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The Timed-Up-and-Go (TUG) test aims to assess mobility, balance, walking ability, and fall risk during walking. The instrumentalization of the TUG is already described in the literature and is beginning to be implemented in the industry. The products proposed by Zhortech and Digitsole, namely connected insoles, as well as additional sensors placed on the sternum and the right and eventually left femur allow the instrumentalization of the test. An algorithm of detection and evaluation of the TUG has been developed in two versions. The first one (V1) aiming simply to calculate the total duration of the test. A second version is an improvement of V1, allowing to segment the TUG in three sub-phases: Sit-Stand, walking, Stand-Sit. These algorithms have been declined in a variant with the five sensors mentioned, and one without the sensor of the left femur. The performance of the algorithms was compared to manual labeling performed on video. The comparison includes a bland-Altman plot and a correlation for the total test duration, but also for the sub-phase’s duration according to the two variants. The TUG duration shows very good results regarding the limits of agreements (lLoA = -0.33 s and uLoA+0.6 s). The bias of 0.13 s indicated that the algorithm overrates the duration of the TUG. The results of the TUG subphases are less accurate. Although the correlation coefficient is between 0.76 and 0.96 for the different subphases, the limits of agreements are still very high, between -0.71 s and -0.5 s for the lLoA and +0.39 s and +0.58 s for the uLoA. These limits of agreements indicated that the Sit-Stand and Stand-Sit transition are not accurate enough yet. The dispersion is high for a transition that could last between about one and six seconds. The two variants, with and without a sensor on the left femur, present similar results.

Besonders der Antrieb von nichtstationären Robotern stellt in der Praxis eine große Herausforderung dar. Es werden oft hohe Drehmomente bei relativ geringen Drehzahlen benötigt. Die Masse der Antriebe muss dabei so gering wie möglich sein. Es ist somit eine drehmomentstarke Kombination aus einem Motor und einem Getriebe unerlässlich. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines drehmomentstarken Kompaktantriebs auf Basis eines Zykloidgetriebes. Das Ziel ist es, Drehmomente von bis zu 30N·m mit einer Drehzahl von 0,5 s−1 bei einer möglichst geringen Masse zu erzielen. Es werden der Aufbau, die Funktionsweise und die Belastungsprinzipien von Zykloidgetrieben erklärt und mehrere Prototypen eines Getriebes angefertigt. Diese unterscheiden sich in der Fertigungstoleranz der Zykloidenscheibe so, dass der Einfluss der Toleranz auf das Getriebespiel untersucht werden kann. Bei einem Untermaß von −0,04mm ergibt sich dabei das geringste Spiel mit 0,83°. Um die eine Aussage über die Festigkeit des Getriebes treffen zu können, wird zudem ein, auf der Hertzschen Flächenpressung basierendes, analytisches Berechnungsmodell entwickelt. Dieses wird in einem Python-Skript umgesetzt, sodass die Flächenpressungen des Prototypengetriebes berechnet werden können. Es zeigt sich hierbei, dass die Aufnehmertascheen der Zykloidenscheibe stärker belastet sind als die Verzahnung. Mit Hilfe eines Prüfstands werden die Getriebe unter der Verwendung von unterschiedlichen Schmierstoffen getestet. Die Tests zeigen, dass die Schmierung des Getriebes einen starken Einfluss auf die Verschleißbildung hat. Bei einem niedrigviskosen Öl kommt es im Versuch zu einem Schmierfilmabriss und somit zu einem verstärkten Verschleiß im Getriebe. In den Tests kommt es zu keiner Grübchenbildung bei den Getrieben. Es zeigt sich jedoch, dass die Kugellager im Getriebe einer hohen Belastung ausgesetzt sind. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird final ein Kompaktantrieb entwickelt. Dieser besitzt zwei um 180° versetzte, optimierte Zykloidenscheiben mit einer geköpften und verkürzten Epizykloide. Um die Verschleißbildung zu minimieren, werden die beiden Scheiben gehärtet und manganphosphatiert. Zudem wird ein Getriebefließfett mit einer besonders niedrigen Viskosität eingesetzt. Das Ergebnis der Arbeit ist ein drehmomentstarker Kompaktantrieb mit einem Spitzendrehmoment von bis zu 42N · m bei einem Gewicht von nur 0,550 kg.

Prof. Otte and his team detail how they created a 3-D CAD reconstruction of the Roman Capua leg, one of the earliest known prosthetic limbs.