Andreas Horn, Home

Dipl.-Ing. Andreas Horn

Arbeitsgebiet(e)

  • Assistenzrobotik
  • Forschungsgruppe Adaptive Kniegelenkorthese

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Forschungsprojekt

Innerhalb einer interdisziplinaren Forschungsgruppe bestehend aus dem Institut für Elektromechanische Konstruktionen (EMK), der Abteilung für Orthopädie und Unfallchirurgie des Universitätsklinikums Heidelberg und dem Fachgebiet Regelungstechnik und Mechatronik werden verschiedene Aspekte bezüglich der Entwicklung einer aktiven Kniegelenkorthese untersucht. Das Projekt wird von der DFG unter dem Förderkennzeichen KO1876/12 gefördert.

Während der ersten Förderungsphase wurden mehrere Prototypen entwickelt und verschiedene Fragestellungen hinsichtlich der eingesetzten Sensoren und insbesondere der Regelung des verwendeten seriell-elastischen Antriebs (Engl.: series elastic actuator) untersucht. In ersten Probandenstudien konnte gezeigt werden, dass die aktive Orthese den Träger bei sogenannten Transferbewegungen wie z.B. dem Aufstehen aus dem Sitzen (Engl.: Sit-to-Stand) durch eine Drehmomentabgabe an den Kniegelenken so unterstützt, dass weniger eigene Muskelkraft für den Bewegungsvorgang aufgewendet werden muss.

Bezogen auf die Zielgruppe älterer Menschen, deren Lokomotion durch altersbedingte, muskuläre Defizite eingeschränkt ist, stellen aktive Orthesen somit einen vielversprechenden Ansatz dar, um diesen Menschen eine längere selbstbestimmte Lebensphase, unabhängig von ortsgebundenen Assistenzsystemen (z.B. Aufstehhilfe, Treppenlift) oder Pflegepersonal, zu ermöglichen.

In der aktuell laufenden, zweiten Förderungsphase werden nun weitere zentrale Fragestellungen adressiert. Zum einen wird ein modular aufgebauter Prototyp entwickelt, der im Gegensatz zu klassischerweise maßgefertigten Orthesen mehreren Menschen passt, wodurch die Durchführung weiterer Probandenstudien erheblich erleichtert wird. Parallel hierzu erfolgt eine Weiterentwicklung der verwendeten Sensorsysteme. Hierbei werden nach wie vor ausschließlich nicht-invasive Sensoren verwendet, um die benötigten Messgrößen zu erfassen.

Von zentraler Bedeutung ist darüber hinaus die Entwicklung eines leichteren Antriebskonzepts, um eine biomechanisch natürlichere Gewichtsverteilung des Gesamtsystems zu erreichen. Dabei kommen mehrere sogenannte String-Aktoren (Engl.: Twisted String Drive) zum Einsatz, deren Ansteuerung mittels einer Mehrgrößenregelung erfolgt. Hierbei werden verschiedene modellbasierte und beobachtergestützte Regelungsansätze untersucht und bezüglich der Einstellung des gewünschten Unterstützungsmomentes verglichen. Zugleich muss die Regelung in unterstützungsfreien Bewegungssituationen, wie z.B. dem ebenen Gehen, ein möglichst transparentes Systemverhalten erzeugen, sodass der Träger der Orthese nicht behindert wird, bzw. überhaupt nicht spürt, dass er eine Orthese trägt (Nullmoment-Regelung). Erst hierdurch wird eine vollständige Einbindung der aktiven Orthese in das Körperschema des Trägers möglich, was die Voraussetzung für eine intuitive Nutzung dieses Assistenzsystems im Alltag ist.

Abschlussarbeiten

Zur Zeit sind keine Abschlussarbeiten zu vergeben…

HiWi-Stellen

Zur Zeit sind keine HiWi-Stellen verfügbar…

abgeschlossene studentische Arbeiten

  • Modellbildung und Reglerentwurf für Twisted String Drives (Masterarbeit 2017)
  • Regelung einer Lastmaschine in einem Antriebsstrang mit variabler Torsionssteifigkeit (externe Bachelorarbeit 2016)
  • Verwendung von Muskelbandsensoren zur fuzzy-basierten Situationserkennung an einer aktiven Kniegelenkorthese (Bachelorarbeit 2016)
  • Modellbildung, Systemanalyse und Reglerentwurf für String-Aktoren an einer aktiven Orthese (Bachelorarbeit 2015)
  • Rückführung von Regelgrößen zur Sollwerterzeugung (Bachelorarbeit 2015)
  • Bestimmung des Sprunggelenkwinkels mittels Inertialsensorik zur Kniemomentbestimmung in der Bewegungsanalyse (Bachelorarbeit 2015)
  • Kniemomentbestimmung an einer aktiven Orthese mit flexibler Fußgelenkkinematik (Masterarbeit 2015)
  • Untersuchung der Anwendbarkeit von Simulationstechniken in der Entwicklungsphase einer Verpackungsmaschine (externe Masterarbeit 2014)
  • Berechnung von optimalen, zyklischen Pitch-Steuerungstrajektorien und die drehzahlvariable Regelung einer kleinen vertikalen Windkraftanlage (externe Diplomarbeit 2014)
  • Verbesserung der Konstruktion und Regelung eines Hochregallagers (Projektseminar 2014)
  • Automatisierung eines Hochregallagers und Entwurf einer Praktikums-Versuchsdurchführung (Projektseminar 2013)
  • Konstruktion und Regelung eines Hochregallagers (Masterarbeit 2013)
  • Umbau der mechatronischen Wippe und Erweiterung der Regelung (Projektseminar 2013)
  • Umbau des Pendelschraubers zum mikrocontrollerbasierten Betrieb (Projektseminar 2013)
  • Reale Experimente bezüglich Strömungsregelung (Proseminar 2012)

Publikationen

Gruppiere nach: Datum | Typ des Eintrags | Keine Gruppierung
Springe zu: 2017 | 2015 | 2012
Anzahl der Einträge: 4.

2017

Hielscher, Jürgen ; Horn, Andreas ; Grün, Markus ; Hessinger, Markus ; Schindler, Mark ; Bauer, Fabian ; Werthschützky, Roland :
Situation Detection in a Movement-Assistive Device.
In: AMA Conferences 2017 - SENSOR 2017 - 18th International Conference on Sensors and Measurement Technology, 30.05.2017, Nürnberg. Nürnberg
[Konferenz- oder Workshop-Beitrag], (2017)

Pott, Peter P. ; Wolf, Sebastian ; Block, Julia ; von Drongelen, Stefan ; Grün, Markus ; Heitzmann, Daniel ; Hielscher, Jürgen ; Horn, Andreas ; Müller, Roman ; Rettig, Oliver ; Konigorski, Ulrich ; Werthschützky, Roland ; Schlaak, Helmut F. ; Meiß, Thorsten :
Knee-ankle-foot orthosis with powered knee for support in the elderly.
In: Proc IMechE Part H: J Engineering in Medicine pp. 1-13.
[Artikel], (2017)

2015

Hielscher, Jürgen ; Müller, Roman ; Meiss, Thorsten ; Horn, Andreas ; Block, Julia ; van Drongelen, Stefan ; Konigorski, Ulrich ; Schlaak, Helmut F. ; Pott, Peter P. ; Werthschützky, Roland :
Powered Active Knee-Ankle-Foot-Orthosis.
In: BMT 2015 - 49th DGBMT Annual Conference, 16.09.2015, Lübeck.
[Konferenz- oder Workshop-Beitrag], (2015)

2012

Euler, Juliane ; Horn, Andreas ; Haumann, Dominik ; Adamy, Jürgen ; Stryk, Oskar von :
Cooperative n-boundary tracking in large scale environments.
[Online-Edition: http:\\ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?arnumber=6...]
In: MASS 2012, 8-11 October 2012, Las Vegas, Nevada, USA. MASS 2012, the 9th IEEE International Conference on Mobile Ad hoc and Sensor Systems Piscataway, NJ, USA
[Konferenz- oder Workshop-Beitrag], (2012)

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