Entwicklung einer Entwicklungs- und Bewertungsumgebung für Systeme mit dem Menschen im Leistungsfluss samt notwendiger Grundlagen wie Methoden und Modelle

Description

Die Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg (HSU) hat am 11. August 2020 gemeinsam mit der Universität der Bundeswehr München das neue "Zentrum für Digitalisierungs- und Technologieforschung der Bundeswehr" (kurz DTEC.Bw) gegründet. Mit dem Projekt UT 7022 „Digitale Entwicklungs- und Validierungsumgebung für physische Unterstützungssysteme zur Optimierung der Mensch-Technik-Interaktion (MTI) und -Schnittstellen am Beispiel von Exoskeletten" (im Folgenden: EVO-MTI) verfolgt die HSU das Ziel, eine Entwicklungs- und Bewertungsumgebung (Werkzeug) für Systeme mit dem Menschen im Leistungsfluss (Exoskelette, Prothesen und Orthesen) samt notwendiger Grundlagen wie Methoden und Modelle zu entwickeln. Lot 1: Das Projekt EVO-MTI will den besonderen Herausforderungen der reproduzierbaren Abbildung des Menschen und dessen Heterogenität sowie der Modellierung, Gestaltung und Bewertung physischer Unterstützungssysteme bei direkter Kopplung mit dem Menschen begegnen. Die HSU beabsichtigt, ein innovatives und digitales Werkzeug (technische Umgebung) zu entwickeln, das die menschlichen Fähigkeiten nachempfindet, eine mechanisch-dynamische Wechselwirkung zwischen Mensch und technischem Produkt inklusive einer realitätsnahen Nachbildung von Anwendungsszenarien beinhaltet und dabei neben ergonomischen Aspekten auch dynamische und biomechanische Eigenschaften und Leistungskennwerte von Mensch und Technik berücksichtigt und abbildet. Der Auftragnehmer soll im Rahmen des Projekts EVO-MTI folgende Leistungen erbringen: • Aufbau und Qualifizierung der robotergestützten Umgebung zur Exoskelettsimulation, inklusive hard- und softwaretechnischer Umsetzung, insbesondere durch: - Sensorintegration in die Anwendungsumgebung und automatisierte Kalibrierung von bis zu vier Robotern an unterschiedliche Nutzer, Tätigkeiten/Bewegungen und/oder Exoskelettangriffspunkte sowie zur Bewegungs- und Posenerkennung, - Entwicklung eines nutzerfreundlichen User-Interfaces zur Bedienung der Anwendungsumgebung, das zugleich die Kalibrierung der Umgebung auf Nutzer und Tätigkeiten, eine Parametrisierung im Hinblick auf relevante Exoskeletteigenschaften und Unterstützungscharakteristik sowie deren Visualisierung ermöglicht und den Bewegungsbereich der Roboter sowie deren optimalen Installationsstandort anzeigt. • Modellbildung exoskelettaler Funktionalitäten und Implementierung in die Anwendungsumgebung sowie die dazu notwendigen Vorarbeiten, insbesondere durch: - Qualifizierung der Anwendungsumgebung dahingehend, dass eine menschliche Bewegung erkannt wird und die Roboter dieser kraftfrei und dynamisch folgen, wobei ein Überschreiten des Bewegungsbereichs dem Benutzer angezeigt wird, - Integration einer Unterstützungsfunktion und entsprechende Weiterqualifizierung der Anwendungsumgebung, wobei am Ende unterschiedliche Kraftkurven über das Bedienelement ausgewählt und parametrisiert werden können, - Anpassung der Exoskelette bei erstmaliger Anwendung jedes Trägers auf die Anthropometrie durch Entwicklung eines kinematischen Ersatzmodells des Exoskelettes und Implementierung dieses in die Anwendungsumgebung, - Modellierung der Aktuatorik sowie die Implementierung des Modells in die Anwendungsumgebung. • Safety-Bewertung und anschließende Konzeption und Umsetzung eines Safety-Konzepts sowie die Umsetzung einer Schnittstelle zur Aufzeichnung von Anwendungsdaten durch Entwicklung einer geeigneten Datenbank zur Vorbereitung umfangreicher Nutzerstudien mit der Anwendungsumgebung. • Unterstützung der geplanten Untersuchungen zur Validierung der Anwendungsumgebung im Rahmen vorgegebener Anwendungsszenarien und aufbauende, funktionale Optimierung der kollaborativen Roboter.