente an den Extremitäten (Targets) sind ausgeschalten.
In der RK Type select kann eine aufgabenrelevante Referenzperson anthropometrisch konfiguriert werden. Zugriff über: ÄP > Main-Menü > ControlD > RK Type select
Darin kann über Schiebeschalter die gewünschte Einstellung vorgenommen und über den Botton generate abgeschlossen werden.
Somatotyp: Im CharAT wird die Einstufung von HEATH-CARTER, eine Weiterentwicklung der somatischen Körperbautypologie nach SHELDON (USA) unterstützt.
Der Somatotyp wird in einer Dreizahlenbewertung in einer 9-stufigen Skala ausgedrückt, welche, immer in dieser Reihenfolge, die endomorphen, mesomorphen und ectomorphen Komponenten darstellen.
- Stufe 1: geringe Ausprägung
- Stufe 9: extreme Ausprägung
Es sollten im Feld "Somatotype" nicht alle Zahlen beliebig kombiniert werden, da sonst unvernünftige Somatotypen entstehen, die biologisch nicht möglich sind.
Da bei der Gestaltung oft die Extreme Beachtung finden müssen, werden für diese die möglichen Zahlenkombinationen nachfolgend zusammengestellt.
Ausgewogen endomorph:
Endomorphie dominant; Mesomorphie und Ektomorphie sind kleiner; dabei sind beide Anteile gleich oder unterscheiden sich voneinander um nicht mehr als 0.5 Einheit (hier 1)
| .... | .... | .... | 5-2-2.... | 5-2-3.... | 5-3-2.... | 5-3-3 |
| .... | 6-1-2.... | 6-2-1.... | 6-2-2.... | 6-2-3.... | 6-3-2.... | 6-3-3 |
| 7-1-1.... | 7-1-2.... | 7-2-1.... | 7-2-2 | |||
| 8-1-1.... | 8-2-1 | |||||
| 9-1-1.... | 9-2-1 |
Ausgewogen mesomorph:
Mesomorphie dominant; Endomorphie und Ektomorphie sind kleiner; dabei sind beide Anteile gleich/ unterscheiden sich voneinander um nicht mehr als 0.5 Einheiten (hier 1)
| .... | .... | .... | 2-5-2.... | 2-5-3.... | 3-5-2.... | 3-5-3 |
| .... | 1-6-2.... | .2-6-1.... | 2-6-2.... | 2-6-3.... | 3-6-2.... | 3-6-3 |
| 1-7-1.... | 1-7-2.... | 2-7-1.... | 2-7-2.... | 3-7-2 | ||
| 1-8-1.... | 1-8-2.... | 2-8-1 | ||||
| 1-9-1.... | 2-9-1 |
Ausgewogen ektomorph:
Ektomorphie dominant; Mesomorphie und Endomorphie kleiner; dabei sind beide Anteile gleich/ unterscheiden sich voneinander um nicht mehr als 0.5 Einheit (hier 1)
| .... | .... | .... | .... | 2-2-5.... | 2-3-5.... | 3-2-5.... | 3-3-5 |
| .... | 1-2-6.... | 2-1-6.... | 2-2-6.... | 2-3-6.... | 3-2-6.... | 3-3-6 | |
| 1-1-7.... | 1-2-7.... | 2-1-7.... | 2-2-7 | ||||
| 1-1-8.... | 1-2-8.... | 2-1-8 | |||||
| 1-1-9.... | 1-2-9.... | 2-1-9 |
Einschalten von Steuerelementen an Armen, Beinen und am Becken
Miteinander verbundene Knochen (mind. 2: der ausgewählte Knochen und sein Elternknochen) können als inverse kinematische Kette fungieren. Am letzten Glied der kinematischen Kette wird ein Dummy-Objekt (Target) erstellt. Wird dieser sog. Endeffektor ausgewählt und bewegt, folgen die Armelemente (alle angehängten übrigen Glieder) der Kette der Dummy-Position. Das heißt also, dass die Bewegung der Extremitäten entsprechend der Freiheitsgrade ihrer Gelenke über den Endpunkt der kinematischen Kette gesteuert wird.
Im Allgemeinen werden an den Endbones der Arm- und Beinketten sowie von Augen und CharATbasis solche Targets erstellt und eingeblendet.
Augen: gesondertes Handling (Tool Visibility)
Basis (Becken): gesondertes Handling
Einschalten der Targets (Arme, Beine Becken):
ControlD > RK Body > Keep posture - Define Targets by body: danach werden die Targets sichtbar und im Menü wird automatisch der Schalter All Targets on/off auf ON gesetzt
- ⇒ Hinweis: Auf diese Weise werden an den Extremitäten die Standardkontaktpunkte (Handgelenk, Fußgelenk) gesetzt.
Sollen andere Kontaktpunkte gewählt werden, sind diese in der RK Body in den Feldern Left Hand Contact/ Right Hand Contact/ Left Foot Contact/ Right Foot Contact einzurichten.
Es können dabei 3 wesentliche Fälle unterschieden werden:
- Fall 1: Einrichten der Targets vor deren ersten Einschalten
- Es sind noch keine Targets aktiviert.
- ControlD > RK Body > Feld Left Hand Contact/ Right Hand Contact/ Left Foot Contact/ Right Foot Contact Haken in betreffender Schaltfläche > Keep posture > Define Targets by body: danach werden die Targets sichtbar und im Menü wird automatisch der Schalter All Targets on/off auf ON gesetzt
- Fall 2: Ändern bereits festgelegter vorhandener Kontaktpunkte, Körperhaltung soll erhalten bleiben, die Position des Endpunkts der Kette bleibt erhalten, nur der Target wechselt seine Position
- Die Targets sind bereits aktiviert.
- ControlD > RK Body > Schaltfläche All Targets on/off deaktivieren > Feld Left Hand Contact/ Right Hand Contact/ Left Foot Contact/ Right Foot Contact Haken in betreffender Schaltfläche setzen > Define Targets by body: danach werden die Targets sichtbar und im Menü wird automatisch der Schalter All Targets on/off auf ON gesetzt
- Fall 3: Ändern bereits gesetzter Kontaktpunkte, die Endpunkte der Kette wechseln zu diesen neuen Kontaktpunkten (einhergehende Körperhaltungsanpassung)
- Die Targets sind bereits aktiviert.
- ControlD > RK Body > Schaltfläche Keep Posture deaktivieren > Feld Left Hand Contact/ Right Hand Contact/ Left Foot Contact/ Right Foot Contact Haken in betreffender Schaltfläche setzen >
⇒ Hinweis: Erfolgt eine Änderung der anthropometrischen Konfiguration in der RK Type Select bei eingeschalteten Kontaktpunkten in der RK Body, halten die Endpunkte der geänderten Referenzperson Verbindung zu diesen Kontaktpunkten und passen sich in der Körperhaltung entsprechend an.
Ändern der anthropometrischen Konfiguration von CharAT unter Beibehaltung der Körperhaltung
Soll ein Typwechsel erfolgen, die aktuelle Körperhaltung jedoch unverändert bleiben, geht man wie folgt vor:
ControlD > RK Body > Schalter All Target on/off auf OFF stellen, falls der Schalter Inverse Biomechanic aktiviert war, ist dieser ebenfalls zu deaktivieren; > Schalter Keep Posture aktivieren
Wechsel in RK Type select, dort anthropometrische Einstellungen wie gewünscht ändern > Schalter Generate
Sollen danach die Targets wieder eingeschalten werden, erfolgt ein Wechsel in RK Body > Schalter Define Targets by Body (ggf. auch Schalter Invers Biomechanic, wenn diese vor Typwechsel aktiviert war)
Datenbanken für Struktur- und Körperhaltungsmodelle
- Referenzpersonen: Erstellung von Strukturmodellen
- Strukturmodelle beinhalten Informationen zu allen individuellen anthropometrischen Daten einer Referenzperson, zur kinematischen Struktur (Anzahl Knochen, ihre Baumstruktur), spezielle Konfigurationen wie Hüftpunktlage u. a.
- Dem Strukturmodell zugeordnet werden können Körperkontaktpunkte(sog.Targetpunkte), die mit Kontaktstellen am auszulegenden Produkt in Beziehung treten
- In einer Datenbank können alle Referenzpersonen verwaltet werden, die auch für spätere Anwendungen verfügbar sind.
- Referenzpersonen sind die Vertreter der Nutzerpopulation, die für die Festlegung kritischer Dimensionen, anthropometrischer Maße benötigt werden, für die eine Anpassung des Produkts erfolgen soll.
- Konfiguration von Referenzpersonen:
- Hier ist abzuwägen, ob alle Referenzpersonen komplett vorkonfiguriert und in einer Datenbank abgelegt oder ob diese schrittweise während der Bearbeitung der Aufgabe erzeugt und gespeichert werden.
- Unterscheiden sich die Referenzpersonen in der kinematischen Struktur, sollten diese verschiedenen Strukturmodelle vorab erstellt werden. Haben alle Referenzpersonen identische Strukturmodelle, kann diese kinematische Struktur einmalig erzeugt werden.
- Die weitere Differenzierung der Referenzpersonen nach ihren anthropometrischen Eigenschaften geschieht dann während der Aufgabenbearbeitung, so wie man die Referenzpersonen benötigt. Modifikationen anthropometrischer Eigenschaften erfolgen sehr effektiv aus Veränderungen einer Vorgängerfigur.
- Speichern von dummy-Files:
- In CharAT werden Strukturmodelle als sog. dummy-Filetypen verwaltet.
- Nach Konfiguration einer Referenzperson sollten Kontaktpunkte festgelegt und aktiviert werden.
- ⇒ Hinweis: D. h.: vor Speicherung der dummy-Files müssen die Targets eingeschalten sein.
- Danach kann CharAT als dummy-File gespeichert werden unter:
- Main-Menü: Schalter Save, alternativ:
- File I/O: Schalter Save
- Auswahl des Dateityps dummy und Wahl des Ordners
- Danach kann CharAT als dummy-File gespeichert werden unter:
- Körperhaltungen: Ablage in Körperhaltungsdatenbanken
- Körperhaltungsmodelle enthalten nur Körperwinkelinformationen unabhängig vom Strukturmodell.
- Für eine ergonomische Untersuchung werden bestimmte definierte Körperhaltungen benötigt. Diese werden einmalig definiert und in einer Datenbank abgelegt. Beliebige Strukturmodelle können dann diese Körperhaltung einnehmen.
- In den beiden Datenbanken stehen vorkonfigurierte Prüfpersonen und Standardkörperhaltungen somit auch für spätere Anwendungen zur Verfügung.
- Speichern von cat-motion-Files:
- In CharAT werden Körperhaltungsmodelle als sog. cat-motion-Filetypen verwaltet.
- Nach Konfiguration einer Körperhaltung müssen Kontaktpunkte deaktiviert werden.
- ⇒ Hinweis: D. h.: vor Speicherung der cat-motion-Files müssen die Targets OFF sein.
- Danach kann CharAT als cat-motion-File gespeichert werden unter:
- Main-Menü: Schalter Save, alternativ:
- File I/O: Schalter Save
- Auswahl des Dateityps cat-motion und Wahl des Ordners
- Danach kann CharAT als cat-motion-File gespeichert werden unter:
Datei:Zuordng Körperhaltg Struktur.gif
Laden von Körperhaltungen aus Körperhaltungsdatenbanken
Vorgespeicherte Körperhaltungen haben den Dateityp cat-motion, sind also als sog. cat-motion-Dateien abgelegt, auf die hier zugegriffen werden soll. Soll eine in der Szene befindliche Referenzperson, die momentan eine aktuelle Körperhaltung aufweist, in eine andere vorgespeicherte Körperhaltung wechseln, sind folgende Schritte auszuführen: - ControlD > RK Body
- Schalter All Target on/off und Schalter Keep Posture auf OFF stellen
- im Main-Menü Schalter Load nutzen: es ist das Verzeichnis zu suchen, in dem die gewünschte cat-motion-Datei abgelegt ist, die Datei auszuwählen über den Schalter Öffnen zu laden
- Wechsel in RK Body: dort ist zuerst der Schalter Keep Posture und danach der Schalter Define Targets by Body zu betätigen
⇒ Hinweis: Besonderheit:
Befindet sich die Referenzperson vor dem Wechsel der Körperhaltung im Modus "Inverse Biomechanik", ist also zusätzlich der Schalter Inverse Biomechanic gesetzt, ist vor dem Schritt 1 (Bild oben) noch folgender Schritt zusätzlich zu tätigen:
Schalter Inverse Biomechanic deaktivieren, Schalter Init Spine betätigen
Damit wird die Inverse Biomechanik vollständig zurückgesetzt, was vor dem Laden einer cat-motion-Datei notwendig ist, da in diesen weder Informationen zur inversen Biomechanik gespeichert werden können noch vorhanden sein dürfen.
Bewertung des Körperhaltungskomforts
Zur Bewertung der Komfortwerte einzelner Körperregionen steht die Registerkarte Diskomfort im Control Dialog zur Verfügung.
Die Analyseergebnisse werden über die Länge des Balkens und analog zu einem Ampelverfahren nach den Farben grün, gelb, rot gestuft. Je größer der Diskomfort desto länger der Balken.
Bedeutung:
| Grün: | geringer Diskomfort | Balkenlänge bis <75% | ||||||
| Gelb: | mittlerer Diskomfort | Balkenlänge >=75% bis <90% | ||||||
| Rot: | hoher Diskomfort | Balkenlänge >90% bis 100% |
Die Bewertung kann sich auf die Körperregionen:
| Wirbelsäule | Arm | Bein | linke/rechte Hand |
beziehen.
Der Bewertungsfilter Diskomfort (in Prozent) setzt sich aus verschiedenen Bewertungsgrößen zusammen. Diese in die Berechnung des Diskomforts eingehenden Parameter können prinzipiell angezeigt werden, haben aber eher ergänzenden informativen Charakter.
Entscheidend ist die Gesamtgröße Diskomfort. Daher sollte vorwiegend dieser Bewertungsfilter verwendet werden.
Insgesamt setzt sich der Diskomfort aus folgenden Kenngrößen zusammen:
- Differenz zu einer als neutral gewerteten Körperhaltung. Diese Körperhaltung ist die NASA-Neutral-Körperhaltung.
- Ausmaß der Auslenkung des Körperteils in seinem Grundgelenk bzw. Nutzungsgrad des maximal möglichen Gelenkwinkelbereichs.
- Gelenkpunktwiderstand in Abhängigkeit von der Auslenkung des Körperteils im Grundgelenk.
- durch Gewicht und Schwerpunkt des Körperteils hervorgerufenes Drehmoment.
hier geht es bald weiter
