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. 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).
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
Aus der
Die
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:
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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.
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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.
Im Folgenden werden die in
Das Exoskelett-System
Das Fuß-Modul
In einem zweiten Verfahrensschritt
In einem dritten Verfahrensschritt
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
In einem vierten Verfahrensschritt
Zur Ermittlung des Bewegungsbefehls
Weiterhin kann eine jeweilige physische Schnittstelle des Exoskelett-Systems
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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