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Entwicklung einer echtzeitfähigen Kommunikationsstruktur zum Einsatz in aktiven Kniegelenksorthesen

Kairlas, Maximos :
Entwicklung einer echtzeitfähigen Kommunikationsstruktur zum Einsatz in aktiven Kniegelenksorthesen.
TU Darmstadt, Institut EMK FG M+EMS
[Bachelorarbeit], (2013)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zur Mobilitätsunterstützung älterer Menschen wird am Institut EMK der TU Darmstadt eine Kniegelenksorthese entwickelt, die die Intention des Nutzers erkennt und bei sit-to-stand Bewegungen ein Moment am Knie einkoppelt und somit den Nutzer unterstützt. Die an der Orthese installierten Sensoren müssen Daten an den Regelungsrechner senden, um eine Regelung der Aktoren an der Orthese zu ermöglichen. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Kommunikationsstruktur entwickelt, die das Auslesen der Sensoren mit einer Zykluszeit von <1ms und die Ansteuerung der Aktoren mit einer Zykluszeit von <0,5 ms ermöglicht. Zur gleichmäßigen Belastung der verwendeten Aktoren werden diese synchronisiert, sodass ein Jitter von <50 μs auftritt. Für die entwickelte Kommunikationsstruktur werden auf Ethernet basierende Feldbusse untersucht und der echtzeitfähige Bus EtherCAT ausgewählt. Dieser ermöglicht den geforderten zyklische Austausch von 1,1 kByte Nutzdaten zwischen dem Master und den Slaves in weniger als 100 μs. Der Aufbau der Slaves, an welche die Sensoren/Aktoren angebunden werden, wird modular entwickelt, sodass eine flexible Anbindung von Sensoren und Aktoren erfolgen kann. Als Prozessoreinheit für die Slaves wird der ASIC ET1100 von Beckhoff gewählt, da dieser eine Synchronisation der angeschlossenen Aktoren ermöglicht und die Anbindung von Sensoren und Aktoren über das SPI Interface ermöglicht. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, Slaves ohne den Einsatz von Ethernet Kabeln, über den E-BUS miteinander zu verbinden. Zur Validierung des entwickelten Konzepts wird das Evaluierungsboard EL9800_4A und der Slave FB1111-0142 von Beckhoff an Matlab/Simulink angebunden und die Mastersoftware xPC-Target verwendet.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2013
Autor(en): Kairlas, Maximos
Titel: Entwicklung einer echtzeitfähigen Kommunikationsstruktur zum Einsatz in aktiven Kniegelenksorthesen
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zur Mobilitätsunterstützung älterer Menschen wird am Institut EMK der TU Darmstadt eine Kniegelenksorthese entwickelt, die die Intention des Nutzers erkennt und bei sit-to-stand Bewegungen ein Moment am Knie einkoppelt und somit den Nutzer unterstützt. Die an der Orthese installierten Sensoren müssen Daten an den Regelungsrechner senden, um eine Regelung der Aktoren an der Orthese zu ermöglichen. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Kommunikationsstruktur entwickelt, die das Auslesen der Sensoren mit einer Zykluszeit von <1ms und die Ansteuerung der Aktoren mit einer Zykluszeit von <0,5 ms ermöglicht. Zur gleichmäßigen Belastung der verwendeten Aktoren werden diese synchronisiert, sodass ein Jitter von <50 μs auftritt. Für die entwickelte Kommunikationsstruktur werden auf Ethernet basierende Feldbusse untersucht und der echtzeitfähige Bus EtherCAT ausgewählt. Dieser ermöglicht den geforderten zyklische Austausch von 1,1 kByte Nutzdaten zwischen dem Master und den Slaves in weniger als 100 μs. Der Aufbau der Slaves, an welche die Sensoren/Aktoren angebunden werden, wird modular entwickelt, sodass eine flexible Anbindung von Sensoren und Aktoren erfolgen kann. Als Prozessoreinheit für die Slaves wird der ASIC ET1100 von Beckhoff gewählt, da dieser eine Synchronisation der angeschlossenen Aktoren ermöglicht und die Anbindung von Sensoren und Aktoren über das SPI Interface ermöglicht. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, Slaves ohne den Einsatz von Ethernet Kabeln, über den E-BUS miteinander zu verbinden. Zur Validierung des entwickelten Konzepts wird das Evaluierungsboard EL9800_4A und der Slave FB1111-0142 von Beckhoff an Matlab/Simulink angebunden und die Mastersoftware xPC-Target verwendet.

Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Echtzeit Motorsteuerung analog Master-Slave-System Programmierung Mikrocontroller Bussystemvergleich
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 09 Okt 2013 08:00
Zusätzliche Informationen:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB 1827

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 17-04-2013

Ende Datum: 16-09-2013

ID-Nummer: 17/24 EMKB 1827
Gutachter / Prüfer: Schlaak, Prof. Helmut F.
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