Adaptive Kniegelenk-Orthese mit Leistungsabgabe zur Mobilitätsunterstützung älterer Menschen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Konigorski; Professor Dr.-Ing. Helmut F. Schlaak (†); Professor Dr.-Ing. Roland Werthschützky; Professor Dr. Sebastian Wolf
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 164569068

Ziel dieses durch vier Arbeitsgruppen durchzuführenden Forschungsprojektes ist die Erarbeitung der wissenschaftlichen Grundlagen für die Entwicklung einer adaptiven Kniegelenk-Orthese mit Leistungsabgabe zur Mobilitätsunterstützung älterer Menschen. Leistungsmessungen im Bewegungslabor lassen bereits bei einer anteiligen aktorischen Unterstützung von 10 bis 30 % der ursprünglichen Muskelleistung eine wesentlich höhere Mobilität des älteren Menschen erwarten. Dieser neuartige Orthesentypus stellt deshalb ein mechatronisches Assistenzsystem dar, welches ältere Menschen in ihrem Bewegungsablauf stabilisiert und in belastungsintensiven Situationen unterstützt. Für die Regelung eines solchen Systems ist die Mustererkennung von Bewegungsszenarien notwendig, die – durch kinematische und kinetische Parameter gekennzeichnet – prognostischen Charakter für die Bewegungsabsicht bietet. Basis für die Umsetzung bilden bekannte Starrkörpermodelle der Biomechanik und Regelungsmodelle für komplexe mechatronische Systeme sowie eigene experimentelle Untersuchungen im Bewegungslabor. Das abzuleitende regelungstechnische Modell des Assistenzsystems präzisiert die Anforderungen an die Sensorik einschließlich der erforderlichen Unterstützungskräfte und –momente. Die Signalverarbeitung enthält die zur Bewegungsunterstützung benötigten Regelungs- und Steuerungsalgorithmen und liefert die Stellgrößen für die Aktorik. Die durch die elektromechanischen Antriebe erzeugten Kräfte unterstützen durch eine physiologisch angepasste Kinematik die komplexe Beinbewegung. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei der Gestaltung der Fixierung der Orthese am Bein zur Sicherung einer reproduzierbaren Kraft- und Momenten-Einleitung. Die Zweckmäßigkeit des erarbeiteten Lösungsansatzes ist an Versuchsaufbauten und abschließend an einem Demonstrator mit gesunden Probanden im Bewegungslabor nachzuweisen. Die Ergebnisse sollen zukünftig als grundlegende Systemansätze für die Weiterentwicklung von Orthesen und Prothesen genutzt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen