Session 10 Energieeffizienz intelligenter biomechatronischer Systeme (O.T.W.-Orthopädietechnik Winkler)

Transkript

1 Session 10 (O.T.W.-Orthopädietechnik Winkler) 06. Juli 2016 Bielefeld

2 Agenda Abschlusspräsentation Einführung Zielsetzung Ergebnisse Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH

3 Einführung Vorstellung des Transfernehmers O.T.W. - Orthopädietechnik Winkler Produkte: Prothetik Orthetik Dysmelieversorgung Gehschultraining Aktuelle Entwicklungen: Aktive Prothesen und Orthesen Innovative Kontroll- und Steuerelemente sowie rekuperative Energiespeicher Integration von EMG Oberflächenelektroden oder Drucksensoren in die mechanische Funktion EXO-Systeme it s OWL Clustermanagement GmbH

4 Einführung Universität Bielefeld Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie & Institut für Kognition und Robotik Interaktive Intelligente Systeme Mensch-Maschine Interaktion Maschinelles Lernen Mitarbeiter: > 280 Wissenschaftler AG Kognitronik und Sensorik Hardware und Software für eingebettete Systeme Ressourceneffiziente Mikroelektronik Anwendungsorientierte Systemintegration it s OWL Clustermanagement GmbH

5 Einführung Motivation / Ausgangssituation für das Transferprojekt Zunehmende Integration von Sensorik und Elektronik in Prothesen und Orthesen Körpernaher Bereich: Tragekomforts erlaubt nur sehr kleine Energiespeicher Kurze Laufzeiten und häufige Ladezyklen nicht praktikabel Unerwünschter Mehraufwand in der Handhabung Reduzierte Lebensdauer des Akkus führt zu einer Kostensteigerung Ziel: Energieverbrauch der Systeme muss reduziert werden Ressourceneffizientes Design Steigerung der Laufzeit Intelligente technische Systemen, die sich flexibel den Bedürfnissen des Benutzers anpassen. it s OWL Clustermanagement GmbH

6 Agenda Abschlusspräsentation Einführung Zielsetzung Ergebnisse Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH

7 Zielsetzung Zielsetzung Unternehmen: Realisierung von Prothesen und Orthesen als kompakte und energieautarke Systeme Energieversorgung zukünftig mittels Energy- Harvesting (z.b. mittels Lauffeder) Projekt: Senkung des Energieverbrauchs: Energiesparende Komponenten in der Aktorik, Sensorik, Informationsverarbeitung und Funkübertragung Hochintegrierte und spezialisierte Komponenten, welche die gestellte Aufgabe möglichst effizient ausführen Effiziente Implementierung der Verarbeitungsalgorithmen it s OWL Clustermanagement GmbH

8 Vorgehensweise Vorhandene und in der Entwicklung befindliche Systeme Analyse der Systeme Maßnahmenkatalog Energieeffiziente Aktuierung Effiziente Energieversorgung und Systemarchitektur Energetisch hocheffiziente Systeme it s OWL Clustermanagement GmbH

9 Agenda Abschlusspräsentation Einführung Zielsetzung Ergebnisse Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH

10 Ergebnisse Ergebnisse System neuroexoarm: Aktives, modulares Schulter-Ellenbogen- Hand-Exo System EMG Steuerung zur Durchführung von Armbewegungen durch Muskelsignale Ellenbogen beugen/strecken verschiedene Handfunktionen Patientenversorgung: Lähmungserscheinungen der oberen Extremitäten nach einem Trauma oder neurologischen Erkrankungen Erste virtuelle Erprobung Zweite reale Erprobung Nach erfolgreicher Erprobung und Kostenübernahme durch den Kostenträger erfolgt die Definitivversorgung. it s OWL Clustermanagement GmbH

11 Ergebnisse Handlungsbedarf Analyse des Systems: Aufzubringende Kräfte und Drehmomente enorm Hohe Stromaufnahme bei Standard Motoren mit Brems/ Winkel- Drehmomenterfassung Während der aktiven Verstellung Im gehaltenen Zustand Laufzeit unter 2 Stunden Einschränkung der Praxistauglichkeit it s OWL Clustermanagement GmbH

12 Ergebnisse Ergebnisse Neukonstruktion des Systems Orientierung am biologischen Vorbild Agonist und Antagonist Hier: Bizeps und Trizeps it s OWL Clustermanagement GmbH

13 Ergebnisse Ergebnisse Neukonstruktion des Systems Orientierung am biologischen Vorbild Agonist und Antagonist Hier: Bizeps und Trizeps Orthese Einsatz von Linearaktoren Krafteffiziente Aktuierung des Ellenbogengelenks Wechsel der Wirkweise Druck/Zug Definierte Haltepunkte bei minimalen Strombedarf Reduzierte Stromaufnahme Erhöhte Laufzeit des Systems Kompakt und alltagstauglich it s OWL Clustermanagement GmbH

14 Ergebnisse Stromaufnahme bei Aktuierung des Ellenbogens: 0 90 Trizeps Bizeps Analyse der Stromaufnahme: Während der aktiven Verstellung um Faktor 2 reduziert Im gehaltenen Zustand um Faktor 20 (40 ma pro Aktor) it s OWL Clustermanagement GmbH

15 Ergebnisse Gesamtsystem Aktorik und mechanischer Aufbau Steuerung Aktorik Sensorik (EMG + FSR) Energieversorgung (Akku, Spannungsregler) it s OWL Clustermanagement GmbH

16 Agenda Abschlusspräsentation Einführung Zielsetzung Ergebnisse Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH

17 Resümee und Ausblick Resümee Optimierung einer aktuierten Armorthese Senkung der Energieaufnahme, Verlängerung der Laufzeit, Erhöhung der Alltagstauglichkeit Abweichung Projektziel Auch Optimierung der elektronischen Komponenten und Algorithmen vorgesehen Fokussierung auf Aktorik (größeres Optimierungspotential) Transfernehmer treibt Entwicklung zur Marktreife weiter voran Probanden / Feldtests ab September 2016 Finale Auslegung des Systems nach Praxistests Ausblick Für die Weiterentwicklung wird eine umfassende Kooperation zwischen Transfernehmer und Transfergeber angestrebt Weitere Förderprojekte Studentische Arbeiten it s OWL Clustermanagement GmbH

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!