DE102018211050A1 - Process for operating an exoskeleton system, exoskeleton system and central server unit - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Exoskelett-Systems (10) umfassend zumindest ein Exoskelett-Modul (12, 12', 14) mit zumindest einem Aktor (18). Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Exoskelett-System (10) sowie eine zentrale Servereinheit (22). Die zentrale Servereinheit (22) ermittelt basierend auf einem dem zumindest einen Exoskelett-Modul (12, 12', 14) zugeordneten Steuerprogramm einen Bewegungsbefehl (28), welcher zumindest eine Steuerungsanweisung zur Steuerung des zumindest einen Aktors (18) umfasst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Anschließen eines weiteren Exoskelett-Moduls (16) an eine physische Schnittstelle des zumindest einen Exoskelett-Moduls (12) erfasst wird. Die zentrale Servereinheit (22) lädt daraufhin ein zu dem weiteren angeschlossenen Exoskelett-Modul (16) zugeordnetes Steuerprogramm aus einer Speichereinheit (26) und verknüpft dieses mit den jeweiligen Steuerprogrammen der übrigen Exoskelett-Module (12, 12', 14) des Exoskelett-Systems (10). Der Bewegungsbefehl (28) wird nun basierend auf allen miteinander verknüpften Steuerprogrammen der jeweiligen Exoskelett-Module (12, 12', 14, 16) des Exoskelett-Systems (10) ermittelt.

Figure DE102018211050A1_0000
The invention relates to a method for operating an exoskeleton system (10) comprising at least one exoskeleton module (12, 12 ', 14) with at least one actuator (18). The invention also relates to an exoskeleton system (10) and a central server unit (22). The central server unit (22) determines a movement command (28) based on a control program associated with the at least one exoskeleton module (12, 12 ', 14), which comprises at least one control instruction for controlling the at least one actuator (18). The invention is characterized in that a connection of a further exoskeleton module (16) to a physical interface of the at least one exoskeleton module (12) is detected. The central server unit (22) then loads a control program assigned to the further connected exoskeleton module (16) from a memory unit (26) and links it to the respective control programs of the other exoskeleton modules (12, 12 ', 14) of the exoskeleton module. Systems (10). The movement command (28) is now determined based on all linked control programs of the respective exoskeleton modules (12, 12 ', 14, 16) of the exoskeleton system (10).
Figure DE102018211050A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Exoskelett-Systems umfassend zumindest ein Exoskelett-Modul mit zumindest einem Aktor. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Exoskelett-System sowie eine zentrale Servereinheit zum Ermitteln eines Bewegungsbefehls für ein Betreiben eines Exoskelett-Systems.The invention relates to a method for operating an exoskeleton system comprising at least one exoskeleton module with at least one actuator. Furthermore, the invention relates to an exoskeleton system and a central server unit for determining a movement command for operating an exoskeleton system.

Ein sogenanntes Exoskelett ist dafür bekannt, einem Körperteil oder einem biologischen Organismus eine äußere Stützstruktur zu geben. Ein Exoskelett findet somit Anwendung im medizinischen Bereich, beispielsweise als Orthese, oder als eine am Körper getragene Maschine, die eine Bewegung eines Trägers unterstützt beziehungsweise verstärkt, indem zum Beispiel ein Gelenk des Exoskeletts durch einen Aktor oder durch einen Motor angetrieben wird. Ein Exoskelett kann aber auch eine industrielle Anwendung finden, beispielsweise zum Heben schwerer Lasten oder zum Handhaben von Werkzeugen. Es ist bekannt, dass mehrere Module eines Exoskeletts, die beispielsweise jeweils einen Arm, ein Bein oder einen Fuß unterstützen, zu einem ganzheitlichen Exoskelett-System zusammengesetzt sind, um eine Bewegung der einzelnen Exoskelett-Module miteinander zu koordinieren.A so-called exoskeleton is known for giving an external support structure to a body part or a biological organism. An exoskeleton is thus used in the medical field, for example as an orthosis, or as a machine worn on the body, which supports or reinforces movement of a wearer, for example by driving a joint of the exoskeleton by an actuator or by a motor. However, an exoskeleton can also find an industrial application, for example for lifting heavy loads or for handling tools. It is known that several modules of an exoskeleton, each of which supports an arm, a leg or a foot, for example, are combined to form a holistic exoskeleton system in order to coordinate a movement of the individual exoskeleton modules with one another.

So beschreibt die US 2017/0202725 A1 ein Exoskelett zur Rehabilitation und Wiederherstellung einer Muskelfunktion bei Patienten mit eingeschränkter Muskelfunktion oder Muskelkontrolle. Das Exoskelett umfasst ein System von motorisierten Klammern, welche eine Kraft auf die Gliedmaßen des Trägers ausüben können. Hierzu weist das Exoskelett ein Steuersystem auf, welches die Position der Klammern sowie eine Stärke der ausgeübten Kraft steuert. Die Steuerung erfolgt gemäß einer oder mehrerer Trajektoriensequenzen, welche vorab auf einem zentralen Server hochgeladen werden und einem Nutzer des Exoskeletts zum Download bereitgestellt werden.So describes the US 2017/0202725 A1 an exoskeleton for the rehabilitation and restoration of muscle function in patients with impaired muscle function or muscle control. The exoskeleton includes a system of motorized staples that can exert a force on the wearer's limbs. For this purpose, the exoskeleton has a control system which controls the position of the clips and a strength of the force exerted. The control takes place according to one or more trajectory sequences, which are uploaded beforehand to a central server and made available to a user of the exoskeleton for download.

Aus der EP 3 192 484 A1 ist ein Gang-Datenverwaltungssystem bekannt. Ein Gang-Unterstützungsgerät umfasst Sensoren, welche einen Gang eines Nutzers mit dem Gang-Unterstützungsgerät erfassen. Das Gang-Datenverwaltungssystem ermittelt durch ein statistisches Verfahren einen charakteristischen Gang-Algorithmus, welcher anschließend dem Gang-Unterstützungsgerät übertragen wird.From the EP 3 192 484 A1 a gang data management system is known. A gait support device comprises sensors which detect a user's gait with the gait support device. The gait data management system uses a statistical method to determine a characteristic gait algorithm, which is then transmitted to the gait support device.

Die EP 3 037 081 A1 beschreibt ein Exoskelett zur Unterstützung eines Nutzers beim Laufen mittels eines Stützmoments. Hierbei werden ebenfalls Daten bezüglich eines Ganges des Nutzers von Sensoren erfasst und an einen Server übertragen, welcher einen idealen Stützmoment basierend auf den erfassten Daten ermittelt.The EP 3 037 081 A1 describes an exoskeleton to support a user while running by means of a supporting moment. Here, too, data relating to a user's gait is recorded by sensors and transmitted to a server, which determines an ideal support torque based on the recorded data.

Die bekannten Exoskelett-Systeme bilden ein in sich geschlossenes System aus einer bestimmten Anzahl von Modulen und bilden daher den Nachteil, wenig anpassungsfähig auf einzelne Bedürfnisse verschiedener Benutzer zu sein.The known exoskeleton systems form a self-contained system from a certain number of modules and therefore have the disadvantage of being less adaptable to individual needs of different users.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines gattungsgemäßen Exoskelett-Systems sowie ein gattungsgemäßes Exoskelett-System derart weiterzuentwickeln, dass eine flexible Benutzung und ein an die einzelnen Bedürfnisse eines Benutzers angepasster Gebrauch des Exoskelett-Systems ermöglicht werden.The object of the present invention is to further develop a method for operating a generic exoskeleton system and a generic exoskeleton system in such a way that flexible use and use of the exoskeleton system adapted to the individual needs of a user are made possible.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche, die folgende Beschreibung und die Figuren offenbart.This object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention are disclosed by the subclaims, the following description and the figures.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Exoskelett-System, dass eine nachträgliche funktionale Ergänzung und/oder Erweiterung einzelner Exoskelett-Module durch weitere Exoskelett-Module erlaubt, besonders viel Flexibilität für einen Benutzer des Exoskelett-Systems bietet. So kann der Benutzer je nach Bedarf weitere Exoskelett-Module an sein bestehendes Exoskelett-System nachträglich anschließen und/oder das Exoskelett-System nachträglich um weitere Funktionen ergänzen.The present invention is based on the knowledge that an exoskeleton system that allows a subsequent functional addition and / or expansion of individual exoskeleton modules by additional exoskeleton modules offers a great deal of flexibility for a user of the exoskeleton system. Thus, the user can subsequently connect additional exoskeleton modules to his existing exoskeleton system and / or supplement the exoskeleton system with additional functions.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Exoskelett-Systems umfassend zumindest ein Exoskelett-Modul mit zumindest einem Aktor sieht vor, dass eine zentrale Servereinheit auf Empfang einer Ausführungsanweisung hin und basierend auf einem dem zumindest einen Exoskelett-Modul zugeordneten Steuerprogramm einen Bewegungsbefehl ermittelt, welcher zumindest eine Steuerungsanweisung zur Steuerung des zumindest einen Aktors des zumindest einen Exoskelett-Moduls umfasst. Das zu dem zumindest einem Exoskelett-Modul zugeordnete Steuerprogramm kann beispielsweise einen Mikroprozessor mit einem Programmcode umfassen, welcher speziell für eine Berechnung einer Steuerung und/oder Bedienung des zumindest einen Aktors des betreffenden Exoskelett-Moduls ausgebildet ist. Das Steuerprogramm kann als eine zum Steuern des betreffenden Exoskelett-Moduls eingerichtete Software ausgebildet sein. Durch die zumindest eine Steuerungsanweisung des Bewegungsbefehls können alle Aktoren des Exoskelett-Systems daraufhin angesteuert werden, dass das Exoskelett-System insgesamt eine bestimmte Bewegung und/oder Bewegungsabfolge ausführt.The method according to the invention for operating an exoskeleton system comprising at least one exoskeleton module with at least one actuator provides that a central server unit, upon receipt of an execution instruction and based on a control program assigned to the at least one exoskeleton module, determines a movement command which determines at least one Control instruction for controlling the at least one actuator of the at least one exoskeleton module comprises. The control program assigned to the at least one exoskeleton module can, for example, comprise a microprocessor with a program code which is specially designed for calculating a control and / or operation of the at least one actuator of the relevant exoskeleton module. The control program can be designed as software set up to control the relevant exoskeleton module. By means of the at least one control instruction of the movement command, all actuators of the exoskeleton system can be controlled so that the exoskeleton system as a whole executes a specific movement and / or sequence of movements.

Dabei sieht das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte vor: in einem ersten Verfahrensschritt wird ein Anschließen eines weiteren Exoskelett-Moduls an eine physische Schnittstelle des zumindest ein Exoskelett-Moduls erfasst. Mit anderen Worten wird ein nachträgliches, physisches Anschließen des weiteren Exoskelett-Moduls an das bereits bestehende Exoskelett-System erfasst. Hierzu kann die physische Schnittstelle und/oder das jeweilige Exoskelett-Modul eine Erfassungseinheit aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, das Anschließen des weiteren Exoskelett-Moduls automatisch zu erkennen. Es kann aber auch manuell durch einen Benutzer eine Eingabe über das physische Anschließen des weiteren Exoskelett-Moduls über eine Benutzerschnittstelle getätigt werden.The method according to the invention provides for the following steps: in a first method step, another is connected Exoskeleton module detected at a physical interface of the at least one exoskeleton module. In other words, a subsequent physical connection of the further exoskeleton module to the existing exoskeleton system is recorded. For this purpose, the physical interface and / or the respective exoskeleton module can have a detection unit which is set up to automatically detect the connection of the further exoskeleton module. However, an entry can also be made manually by a user by physically connecting the further exoskeleton module via a user interface.

In einem zweiten Verfahrensschritt wird ein Erfassungssignal mit einer Information über das weitere angeschlossene Exoskelett-Modul an die zentrale Servereinheit gesendet. Hierzu kann eine Kommunikationsverbindung zwischen der Erfassungseinheit und der zentralen Servereinheit aufgebaut werden. Alternativ kann aber auch eine Kommunikationsverbindung zwischen der Benutzerschnittstelle und der zentralen Servereinheit aufgebaut werden.In a second method step, a detection signal with information about the further connected exoskeleton module is sent to the central server unit. For this purpose, a communication link can be established between the registration unit and the central server unit. Alternatively, however, a communication connection can also be established between the user interface and the central server unit.

In einem dritten Verfahrensschritt lädt die zentrale Servereinheit aus einer Speichereinheit ein zu dem weiteren angeschlossenen Exoskelett-Modul zugeordnetes Steuerprogramm. Hierbei kann es sich ebenfalls um einen Programmcode handeln, welcher speziell für eine Berechnung einer Steuerung und/oder Bedienung des zumindest einen Aktors des weiteren angeschlossenen Exoskelett-Moduls ausgebildet ist. Die zentrale Servereinheit kann selbst die Speichereinheit umfassen oder alternativ eine auf eine der Servereinheit externe Speichereinheit zugreifen. Das jeweilige Steuerprogramm des zumindest einen Exoskelett-Moduls des Exoskelett-Systems wird mit dem geladenen Steuerprogramm des weiteren angeschlossenen Exoskelett-Moduls verknüpft. Hierzu können beispielsweise die jeweiligen Programmcodes zusammengefasst werden.In a third method step, the central server unit loads a control program assigned to the further connected exoskeleton module from a memory unit. This can also be a program code which is designed specifically for calculating a control and / or operation of the at least one actuator of the further connected exoskeleton module. The central server unit can itself comprise the storage unit or alternatively access a storage unit external to the server unit. The respective control program of the at least one exoskeleton module of the exoskeleton system is linked to the loaded control program of the further connected exoskeleton module. For this purpose, the respective program codes can be summarized, for example.

In einem vierten Verfahrensschritt wird der Bewegungsbefehl basierend auf allen miteinander verknüpften Steuerprogrammen der jeweiligen Exoskelett-Module des Exoskelett-Systems ermittelt. Mit anderen Worten berücksichtigt der Bewegungsbefehl alle Steuerprogramme der aneinander angeschlossenen Exoskelett-Module des Exoskelett-Systems. Hierzu wird ermöglicht, dass der Bewegungsbefehl alle Bewegungskombinationen, die durch die verschiedenen Exoskelett-Module ermöglicht werden, umfassen kann. Somit ergibt sich der Vorteil, dass die zusammengefügte Exoskelett-Module nahtlos und zeitnah nach dem Anschluss des weiteren Exoskelett-Moduls miteinander interagieren und sich gegenseitig ergänzen können.In a fourth method step, the movement command is determined based on all linked control programs of the respective exoskeleton modules of the exoskeleton system. In other words, the movement command takes into account all control programs of the connected exoskeleton modules of the exoskeleton system. This enables the movement command to include all combinations of movements made possible by the various exoskeleton modules. This results in the advantage that the assembled exoskeleton modules can interact with one another seamlessly and promptly after the connection of the further exoskeleton module and can complement one another.

Die einzelnen Exoskelett-Module können beispielsweise mittels eines sogenannten „Plug and Play“-Verfahrens sowohl Software-technisch als auch biomechanisch zusammengefügt werden und insgesamt ein in sich konsistentes Exoskelett-System bilden. Beispielsweise weist hierzu jedes Exoskelett-Modul eine standardisierte physische Schnittstelle auf. Dies bietet den Vorteil, dass ein Benutzer des Exoskelett-Systems zu unterschiedlichen Zeitpunkten einzelne Exoskelett-Module erwerben und/oder mieten kann und diese einzeln erworbenen Exoskelett-Module in ein funktionierendes Gesamtsystem integrieren kann. Somit können je nach Bedarf des einzelnen Benutzers verschiedene Konfigurationen des Exoskelett-Systems vorliegen. Das Exoskelett-System kann variabel und schnell für diverse Anwendungsfälle angepasst, erweitert und/oder reduziert werden und bleibt in allen möglichen Konfigurationen funktionstüchtig.The individual exoskeleton modules can be combined, for example, using a so-called “plug and play” method, both in terms of software and biomechanics, and form an overall consistent exoskeleton system. For example, each exoskeleton module has a standardized physical interface. This offers the advantage that a user of the exoskeleton system can purchase and / or rent individual exoskeleton modules at different times and can integrate these individually acquired exoskeleton modules into a functioning overall system. Thus, different configurations of the exoskeleton system can exist depending on the needs of the individual user. The exoskeleton system can be variably and quickly adapted, expanded and / or reduced for various applications and remains functional in all possible configurations.

Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben. Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes further developments of the method according to the invention, which result in additional advantages. The invention also includes combinations of the features of the described embodiments.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zentrale Servereinheit für jedes Exoskelett-Modul des Exoskelett-Systems den Bewegungsbefehl mit einer das jeweilige Exoskelett-Modul betreffenden Steuerungsanweisung ermittelt. Dabei wird die jeweilige Steuerungsanweisung unter Einbeziehung einer Wechselwirkung mit dem jeweiligen zumindest einem weiteren Exoskelett-Modul des Exoskelett-Systems ermittelt. Mit anderen Worten wird für jedes Exoskelett-Modul ein speziell darauf zugeschnittener Bewegungsbefehl ermittelt, welcher beispielsweise lediglich Steuerungsanweisungen für die Aktoren des betreffenden Exoskelett-Moduls umfasst. Dabei berücksichtigen die jeweiligen Steuerungsanweisungen die Tatsache, dass zwischen dem betreffenden Exoskelett-Modul und den weiteren Exoskelett-Modulen des Exoskelett-Systems eine Wechselwirkung herrscht, die beispielsweise durch die einzelne Ansteuerung der verschiedenen Aktoren entsteht. Die zentrale Servereinheit übermittelt den Bewegungsbefehl mit der jeweiligen Steuerungsanweisung an das jeweilige betreffende Exoskelett-Modul. Beispielsweise kann jedes Exoskelett-Modul einen eigenen Mikroprozessor aufweisen, welcher dazu eingerichtet ist, die jeweiligen Aktoren des Exoskelett-Moduls anzusteuern. Die zentrale Servereinheit kann somit pro Modul einen speziell das jeweilige Exoskelett-Modul betreffenden Bewegungsbefehl ermitteln. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die einzelnen Steuerungsanweisungen an die Aktoren der verschiedenen Exoskelett-Module zeitgleich und/oder zeitnah zueinander ausgeführt werden können.One embodiment provides that the central server unit determines the movement command for each exoskeleton module of the exoskeleton system using a control instruction relating to the respective exoskeleton module. The respective control instruction is determined taking into account an interaction with the respective at least one further exoskeleton module of the exoskeleton system. In other words, for each exoskeleton module, a movement command that is tailored to it is determined, which, for example, only includes control instructions for the actuators of the exoskeleton module in question. The respective control instructions take into account the fact that there is an interaction between the relevant exoskeleton module and the other exoskeleton modules of the exoskeleton system, which arises, for example, from the individual actuation of the various actuators. The central server unit transmits the movement command with the respective control instruction to the respective exoskeleton module. For example, each exoskeleton module can have its own microprocessor, which is set up to control the respective actuators of the exoskeleton module. The central server unit can thus determine a movement command per module that specifically relates to the respective exoskeleton module. This has the advantage that the individual control instructions to the actuators of the various exoskeleton modules can be executed simultaneously and / or in real time.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die zentrale Servereinheit bei Verknüpfen des geladenen Steuerprogramms des weiteren angeschlossenen Exoskelett-Moduls mit dem jeweiligen Steuerprogramm des zumindest einen bereits bestehenden Exoskelett-Moduls des Exoskelett-Systems zumindest einen durch die miteinander verknüpften Exoskelett-Module ermöglichten Bewegungsablauf ermittelt. Dieser zumindest eine ermittelte ermöglichte Bewegungsablauf wird über die Benutzerschnittstelle dem Benutzer zur Auswahl bereitgestellt. Beispielsweise wird an ein Bein-Modul des Exoskeletts nachträglich ein Fußgelenk-Modul angeschlossen. Die zentrale Servereinheit kann hier ermitteln, dass ein bestimmter Bewegungsablauf, welcher einem Klettern entspricht, durch die Kombination dieser beiden Module ermöglicht wird. Somit wird dem Benutzer über die Benutzerschnittstelle die Möglichkeit einer Auswahl des Kletterns angeboten. Die Ausführungsanweisung, auf welche hin der Bewegungsbefehl durch die zentrale Servereinheit ermittelt wird, kann nun die Auswahl „klettern“ umfassen. Durch die Ermittlung der verschiedenen Einsatzmöglichkeiten der zusammen verknüpften Exoskelett-Module wird dem Benutzer des Exoskelett-Systems somit die Nutzung von zahlreichen Funktionsmöglichkeiten des Exoskelett-Systems ermöglicht.A further embodiment provides that the central server unit furthermore when the loaded control program is linked connected exoskeleton module with the respective control program of the at least one already existing exoskeleton module of the exoskeleton system determines at least one movement sequence made possible by the interlinked exoskeleton modules. This at least one determined possible movement sequence is made available to the user for selection via the user interface. For example, an ankle module is subsequently connected to a leg module of the exoskeleton. The central server unit can determine here that a certain movement sequence, which corresponds to climbing, is made possible by the combination of these two modules. The user is thus offered the option of selecting climbing via the user interface. The execution instruction, upon which the movement command is determined by the central server unit, can now include the “climb” selection. By determining the various possible uses of the interlinked exoskeleton modules, the user of the exoskeleton system is thus able to use numerous functions of the exoskeleton system.

Bevorzugt hierzu umfasst der zumindest eine ermittelte ermöglichte Bewegungsablauf eine Abfolge einzelner Steuerungsanweisungen zur Steuerung des zumindest einen Aktors eines jeweiligen Exoskelett-Moduls. Beispielsweise umfasst die Abfolge ein nacheinander folgendes Einstellen des zumindest einen Aktors in verschiedene Einstellungspositionen, wobei eine Einstellungsposition einen Stellwinkel und/oder eine Antriebsstärke des jeweiligen Aktors umfassen kann. Der zumindest eine Aktor des zumindest einen Exoskelett-Moduls wird auf Empfang des Bewegungsbefehls mit dem ausgewählten Bewegungsablauf hin dazu gesteuert, die einzelnen Steuerungsanweisungen nacheinander abfolgend auszuführen. Dies kann durch eine Steuerungsvorrichtung des jeweiligen Exoskelett-Moduls, wie beispielsweise durch den Mikroprozessor, ausgeführt werden. Somit wird ermöglicht, eine ganzheitliche Bewegungsabfolge des Exoskelett-Systems zu ermitteln, welches die gegenseitigen Auswirkungen der Bewegung und/oder der Steuerung der einzelnen Aktoren der unterschiedlichen Exoskelett-Module zueinander berücksichtigt. Somit ergibt sich insgesamt eine harmonisierte Bewegungsabfolge des gesamten Exoskelett-Systems, was für den Träger des Exoskelett-Systems besonders komfortabel ist.For this purpose, the at least one determined, possible movement sequence comprises a sequence of individual control instructions for controlling the at least one actuator of a respective exoskeleton module. For example, the sequence comprises a sequential setting of the at least one actuator in different setting positions, it being possible for one setting position to include a setting angle and / or a drive strength of the respective actuator. Upon receipt of the movement command, the at least one actuator of the at least one exoskeleton module is controlled with the selected movement sequence to execute the individual control instructions in succession. This can be carried out by a control device of the respective exoskeleton module, such as by the microprocessor. This makes it possible to determine a holistic sequence of movements of the exoskeleton system, which takes into account the mutual effects of the movement and / or the control of the individual actuators of the different exoskeleton modules with respect to one another. Overall, this results in a harmonized sequence of movements of the entire exoskeleton system, which is particularly comfortable for the wearer of the exoskeleton system.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die zentrale Servereinheit vor dem Laden des zu dem weiteren angeschlossenen Exoskelett-Modul zugeordneten Steuerprogramms prüft, ob eine Benutzungsberechtigung eines Benutzers für das weitere angeschlossene Exoskelett-Modul vorliegt. Diese Prüfung kann auch dann erfolgen, wenn die zentrale Servereinheit den zumindest einen durch die miteinander verknüpften Exoskelett-Module ermöglichten Bewegungsablauf ermittelt. Des Weiteren kann die zentrale Servereinheit prüfen, ob eine Benutzungsberechtigung des Benutzers für den zumindest einen ermöglichten Bewegungsablauf vorliegt. Hierzu kann sich der Benutzer über die Benutzerschnittstelle mit einem Kundenprofil anmelden. Es kann dann geprüft werden, ob zu dem Kundenprofil eine Freischaltung des jeweiligen Exoskelett-Moduls und/oder des jeweiligen möglichen Bewegungsablaufs vorliegt. Somit wird ermöglicht, dass der Benutzer einzelne Exoskelett-Module und/oder einzelne Bewegungsabläufe zu unterschiedlichen Zeitpunkten erwerben und/oder mieten kann. Hierdurch kann ein sogenanntes „function on demand“- System für die unterschiedlichen Exoskelett-Module und/oder ermittelbaren Bewegungsabläufe des Exoskelett-Systems ausgeführt werden.Another embodiment provides that the central server unit checks before loading the control program assigned to the further connected exoskeleton module whether a user is authorized to use the further connected exoskeleton module. This check can also be carried out when the central server unit determines the at least one movement sequence made possible by the interlinked exoskeleton modules. Furthermore, the central server unit can check whether the user is authorized to use the at least one possible movement sequence. For this purpose, the user can log in with a customer profile via the user interface. It can then be checked whether the respective exoskeleton module and / or the respective possible movement sequence has been activated for the customer profile. This enables the user to purchase and / or rent individual exoskeleton modules and / or individual movements at different times. In this way, a so-called “function on demand” system can be implemented for the different exoskeleton modules and / or ascertainable movement sequences of the exoskeleton system.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass weiterhin ein Entkoppeln des weiteren Exoskelett-Moduls an der physischen Schnittstelle des zumindest einen Exoskelett-Moduls erkannt wird. Dies kann beispielsweise ebenfalls durch die Erfassungseinheit des jeweiligen Exoskelett-Moduls erfolgen. Das Entkoppeln umfasst beispielsweise ein physisches Auseinandernehmen und/oder eine physische Trennung voneinander der beiden Exoskelett-Module. Sobald die Entkopplung erkannt wird, wird ein Entkopplungssignal umfassend eine Information über das entkoppelte Exoskelett-Modul an die zentrale Servereinheit gesendet. Die zentrale Servereinheit entkoppelt daraufhin das Steuerprogramm, welches dem entkoppelten Exoskelett-Modul zugeordnet ist, von den jeweiligen übrigen Steuerprogrammen der weiteren Exoskelett-Module des Exoskelett-Systems. Die zentrale Servereinheit kann hierzu erneut ermitteln, welche Bewegungsabläufe nun durch die übrigen Exoskelett-Module des Exoskelett Systems möglich sind und diese über die Benutzerschnittstelle zur Auswahl bereitstellen. Somit wird ein Exoskelett-System bereitgestellt, welches ermöglicht, einzelne Exoskelett-Module nicht nur nachträglich hinzuzufügen, sondern auch nachträglich zu entfernen. Die Steuerung der jeweiligen Aktoren der verschiedenen Exoskelett-Module des Exoskelett-Systems wird auf die aktuelle Zusammensetzung des Exoskelett-Systems angepasst.A further embodiment provides that further decoupling of the further exoskeleton module is recognized at the physical interface of the at least one exoskeleton module. This can also be done, for example, by the detection unit of the respective exoskeleton module. The decoupling includes, for example, physically disassembling and / or physically separating the two exoskeleton modules. As soon as the decoupling is recognized, a decoupling signal comprising information about the decoupled exoskeleton module is sent to the central server unit. The central server unit then decouples the control program, which is assigned to the decoupled exoskeleton module, from the respective other control programs of the other exoskeleton modules of the exoskeleton system. For this purpose, the central server unit can again determine which movements are now possible through the other exoskeleton modules of the exoskeleton system and make them available for selection via the user interface. An exoskeleton system is thus provided which not only enables individual exoskeleton modules to be added subsequently, but also to be removed subsequently. The control of the respective actuators of the different exoskeleton modules of the exoskeleton system is adapted to the current composition of the exoskeleton system.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass jedes Exoskelett-Modul Bewegungsdaten und/oder Positionsdaten erfasst und an die zentrale Servereinheit übermittelt. Beispielsweise werden über die jeweiligen Mikroprozessoren oder über einen jeweiligen Bewegungssensor der einzelnen Exoskelett-Module die jeweilige Einstellungsposition des zumindest einen Aktors des jeweiligen Exoskelett-Moduls erfasst. Weiterhin kann über ein an zumindest einen Exoskelett-Modul angeordnetes GPS-System die räumlichen Positionsdaten des jeweiligen Exoskelett-Moduls ermittelt werden. Die Bewegungsdaten und/oder die Positionsdaten der Exoskelett-Module können in Echtzeit erfasst und übermittelt werden. Beispielsweise werden diese über ein sogenanntes 4G-Netz oder 5G-Netz von den jeweiligen Mikroprozessoren der Exoskelett-Module an die zentrale Servereinheit gesendet werden. Hierdurch wird ermöglicht, dass zentrale Servereinheit den Bewegungsbefehl unter Einbeziehung von Echtzeitdaten ermittelt. So kann die zentrale Servereinheit eine Auswirkung eines vorhergehenden Bewegungsbefehls darauf prüfen, ob diese einer gewünschten Auswirkung entspricht und nachgehende Bewegungsbefehle daraufhin anpassen. Somit kann noch präziser auf das Zusammenspiel der einzelnen Exoskelett-Module miteinander ein Bewegungsbefehl ermittelt werden, welcher einem gewünschten Bewegungsablauf des Exoskelett-Systems entspricht.Another embodiment provides that each exoskeleton module records movement data and / or position data and transmits it to the central server unit. For example, the respective setting position of the at least one actuator of the respective exoskeleton module is detected via the respective microprocessors or via a respective motion sensor of the individual exoskeleton modules. Furthermore, the spatial position data of the respective one can be arranged on a GPS system arranged on at least one exoskeleton module Exoskeleton module can be determined. The movement data and / or the position data of the exoskeleton modules can be recorded and transmitted in real time. For example, these will be sent from the respective microprocessors of the exoskeleton modules to the central server unit via a so-called 4G network or 5G network. This enables the central server unit to determine the movement command using real-time data. In this way, the central server unit can check an effect of a previous movement command to determine whether it corresponds to a desired effect and then adapt subsequent movement commands. A movement command which corresponds to a desired movement sequence of the exoskeleton system can thus be determined even more precisely on the interaction of the individual exoskeleton modules with one another.

Das erfindungsgemäße Exoskelett-System umfasst zumindest ein Exoskelett-Modul mit zumindest einem Aktor. Das zumindest eine Exoskelett-Modul ist dazu eingerichtet, zumindest einen Bewegungsbefehl zu empfangen und den zumindest einen Aktor gemäß einer in dem Bewegungsbefehl umfassten Steuerungsanweisung zur Steuerung des zumindest einen Aktors anzusteuern. Erfindungsgemäß weist das zumindest eine Exoskelett-Modul zumindest eine physische Schnittstelle zum Anschließen eines weiteren Exoskelett-Moduls. Die zumindest eine physische Schnittstelle weist jeweils eine Erfassungseinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, das Anschließen des weiteren Exoskelett-Moduls zu erfassen und daraufhin ein Erfassungssignal umfassend eine Information über das weitere angeschlossene Exoskelett-Modul auszusenden.The exoskeleton system according to the invention comprises at least one exoskeleton module with at least one actuator. The at least one exoskeleton module is set up to receive at least one movement command and to control the at least one actuator according to a control instruction included in the movement command for controlling the at least one actuator. According to the invention, the at least one exoskeleton module has at least one physical interface for connecting a further exoskeleton module. The at least one physical interface each has a detection unit, which is set up to detect the connection of the further exoskeleton module and then to transmit a detection signal comprising information about the further connected exoskeleton module.

Bevorzugt ist das jeweilige zumindest eine Exoskelett-Modul als eine Bewegungsstütze und/oder als eine Orthese für jeweils eine vorbestimmte menschliche Körperregion ausgebildet. Beispielsweise betrifft die jeweils eine vorbestimmte menschliche Körperregion ein Bein, einen Fuß, eine Hand, einen Arm und/oder einen Rücken eines menschlichen Körpers.The respective at least one exoskeleton module is preferably designed as a movement support and / or as an orthosis for a predetermined human body region in each case. For example, the respectively predetermined human body region relates to a leg, foot, hand, arm and / or back of a human body.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Exoskelett-Systems, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Exoskelett-Systems hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the exoskeleton system according to the invention, which have features as have already been described in connection with the further developments of the method according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the exoskeleton system according to the invention are not described again here.

Die erfindungsgemäße zentrale Servereinheit zum Ermitteln eines Bewegungsbefehls für ein Betreiben eines Exoskelett-Systems mit zumindest einem Exoskelett-Modul mit zumindest einem Aktor weist für jedes Exoskelett-Modul des Exoskelett-Systems ein dem jeweiligen Exoskelett-Modul zugeordnetes Steuerprogramm auf. Die zentrale Servereinheit ist dazu eingerichtet, auf Empfang einer Ausführungsanweisung hin und basierend auf das dem zumindest einen Exoskelett-Modul zugeordnete Steuerprogramm einen Bewegungsbefehl zu ermitteln, welcher zumindest eine Steuerungsanweisung zur Steuerung des zumindest einen Aktors des zumindest einen Exoskelett-Moduls umfasst.The central server unit according to the invention for determining a movement command for operating an exoskeleton system with at least one exoskeleton module with at least one actuator has a control program assigned to the respective exoskeleton module for each exoskeleton module. The central server unit is set up to determine, upon receipt of an execution instruction and based on the control program assigned to the at least one exoskeleton module, a movement command which comprises at least one control instruction for controlling the at least one actuator of the at least one exoskeleton module.

Die erfindungsgemäße zentrale Servereinheit ist dazu eingerichtet, ein Erfassungssignal umfassend eine Information über ein weiteres, an das Exoskelett-System angeschlossenes Exoskelett-Modul zu empfangen. Des Weiteren ist die zentrale Servereinheit dazu eingerichtet, ein zu dem weiteren angeschlossenen Exoskelett-Modul zugeordnetes Steuerprogramm aus einer Speichereinheit zu laden und das geladene Steuerprogramm mit dem jeweiligen Steuerprogramm des zumindest einen Exoskelett-Moduls des Exoskelett-Systems zu verknüpfen. Daraufhin ist die zentrale Servereinheit dazu eingerichtet, den Bewegungsbefehl basierend auf allen miteinander verknüpften Steuerprogrammen der jeweiligen Exoskelett-Module des Exoskelett-Systems zu ermitteln.The central server unit according to the invention is set up to receive a detection signal comprising information about a further exoskeleton module connected to the exoskeleton system. Furthermore, the central server unit is set up to load a control program assigned to the further connected exoskeleton module from a storage unit and to link the loaded control program with the respective control program of the at least one exoskeleton module of the exoskeleton system. The central server unit is then set up to determine the movement command based on all linked control programs of the respective exoskeleton modules of the exoskeleton system.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen zentralen Servereinheit, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen zentralen Servereinheit hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the central server unit according to the invention, which have features as have already been described in connection with the further developments of the method according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the central server unit according to the invention are not described again here.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines lediglich teilweise dargestellten Exoskelett-Systems mit zwei Bein-Modulen und einem Fuß-Modul, sowie ein weiteres Fuß-Modul zum nachträglichen Verknüpfen mit dem Exoskelett-System, sowie eine zentrale Servereinheit; und
  • 2 ein Diagramm, welches die Verfahrensschritte für ein Verfahren zum Betreiben eines Exoskelett-Systems umfassend zumindest ein Exoskelett-Modul mit zumindest einem Aktor erläutert.
Exemplary embodiments of the invention are described below. Show:
  • 1 a schematic representation of an only partially shown exoskeleton system with two leg modules and a foot module, as well as another foot module for subsequent linking with the exoskeleton system, and a central server unit; and
  • 2 a diagram which explains the method steps for a method for operating an exoskeleton system comprising at least one exoskeleton module with at least one actuator.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that further develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to be different from that shown Combinations of the features of the embodiments include. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference numerals designate elements that have the same function.

1 zeigt schematisch ein lediglich teilweise dargestelltes Exoskelett-System 10 mit zwei Bein-Modulen 12, 12' und einem Fuß-Modul 14. Weiterhin ist in 1 ein weiteres Fuß-Modul 16 gezeigt, welches nachträglich an das Exoskelett-System angeschlossen wird. Dabei umfassen die die einzelnen Exoskelett-Module 12, 12', 14, 16 jeweils zumindest einen Aktor 18, dessen Einstellposition durch einen Mikroprozessor 20 des jeweiligen Exoskelett-Moduls 12, 12', 14, 16 angesteuert wird. Weiterhin zeigt 1 eine schematisch dargestellte zentrale Servereinheit 22, welche beispielsweise als eine sogenannte Cloud ausgebildet ist. 1 shows schematically an only partially shown exoskeleton system 10 with two leg modules 12 . 12 ' and a foot module 14 , Furthermore, in 1 another foot module 16 shown which is subsequently connected to the exoskeleton system. This includes the individual exoskeleton modules 12 . 12 ' . 14 . 16 at least one actuator each 18 , its setting position by a microprocessor 20 of the respective exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 is controlled. Furthermore shows 1 a schematically shown central server unit 22 , which is designed, for example, as a so-called cloud.

2 zeigt ein Diagramm, welches die Verfahrensschritte für ein Verfahren zum Betreiben eines Exoskelett-Systems 10 umfassend zumindest ein Exoskelett-Modul 12, 12', 14, 16 mit zumindest einem Aktor 18 erläutert. 2 shows a diagram showing the process steps for a method for operating an exoskeleton system 10 comprising at least one exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 with at least one actuator 18 explained.

Im Folgenden werden die in 2 dargestellten Verfahrensschritte in Zusammenschau mit der 1 erläutert.The following are the in 2 illustrated process steps in conjunction with the 1 explained.

Das Exoskelett-System 10 umfasst zunächst drei Exoskelett-Module, nämlich ein erstes Bein-Modul 12, ein zweites Beinmodul 12' sowie ein Fuß-Modul 14. Hier dargestellt an dem Beispiel von dem Bein-Modul 12' weist dieser einen Aktor 18 im Bereich eines Kniegelenks und einen weiteren Aktor 18 im Bereich einer Hüfte eines menschlichen Körpers auf. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in 1 eine repräsentative Aktor 18 nochmals dargestellt. Die jeweilige Steuerung der Aktoren 18 wird durch den Mikroprozessor 20 ausgeführt, wobei jedes Exoskelett-Modul 12, 12', 14, 16 einen eigenen Mikroprozessor 20 aufweist. In 1 ist zur Vereinfachung der Darstellung lediglich ein einziger Mikroprozessor 20 dargestellt.The exoskeleton system 10 initially comprises three exoskeleton modules, namely a first leg module 12 , a second leg module 12 ' as well as a foot module 14 , Shown here using the example of the leg module 12 ' this has an actuator 18 in the area of a knee joint and another actuator 18 in the area of a hip of a human body. To simplify the illustration, in 1 a representative actuator 18 shown again. The respective control of the actuators 18 is through the microprocessor 20 executed, each exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 its own microprocessor 20 having. In 1 is just a single microprocessor for ease of illustration 20 shown.

Das Fuß-Modul 14 sowie das weitere Fuß-Modul 16 weisen jeweils zwei Aktoren 18 an einem Sprunggelenk-Bereich des menschlichen Körpers auf. Das weitere Fuß-Modul 16 wird nun in einem ersten Verfahrensschritt S1 an das Bein-Modul 12 angeschlossen. Hierzu weist das Bein-Modul 12 eine physische Schnittstelle zum Anschließen des weiteren Fuß-Moduls 16 auf. Das Bein-Modul 12 bzw. die physische Schnittstelle umfasst eine Erfassungseinheit, welche das Anschließen des weiteren Fuß-Moduls 16 erkennt. Beispielsweise ist die physische Schnittstelle mit einem Erfassungssensor ausgestattet.The foot module 14 as well as the further foot module 16 each have two actuators 18 on an ankle area of the human body. The further foot module 16 is now in a first step S1 to the leg module 12 connected. The leg module points to this 12 a physical interface for connecting the additional foot module 16 on. The leg module 12 or the physical interface comprises a detection unit which connects the further foot module 16 recognizes. For example, the physical interface is equipped with a detection sensor.

In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird von der Erfassungseinheit des Bein-Moduls 12 ein Erfassungssignal 24 umfassend eine Information über das weitere angeschlossene Fuß-Modul 16 an die zentrale Servereinheit 22 gesendet. Die zentrale Servereinheit 22 weist hier dargestellt eine eigene Speichereinheit 26 auf. In diese Speichereinheit 26 sind zu den verschiedenen Exoskelett-Modulen 12, 12', 14, 16 jeweilige Steuerprogramme hinterlegt, wobei ein jeweiliges Steuerprogramm einem bestimmten Exoskelett-Modul 12, 12', 14, 16 zugeordnet ist und für dieses Exoskelett-Modul 12, 12', 14, 16 einen Programmcode und/oder eine Anleitung zum Ermitteln zumindest einer Steuerungsanweisung zur Steuerung des zumindest einen Aktors 18 des jeweiligen Exoskelett-Moduls 12, 12', 14, 16 umfasst.In a second step S2 is from the registration unit of the leg module 12 a detection signal 24 Comprehensive information about the other connected foot module 16 to the central server unit 22 Posted. The central server unit 22 shown here has its own storage unit 26 on. In this storage unit 26 are about the different exoskeleton modules 12 . 12 ' . 14 . 16 respective control programs are stored, a respective control program being a specific exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 is assigned and for this exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 a program code and / or instructions for determining at least one control instruction for controlling the at least one actuator 18 of the respective exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 includes.

In einem dritten Verfahrensschritt S3 lädt die zentrale Servereinheit 22 auf Empfang des Erfassungssignals 24 hin das zu dem weiteren angeschlossenen Fuß-Modul 16 zugeordnetes Steuerprogramm aus der Speichereinheit 26. Die zentrale Servereinheit 22 verknüpft daraufhin dieses Steuerprogramm mit den jeweiligen Steuerprogrammen der übrigen Exoskelett-Module 12, 12', 14 des Exoskelett-Systems 10. Hierzu können die jeweiligen Programmcodes der Steuerprogramme zusammengefasst und/oder ergänzt werden. Dabei kann die zentrale Servereinheit 22 weiterhin ermitteln, welche Bewegungsabläufe des Exoskelett-Systems 10 mit dem weiteren angeschlossenen Fuß-Modul 16 ermöglicht werden. Zum Beispiel kann das Exoskelett-System 10 nun mit den vollständigen Bein-Modulen 12, 12' und Fuß-Modulen 14, 16 an einem menschlichen Körper getragen diesen Körper beim Klettern unterstützen. So kann die zentrale Servereinheit 22 ermitteln, dass der Bewegungsablauf „Klettern“ für das Exoskelett-System 10 nun durch den Anschluss des weiteren Fuß-Moduls 16 zur Verfügung steht. Des Weiteren kann die zentrale Servereinheit 22 überprüfen, ob die jeweiligen ermöglichten Bewegungsabläufe für einen bestimmten Nutzer des Exoskelett-Systems 10 freigeschaltet sind und nur dann denn weiteren Bewegungsablauf zur Auswahl bereitstellen.In a third step S3 loads the central server unit 22 upon receipt of the detection signal 24 towards the other connected foot module 16 assigned control program from the memory unit 26 , The central server unit 22 then links this control program with the respective control programs of the other exoskeleton modules 12 . 12 ' . 14 of the exoskeleton system 10 , For this purpose, the respective program codes of the control programs can be summarized and / or supplemented. The central server unit can 22 continue to determine which movements of the exoskeleton system 10 with the further connected foot module 16 be made possible. For example, the exoskeleton system 10 now with the complete leg modules 12 . 12 ' and foot modules 14 . 16 worn on a human body support this body when climbing. So the central server unit 22 determine that the movement sequence "climbing" for the exoskeleton system 10 now by connecting the additional foot module 16 is available. Furthermore, the central server unit 22 check whether the respective enabled movement sequences for a specific user of the exoskeleton system 10 are unlocked and only then provide a further sequence of movements for selection.

Über eine hier nicht dargestellte Benutzerschnittstelle, welche beispielsweise als ein tragbarer Computer oder als ein Smartphone oder als ein Tablet ausgebildet ist, kann einem Träger bzw. Benutzer des Exoskelett-Systems 10 eine Auswahl an zumindest einem Bewegungsablauf zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise stellt die Benutzerschnittstelle die Bewegungsabläufe „Gehen“, „Laufen“, „Klettern“ zur Verfügung. Wird über die Benutzerschnittstelle eine Eingabe mit einer Auswahl eines bestimmten Bewegungsablaufs erkannt, wird der zentralen Servereinheit 22 einer Ausführungsanweisung mit einer Information umfassend den ausgewählten Bewegungsablauf übermittelt.A user or user of the exoskeleton system can use a user interface (not shown here), which is designed, for example, as a portable computer or as a smartphone or as a tablet 10 a selection of at least one movement sequence can be made available. For example, the user interface provides the movement sequences "walking", "running", "climbing". If an input with a selection of a specific movement sequence is recognized via the user interface, the central server unit 22 an execution instruction with information comprising the selected movement sequence.

In einem vierten Verfahrensschritt S4 ermittelt die zentrale Servereinheit 22 auf Empfang der Ausführungsanweisung hin einen Bewegungsbefehl 28 für das Exoskelett-System 10. Der Bewegungsbefehl 28 umfasst für zumindest eines der Exoskelett-Module 12, 12', 14, 16 des Exoskelett-Systems 10 eine Steuerungsanweisung zur Steuerung des zumindest einen Aktors 18 des jeweiligen Exoskelett-Moduls 12, 12', 14, 16. der Bewegungsbefehl 28 kann aber auch für jedes Exoskelett-Modul 12, 12', 14, 16 des Exoskelett-Systems 10 eine jeweilige Steuerungsanweisung umfassen, welche speziell für die jeweiligen Aktoren des jeweiligen betreffenden Exoskelett-Moduls 12, 12', 14, 16 eine Steuerungsanweisung umfasst. So kann beispielsweise jeder Mikroprozessor 20 eine eigens auf das betreffende Exoskelett-Modul 12, 12', 14, 16 zugeschnittene Steuerungsanweisung empfangen.In a fourth step S4 determines the central server unit 22 a motion command upon receipt of the execution instruction 28 for the exoskeleton system 10 , The movement order 28 includes for at least one of the exoskeleton modules 12 . 12 ' . 14 . 16 of the exoskeleton system 10 a control instruction for controlling the at least one actuator 18 of the respective exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 , the motion command 28 but can also be used for every exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 of the exoskeleton system 10 include a respective control instruction which is specific to the respective actuators of the respective exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 includes a control instruction. For example, any microprocessor 20 one specifically for the relevant exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 tailored control instruction received.

Zur Ermittlung des Bewegungsbefehls 28 zieht die zentrale Servereinheit 22 alle miteinanderverknüpften Steuerprogramme der jeweiligen Exoskelett-Module 12, 12', 14, 16 des Exoskelett-Systems 10 hinzu. Die unterschiedlichen ermittelten Steuerungsanweisung berücksichtigenden eine Wechselwirkung einer möglichen Bewegung der einzelnen Exoskelett-Module 12, 12', 14, 16 untereinander und passt die jeweilige Steuerungsanweisung darauf an. Hierzu kann die zentrale Servereinheit 22 zur Ermittlung des Bewegungsbefehls 28 weiterhin Bewegungsdaten und/oder Positionsdaten der jeweiligen Aktoren 18 und/oder der jeweiligen Exoskelett-Module 12, 12', 14, 16 heranziehen. Die Bewegungsdaten und/oder Positionsdaten werden von einem jeweiligen Bewegungssensor 32 des jeweiligen Aktors 18 ermittelt. So können beispielsweise über den Mikroprozessor 20 eines jeweiligen Exoskelett-Moduls 12, 12', 14, 16 alle Bewegungsdaten und/oder Positionsdaten der Aktoren 18 des jeweiligen Exoskelett-Moduls 12, 12', 14, 16 erfasst und an die zentrale Servereinheit 22 gesendet werden. Dies kann in einer Realzeit oder Echtzeit erfolgen, sodass die zentrale Servereinheit 22 bei der Ermittlung des Bewegungsbefehls 28 automatisch eine Rückmeldung zu vorhergehenden Bewegungsbefehlen 28 zur Ermittlung eines weiteren Bewegungsbefehls 28 berücksichtigt.To determine the movement command 28 pulls the central server unit 22 all linked control programs of the respective exoskeleton modules 12 . 12 ' . 14 . 16 of the exoskeleton system 10 added. The different determined control instructions take into account an interaction of a possible movement of the individual exoskeleton modules 12 . 12 ' . 14 . 16 among themselves and adapts the respective control instructions to them. The central server unit can do this 22 to determine the movement command 28 furthermore movement data and / or position data of the respective actuators 18 and / or the respective exoskeleton modules 12 . 12 ' . 14 . 16 use. The movement data and / or position data are obtained from a respective movement sensor 32 of the respective actuator 18 determined. For example, via the microprocessor 20 of a respective exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 all movement data and / or position data of the actuators 18 of the respective exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 recorded and sent to the central server unit 22 be sent. This can be done in real time or real time so that the central server unit 22 when determining the movement command 28 automatic feedback on previous motion commands 28 to determine another motion command 28 considered.

Weiterhin kann eine jeweilige physische Schnittstelle des Exoskelett-Systems 10 ein Entfernen eines jeweiligen Exoskelett-Moduls 12, 12', 14, 16 erkennen und eine Information darüber der zentralen Servereinheit 22 automatisch übermitteln. Die zentrale Servereinheit 22 entfernt daraufhin das jeweilige Steuerprogramm des entfernten Exoskelett-Moduls 12, 12', 14, 16. somit werden weitere Bewegungsbefehle 28 lediglich auf Basis derjenigen Steuerprogrammen ermittelt, welche den übrigen Exoskelett-Modulen 12, 12', 14, 16 des Exoskelett-Systems 10 zugeordnet sind.Furthermore, a respective physical interface of the exoskeleton system can be used 10 removal of a respective exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 recognize and information about the central server unit 22 submit automatically. The central server unit 22 then removes the respective control program of the removed exoskeleton module 12 . 12 ' . 14 . 16 , thus further movement commands 28 determined only on the basis of those control programs which the other exoskeleton modules 12 . 12 ' . 14 . 16 of the exoskeleton system 10 assigned.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein flexibles Exoskelett-System geschaffen wird, welches einzelne Bewegungsabläufe zur Steuerung des Exoskeletts an die jeweils aktuell bereitgestellten funktionalen Möglichkeiten des Exoskelett-Systems anpasst, sodass das Exoskelett-System je nach Bedarf nachträglich durch einzelne Exoskelett-Module erweitert und/oder um einzelne Exoskelett-Module verringert werden kann.Overall, the examples show how the invention creates a flexible exoskeleton system, which adapts individual movement sequences for controlling the exoskeleton to the currently available functional possibilities of the exoskeleton system, so that the exoskeleton system can subsequently be replaced by individual exoskeleton systems as required. Modules can be expanded and / or reduced by individual exoskeleton modules.

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Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Exoskelett-Systems (10) umfassend zumindest ein Exoskelett-Modul (12, 12', 14) mit zumindest einem Aktor (18), wobei eine zentrale Servereinheit (22) auf Empfang einer Ausführungsanweisung hin und basierend auf einem dem zumindest einen Exoskelett-Modul (12, 12', 14) zugeordneten Steuerprogramm einen Bewegungsbefehl (28) ermittelt, wobei der Bewegungsbefehl (28) zumindest eine Steuerungsanweisung zur Steuerung des zumindest einen Aktors (18) des zumindest einen Exoskelett-Moduls (12, 12', 14) umfasst, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Erfassen eines Anschließens eines weiteren Exoskelett-Moduls (16) an eine physische Schnittstelle des zumindest einen Exoskelett-Moduls (12) (Schritt S1); - Senden eines Erfassungssignals (24) umfassend eine Information über das weitere angeschlossene Exoskelett-Modul (16) an die zentrale Servereinheit (22) (Schritt S2); - Laden eines zu dem weiteren angeschlossenen Exoskelett-Modul (16) zugeordneten Steuerprogramms aus einer Speichereinheit (26) und Verknüpfen des geladenen Steuerprogramms mit dem jeweiligen Steuerprogramm des zumindest einen Exoskelett-Moduls (12, 12', 14) des Exoskelett-Systems (10) (Schritt S3); und - Ermitteln des Bewegungsbefehls (28) basierend auf allen miteinander verknüpften Steuerprogrammen der jeweiligen Exoskelett-Module (12, 12', 14, 16) des Exoskelett-Systems (10) (Schritt S4).Method for operating an exoskeleton system (10) comprising at least one exoskeleton module (12, 12 ', 14) with at least one actuator (18), a central server unit (22) receiving an execution instruction and based on one of the at least one a movement command (28) determines a control program associated with an exoskeleton module (12, 12 ', 14), the movement command (28) at least one control instruction for controlling the at least one actuator (18) of the at least one exoskeleton module (12, 12' , 14), characterized by the following steps: - detecting a connection of a further exoskeleton module (16) to a physical interface of the at least one exoskeleton module (12) (step S1); - Sending a detection signal (24) comprising information about the further connected exoskeleton module (16) to the central server unit (22) (step S2); - Loading a control program assigned to the further connected exoskeleton module (16) from a memory unit (26) and linking the loaded control program with the respective control program of the at least one exoskeleton module (12, 12 ', 14) of the exoskeleton system (10 ) (Step S3); and - determining the movement command (28) based on all linked control programs of the respective exoskeleton modules (12, 12 ', 14, 16) of the exoskeleton system (10) (step S4). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zentrale Servereinheit (22) für jedes Exoskelett-Modul (12, 12', 14, 16) des Exoskelett-Systems (10) den Bewegungsbefehl (28) mit einer das jeweilige Exoskelett-Modul (12, 12', 14, 16) betreffenden Steuerungsanweisung ermittelt, wobei die zentrale Servereinheit (22) die jeweilige Steuerungsanweisung unter Einbeziehung einer Wechselwirkung mit dem jeweiligen zumindest einem weiteren Exoskelett-Modul (12, 12', 14, 16) des Exoskelett-Systems (10) ermittelt, und wobei die zentrale Servereinheit (22) den Bewegungsbefehl (28) mit der jeweiligen Steuerungsanweisung an das jeweilige betreffende Exoskelett-Modul (12, 12', 14, 16) übermittelt.Procedure according to Claim 1 , wherein the central server unit (22) for each exoskeleton module (12, 12 ', 14, 16) of the exoskeleton system (10) receives the movement command (28) with the respective exoskeleton module (12, 12', 14, 16) determines the relevant control instruction, the central server unit (22) determining the respective control instruction including an interaction with the respective at least one further exoskeleton module (12, 12 ', 14, 16) of the exoskeleton system (10), and wherein the central server unit (22) transmits the movement command (28) with the respective control instruction to the respective exoskeleton module (12, 12 ', 14, 16). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zentrale Servereinheit (22) bei Verknüpfen des geladenen Steuerprogramms des weiteren angeschlossenen Exoskelett-Moduls (16) mit dem jeweiligen Steuerprogramm des zumindest einen Exoskelett-Moduls (12, 12', 14) des Exoskelett-Systems (10) zumindest einen durch die verknüpften Exoskelett-Module (12, 12', 14, 16) ermöglichten Bewegungsablauf ermittelt und über eine Benutzerschnittstelle zur Auswahl bereitstellt, wobei in Abhängigkeit der Auswahl des zumindest einen bereitgestellten Bewegungsablaufs der Bewegungsbefehl (28) durch die zentrale Servereinheit (22) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the central server unit (22) upon linking the loaded control program of the further connected exoskeleton module (16) with the respective control program of the at least one exoskeleton module (12, 12 ', 14) of the exoskeleton system (10) at least one movement sequence made possible by the linked exoskeleton modules (12, 12 ', 14, 16) is determined and made available for selection via a user interface, the movement command (28) being issued by the central one as a function of the selection of the at least one movement sequence provided Server unit (22) is determined. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der zumindest eine ermöglichte Bewegungsablauf eine Abfolge einzelner Steuerungsanweisungen zur Steuerung des zumindest einen Aktors (18) des zumindest einen Exoskelett-Moduls (12, 12', 14, 16) umfasst, wobei der zumindest eine Aktor (18) des zumindest einen Exoskelett-Moduls (12, 12', 14, 16) auf Empfang des Bewegungsbefehls (28) mit dem ausgewählten Bewegungsablauf hin dazu gesteuert wird, die einzelnen Steuerungsanweisungen nacheinander abfolgend auszuführen.Procedure according to Claim 3 , wherein the at least one possible movement sequence comprises a sequence of individual control instructions for controlling the at least one actuator (18) of the at least one exoskeleton module (12, 12 ', 14, 16), the at least one actuator (18) of the at least one exoskeleton Module (12, 12 ', 14, 16) is controlled upon receipt of the movement command (28) with the selected movement sequence to execute the individual control instructions in succession. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zentrale Servereinheit (22) vor dem Laden des zu dem weiteren angeschlossenen Exoskelett-Modul (16) zugeordneten Steuerprogramms prüft, ob eine Benutzungsberechtigung eines Benutzers für das weitere angeschlossene Exoskelett-Modul (16) vorliegt.Method according to one of the preceding claims, wherein the central server unit (22) checks before loading the control program associated with the further connected exoskeleton module (16) whether a user authorization for the further connected exoskeleton module (16) is present. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst: - Erkennen eines Entkoppelns des weiteren Exoskelett-Moduls (16) an der physischen Schnittstelle des zumindest einen Exoskelett-Moduls (12); - Senden eines Entkopplungssignals umfassend eine Information über das entkoppelte Exoskelett-Modul (16) an die zentrale Servereinheit (22); und - Entkoppeln des Steuerprogramms des entkoppelten Exoskelett-Moduls (16) von dem jeweiligen Steuerprogramm des zumindest einen Exoskelett-Moduls (12, 12', 14) des Exoskelett-Systems (10).Method according to one of the preceding claims, wherein the method further comprises the following steps: - Detection of a decoupling of the further exoskeleton module (16) at the physical interface of the at least one exoskeleton module (12); - Sending a decoupling signal comprising information about the decoupled exoskeleton module (16) to the central server unit (22); and - Decoupling the control program of the decoupled exoskeleton module (16) from the respective control program of the at least one exoskeleton module (12, 12 ', 14) of the exoskeleton system (10). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Exoskelett-Modul (12, 12', 14, 16) Bewegungsdaten und/oder Positionsdaten (30) erfasst und an die zentrale Servereinheit (22) übermittelt, welche die Bewegungsdaten und/oder die Positionsdaten (30) der einzelnen Exoskelett-Module (12, 12', 14, 16) des Exoskelett-Systems (10) beim Ermitteln des Bewegungsbefehls (28) heranzieht.Method according to one of the preceding claims, wherein each exoskeleton module (12, 12 ', 14, 16) records movement data and / or position data (30) and transmits them to the central server unit (22), which transmits the movement data and / or the position data ( 30) of the individual exoskeleton modules (12, 12 ', 14, 16) of the exoskeleton system (10) when determining the movement command (28). Exoskelett-System (10) umfassend zumindest ein Exoskelett-Modul (12, 12', 14) mit zumindest einem Aktor (18), wobei das zumindest eine Exoskelett-Modul (12, 12', 14) dazu eingerichtet ist, zumindest einen Bewegungsbefehl (28) zu empfangen und den zumindest einen Aktor (18) gemäß einer in dem Bewegungsbefehl (28) umfassten Steuerungsanweisung zur Steuerung des zumindest einen Aktors (18) des Exoskelett-Modul (12, 12', 14) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Exoskelett-Modul (12) zumindest eine physische Schnittstelle zum Anschließen eines weiteren Exoskelett-Moduls (16) umfasst, wobei die zumindest eine physische Schnittstelle eine Erfassungseinheit aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das Anschließen des weiteren Exoskelett-Moduls (16) zu erfassen und ein Erfassungssignal (24) umfassend eine Information über das weitere angeschlossene Exoskelett-Modul (16) auszusenden.Exoskeleton system (10) comprising at least one exoskeleton module (12, 12 ', 14) with at least one actuator (18), the at least one exoskeleton module (12, 12', 14) being set up to at least one movement command (28) and to control the at least one actuator (18) according to a control instruction included in the movement command (28) for controlling the at least one actuator (18) of the exoskeleton module (12, 12 ', 14), characterized in that the at least one exoskeleton module (12) comprises at least one physical interface for connecting a further exoskeleton module (16), the at least one physical interface has a detection unit which is set up to detect the connection of the further exoskeleton module (16) and to transmit a detection signal (24) comprising information about the further connected exoskeleton module (16). Exoskelett-System (10) nach Anspruch 8, wobei das jeweilige zumindest eine Exoskelett-Modul (12, 12', 14, 16) als eine Bewegungsstütze und/oder als eine Orthese für jeweils eine vorbestimmte menschliche Körperregion ausgebildet ist.Exoskeleton system (10) after Claim 8 , wherein the respective at least one exoskeleton module (12, 12 ', 14, 16) is designed as a movement support and / or as an orthosis for a predetermined human body region. Zentrale Servereinheit (22) zum Ermitteln eines Bewegungsbefehls (28) für ein Betreiben eines Exoskelett-Systems (10) mit zumindest einem Exoskelett-Modul (12, 12', 14) mit zumindest einem Aktor (18), wobei die zentrale Servereinheit (22) zu jedem Exoskelett-Modul (12, 12', 14) des Exoskelett-Systems (10) ein dem jeweiligen Exoskelett-Modul (12, 12', 14) zugeordnetes Steuerprogramm aufweist, wobei die zentrale Servereinheit (22) dazu eingerichtet ist, auf Empfang einer Ausführungsanweisung hin und basierend auf das dem zumindest einen Exoskelett-Modul (12, 12', 14) zugeordnete Steuerprogramm einen Bewegungsbefehl (28) zu ermitteln, wobei der Bewegungsbefehl (28) zumindest eine Steuerungsanweisung zur Steuerung des zumindest einen Aktors (18) des zumindest einen Exoskelett-Moduls (12, 12', 14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Servereinheit (22) dazu eingerichtet ist, - ein Erfassungssignal (24) umfassend eine Information über ein weiteres, an das Exoskelett-System (10) angeschlossenes Exoskelett-Modul (16) zu empfangen; - ein zu dem weiteren angeschlossenen Exoskelett-Modul (16) zugeordnetes Steuerprogramm aus einer Speichereinheit (26) zu laden und das geladene Steuerprogramm mit dem jeweiligen Steuerprogramm des zumindest einen Exoskelett-Moduls (12, 12', 14) des Exoskelett-Systems (10) zu verknüpfen; und - den Bewegungsbefehl (28) basierend auf allen miteinander verknüpften Steuerprogrammen der jeweiligen Exoskelett-Module (12, 12', 14, 16) des Exoskelett-Systems (10) zu ermitteln.Central server unit (22) for determining a movement command (28) for operating an exoskeleton system (10) with at least one exoskeleton module (12, 12 ', 14) with at least one actuator (18), the central server unit (22 ) for each exoskeleton module (12, 12 ', 14) of the exoskeleton system (10) has a control program assigned to the respective exoskeleton module (12, 12', 14), the central server unit (22) being set up to upon receipt of an execution instruction and based on the control program assigned to the at least one exoskeleton module (12, 12 ', 14), to determine a movement command (28), the movement command (28) at least one control instruction for controlling the at least one actuator (18 ) of the at least one exoskeleton module (12, 12 ', 14), characterized in that the central server unit (22) is set up to - a detection signal (24) comprising information about another, to the exoskeleton system (10) to receive the connected exoskeleton module (16); - to load a control program assigned to the further connected exoskeleton module (16) from a memory unit (26) and to load the loaded control program with the respective control program of the at least one exoskeleton module (12, 12 ', 14) of the exoskeleton system (10 ) to link; and - to determine the movement command (28) based on all linked control programs of the respective exoskeleton modules (12, 12 ', 14, 16) of the exoskeleton system (10).
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