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Thesis

Regelung eines Liegedreirads für gelähmte Personen mit hybridem Antrieb

MPS-Authors
http://pubman.mpdl.mpg.de/cone/persons/resource/persons86226

Schmidt,  S.
Systems and Control Theory, Max Planck Institute for Dynamics of Complex Technical Systems, Max Planck Society;

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Citation

Schmidt, S. (2006). Regelung eines Liegedreirads für gelähmte Personen mit hybridem Antrieb. Diploma Thesis, Otto-von-Guericke Universität, Magdeburg.


Cite as: http://hdl.handle.net/11858/00-001M-0000-0013-9A5A-0
Abstract
Das eigenständige Fortbewegen mit einem Liegedreirad kann für Personen mit motorischen Lähmungen (Läsionen des oberen motorischen Neurons) durch gezielte Funktionelle Elektrische Stimulation (FES) der gelähmten Muskulatur realisiert werden. Besonders querschnittgelähmte Menschen und Personen, die einen Schlaganfall erlitten haben, können von dieser Form des Bewegungstrainings profitieren. Neben dem verstärkten Herz-Kreislauf-Trainings durch die Aktivierung der Oberschenkelmuskulatur kann unter Umständen bei teilweisen Lähmungen eine permanente Reaktivierung von verlorenen gegangenen motorischen Funktionen erfolgen. Zusätzlich zum therapeutischen Wert erbringt das FES-Liegedreirad einen funktionellen Nutzen als Fortbewegungsmittel. Leider ist die durch Elektrostimulation erbrachte Leistung (maximal 20 bis 50 W) sehr gering verglichen zum Fahrradfahren von gesunden Menschen. Die maximale Leistung mittels Elektrostimulation reicht zum Fahren auf ebener Strecke und bei Windstille, aber kleine Anstiege und starker Gegenwind können zu einem Problem werden. Des Weiteren ermüden die Muskeln sehr schnell bei künstlicher Aktivierung mittels elektrischer Stimulation, so dass der Aktionsradius der Fortbewegung stark begrenzt ist. Um den Nutzen des FES-Liegedreirads als Fortbewegungsmittel zu steigern, soll in dieser Arbeit ein System mit Hybridantrieb entwickelt werden. Ein Hilfsmotor soll dabei den muskulären Antrieb unterstützen. Dafür sind Regelstrategien zu entwickeln, welche die erforderliche Gesamtleistung zum Antrieb des Liegedreirades bestimmen. Entsprechend der Stärkung und Ausdauer der elektrisch stimulierten Muskeln soll die erforderliche Gesamtleistung auf die Beine und den Motor aufgeteilt werden. Zur Beurteilung der Fahrerleistung stehen Kraftmesssensoren und ein Momentensensor an der Tretkurbel zur Verfügung. Das hybride Antriebssystem bestehend aus Liegedreirad (mit Motor) und Fahrer ist zu modellieren und in Matlab/Simulink zu implementieren. Anhand des Modells soll zunächst eine Simulation der Regelstrategien erfolgen. Anschließend hat die praktische Erprobung der Regelung am realen System mit einem neurologisch intakten Probanden zu erfolgen.