Vorlesung 1-2-3
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1
Einsatzgebiete von medizinischen Robotern
- soziale Robotik
- Kraft-Unterstützende Robotik
- Therapie robotik
- Service Robotik
2
Was sind tragbare intelligente Roboter ?
- Intelligente Roboter , die am Körper getragen werden und über KI auf ihre Umgebung adaptieren
- ersetzen Körperteile oder unterstützen Funktion
- nur AKTIVE SYSTEME können als tragbare intelligente Roboter bezeichnet werden
- man unterscheidet zw. Prothesen, Orthesen & Exoskeletten
3
Definition passiver Systeme
- erzeugen KEINE Unterstützung in Form von mechanischer Energie durch Antriebseinheiten
- Benutzer muss Gewicht mit seinen Muskeln selbst tragen
- Können Energie speichern : → mechanische o. hydraulische Federn
4
Definition aktiver Systeme
sind mit Motoren und Sensoren ausgestattet, die zur Unterstützung oder zum Ersatz der Muskeln des Benutzers dienen
5
Definition Prothesen
- System zum Ersatz von Gliedmaßen, Organen oder Organteilen, durch künstliche, funktionell ähnliche Produkte
- erfüllen sowohl ästhetische Ansprüche als auch funktionellen Ersatz
6
Definition Prothesen
- Vorrichtung , die äußere Kräfte auf Körperteil ausübt , um Gelenke zu schützen
- feste, stabile Materialien mit unterstützenden Funktionselementen
- wirken bio mechanisch auf die Motorik , schränken Bewegungsumfang ein
- können für alle Gelenkarten entwickelt werden
7
Definition Exoskelette
- liegen nicht immer eng am Körper an
- Kraftkompensation möglich
- Speziell an Menschen Anatomie angepasstes, tragbares, robotisches System
8
Anwendungsgebiete von Exoskeletten (& Orthesen)
- Medizin, Reha , Pflege
- Industrie
- erkundung unzugängl. Bereiche
- Militär
- Unterstützung gesunder Menschen
9
Designanforderungen an Exoskelette
- Sicherheit
- Leichtbau
- Handhabung
- Tragekomfort
- Hohe Dynamik und Transparenz
- Akzeptanz
10
Varianten von Exoskeletten
- für Körperteile
- Teilsysteme für den Unterkörper oder Oberkörper
- Ganzkörpersysteme
- Unterschiede im Antrieb (hydraulisch, pneumatisch...)
- Unterschiede in Kinematik (Serielle/paralle Kinematik)
- Unterschiede in Mobilität (mobil, fest installiert)
11
Vor- und Nachteile: Feststehende Systeme
- +Gewicht muss nicht getragen werden
- +Dimension der Aktuation unwichtig
- +Generierung höherer Kräfte
- -schwierig viele Kontaktpkt. zw. Exoskelett & Nutzer herzustellen
- -Mobilität stark eingeschränkt
- -autonomer & flexibler Einsatz nicht möglich
12
Vor- und Nachteile: Tragbare Systeme
- +bewegt sich mit Benutzer
- +erweiterter Arbeitsraum
- +alle FHGs des Menschen erfassbar
- +einfacher viele Kontaktpkt. zw. Exoskelett & Nutzer herzustellen
- -Dimensionierung der Antriebe kritisch
- -Nutzer trägt ganzen Gewicht
- -Anatomie muss genauer berücksichtigt werden
13
Anwendung von Prothesen
- Kompensation Verlust eines Körperteils
- Spezialfall → Sport
- Eher im Bereich Medizin/Reha anzusiedeln
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Anwendungen von Exoskeletten
- nicht nur Medizin und Reha
- Vorbeugung von Schäden bei gesunden
- Kraft-und Ausdauerverstärkung vor allem im Militär
- Teleoperation
15
Exoskelette in der Teleoperation: Anforderungen
- Arbeiten in unerreichbaren Umgebungen
- hoher Grad an Komplexität
- Kontrolle über Zielsystem sicher mit natürlichen Bewegungsmuster
- „vor Ort"-Gefühl durch visuelle und haptische Rückmeldung
16
Exoskelette in der Teleoperation: Gewünschte Merkmale
- hohe Anpassungsfähigkeit
- Schwerkraft Kompensation
- Tragbar & einfache Konfiguration
- Sicherheitsmechanismen
- hoher Arbeitsbereich
- zurücktreiben Gelenke
17
Exoskelette in der Teleoperation: Ansteuerung von Zielsystemen
- Kraftrückkoplung = präzises Manipulieren
- natürliche Bewegung = intuitives Arbeiten
- Schwerkraftkompensation = Ermüdung reduzieren
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Exoskelette in der Rehabilitationsrobotik: Ziele
- entlastung Therapeuten
- Intensivierung Therapie
- erhöhte Genauigkeit und Reproduzierbarkeit
- Steigerung Effizienz und Effektivität
- Zusätzliche Therapieoptionen
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