Usability-Optimierung des Interfaceparameters Form für Pronations- und Supinationsbewegungen bei einem interaktionsbasierten Armassistenzsystem

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Maier
• Fachliche Zuordnung: Arbeitswissenschaft, Ergonomie, Mensch-Maschine-Systeme
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430136438

Während einer OP kommt es häufig zu nicht komfortablen statischen Arm- und Oberkörperhaltungen der Chirurginnen und Chirurgen, die zu hohen Beanspruchungen der oberen Extremitäten führen. Dies kann zur Ermüdung und Effektivitätsreduktion in Form von erhöhten Fehlerraten bei Eingriffen führen. Diese Defizite müssen ganzheitlich untersucht und verbessert werden. Ein Armassistenzsystem kann diesen Defiziten entgegenwirken. Das chirurgische Armassistenzsystem unterstützt die Nutzenden, indem über die Armstütze eine Unterstützkraft auf den Unterarm adaptiv in statischen und dynamischen Armhaltungen und -bewegungen übertragen wird. Bisher wurden Untersuchungen zur Usability des Funktionsprinzips, des Unterstützbereichs und der adaptiven Armunterstützkraftkraft sowie der Form, des Oberflächenmaterials und des Polsterungsmaterials der Unterarmauflage durchgeführt. Dabei wurde eine Entlastung der oberen Extremitäten und Verbesserung der Präzision sowie des Komforts nachgewiesen. In diesem Forschungsvorhaben werden darauf aufbauenden auf die Untersuchung des Interfaceparameters Form mit Fokus auf Pronations- und Supinationsbewegungen bei einem interaktionsbasierten Armassistenzsystem in dynamischen Bedienszenarien fokussiert. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) Form der Unterarmauflage wird mit einem Rotationsfreiheitsgrad um die Longitudinalachse des Unterarms versehen, um den maximalen Bewegungsumfang des Unterarms bei Pronation und Supination zu erhalten. Neuartig werden in diesem Projekt die Parameter Segmentierung der Form und Widerstandsdrehoment einer rotatorisch gelagerten Form untersucht. Die MMS Form wird als konische anthropomorphe negative U-Form jeweils geschlechtsspezifisch für die kritischen Perzentile aufgebaut. Auf Grund der unterschiedlichen Änderung der Rotationswinkel des Unterarms bei Pronation und Supination entlang dessen Longitudinalachse wird die MMS Form entlang dieser Achse segmentiert, um die Änderung der Hautbewegung und -spannung in den unterschiedlichen Bereichen (von proximal zu distal) auszugleichen. Darauf aufbauend wird das Widerstandsdrehmoment des Rotationsfreiheitsgrads um die Longitudinalachse des Unterarms variiert und untersucht. Das Widerstandsdrehmoment entspricht der Drehmomentamplitude der rotatorischen Lagerung der Form in Newtonmeter. Dabei werden die Usability-Parameter Effektivität (Präzision, maximale Rotationswinkel bei der Unterarmdrehung), Effizienz (Zeit für Aufgabendurchführung, Flächenpressung zwischen Unterarmauflage bzw. Form und Unterarm) sowie die Zufriedenheit (Befragung) erhoben und ausgewertet. Resultat des Forschungsvorhabens ist die generelle Aussage zur Segmentierung der Form und dem Widerstandsdrehmoment einer rotatorisch gelagerten Form bei optimaler Usability für die Nutzenden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Peter Schmid