Congress and Conference Contributions

To investigate muscular strain, it is possible to record an electromyogram (EMG) during electromyostimulation (EMS). However, stimulation artifacts make it difficult to examine evoked compound muscle action potentials (M-waves). The aim of this work was to algorithmically remove stimulation artifacts from the EMG signal when the stimulation intensity increases. For this purpose, EMG signals were recorded on four subjects who underwent a 30-second EMS of the right M. triceps surae. Afterwards we conducted offline signal processing to reduce stimulation artifacts. We implemented a two-stage threshold algorithm, adapted from O'Keeffe et al. (2001), to remove signal segments passing the thresholds in a defined sequence. Here, the thresholds in the first iteration are two constants, while the algorithm uses linearly or exponentially increasing thresholds in the second iteration. After empirically adjusting the threshold parameters, the stimulation artifacts were successfully reduced. This allows further investigations of the M-waves with respect to muscular fatigue.

Infrared sauna bathing has positive effects on body and mind. Quantifying these effects helps to make sauna use more efficient and safer and to increase the user-observed wellness effects. Currently, there are no practical solutions for a comprehensive and user-friendly monitoring of the physical impact of sauna bathing. This paper focuses on the concept development to investigate which measurement setups are suitable to record and evaluate changes in vital parameters. Based on prioritized vital parameters and requirements a pre-selection of devices in form of wearables is made, which is going to be examined in detail for their suitability. An investigation with ten test persons is planned, in which the wearables’ measurement accuracy and the user acceptance outside and inside the infrared cabin are quantified. The result is a concept for the test procedure and the evaluation of the wearables in order to integrate a suitable device into the overall system.

Bio-inspired robotic designs introducing and benefiting from morphological aspects present in animals allowed the generation of fast, robust, and energy-efficient locomotion. We used engineering tools and interdisciplinary knowledge transferred from biology to build low-cost robots, able to achieve a certain level of versatility. Serval, a compliant quadruped robot with actuated spine and high range of motion in all joints, was developed to address the question of what mechatronic complexity is needed to achieve rich motion skills. In our experiments, the robot presented a high level of versatility (number of skills) at medium speed, with a minimal control effort and, in this article, no usage of its spine. Implementing a basic kinematics-duplication from dogs, we found strengths to emphasize, weaknesses to correct, and made Serval ready for future attempts to achieve more agile locomotion. In particular, we investigated the following skills: walk, trot, gallop, bound (crouched), sidestep, turn with a radius, ascend slopes including flat ground transition, perform single and double step-downs, fall, trot over bumpy terrain, lie/sit down, and stand up.

Die Schallübertragung zum Trommelfell wird maßgeblich durch die anatomischen Gegebenheiten des Außenohres - speziell des Gehörganges mit seiner individuell stark unterschiedlichen Geometrie - beeinflusst. Zur Untersuchung des Einflusses der Gehörgangsgeometrie als auch verschiedener mechanischer und akustischer Eigenschaften des Außenohres auf die Außenohr-Übertragungsfunktion (OETF, outer ear transfer function) wurde am Fachgebiet Biomechatronik ein Prüfstand entwickelt, welcher in diesem Beitrag vorgestellt werden soll. Der Prüfstand kann genutzt werden, um an Modellen des Außenohres die OETF zu messen. Die Schallerzeugung erfolgt über einen Funktionsgenerator DG 1022 der Firma RIGOL und einen Mitteltöner JBL BY HARMAN Control 1. Die Modelle des Außenohres wurden durch geeignete Kombination und konstruktive Ergänzung aus der digitalisierten Ohrmuschel des Kunstkopfes KU-80 (GEORG NEUMANN GmbH) sowie digitalisierter Polysiloxan-Abformungen des Gehörganges erstellt und anschließend per Fused Deposition Modelling aus Materialien mit unterschiedlichem E-Modul gefertigt. Die Signalaufnahme erfolgte in einer gedachten Trommelfellebene mittels eines MICW i436-Messmikrofons, welches nach Norm DIN EN 616 Klasse 2 zertifiziert ist. Die Messung mittels des Prüfstandes ermöglicht die experimentelle Untersuchung und Quantifizierung von Einflussfaktoren, welche durch vergleichbare In vivo-Messungen oder Simulation nur schwer abzubilden sind. Darüber hinaus kann der Prüfstand genutzt werden, um eine einfache und kostengünstige Funktionsprüfung von Gehörschutzsystemen durchzuführen und so zukünftige Entwicklungen zu unterstützen.

Verschiedene Studien konnten einen großen und frequenzspezifischen Einfluss anatomischer Strukturen des Kopfes und des Rumpfes auf die Schallübertragung zum Trommelfell nachweisen. Gerade der menschliche Gehörgang und dessen große geometrische Varianz, sowohl im Querschnitt als auch bei der Ausprägung der in der Literatur beschriebenen zwei Knicke im Gehörgangverlauf, beeinflussen den am Trommelfell auftreffenden Schalldruckpegel stark. Zur Beurteilung des Schalldruckpegels am Trommelfell in Abhängigkeit von der Gehörganggeometrie dienten eigene experimentelle Untersuchungen und Finite-Elemente-Simulationen, welche mit dem Simulationsprogramm COMSOL® Multiphysics durchgeführt wurden. Für die experimentellen Untersuchungen wurde ein Versuchsstand entworfen, welcher die Messung des Schalldrucks in der Trommelfellebene des jeweiligen individualisierten künstlichen Gehörgangs erlaubt. Die Versuchsobjekte wurden mit einem 3D-Druck-Verfahren gefertigt (Ultimaker 2, Ultimaker B.V). Die Schallerzeugung erfolgte orthogonal zur Ebene der Pinna über einen Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz. Der Schalldruckpegel in der Trommelfellebene zeigt eine deutliche Abhängigkeit von der jeweiligen Gehörganggeometrie. Anhand der durch unterschiedliche Geometrien hervorgerufenen räumlichen Maxima und Minima des frequenzabhängigen Schalldruckpegels sowie der Verschiebung dieser Extrema können Aussagen über die objektive äußere Lärmbelastung, hervorgerufen durch individuelle Eigenschaften der Signaltransmission, getroffen werden. Es erscheint dadurch möglich, anhand der Gehörganggeometrie zu Abschätzungen zur Vulnerabilität des Gehörs für verschiedene Frequenzen beizutragen. Diese Erkenntnisse sollten im Rahmen des Arbeitsschutzes - speziell der Lärmprävention genutzt werden.

For industrial environments esp. under conditions of "Industry 4.0" it is necessary to have a mobile and hands-free controlled interaction solution. Within this project a mobile robot system (for picking, lifting and transporting of small boxes) in logistic domains was created. It consists of a gesture detection and recognition system based on Microsoft Kinect™ and gesture detection algorithms. For implementing these algorithms several studies about the intuitive use, executing and understanding of mid-air-gestures were processed. The base of detection was to define, if a gesture is executed dynamically or statically and to derive a mathematical model for these different kinds of gestures. Fitting parameters to describe several gesture phases could be found and will be used for their robust recognition. A first prototype with an implementation of this technology also is shown in this paper.

Täglich ist der Mensch Schwingungen ausgesetzt. Die Normen ISO 2631-5 und VDI 2057-1 haben den Anspruch, standardisierte Mess- und Auswertungsmethoden bereitzustellen, um das Gefährdungspotential solcher mechanischen Einwirkungen einschätzen zu können. Jedoch ist ihre Anwendung nicht trivial. Besonders die Signalaufnahme, -umrechnung und -auswertung erfordern Expertenwissen. In diesem Artikel werden, die in den Normen beschriebenen Vorgehensweisen zur Gefährdungseinschätzung von Ganz-Körper-Schwingungen erläutert, exemplarisch durchgeführt und die Ergebnisse verglichen. Als Beispiel dient ein Proband in einem elektrischen Rollstuhl. Messaufbau, Umrechnungen des Messsignals und die Bewertung der Gefährdung werden dargestellt. Es wird gezeigt, welche Einflüsse die verschiedenen zeitlichen Einwirkungsparameter auf die Berechnungsergebnisse haben. Es kann zusammengefasst werden, dass durch Anwendung der Normen nur unzureichende Prognosen für die Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren getroffen werden können, da die individuellen Eigenschaften der Probanden nicht berücksichtigt werden. Die Normen haben unterschiedliche Anwendungsbereiche und führen zu verschiedenen Gefährdungsbeurteilungen für ein und dieselbe Schwingungsbelastung.

To realize a hands-free controlled system by recognition of mid-air gestures still a bundle of serious problems exists. It is not really clarified how commands have to be interpreted by gestures because it is possible to understand the stroke phases as static as well as dynamic. But depending on which meaning will be used the gesture itself has to be executed in different manners. With video sequences of different interpretations and an online questionnaire this question was examined. The results and also pending problems led to a first solution of a mobile and hands-free controlled transportation system (for picking, lifting and transportation of small boxes) in logistic domains.

The reception of vibrations is a special sense of touch, important for many insects and vertebrates. The latter realize this reception by means of hair-shaped vibrissae in the mystacial pad, to acquire tactile information about their environments. The system models have to allow for stabilizing and tracking control while nevertheless being able to detect superimposed solitary excitations. Controllers have to be adaptive in view of both the randomness of the external signals to be suppressed and the uncertainty of system data. We presents mechanical models and an improved adaptive control strategy that avoids indentification but renders the systemn sensitive.

Die Steuerung eines Kletterroboters, der sich im Raum in allen sechs Freiheiten bewegen kann, erfordert von den Bedienern ein hohes Maß an motorischem Geschick. Die im mentalen Modell des Bedieners bekannten Bewegungsmodule setzen sich aus verschiedenen Bewegungsprimitiven(= überlagerten Abbildungen von Einzelbewegungen) zusammen. Das hier vorgestellte neue Bedienkonzept, welches nach der Erstellung auch evaluiert wurde, setzt auf die Verwendung von kombinierten Einzelbewegungen in Verbindung mit dem WYSIWYG Prinzip zur Richtungssteuerung. In der Evaluation zeigte sich, dass die geforderte intuitive Steuerung nach Aussagen der Probanden erfolgreich implementiert wurde.

An der Technischen Universität Ilmenau (Fachgebiete Arbeitswissenschaft und Biomechatronik) wurde ein Bewegungsanalysesystem auf seine Eignung zur Untersuchung von 3DEingabegeräten überprüft. Daraus resultierende erste Ergebnisse werden mit dieser Arbeit vorgestellt. Die grundsätzliche Eignung des Bewegungsanalysesystems wurde ebenso festgestellt wie die der verwendeten Testumgebung mit der zugehörigen Software. Dazu wurden die Bewegungsdaten von 35 an den Probanden befestigten Markern und die Logdaten der benutzten 3D-Eingabegeräte (Gamepad, Joystick und Haptor) während der Abarbeitung einer standardisierten Testaufgabe erfasst und ausgewertet. - Durch die Analyse der Logdaten konnte gezeigt werden, dass sich die verwendeten Eingabegeräte bezüglich der Ausführungszeiten einzelner Teilaufgaben unterscheiden. Neben den unterschiedlichen Zeiten zur Abarbeitung der einzelnen Teilaufgaben zeigten die Logfiles auch Unterschiede in den Abweichungen der durchgeführten Bewegungen von der als Ideallinie definierten kürzesten Verbindung zwischen den Start- und Zielkoordinaten der jeweiligen Teilaufgaben. Durch die Bewegungsanalyse konnten bei einigen Probanden spezifische Bewegungsmuster in Abhängigkeit vom genutzten Gerätetyp wiederholt auch nach physischer Belastung nachgewiesen werden. Jedoch konnten solche Muster nicht als gerätespezifisch gleichbleibend über die gesamte Gruppe hinweg gefunden werden.

During a project period of three years a new type of remote control and onscreen display was developed after a process of compares and analysis of present remote controls and multimedia devices. This project was initiated by a German producer of consumer electronics. The usability and user acceptance was tested and added by questionnaires. The characteristic of this system is a remote control with only one control element and an according concertedly developed onscreen display. This new onscreen display is marked that the motion of the thumb on the surface of the sensor pad produces a conformable motion inside the display. All operational functions are integrated in 4 menus at both sides, top and bottom of the screen. The user testing had shown that haptic elements are well suitable to fulfil the requirements of supporting the user by imprinted user routines and avoidance of visual control of the usage.

To fulfil the requirements of several user groups with the need of assistance in tourist activities and regions an assistance system was developed. The user frontend is realised by a handheld device combined with additional features matched to the user specifics. The system assures a optimal presentation of the needed information by a easy to learn and easy to use new gesture-based GUI. This and the additional specific I/O-devices and components provide the IT-Biocompatibility. These add-ons are adaptors for wireless transfer to hearing aids, vibro-tactile belts or accumulators and sensors for measuring of vital parameters.

Based on own researches and initiated by a German producer of consumer electronics, mobile user interfaces, esp. remote controls, were analyzed concerning the quality of their ergonomic design, focussed on the kindliness of accommodation between remote control, onscreen display and controlled device. During the project a new type of remote control and onscreen display was developed after a process of compares and analysis of present remote controls and multimedia devices. The usability and user acceptance was tested and added by questionnaires. The characteristic of this system is a remote control with only one control element and an according concertedly developed onscreen display. This new onscreen display is marked that the motion of the thumb on the surface of the sensor pad produces a conformable motion inside the display. All operational functions are integrated in 4 menus at both sides, top and bottom of the screen. The user testing had shown that haptic elements are well suitable to fulfil the requirements of supporting the user by imprinted user routines and avoidance of visual control of the usage.

Für chronische Belastungen wie Lärm kann bisher nur selten eine evidenz-basiert reproduzierbare Dosis-Wirkungsbeziehung zu individuellen Schädigungen exponierter Arbeitnehmer belegt werden. Gleiche externe Reize führen durch die variante Prädisposition von Arbeitnehmern zu individuellen Beanspruchungen. Folgerichtig konzentriert sich die arbeitsmedizinische Forschung für die Bewertung von Beanspruchungen auf eine höhere Quantifikation der Messgrößen für die Prädisposition und die Belastung. Ziel der Studie war es, mittels eines Experiments eine standardisierte Kontrolle der Lärmbelastung für Besucher einer Diskothek sowie eine standardisierte Kontrolle der psychophysischen Reaktion (Beanspruchung) auf diese Exposition durchzuführen. Neben der Beschreibung von physikalischen Reizgrößen durch konventionelle Messverfahren wie den A-bewerteten Schalldruckpegel wurden psychoakustische Empfindungsgrößen wie die Lautheit (DIN 45 631), die Schärfe und die Rauhigkeit berechnet. An diesem Experiment nahmen 25 männliche Probanden im Alter von 22 bis 28 Jahren teil. Sie repräsentierten durchschnittliche Besucher einer Diskothek. Um die psychophysische Reaktion zu erfassen, erfolgten audiometrische Untersuchungen (Tonschwellenaudiometrie, Distorsionsprodukte otoakustischer Emissionen) vor und nach einer definierten Schallexposition während normaler Veranstaltungsabende in dieser Diskothek. Weiterhin wurden die Probanden zu Art, Dauer, Häufigkeit von Lärmbelastungen in der Freizeit sowie individuellen Hörgewohnheiten, Motivation und Stimmungslage befragt. Grundlage für die Auswertung war die Annahme, dass die gewählten Beschreibungsgrößen für die Reize überzufällig mit den Beschreibungsgrößen für individuelle Reaktionen korrelieren. Der Vergleich der Ergebnisse aus der Berechnung der (psycho-)physischen Kennwerte, welche die von einem Geräusch ausgehende Belastung bzw. Beanspruchung beschreiben sowie die probandenspezifische Reaktion sprechen für einen engen Zusammenhang zwischen der Lautheit und den zeitweiligen Hörschwellenverschiebungen (TTS) der Probanden, welche durch Distorsionsprodukte otoakustischer Emissionen ermittelt wurden.

Background: Both, the slow cortical potentials (SCP), acquired during self-regulative processes (SRP) and the contingent negative variations (CNV) originate with strong attendance of information processing, and contain components which are closed to 0 Hz. Despite different existing hypotheses, both generation mechanisms have not been proven yet. In this study, the interest was focused on the topological synchronization within the common EEG bands. - Method: After appropriate preprocessing, single- and multi-trial classical and dynamical coherence analyses were applied to data acquired during a self-regulative procedure, based on SCP and such acquired by modified S1-S2 paradigm. All possible electrode (28 channels) combinations were computed. A comparison based on the consideration of the time, the frequency, and the localization was carried out. - Results: The highest synchronization of the SRP based on SCP can be observed in the central and front-central areas in theta and alpha band. There is no difference in the coherences between task positivation and task negativation in the SRP. Depending on the applied feedback strategy (visual-, musicfeedback and association) additional areas, e.g. right front-temporal, could show higher coherences temporary. Very high theta coupling occur independently on the time interval within the trigger sequences. There is no significant difference between the SRP and CNV process regarding the localizations, the frequencies, and the highness of the coherences. - Conclusion: Both the SRP based on SCP and the CNV-processes evince similar coupling behavior. These facts indicate related or common neurological and psycho-physiological generation mechanisms and will be explored in further detail in future studies.

Aus umfangreichen Analysen verschiedenster Fernbedienungen sowie zugehöriger Geräte wurde ein System aus Geber und Bildschirmmenü neu gestaltet, dass eine hohe Akzeptanz durch intuitive Nutzerführung erreicht. Diese wird gezielt durch haptische Eingabeelemente unterstützt.