Fraunhofer-Gesellschaft

Publica

Hier finden Sie wissenschaftliche Publikationen aus den Fraunhofer-Instituten.

LINPRO - Hinderniserkennung bei aktiven Beinprothesen

 
: Kappes, Philipp; Kleiner, Bernhard

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung -IPA-, Stuttgart; O-PAEDIX e. V., Stuttgart:
Stuttgarter Gespräche über Technologien für die Orthopädietechnik Teil 1-4
Stuttgart, 2010
15 Folien
Stuttgarter Gespräche über Technologien für die Orthopädietechnik <2009/2010, Stuttgart>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IPA ()
Orthopädietechnik; Aktive Prothese; prosthesis; Prothese; Hinderniserkennung; Sensor; Steuerung

Abstract
Robustes Terrainerfassungs-System für die Steuerung von aktiven Bein- und Fuß Prothesen:
Bis vor kurzem wurden Prothesengelenke für die unteren Extremitäten ausschließlich mit passiven Mechaniken ausgestattet. Eine dynamische Anpassung der Gelenke während des Gehens war nicht möglich. Die Wiederherstellung des Bewegungsapparates ist dadurch nur eingeschränkt möglich und Dynamiken wie Laufen oder Rennen werden jeweils nur durch einen bestimmten Prothesentyp unterstützt. Auch das Treppensteigen und das Passieren von schiefen Ebenen sind mit diesen Prothesentypen nicht ohne Schwierigkeiten möglich. Diese Funktionalitäten erfordern eine simultane Anpassung der Prothese an den Untergrund. Bisherige Entwicklungen beinhalten kein vorausschauendes Anpassungskonzept und setzen auf eine Anpassung nach dem ersten Kontakt mit dem Untergrund. Unser Ansatz beschreibt hingegen eine berührungslose Messung der Untergrundstruktur während des Gangzyklus. Die Entfernung zur Umgebung wird in Bewegungsrichtung von einem Laserscanner und von nach unten gerichteten Ultraschallsensoren bestimmt. Die Bewegung der Prothese ermöglicht den Sensoren Messungen auf einer vertikalen Ebene. Ein inertiales Navigationssystem liefert Informationen über Orientierung und Position der Prothese und der Sensoren. Mit diesem Konzept können dreidimensionale Objekte wie zum Beispiel Ebenen, Treppen, Hindernisse, Rampen aus den Distanzinformationen extrahiert werden. Die gesammelten Informationen bilden die Basis für die Steuerung der Prothese. Eine aktive und vorausschauende Untergrundanpassung erhöht die Sicherheit für den Prothesenträger und führt zu einem natürlicheren Gangbild. Die beschriebenen Sensoren können für Unter- und Oberschenkelprothesen verwendet und als separates Modul integriert werden.
Sensorik für Prothesen, Prothesensteuerung, Aktive Prothesen, Strukturerfassung, Beinprothese, Fußprothese, Hindernisserkennung, Terrainerfassung

 

Robust terrain detection system for the predictive control of active terrain-adaptive limb prostheses:
Up until recent years prosthetic limbs had joints built with only energetically passive devices. This means that the joints could store and dissipate energy during a gait cycle, but could not provide net power back for adaptive foot control. This inability reduces the capability of the prostheses to completely restore locomotive functions such as walking upstairs or downstairs, up and down slopes and running or jumping. These functionalities require a simultaneous reaction of the prostheses joints to the ground. Recent developments don't imply priori reaction and focus more on the post adaption after the first contact to a terrain. The approach is a non tactile structure registration for the detection of the underlying terrain during the gait cycle. The system is designed for field of view in the walking direction and a field of view to the ground. The distance to the terrain will be measured with a combination of a laser scanner heading in the walking direction and ultrasonic sensors heading to the ground. The motion of the prosthesis causes scanning of the sensors in the vertical plane. An inertial navigation system provides position and orientation information of the prosthesis and the sensors. This gives the ability to extract three dimensional geometries like plains, stairs, obstacles, ramps and holes. The gathered information is the basis for the control process of the prosthesis. An active and predictive terrain adaption causes a gain of safety for the prosthesis user who needs a certain amount of attention to pass rough terrain. It will conduct to the process of the simulation of a more natural human gait with prosthesis foots too. The described sensors are applicable for above- and below knee prostheses and can be integrated as a separated module.
Sensor for prostheses, control of prostheses, active prostheses, structure measurement, terrain detection, foot prosthesis, limb prosthesis, obstacle detection

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-145781.html