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at - Automatisierungstechnik

Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik

[AT - Automation Technology: Methods and Applications of Control, Regulation, and Information Technology
]

Editor-in-Chief: Jumar, Ulrich


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2196-677X
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Belastungsregelung bei der Elektrostimulationsergometrie (Power Control of Electrical Stimulation Induced Cycle Ergometry)

Thomas Schauer / Robert C. Salbert / Nils-Otto Negård / Kenneth J. Hunt / Jörg Raisch
Published Online: 2009-09-25 | DOI: https://doi.org/10.1524/auto.2005.53.12.607

Abstract

Für querschnittgelähmte Menschen stellt das Herz-Kreislauf-Training an Fahrradergometern mit Funktioneller Elektrischer Stimulation (FES) der gelähmten unteren Extremitäten eine sich zunehmend etablierende Rehabilitationsmaßnahme dar. Diese Arbeit stellt ein neues Ergometersystem mit Elektrostimulation vor, bei dem die Beine zusätzlich durch einen Hilfsmotor unterstützt werden. Durch den Motor kann ein isokinetisches Training realisiert werden. Der Patient arbeitet in diesem Fall mit den elektrisch stimulierten Muskeln gegen den Motor, der die Trittgeschwindigkeit konstant hält. Für die gezielte Anpassung der Belastung durch die Elektrostimulation wurde ein sich selbst einstellender Momentenregler entwickelt. Der Reglerentwurf erfolgt anhand der online identifizierten linearen Übertragungsfunktion zwischen Stimulationsintensität und gemitteltem muskulären Antriebsmoment. Erste experimentelle Ergebnisse mit einem neurologisch intakten Probanden werden vorgestellt.

Abstract

Training the cardio-pulmonary system by means of Functional Electrical Stimulation (FES) induced leg cycle ergometry represents a recent method for the rehabilitation of spinal cord injured patients. This contribution presents a newly developed ergometer system with electrical stimulation. The device is equipped with an auxiliary motor to support the movement of the legs. Using the motor, an isokinetic training can be realised. The motor maintains the cadence at a desired level while the cyclist is working against the motor aiming to accelerate the crank by the FES induced active drive moment. The work rate is controlled in this case by a self-tuning moment controller which adjusts the stimulation intensity. The controller design is based on an online identified linear transfer-function between stimulation intensity and averaged active drive torque. Preliminary experimental results with a neurologically intact subject are presented.

Keywords: Biomedical engineering; self-tuning control; extended Kalman filter

About the article

Published Online: 2009-09-25

Published in Print: 2005-12-01


Citation Information: at - Automatisierungstechnik, Volume 53, Issue 12/2005, Pages 607–614, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: https://doi.org/10.1524/auto.2005.53.12.607.

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[1]
Simona Ferrante, T. Schauer, Giancarlo Ferrigno, Jorg Raisch, and Franco Molteni
Neuromodulation: Technology at the Neural Interface, 2008, Volume 11, Number 3, Page 216

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