Aktives Zweiarm-Exoskelett

Zweiarmiges Exoskelett für die robotische Oberkörper-Assistenz (Recupera REHA)


Aktives Zweiarm-Exoskelett
Das System deckt die gesamte Kinematik des menschlichen Arms ab (Foto: Annemarie Popp, DFKI GmbH)

Technische Details

Größe: 0.9m x 0.7m x 0.9m
Gewicht: 29,7 kg (9,4 kg Exoskelett und 20,3 kg Rollstuhl)
Stromversorgung: 48 V
Antrieb/ Motoren:
10 aktive DOF (6 x BLDC Robodrive, 2x Maxon, 2x Dynamixel),
2 Vibrationsmotoren für das haptische Feedback
Sensoren:
8 x iC-Haus MH,
16 x iC-Haus MU,
2 x Honeywell FG10N,
2 ATI Nano 25,
2 ATI Nano 17,
2 kapazitive Touch-Sensoren
Kommunikation:
2 Arduino Nano,
10 FPGA Stacks für die verteilte Gelenkregelung,
2 DFKI ZynqBrain V1.1 als Zentralrechner,
Kommunikation über NdlCom.

Organisatorische Details

Partner:

rehaworks GmbH

Fördergeber: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Förderkennzeichen: 01IM14006A
Anwendungsfelder: Assistenz- und Rehabilitationssysteme
Verwandte Projekte: TransFIT
Flexible Interaktion für Infrastrukturaufbau mittels Teleoperation und direkte Kollaboration und Transfer in Industrie 4.0 (07.2017- 06.2021)
Recupera REHA
Ganzkörper Exoskelett für die robotische Oberkörper-Assistenz (09.2014- 12.2017)
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Dual-Arm-Exoskelett (01.2011- 12.2013)
VI-Bot
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IMMI
Intelligentes Mensch-Maschine-Interface - Adaptives Brain-Reading für unterstützende Robotik (05.2010- 04.2015)
Verwandte Robotersysteme: Ganzkörperexoskelett
Exoskelett für die robotische Oberkörper-Assistenz
Exoskelett aktiv (Capio)
Capio Oberkörper-Exoskelett für die Teleoperation
Exoskelett Passiv (CAPIO)
Oberkörper Mensch-Maschine-Interface für die Tele-Operation
Exoskelett Passiv (VI-Bot)
Passives Exoskelett für den menschlichen Oberkörper (rechter Arm)
Verwandte Software: HyRoDyn
Hybrid Robot Dynamics
CAD-2-SIM
Computer Aided Design To Simulation
pySPACE
Signalverarbeitungs- und Klassifikationsumgebung in Python
reSPACE
Reconfigurable Signal Processing and Classification Environment

Systembeschreibung

Das aktive Recupera Zweiarm-Exoskelett (Foto: Annemarie Popp, DFKI GmbH)

Das aktive Zweiarm-Exoskelett ist eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, die entwickelt wurde, um die Abläufe der Oberkörper-Rehabilitation zu erweitern und zu optimieren. Das Exoskelett hat fünf Kontaktpunkte zum Anwender und die kinematische Struktur folgt den Bewegungen der menschlichen Arme. Die Verarbeitung der Information bzw. aller Signale erfolgt in einem eingebetteten Rechner, um die nötige Autonomie für Rehabilitationsanwendungen zu erreichen. Die kinematische Struktur hat fünf aktive Freiheitsgrade pro Arm.

Weitere Details:

  • Regelarchitektur mit 3 hierarchischen Ebenen. Robuste kaskadierte Geschwindigkeit-Position-Strom Regelung in der niedrigsten Ebene, dynamische Regelung, Gravitationskompensation und Biosignal-Integration in der mittleren Ebene und Ansteuerung über eine Web GUI in der höchsten Ebene.
  • 3 Therapie-Modi:
    • Der Master-Slave Modus ermöglicht einen Arm mit dem anderen zu steuern, nach dem Prinzip der klassischen Spiegeltherapie.
    • Mit dem Teach-In and Replay Modus können Bewegungsabläufe der Arme gespeichert werden, um diese wiederzugeben. Die wiedergegeben Trajektorien können mittels EMG oder EEG ausgelöst werden.
    • Im Gravitationskompensationsmodus können die Arme frei nach Belieben bewegt werden. Mathematische Modelle der menschlichen Arme können in die Regelung dazu geschaltet werden, um das Gewicht der Arme mit dem System zu kompensieren.

Videos

Recupera-REHA: Erste Tests mit Schlaganfallpatienten

Zusammen mit dem Projektpartner rehaworks, wurden erste Tests mit durch Schlaganfall betroffenen Patienten durchgeführt. Alle 3 Therapie-Modi wurden getestet.

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zuletzt geändert am 19.10.2020
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