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Blödorn, Victoria;
Die experimentelle Bestimmung der notwendigen Vertäubung im Rahmen der Sprachaudiometrie bei einseitig ertaubten und mit Cochlea-Implantat versorgten Patienten. - Ilmenau. - 71 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Zielsetzung: Ziel dieser Arbeit ist die experimentelle Bestimmung der korrekten Vertäubung einseitig ertaubter und mit Cochlea-Implantat (CI) versorgter Patienten. Dafür wurden in einer Studie drei Vertäubungsparameter und deren Einfluss auf die Sprachverständlichkeit (SV) betrachtet. Auf Grundlage der Ergebnisse sollten Empfehlungen zur Durchführung der sprachaudiometrischen Untersuchungen dieser Patientengruppe formuliert werden. Methodik und Material: Die SV von 19 einseitig ertaubten und CI-versorgten Probanden (11 männlich, acht weiblich; 11 trugen CI rechts, acht links; Altersdurchschnitt: 55,5 Jahre) wurde in zwei Phasen einer Studie und in Abhängigkeit vom verwendeten Kopfhörer (supra-aural (saKH) und circumaural (caKH)), Maskierungsgeräusch (weißes (wR) und selbsterstelltes Rauschen (sR)) und -pegel bestimmt. Zusätzlich dazu wurde über einen Fragebogen die subjektive Höranstrengung und der Tragekomfort der Kopfhörer untersucht. Ergebnisse: Alle Messergebnisse wurden zur Evaluierung der Vertäubung miteinander verglichen. Im Gegensatz zu den caKH, war die SV bei den Messdurchgängen mit dem saKH ab 40 dB effektiver Vertäubung von der Wahl des Vertäubungsgeräusches abhängig. Insbesondere im Messdurchgang mit saKH und sR blieb die SV auf jedem effektiven Vertäubungspegel konstant bei 60-70 %. Die Auswertung des Fragebogens ergab eine durchschnittliche subjektive Höranstrengung von 4 (mittlere Anstrengung). Diskussion: Es können keine allgemeingültigen Empfehlungen zur Durchführung der Sprachaudiometrie bei einseitig ertaubten und CI-versorgten Patienten auf Grundlage der Studienergebnisse formuliert werden. Die in dieser Studie ermittelte Unabhängigkeit der SV im Messdurchgang mit saKH und sR sollte mit größerer Probandenzahl bestätigt werden. Weiterhin scheint die subjektive Höranstrengung nicht direkt durch die untersuchten Vertäubungsparameter beeinflusst zu werden, doch aber durchaus für die Bestimmung der SV relevant zu sein.



Schwindt, Esther;
Validierung eines Extremitätenphantoms für die Elektromyostimulation. - Ilmenau. - 83 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Als Folge des demographischen Wandels und des gestiegenen Gesundheitsbewusstseins ist davon auszugehen, dass die Bedeutung aktivierender Methoden wie Elektromyostimulation (EMS) in den Bereichen Rehabilitation und Fitnesstraining weiter zunehmen wird. Die kurzen Trainingseinheiten mit EMS können Anwender allerdings dazu verleiten, länger und häufiger als nötig zu trainieren, was eine Muskelüberbeanspruchung nach sich ziehen kann. Die simultane Aufzeichnung eines Elektromyogramms (EMG) liefert Informationen über die tatsächliche Muskelkontraktion und den Ermüdungszustand des Muskels, mit denen ein kontrollierter Einsatz der EMS gewährleistet werden kann. Ausgangspunkt dieser Arbeit ist der Wunsch, Artefakte wie den Stimulationsimpuls der EMS im EMG-Signal mithilfe der Aufzeichnung einer Artefaktreferenz an einem Phantom zu reduzieren. Durch den Einsatz eines Phantoms könnten unabhängig von der Verfügbarkeit von Probanden Untersuchungen zu den Wirkungen von Parametervariationen der EMS durchgeführt werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, ein Oberarmphantom unter den Anwendungsbedingungen der EMS zu validieren. Gewebephantome, die die dielektrischen Eigenschaften menschlichen Gewebes für den Niederfrequenzbereich nachbilden sollen, wurden konzipiert und anhand zweier Schichtphantome mit den Gewebearten Haut, Fett, Blut und Muskel evaluiert. Während eines der beiden Schichtphantome besonders zur Nachahmung der Leitfähigkeit geeignet ist, wurde das zweite speziell auf eine bessere Abbildung der Permittivität ausgelegt. Mithilfe dieser Schichtphantome wurde die Kombination der Messeinheiten EMS und EMG hinsichtlich verschiedener Kriterien getestet. Als ein wichtiges Ergebnis dieser Arbeit wurde die gute Übereinstimmung zwischen einer EMG-Messung am Menschen und einer EMG-Messung am stimulierten Phantom nachgewiesen, sodass der Einsatz der entwickelten Phantome für Untersuchungen im Anwendungsbereich der EMS empfohlen werden kann.



Dyroff, Johannes;
Auswahl und Qualifizierung eines Sensors zur Interaktionskraftmessung zwischen Exoskelett und Nutzer. - Ilmenau. - 41 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Nicht nur in der Industrie, sondern auch in Medizin und anderen Bereichen werden immer mehr Exoskelette eingesetzt. Sie sollen uns helfen, Arbeit einfacher und mit weniger Belastung für den Körper durchzuführen. Um sich zu stellen, dass unerwünschte Interaktionskräfte vermieden und gewünschte Interaktionskräfte verstärkt werden, soll die Bewegung geregelt werden. Dafür ist es wichtig, diese Interaktionskräfte zu messen. Für diese Messungen werden verschiedene Messprinzipien eingesetzt. Jetzt soll, für eine wirtschaftliche Umsetzung, eine günstige Alternative gefunden werden, die gleichzeitig die Anforderungen an eine solche Messung erfüllt. Dafür werden in dieser Arbeit bisherige Ansätze für solche Lösungen verglichen und aus diesen, allgemeine Prinzipien entwickelt. Mit Hilfe von entwicklungsmethodischen Ansätzen wird dann eines der Prinzipien ausgewählt und eine Anleitung für einen zukünftigen Versuchsaufbau erstellt, welcher überprüfen soll, ob die gestellten Anforderungen erreicht werden können.



Wetzel, Sebastian;
Ein Beitrag zur Ansteuerung des Exoskelett-Systems AMULETT mittels Oberflächen-Elektromyographie unter Nutzung von Open-Source-Hardware. - Ilmenau. - 61 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Bewegungen des menschlichen Körpers werden durch die Skelettmuskulatur ermöglicht. Die Erfassung von Oberflächen-Elektromyographie-Daten erlaubt es die Muskelaktivität der beteiligten Muskeln dabei zu betrachten. Dieses Wissen kann möglicherweise dazu genutzt werden, eben jene Bewegungen vorherzusagen und damit sogenannte Exoskelette zur Bewegungsunterstützung anzusteuern. In dieser Arbeit wird ein Messaufbau konzipiert, um die Aktivität von Musculus biceps brachii, Musculus triceps brachii und Musculus deltoideus während der Flexion und Extension des Ellenbogens zu betrachten. Ziel dessen ist den Einfluss des Musculus deltoideus auf diese Bewegungen zu bestimmen. Anhand dessen wird auf Grundlage einer Literaturrecherche ein Ansteuerungskonzept entwickelt, welches den Einfluss des Musculus deltoideus als zusätzlichen Input berücksichtigt. Um die Gesamtkosten im Hinblick auf eine spätere Nutzung im breiten industriellen Umfeld niedrig zu halten, wird sich auf die Nutzung von Open-Source Hardware konzentriert. Die Messungen an drei Probanden zeigen, dass sich die Betrachtung der Muskelaktivität des Musculus deltoideus bei der Ellenbogenflexion und -extension aufgrund eines gemessenen zeitlichen Versatzes zu der Aktivität von Musculus biceps brachii und Musculus triceps brachii als mögliche Prädiktionshilfe durchaus als nützlich erweisen kann, besonders bei der Betrachtung der Messungen mit höheren Lasten. Sowohl das Messsetup als auch die für die Ansteuerung des Exoskelett-Systems erstellten Algorithmen benötigen noch einige Optimierungen, dennoch zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass die Prädiktion der Bewegung unter Einbezug des Musculus deltoideus und günstiger Open-Source-Hardware erfolgreich sein kann.



Elsayed, Mohamed;
Ein Beitrag zur Erfassung der Kinematik des menschlichen Rumpfes mittels Inertialmesssystemen. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

In dieser Arbeit wurde ein System zur Aufzeichnung und Analyse von Bewegungen der Wirbelsäulen entwickelt. Das System besteht aus zwei Inertialmesssystemen, die auf einem T-Shirt in Höhe des Schulter- und oberhalb des Beckengürtels angebracht wurden. Die Auswertung der Daten erfolgt mittels Arduino-Mikrocontroller und einem Laptop. Die grundlegende Eignung des Messkonzepts wurde mittels einem flexiblen Standard-Winkelmesser getestet. Zur Validierung des kompletten Messsystems wurde an einem Probanden der Bewegungsraum der Wirbelsäule untersucht. Diese wurde experimentell mit dem System gemessen und parallel als Video aufgezeichnet. Die Auswertung der Videos erfolgte mittels der Video-Analyse-Software Kinovea. Die Ergebnisse anhand des eigenen Messsystems als auch aus der Video-Analyse waren vergleichbar und haben die Erwartungen aus der Literatur zum Bewegungsraum der Wirbelsäule bestätigt. Weiterhin wurden erste Experimente zur Analyse der Bewegung der Wirbelsäule in dynamischen Situationen durchgeführt. Zu diesem Zweck wurde bei einem Probanden die Bewegung der Wirbelsäule beim normalen Gehen aufgezeichnet. Anschließende erfolgte die gezielte Störung der Beweglichkeit der Wirbelsäule beim Gehen mittels Kinesio-Tape und Gewichten. Die Analyse der ersten Ergebnisse konnte noch keine eindeutigen Unterschiede zwischen dem normalen und gestörten Gang zeigen. Zu diesem Zweck sind eine weitere Validierung und Optimierung des Systems sowie weitere Experimente erforderlich.



Karmrodt, Marvin;
Nutzerevaluation der Gamifizierung von Fitnessübungen für ein Elektromyostimulationstraining in einer virtuellen Realität. - Ilmenau. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Bewegungsmangel ist ein weit verbreitetes Problem in der modernen Gesellschaft. Um dem entgegenzuwirken, wird bei dem Projekt VR-EMS versucht, eine effektive Trainingsmethode zu schaffen, welche durch das Einbringen von Gamificationelementen die Motivation zum Sport steigert. Damit sich die jeweilige Sportübung für den Betroffenen nach einem Spiel anfühlt, sind Erkenntnisse über Gamificationelemente notwendig, um diese effektiv gestalten zu können. In dieser Arbeit wurde sich zuerst systematisch mit den Grundlagen zu Elektromyostimulation, virtuelle Realität, Evaluationen und Gamification auseinandergesetzt. Da sich in dieser Evaluation für einen Fragebogen entschieden wurde, liegt der Fokus im Grundlagenteil auf der Erstellung eines Fragebogens, insbesondere auf der Formulierung der Fragen und das Vermeiden möglicher negativ auswirkender Antworttendenzen. Es wurden insgesamt 12 Probanden rekrutiert. Die gesammelten Daten wurden zusammengefasst, teils visualisiert und ausgewertet. Aufgrund des kleinen Stichprobenumfangs gelten die Ergebnisse nur innerhalb der Stichprobe und lassen sich nur bedingt auf die Grundgesamtheit übertragen. Dennoch liefert diese Arbeit einen Beitrag an der Erforschung der Elemente und widmet sich sowohl der Effektivität als auch der Gestaltung der einzelnen Elemente. Die Probanden bewerteten Abzeichen gefolgt von Herausforderungen am besten. Dabei sollten Abzeichen jedoch präzise und transparent formuliert sein. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass Avatare besser bewertet wurden von Probanden, welche mehrmals die Woche Sport machen. Aufgrund der Probandenanzahl konnten nicht derart viele Typen von Spieler und Sportler untersucht werden wie angedacht. Dahingehend lässt diese Arbeit noch Raum für weitere Evaluationen.



Erhebung und Evaluierung zukunftsfähiger mechatronischer Konzepte an einer Oberkörper-Mensch-Maschine-Schnittstelle für das Exoskelett Cray X. - Ilmenau. - 160 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Um Exoskelette in naher Zukunft stärker auf Nutzende und ihren Eigenschaften anzupassen sowie eine höhere Entlastung zu erzielen, besteht eine Möglichkeit in der Integration geeigneter aktiver oder passiver Elemente. Damit kann eine Optimierung des Tragekomforts und der Funktionalität erreicht werden. Das Ziel in der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung und Evaluierung von zukunftsfähigen mechatronischen Anwendungen zur Steigerung der gesamtheitlichen Effizienz des Exoskeletts Cray X auf Basis einer im Prototypenstatus befindlichen neuartigen Oberkörperanbindung sowie einer bespielhaften Umsetzung von drei Konzepten. Dazu wurde die folgende Forschungsfrage gestellt: „Durch welche integrierbaren mechatronischen Anwendungen in der neuartigen Oberkörperanbindung des Cray X kann die gesamtheitliche Effizienz des Exoskeletts gesteigert werden?“ Zur Beantwortung dieser Frage wurde zu Beginn die neue Oberkörperanbindung betrachtet und mögliche Problemstellungen identifiziert. Auf dieser Grundlage wurden vier prägnante Optimierungspotentialen der Oberkörperanbindung ermittelt und eine Recherche über Lösungs-möglichkeiten dazu durchgeführt. Im Anschluss erfolgte auf Basis der VDI-Richtlinie 2221 eine Präzisierung der Aufgabenstellung, die Ermittlung von Funktionen und Teilfunktionen, die Suche nach Teillösungen und der Entwicklung von Lösungsprinzipien. Mit der anschließenden Bewertung dieser Prinzipien wurden die drei vielversprechendsten Konzepte identifiziert. Diese Konzepte wurden im nachfolgenden Schritt ausgearbeitet und bewertet. Das Ergebnis dieser Arbeit sind drei Konzepte zur Steigerung der gesamtheitlichen Effizienz des Exoskeletts Cray X mit der dazugehörigen Dokumentation aller Teilschritte.



Heller, Robert;
Entwurf eines Konzeptes zur Gamifizierung von Elektromyostimulationstraining in einer virtuellen Realität. - Ilmenau. - 72 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Elektromyostimulation (EMS) stellt eine effektive und zeitsparende Methode des Krafttrainings dar. Oftmals ist es aber mit unangenehmen Empfindungen verbunden oder Nutzern fehlt die Motivation zum Trainieren. Aus diesem Grund soll das EMS-Training in eine virtuelle Realität (VR) eingebunden und durch Elemente der Gamifizierung spielerischer gestaltet werden, sodass es sich auch für eine Heimanwendung eignet. Ziel der Arbeit war der Entwurf eines Konzeptes für die Rahmenbedingungen der EMS, die Einbindung in eine VR und die Gamifizierung des Trainings. Eine Literaturrecherche wurde durchgeführt, um die wichtigsten Grundlagen der verwendeten Technologien und Methoden zu erarbeiten. Insbesondere geeignete Trainingsübungen, die Bedingungen für Immersion in einer VR-EMS-Kombination und Elemente der Gamifizierung standen dabei im Fokus. Auf Basis dieser Informationen wurde ein sechswöchiges Trainingskonzept erstellt und gamifiziert. Insgesamt wurden zwölf Trainingseinheiten konzipiert, die für die Stimulation jeweils nur 10˜min bis 15˜min in Anspruch nehmen. Inhalt des Trainings ist das Aufheben von virtuellen Objekten in der VR, deren Masse durch gezielte EMS simuliert wird, wodurch zugleich ein Trainingseffekt für die Muskulatur erzeugt wird. Die Intensität soll über die Anwendungen hinweg stetig steigen, der Nutzer kann sie jedoch bis zu einem gewissen Grad individualisieren. Die Sicherheit und der Komfort des Nutzers haben dabei höchste Priorität. Der Trainingsablauf wurde durch Gamifizierungselemente wie Punkte, Level oder Herausforderungen spielerisch gestaltet. Das erstellte Konzept soll als Grundlage für weitere Forschungen und empirische Untersuchungen dienen. Eine Ergänzung des Konzepts um weitere Bewegungsabläufe und dazu passende Stimulationsmuster ist für eine kommerzielle Verwendung notwendig. Ebenso sollten einige Parameter der Gamifizierung präzisiert werden.



Jegelka, Chiara;
Nutzung von einstellbaren, nichtlinearen Nachgiebigkeiten in aktiven Exoskelett-Systemen. - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Bei der Entwicklung von aktiven Exoskelett-Systemen liegt der Fokus auf Anwendersicherheit und Biokompatibilität. Eine Möglichkeit, diese Anforderungen zu erfüllen, besteht in der Nutzung von Nachgiebigkeiten in der Aktorik solcher Systeme. Vorrangiges Ziel dieser Arbeit ist eine Konzeptentwicklung auf Grundlage der systematischen Aufbereitung einer Recherche zum Stand der Technik zu einstellbaren und/oder nichtlinearen Nachgiebigkeiten. Die Vorteile der Nutzung von Nachgiebigkeiten nach dem Vorbild des menschlichen Skelettmuskels werden anhand eines Konzepts demonstriert. Das Konzept wird durch ein mechanisches Modul umgesetzt. Basis des entwickelten Moduls stellt ein passiver Übertragungsmechanismus in Kombination mit einer linearen Zugfeder dar. Eine geeignete Methode zur Validierung des Konzepts wurde gewählt und umgesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass das entwickelte passive Modul sowohl eine einstellbare als auch nichtlineare Nachgiebigkeit besitzt, die dem Verhalten des Skelettmuskels stark ähnelt. Das Modul kann mit seinem passiven Funktionsprinzip in allen seilgetriebenen aktiven Exoskelett-Systemen eingesetzt werden.



Entwicklung eines Prüfstandes für die Qualifizierung inertialer Messeinheiten. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Inertiale Messeinheiten (engl.: Inertial measurement units, kurz: IMUs) kombinieren verschiedene Sensoren (z.B. 3 Gyroskope und 3 Beschleunigungssensoren) in einem Messsystem auf kleinstem Raum. Bei einer Bewegung lassen sich über die Änderung der Orientierung und der Beschleunigung Informationen über die neue Position ableiten. Eine IMU besitzt also die Fähigkeit ihre Position und Orientierung, in Bezug auf die Ausgangsposition, ohne Hilfe von äußeren Signalen zu bestimmen. Mit den kleinen Abmessungen der MEMS-Sensoren im Mikrometerbereich sind viele neue Anwendungsbereiche für die Sensoren dazugekommen, welche immer höhere Präzision erfordern. In der vorliegenden Arbeit werden, unter Verwendung der Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme (VDI 2206), unterschiedliche Konzepte zur technischen Umsetzung eines Prüfstandes für die Qualifizierung inertialer Messeinheiten vorgestellt und bewertet. Daraufhin wurde ein Pendelprüfstand konzipiert und umgesetzt, welcher die Genauigkeit von IMUs bewerten kann. Abschließend erfolgte eine Validierung des Versuchsaufbaus durch praktische Versuchsdurchführungen.