Versuchsplattform PAKO - Untersuchung der gangartspezifischen Beinfunktion basierend auf Orthoprothesen
Final Report Abstract
Im menschlichen Gang wird die Dynamik des segmentierten Körpers durch nachgiebige Muskeln so geprägt, dass eine effiziente Fortbewegung ermöglicht wird. Kernziel des PAKO-Projektes war die technische Nachbildung des menschlichen Laufmusters bei verschiedenen Geschwindigkeiten nach dem biologischen Vorbild der Funktion von Muskeln. Dabei wurden die Muskeln über elastische Antriebe nachgebildet. Mit der technischen Nachbildung konnten Simulationsmodelle mit elastischen Aktuatoren zum menschlichen Gang überprüft und Regelkonzepte für den Gangwechsel entwickelt und überprüft werden. Durch Simulationsstudien basierend auf menschlichen Gangdaten konnten geeignete Konfigurationen der elastischen Antriebe für die Auslegung von künstlichen Beinen identifiziert werden. In eingelenkigen Antrieben hat sich die Anordnung mit seriellen Federn als beste Lösung herausgestellt. Hingegen sollten parallele Federn vermieden und durch zweigelenkigen elastischen Strukturen oder Aktuatoren ersetzt werden. In wenigen Situationen (z.B. Treppen absteigen) können sogar Dämpfer positive Auswirkungen auf den Energiebedarf und die notwendige Spitzenleistung der Motoren haben. Die Untersuchungen fokussieren sich auf das Sprunggelenk, wurden jedoch auch auf das Knie und die Hüfte erweitert. Für die experimentelle Überprüfung der Simulationsergebnisse wurden zwei Prothesensysteme für das Sprunggelenk entwickelt und programmiert. Die Ergebnisse bestätigen die vorhergesagten Vorteile der elastischen Antriebe sowohl beim Gehen als auch beim Rennen. Somit konnte dieses Projektes wichtige Grundlagen für energetisch effiziente und autonome robotische Laufsysteme sowie für neuartige Prothesen- und Orthesenkonstruktionen herausarbeiten und experimentell überprüfen.
Publications
- A Comparison of Parallel-and Series Elastic Elements in an actuator for Mimicking Human Ankle Joint in Walking and Running. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2012
Grimmer, M. and Eslamy, M. and Gliech, S. and Seyfarth, A
- Functional gait asymmetry of unilateral transfemoral amputees. Hum Mov Sci. 2012 Aug;31(4):907-17
Schaarschmidt M, Lipfert SW, Meier-Gratz C, Scholle HC, Seyfarth A
(See online at https://doi.org/10.1016/j.humov.2011.09.004) - Does it pay to have a damper in a powered ankle prosthesis? A Power-Energy Perspective. IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR), 2013
Eslamy, M. and Grimmer, M. and Seyfarth, A.
- The PAKO Project - a Powered Ankle- Knee Orthoprosthesis as a testbed for muscular structure and control in human locomotion. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2013
Grimmer, M. and Eslamy, M. and Seyfarth, A
- (2014) Energetic and Peak Power Advantages of Series Elastic Actuators in an Actuated Prosthetic Leg for Walking and Running. Actuators 3 (1) 1-19
Grimmer, Martin; Eslamy, Mahdy; Seyfarth, André
(See online at https://doi.org/10.3390/act3010001) - Mimicking human-like leg function in prosthetic limbs. In Neuro-robotics: From brain machine interfaces to rehabilitation robotics by Panagiotis Artemiadis. Springer, 2014
Grimmer, M. and Seyfarth, A
