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Inbetriebnahme, Synchronisation und Vergleich von Messsystemen zur Bewegungscharakterisierung in der Ganganalyse und zur Steuerung einer Orthese und Bewertung der Algorithmen

Diers, Christian :
Inbetriebnahme, Synchronisation und Vergleich von Messsystemen zur Bewegungscharakterisierung in der Ganganalyse und zur Steuerung einer Orthese und Bewertung der Algorithmen.
Institut EMK / FG MuST
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2011)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die vorliegende Studienarbeit wird im Rahmen des Forschungsprojektes zur Entwicklung einer adaptiven Orthese, die Menschen mit eingeschränktem Leistungsvermögen eine aktive Unterstützung beim Aufstehen, Gehen und Treppensteigen geben soll, durchgeführt. Hierbei bezieht sich die Aufgabenstellung auf den Teilbereich der Sensorik zur Berechnung der aktuellen Lage der Orthese zu einem Bezugssystem. In einer vorangegangenen Bachelorarbeit wurden Winkelsensoren und Steuerelektronik zur Erfassung der Messgrößen für das Projekt entwickelt. Dieses System wird, eingebaut in die Orthese, in Betrieb genommen. Es wird zudem eine Auswahl von Beschleunigungs- und Drehratensensoren (Inertialsensoren) getro en, die in einem später durchgeführten Vergleich getestet werden. Zum Ersten wird der Sensor ADIS16385 der Firma Analog Devices gewählt, der Beschleunigungs- und Drehratensensoren mit einer sehr geringen Drift und niedrigem Rauschen in jeweils drei Freiheitsgraden besitzt, allerdings im Vergleich sehr teuer in der Bescha ung ist. Als Zweites wird der Sensor iNEMO der Firma STMicroelectronics ausgewählt. Dieser besitzt zusätzlich einen Magnetfeldsensor mit drei Freiheitsgraden, einen Temperatur- und einen Drucksensor. Als Drittes wird der am Institut vorhandene und sehr preisgünstige Inertial- und Magnetfeldsensor Razor 9DOF der Firma sparkfun ausgewählt. Um die genaue Lage der Orthese in Ruhe und unter Bewegung zu berechnen, wird ein Strapdown-Algorithmus entwickelt, der die Daten der Drehratensensoren über die Zeit integriert. Da die Drehratensensoren einer Drift und einem Rauschen unterliegen wird ein Kalman-Filter modelliert. Dieser schätzt aus den vorangegangen Messungen die neue Lage und stützt seine Berechnungen durch die Hinzunahme der Beschleunigungs- und optional der Magnetfeldsensoren. Das aufgestellte System- und Messmodell für das Kalman-Filter wird in Matlab implementiert und be ndet sich bei Abgabe des Berichts in der Testphase. Es werden Vergleichsmessungen im Ganglabor der Universität Heidelberg durchgeführt, um die vorangegangen Arbeiten zu überprüfen. Dabei werden zum Einen die Inertialsensoren und die hierfür implementierten Algorithmen mit dem im Ganglabor vorhandenen und markterprobten Xsens MTi-System verglichen. Zum anderen werden die Winkelsensoren mit der optischen dreidimensionalen Ganganalyse der Firma vicon als Referenzsystem überprüft.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2011
Autor(en): Diers, Christian
Titel: Inbetriebnahme, Synchronisation und Vergleich von Messsystemen zur Bewegungscharakterisierung in der Ganganalyse und zur Steuerung einer Orthese und Bewertung der Algorithmen
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Die vorliegende Studienarbeit wird im Rahmen des Forschungsprojektes zur Entwicklung einer adaptiven Orthese, die Menschen mit eingeschränktem Leistungsvermögen eine aktive Unterstützung beim Aufstehen, Gehen und Treppensteigen geben soll, durchgeführt. Hierbei bezieht sich die Aufgabenstellung auf den Teilbereich der Sensorik zur Berechnung der aktuellen Lage der Orthese zu einem Bezugssystem. In einer vorangegangenen Bachelorarbeit wurden Winkelsensoren und Steuerelektronik zur Erfassung der Messgrößen für das Projekt entwickelt. Dieses System wird, eingebaut in die Orthese, in Betrieb genommen. Es wird zudem eine Auswahl von Beschleunigungs- und Drehratensensoren (Inertialsensoren) getro en, die in einem später durchgeführten Vergleich getestet werden. Zum Ersten wird der Sensor ADIS16385 der Firma Analog Devices gewählt, der Beschleunigungs- und Drehratensensoren mit einer sehr geringen Drift und niedrigem Rauschen in jeweils drei Freiheitsgraden besitzt, allerdings im Vergleich sehr teuer in der Bescha ung ist. Als Zweites wird der Sensor iNEMO der Firma STMicroelectronics ausgewählt. Dieser besitzt zusätzlich einen Magnetfeldsensor mit drei Freiheitsgraden, einen Temperatur- und einen Drucksensor. Als Drittes wird der am Institut vorhandene und sehr preisgünstige Inertial- und Magnetfeldsensor Razor 9DOF der Firma sparkfun ausgewählt. Um die genaue Lage der Orthese in Ruhe und unter Bewegung zu berechnen, wird ein Strapdown-Algorithmus entwickelt, der die Daten der Drehratensensoren über die Zeit integriert. Da die Drehratensensoren einer Drift und einem Rauschen unterliegen wird ein Kalman-Filter modelliert. Dieser schätzt aus den vorangegangen Messungen die neue Lage und stützt seine Berechnungen durch die Hinzunahme der Beschleunigungs- und optional der Magnetfeldsensoren. Das aufgestellte System- und Messmodell für das Kalman-Filter wird in Matlab implementiert und be ndet sich bei Abgabe des Berichts in der Testphase. Es werden Vergleichsmessungen im Ganglabor der Universität Heidelberg durchgeführt, um die vorangegangen Arbeiten zu überprüfen. Dabei werden zum Einen die Inertialsensoren und die hierfür implementierten Algorithmen mit dem im Ganglabor vorhandenen und markterprobten Xsens MTi-System verglichen. Zum anderen werden die Winkelsensoren mit der optischen dreidimensionalen Ganganalyse der Firma vicon als Referenzsystem überprüft.

Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Orthese
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mess- und Sensortechnik
Hinterlegungsdatum: 09 Jan 2012 13:41
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKS1779

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 02-05-2011

Ende Datum: 02-08-2011

Querverweis: keine

ID-Nummer: 17/24 EMKS1779
Gutachter / Prüfer: Werthschützky, Prof. Dr. Roland
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