Körpermodellen

Körpermodellen sind vereinfachte Repräsentationen physischer Körper, die in Wissenschaft und Technik dazu dienen, Bewegungen, Kräfte und Interaktionen zu analysieren. Sie finden Einsatz in Bereichen wie Mechanik, Robotik, Computergrafik, Biomechanik und Fahrzeugdynamik. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen starre Körpermodelle (rigide Körper) und verformbaren Körpermodellen.

Bei starren Körpermodellen wird der Körper als unbeweglich formfest angenommen. Seine Eigenschaften umfassen Masse, Schwerpunkt und Trägheitstensor. Die Bewegung wird durch Translations- und Rotationszustände beschrieben, oft im Rahmen von Mehrkörpersystemen mit Gelenken, Verbindungen und Randbedingungen. Diese Modelle eignen sich gut für Dynamikberechnungen mit geringem Rechenaufwand und sind in der Robotik sowie in der Fahrzeugdynamik weit verbreitet.

Verformbare oder elastische Körpermodelle berücksichtigen Deformationen infolge äußerer Kräfte. Sie nutzen Kontinuumsmechanik oder diskrete Methoden wie das Finite-Elemente-Verfahren. Solche Modelle sind genauer, aber rechenintensiver und werden in der Biomechanik, der medizinischen Simulation, der Textil- und Luftfahrttechnik sowie in der Computersimulation von Gewebe, Knochen oder Geometrien eingesetzt.

Zu den typischen Anwendungen gehören die Animation von Figuren, die Planung von Robotergreifern, die Simulation von Unfall- und Verkehrsszenarien sowie die medizinische Ausbildung und Operationstraining. Wichtige Begriffe sind Freiheitsgrade, Gelenkmodelle, Kopplung zwischen Teilkörpern sowie Validierung gegen experimentelle Daten.