Untersuchungen zur Biomechanik und seniorengerechten Gestaltung von exoskelettalen Bewegungsunterstützungssystemen zur Überwindung von Treppen

dc.contributor.advisorKraft, Marc
dc.contributor.authorBöhme, Max
dc.contributor.grantorTechnische Universität Berlinen
dc.contributor.refereeKraft, Marc
dc.contributor.refereeZentner, Johannes
dc.date.accepted2022-03-11
dc.date.accessioned2022-06-15T11:44:34Z
dc.date.available2022-06-15T11:44:34Z
dc.date.issued2022
dc.description.abstractIn dieser Arbeit wird ein Beitrag zur Biomechanik und seniorengerechten Gestaltung von exoskelettalen Bewegungsunterstützungssystemen (eBUS) geleistet, welche insbesondere für die Überwindung von Treppen geeignet sind. Bei der Gestaltung liegt der Fokus auf der Strategie eines minimalen Systemaufbaus, indem alleinig der Aufstieg und Abstieg von Senioren unterstützt wird. Technische Systeme wie Aufzüge oder Treppenlifte adressieren nicht die Restmobilität von Senioren, wodurch eine Rückbildung der Muskulatur eher begünstigt wird. Exoskelettale Systeme sind hingegen am Körper zu tragen und können die Bewegung aktiv unterstützen, was eine aktivierende Wirkung zur Folge haben kann und zur Erhalt der muskuloskelettalen Funktion beitragen könnte. Allerdings sind die eBUS des Standes der Technik und Forschung einerseits nicht explizit für Senioren und andererseits oft für die Unterstützung mehrerer Bewegungen konzipiert. Infolgedessen werden die Maximalanforderungen, die an das Gesamtsystem und dessen einzelnen Komponenten gestellt werden, von der jeweiligen zu unterstützenden Bewegung vorgegeben. Ein eBUS, welches insbesondere auf die Spezifik der Treppenüberwindung ausgelegt und nur für Senioren konzipiert ist, muss folglich durch eine andere Systemstruktur mit einer minimaleren Aktuierung geprägt sein. Um dieses Ziel zu erreichen wurde eingangs der Stand der Technik und Forschung analysiert sowie die Forschungs- und Entwicklungsziele abgeleitet. Durch Anwendung einer partizipativen Entwicklungsmethode konnten Senioren bereits in einer frühen Entwicklungsphase eingebunden werden, indem dessen Anforderungen ermittelt wurden. Anschließend wurde der biomechanische Unterstützungsbedarf von Senioren quantifiziert, prinzipielle Unterstützungsmöglichkeiten simulativ untersucht und konzeptionelle eBUS synthetisiert. Abschließend wurde die Funktionsweise eines physischen Aufbaus experimentell getestet. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass ein für die Treppenüberwindung konzipiertes eBUS junge Menschen unterstützt und die geforderten Funktionen grundsätzlich erfüllt werden. Durch den experimentellen Funktionsnachweis konnten auch Optimierungspotentiale des eBUS identifiziert werden, welche in nachfolgenden oder äquivalenten Entwicklungen berücksichtigt werden sollten.de
dc.description.abstractThis thesis is about the biomechanics and elderly-friendly design of exoskeletal movement assisting systems (eBUS) that are particularly suitable for climbing stairs. During a dedicated development, the strategy of a minimal system structure was pursued, where only the ascent and descent of elderly people are assisted. Technical systems such as lifts or stair lifts do not address the residual mobility of elderly people, which tends to favour a regression of the muscles. Whereas exoskeleton systems can be attached to the body and actively assist movement, which can have an activating effect and might contribute to maintaining musculoskeletal function. However, prior art and research eBUS are not explicitly designed for elderly on the one hand and are often designed to support multiple movements on the other. As a result, the maximum requirements for the entire system and its individual components are determined by the movement that needs to be assisted. An eBUS that is designed in particular for the specific purpose of climbing stairs and is only designed for elderly people must therefore be characterised by a different system structure with a minimized actuation. To achieve this goal, the state of the art was analysed and the research and development goals were defined. By applying a participation development method, it was possible to involve elderly people in an early development phase by determining their requirements. Subsequently, the biomechanical assistance needs of elderly people were quantified, principle assistance possibilities were simulated and conceptual eBUS were synthesised. Finally, the functionality of the physical structure was tested experimentally. As a result, it could be shown that a developed eBUS assists young people during stair climbing and that the required functions are basically fulfilled. Through the experimental proof of function, it was also possible to identify optimization potentials of the eBUS, which should be exploited in subsequent developments.en
dc.identifier.urihttps://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/16716
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.14279/depositonce-15494
dc.language.isodeen
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/en
dc.subject.ddc620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeitende
dc.subject.ddc600 Technik, Technologiede
dc.subject.ddc629 Andere Fachrichtungen der Ingenieurwissenschaftende
dc.subject.otherBiomechanikde
dc.subject.otherExoskelettde
dc.subject.otherTreppensteigende
dc.subject.otherSeniorende
dc.subject.otherkonstruktive Entwicklungde
dc.subject.otherbiomechanicsen
dc.subject.otherexoskeletonen
dc.subject.otherstair climbingen
dc.subject.otherseniorsen
dc.subject.otherengineering designen
dc.titleUntersuchungen zur Biomechanik und seniorengerechten Gestaltung von exoskelettalen Bewegungsunterstützungssystemen zur Überwindung von Treppende
dc.title.translatedInvestigations of biomechanics and elderly-friendly design of exoskeletal movement assisting systems for climbing stairsen
dc.typeDoctoral Thesisen
dc.type.versionacceptedVersionen
tub.accessrights.dnbfreeen
tub.affiliationFak. 5 Verkehrs- und Maschinensysteme::Inst. Maschinenkonstruktion und Systemtechnik::FG Medizintechnikde
tub.affiliation.facultyFak. 5 Verkehrs- und Maschinensystemede
tub.affiliation.groupFG Medizintechnikde
tub.affiliation.instituteInst. Maschinenkonstruktion und Systemtechnikde
tub.publisher.universityorinstitutionTechnische Universität Berlinen

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