Aktuelle Arbeiten

Abschluss- und Projektarbeiten

 

Anforderungen an robotische Systeme zur Nachbildung von menschlichen Beinbewegungen des Alltags

ADP/ARP

Ein großer Trend des letzten Jahrzehnts ist die Entwicklung von aktiven Beinprothesen, Exoskeletten oder humanoide Robotern. Diese sollen den Lebens- und Arbeitsalltag der Menschen unterstützen und damit zu einer höheren Lebensqualität beitragen. Viele dieser Systeme wurden bis jetzt für die häufigsten täglichen Situationen wie z.B. das Gehen ausgelegt. Der Alltag beinhaltet aber auch komplexere Anforderungen.

Aufgaben:

Das Ziel des ARP ist die Ausarbeitung von Aktuatoranforderungen für die Nachbildung des menschlichen Hüft-, Knie- und Sprunggelenks durch eine Literaturanalyse. Dies soll für eine Breite von Alltagsbewegungen geschehen (z.B. Rennen, Stolpern, Heben von Lasten u.s.w.), um die Weite an Aktuatoranforderungen wie z.B. Drehmoment, Beschleunigung, Leistung, Geschwindigkeit, Bauraum oder Gewicht widerzuspiegeln. Ergänzend soll ein Überblick gegeben werden inwiefern diese Anforderungen durch die Auswahl von geschickten technischen Lösungen (z.B. elastischen Antrieben) reduziert werden können. Der Überblick über die Anforderungen soll helfen, zukünftige Systeme von Beginn an auf die Bewegungsvielfalt im Alltag auszulegen.

Kontakt: : Martin Grimmer, ; Philipp Beckerle,

Sensorimotor processing of a neuromechanical hopping model

Masterthesis (in Bearbeitung)

Neuromechanical simulation models combine the modelling of biomechanical and neuromuscular models. For this, recent studies investigated the contribution of different sensory reflex pathways to control a muscle-driven hopping model. However, it remains open how a biologically inspired reflex control scheme performs in the case of different types of perturbations. The investigation of suitable and efficient control strategies in a biomechanical context may help to improve the performance of artificial controllers for applications in humanoid robotics and assistive technologies, e.g. prostheses and orthoses.

In this master thesis, a neuromechanical leg model will be extended to a model with parallel leg arrangements. This model is then tested based on different types of internal and external perturbations: (1) mechanical perturbations (e.g. ground level drops, uncertain ground level) and (2) sensor perturbations (e.g. sensory resolution, noise and delays). Where possible, experimental data of human hopping on time-varying ground levels will be used to evaluate the predictive power of the model. Finally, based on the observed response behaviors and current theories in motor control, high-level control concepts for a task-dependent reflex adaptation will be developed and evaluated.

Tasks:

  • Extension of an existing simulation model with body morphology variations and mechanical perturbations
  • Extension of an existing simulation model with sensory perturbations
  • Investigation of model predictions using Sensor-Motor Maps
  • Comparison to existing experimental data of perturbed human hopping (where possible)
  • Development and evaluation of higher-level control concepts for reflex adaptation

Contact: Christian Schumacher, ; Philipp Beckerle,

Entwicklung eines Anwendungs- und Kostenoptimierten Kraftsensors für Lasttragende Laufroboter

ADP/ARP (in Bearbeitung)

In der modernen Robotik ist die Erfassung der Umgebung unverzichtbar. Die Aufgabe des Laufens beispielsweise erfordert es zu wissen, wann und mit welcher Intensität der Roboter den Boden berührt. Des Weiteren ist es, durch den Eintritt der kollaborativen Roboter in den Alltag relevant, dass Roboter Kräfte und Momente in ihrer kinematischen Kette erfassen können.

In diesem Projektes soll ein kosteneffizientes Kraftmesssystem mit einer spezifizierten Systemgenauigkeit entwickelt werden. Hierbei soll ein vorgeschlagenes Messprinzip methodisch ausgearbeitet und mit alternativen Vorschlägen verglichen werden. Ein Teststand zur Evaluierung der Performanz des Systems soll geplant werden.

Aufgaben:

  • Bewertung verschiedener Ansätze und Abgleich mit dem Vorschlag
  • Ausarbeiten des ausgewählten Systems
  • Vorstellung des Messprinzips, abschätzen der Systemgenauigkeit, technische Zeichnungen anfertigen, Kosten abschätzen (abhängig von Stückzahlen)
  • Entwickeln und ggf. aufbauen eines Teststandes zur Evaluierung des Sensorssystems

Kontakt: Johannes Geisler, ; Philipp Beckerle,

Automatisiertes Injizieren einer Nadel in Weichgewebe mit einem 7-Achs-Roboter

Bachelorthesis (in Bearbeitung)

Die sichere Interaktion von Robotern mit menschlichen Gewebe und Knochen stellt eine große Herausforderung in der medizintechnischen Forschung dar. Robotische Operationssysteme erlauben präzisere und zeitoptimierte Eingriffe wie z.B. das automatisierte Injizieren einer Nadel entlang einer Trajektorie.

Im Rahmen dieser Arbeit soll das beschriebene Szenario für unterschiedliche, experimentelle Versuche aufgebaut und evaluiert werden. Hierzu sollen Verfahren zur Trajektorienplanung und Regelung (Impedanz und Admittanz) recherchiert und für das Operationsszenario ausgewählt werden. Die Trajektorienplanung und Regelung soll zunächst mit Hilfe einer Simulationssoftware getestet und anschließend auf einem Leichtbauroboter implementiert werden.

Aufgaben:

  • Erstellen eines Operationsszenarios für die Medizinrobotik
  • Einarbeitung in die Software ROS, MoveIt, Rviz, Gazebo
  • Trajektorienplanung und (Kraft-)Regelung des Roboters
  • Evaluation am realen Testszenario mit Gewebephantom

Kontakt: Markus Hessinger, ; Philipp Beckerle,

Evaluierung und Weiterentwicklung eines Stumpf-Schaft-Interaktionsmodells anhand von Messdaten

Bachelorthesis (in Bearbeitung)

In Zusammenarbeit mit dem Lauflabor (IFS) soll in einer Abschlussarbeit ein bestehendes Stumpf-Schaft-Modell mit Hilfe von Messdaten evaluiert und weiterentwickelt werden.

Die Stumpf-Schaft-Schnittstelle als Bindeglied zwischen Mensch und technischem System hat einen großen Einfluss auf die Zufriedenheit des Nutzers und dessen Mobilität. Zur Untersuchung der biomechanischen Wechselwirkung zwischen Mensch und Prothese in dynamischen Gangsituationen werden biomechanische Modelle der Schnittstelle entwickelt. In dieser Arbeit soll ein bestehendes Modell der Schnittstelle mit Hilfe von Messdaten evaluiert und weiterentwickelt werden.

Aufgabenbestandteile

  • Auswertung existierender Messdaten zur Synthetisierung von Modelleingangs- und Bewertungsdaten
  • Anpassung des Modells auf Spezifikationen der Probanden
  • Evaluierung der Modellgüte und Weiterentwicklung des Modells

Kontakt: Veronika Noll, , L1|01-212

Experimentelle Evaluierung eines Funktionsmusters zur Messung von Relativbewegungen zwischen Beinstumpf und Prothesenschaft

Bachelorthesis (in Bearbeitung)

In Zusammenarbeit mit dem Lauflabor (IFS) soll im Rahmen einer Abschlussarbeit ein bestehendes Funktionsmuster zur Erfassung der Relativbewegung zwischen Beinstumpf und Prothesenschaft experimentell evaluiert werden.

Die Stumpf-Schaft-Schnittstelle als Bindeglied zwischen Mensch und technischem System hat einen großen Einfluss auf die Zufriedenheit des Nutzers und dessen Mobilität. Zur Untersuchung der biomechanischen Wechselwirkung wird ein Sensor zur Erfassung der Relativbewegung zwischen Beinstumpf und Prothesenschaft entwickelt. Die Eignung des Sensorprinzips soll mit Hilfe eines bereits existierenden Funktionsmusters unter anderem in einer Stellvertreterstudie untersucht werden.

Aufgabenbestandteile

  • Planung, Vorbereitung und Auswertung einer Stellvertreterstudie mit gesunden Probanden
  • Durchführung und Auswertung von Prüfstandstests
  • Bewertung des Sensorpotentials anhand quantitativer Kenngrößen

Kontakt: Veronika Noll, , L1|01-212