Projekt

RECUPERA

RECUPERA

  • Laufzeit:

Das Ziel von RECUPERA Reha ist die Entwicklung und Evaluation von Methoden zum Aufbau eines Ganzkörper-Exoskeletts als innovatives und mobiles System zur roboter-gesteuerten Rehabilitation von neurologischen Erkrankungen. Das System soll kinematisch den gesamten menschlichen Körper erfassen, sich selber tragen und energie-autark agieren können. Zum Aufbau des Systems werden neue Methoden zur Aktuation, Leichtbau und Regelungstechnik erarbeitet. Die mechatronischen Ansätze werden mit einem neuen System zur Online-Auswertung von EEG/EMG Signalen kombiniert, dass eine Einschätzung des Zustandes der bedienenden Person und eine mehrstufige Unterstützung der Regelung des Exoskeletts ermöglicht. Evaluiert wird der Roboter in enger Kooperation mit Fachleuten aus dem klinischen Umfeld im Anwendungsszenario der Rehabilitation. Dabei wird mit renommierten Instituten und Kliniken zusammengearbeitet, was sowohl eine qualitative als auch eine quantitative Einschätzung der Gesamtsystemleistung erlaubt. Die enge Zusammenarbeit mit dem Verbundpartner Rehaworks ermöglicht weiterhin die Evaluierung der medizinischen Tauglichkeit der entwickelten Komponenten und eröffnet neue Perspektiven in der Entwicklung von prototypischen robotischen Rehabilitationsgeräten.

AP1000: Bidirektionale Mensch-Maschine Interaktion

Im Mittelpunkt dieses Arbeitspaketes steht die Entwicklung von schlüssigen Anwendungskonzepten und deren spezifischen Anforderungen für den Umgang mit Patienten im Kontext der motorischen Rehabilitation. Hierbei sollen sinnvolle Synergien zwischen Mensch und Maschine geschaffen werden, um die Vorgänge und Arbeitsschritte in der Rehabilitation zu optimieren sowie Patienten und Therapeuten erweiterte und innovative Therapieoptionen auf Basis neuer Technologien zu ermöglichen.

AP2000: Entwicklung mechatronisches System

Aufgabe dieses Arbeitspaketes ist die Entwicklung eines funktionsfähigen inherent sicheren Robotersystems. Diese Entwicklungsarbeit umfasst die Erstellung einer dem Menschen angepassten Kinematik, der Entwicklung geeigneter Antriebe, die Bereitstellung eins elektronischen Systems und die Integration des einzelnen Bestandteile zu einem Gesamtsystem, sowie die Extraktion eines eigenständigen Teilsystems.

AP3000: Kinematik und Dynamik

Die Arbeiten im Arbeitspaket AP3000 im Projekt Recupera bauen auf den Ergebnissen der Arbeit in den entsprechenden Arbeitspaketen in den Vorgängerprojekten VI-Bot und Capio auf. Insbesondere wird auf die eigenentwickelte Modellierungssoftware CAD2SIM zurückgegriffen, die wiederkehrende Arbeitsvorgänge erleichtert: sie schafft eine automatisierte Schnittstelle zwischen Design- und Simulationsprogrammen. Mit dem Ziel, ein neuartiges Ganzkörper-Exoskelett zu bauen, wird im Rahmen des Arbeitspakets 3000 daran gearbeitet, unterschiedliche Aufgaben zu lösen: Während des Designs des Exoskeletts (AP 2000) treten Fragen zur kinematischen Kette des Systems aus. Dies umfasst etwa Fragen, wie Gelenktypen oder Längen von Gliedmaßen gewählt werden müssen. In der dynamischen Synthese geht es um die Auslegung der benötigten Massen und der dazu benötigten Aktuatorstärken. Im Betrieb des Exoskeletts bietet dieses Arbeitspaket Unterstützung zur Regelung (AP4000) und Analyse (AP1300, AP5200) des Systems. Wie müssen die Aktuatoren des gefertigten Exoskelett für einen individuellen Benutzer angesteuert werden? Wie kann assistives Feedback erzeugt werden? Wie können Bewegungs- und sensomotorische Daten zusammen ausgewertet werden? Wie kann eine Beurteilung des Benutzerverhaltens erreicht werden?

AP4000: Adaptives Steuerungssystem

Ziel dieses Arbeitspakets ist die Entwicklung einer hochmodularen, mehrstufigen Regelungsstruktur, welche eine dynamische Kontrolle des Exoskeletts ermöglicht. Die grund- legende Architektur des Regelungssystems wird aus drei hierarchisch angeordneten Ebenen bestehen. Das zu entwickelnde Regelungssystem soll dabei über einzelne auswählbare Regelungsmodule, die variabel miteinander kombiniert werden können verfügen. Eines der Kernaufgaben hierbei ist zudem die Entwicklung von assistiven Regelungsstrategien für die Rehabilitationsanwendung.

AP5000: Biosignal-Integration

Im Rahmen der 5000er Arbeitspakete werden die Voraussetzungen geschaffen EEG- und EMG-Aktivität in die robotorgestützte Rehabilitation einzubeziehen. Dabei ist geplant, dass speziell die Biosignale als ein optionales Plus für die Exoskelett-Kontrolle fungieren, um sich optimal an die Bedürfnisse des Patienten anzupassen. Aufgaben dieses Arbeitspaketes sind u.a. die Akquise von EEG- und EMG-Daten, die Entwicklung von automatischen Verfahren zur Markierung und Auswertung der Daten im Kontext einer spezifischen Anwendung, wie z.B. einer angewandten Therapie, den Aufbau von Aktivitätsmodellen um Erwartungen vom aufgenommenen Signal ableiten zu können und die Analyse inwiefern auf Basis der aufgenommenen Daten der Rehabilitationsfortschritt beschrieben werden kann.

AP6000: Integration und Evaluation

Dieses Arbeitspaket beschäftigt sich mit der Identifikation der notwendigen Schnittstellen in den Bereichen Software, Hardware und Elektronik, sowie mit der vollständigen Integration sämtlicher Komponenten des Systems. Ziel ist die vollständige Herstellung des geplanten Funktionsumfangs des Ganzkörper-Exoskeletts und des Teilsystems. Die Bestimmung der Leistungsfähigkeit und der Ergonomie des Systems, wird in einer anschließenden Evaluationsphase ermittelt. Zudem werden Kriterien einer Pilotstudie im Rehabilitationsbereich ausgearbeitet.

Partner

rehaworks GmbH

Projekt teilen auf:

Ansprechpartner
Dr. rer. nat. Elsa Andrea Kirchner

Keyfacts

Publikationen zum Projekt

Elsa Andrea Kirchner, Niels Will, Marc Simnofske, Luis Manuel Vaca Benitez, José de Gea Fernández, Peter Kampmann, Frank Kirchner

In: Mario A. Pfannstiel, Patrick Da-Cruz, Harald Mehlich (Hrsg.). Digitale Transformation von Dienstleistungen im Gesundheitswesen V. Kapitel 21 Seiten 413-435 ISBN 978-3-658-23986-2 Springer Nature 8/2019.

Zur Publikation
Elsa Andrea Kirchner, Stephen Fairclough, Frank Kirchner

In: S. Oviatt, B. Schuller, P. Cohen, D. Sonntag, G. Potamianos, A. Krueger (Hrsg.). The Handbook of Multimodal-Multisensor Interfaces. Kapitel 13 Seiten 523-576 3 ISBN e-book: 978-1-97000-173-0, hardcover: 978-1-97000-175-4, paperback: 978-1-97000-172-3, ePub: 978-1-97000-174-7 Morgan & Claypool Publishers San Rafael, CA 2019.

Zur Publikation

Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz
German Research Center for Artificial Intelligence