Konventionelle Krafttrainingsgeräte arbeiten in der Regel mit vordefinierten Widerstandscharakteristiken und einer begrenzten Anzahl manuell einstellbarer Parameter. RoboGym verfolgt einen anderen Ansatz: Das gemeinsam von BEC Robotics und der Deutschen Sporthochschule Köln entwickelte robotische Trainingssystem ersetzt den festen Widerstandsmechanismus durch einen Roboterarm. Dadurch lassen sich Bewegung und Widerstand individuell an die körperlichen Voraussetzungen des Trainierenden anpassen, anstatt ausschließlich mit vordefinierten Einstellungen zu arbeiten. Das Projekt verbindet die Robotik- und Systemkompetenz von BEC Robotics mit der sportwissenschaftlichen und biomechanischen Expertise der Deutschen Sporthochschule Köln.
Personalisiertes Krafttraining durch Robotik
Klassische Krafttrainingsgeräte arbeiten mit mechanisch definierten Bewegungs- und Widerstandscharakteristiken sowie einer begrenzten Anzahl einstellbarer Parameter. RoboGym ersetzt diesen festen Mechanismus durch einen Roboterarm. Da Bewegung und Widerstand softwareseitig gesteuert werden, können die Trainingsparameter individuell konfiguriert und zwischen oder während Trainingseinheiten angepasst werden. Genau diese Flexibilität unterscheidet ein robotisches Trainingssystem von einem rein mechanisch einstellbaren Trainingsgerät. Der Roboter ermöglicht unterschiedliche Bewegungsabläufe und Widerstandsprofile, ohne dass hierfür die mechanische Konstruktion des Trainingsgeräts verändert werden muss.
Funktionsweise des RoboGym-Trainingssystems
RoboGym kombiniert einen Roboterarm mit Sensorik und einem biomechanischen Modell des menschlichen Bewegungsapparates. Während einer Übung erfassen Sensoren die Bewegung des Trainierenden. Die Messdaten werden mit dem biomechanischen Modell abgeglichen, um den individuell definierten Bewegungsbereich für die jeweilige Übung zu bestimmen. Auf dieser Grundlage werden Widerstand und Bewegungsbahn des Roboters festgelegt. So entsteht ein geschlossener Regelkreis: Bewegungsdaten und körperliche Voraussetzungen bestimmen die Trainingsparameter, der Roboter setzt die entsprechende Bewegung und den Widerstand um und die resultierende Bewegung wird erneut erfasst. Auf dieser Basis können nachfolgende Wiederholungen angepasst werden. Individuelle Trainingsparameter lassen sich digital speichern und für spätere Trainingseinheiten bereitstellen. Da sich der Roboter während des Trainings in direktem, kraftübertragendem Kontakt mit dem Menschen befindet, sind Steuerungs- und Sicherheitsarchitektur gezielt auf diese Mensch-Roboter-Interaktion ausgelegt.
Echtzeit-Biofeedback und adaptives Training
Durch die kontinuierliche Bewegungserfassung kann RoboGym bereits während der Übung Rückmeldung geben. So lässt sich erfassen, ob sich die Bewegung innerhalb des individuell definierten Bewegungsbereichs befindet und der Widerstand entsprechend anpassen. Die Trainingsbelastung kann damit die aktuelle körperliche Leistungsfähigkeit berücksichtigen, anstatt ausschließlich auf einem vorab festgelegten Wert zu basieren. Dies ist insbesondere bei Anwendungen relevant, bei denen sich die körperlichen Voraussetzungen zwischen einzelnen Trainingseinheiten verändern können.
Robotisches Training in der Rehabilitation
RoboGym ist darauf ausgelegt, individualisiertes Training auch in unterschiedlichen Rehabilitationsphasen zu unterstützen. Widerstand und Bewegungsparameter können dabei an die jeweils aktuellen muskulären Voraussetzungen des Trainierenden angepasst werden. Verändern sich diese Voraussetzungen im Verlauf des Trainings, können die entsprechenden Parameter angepasst werden, ohne das Trainingsgerät mechanisch umzurüsten. Damit lässt sich das gleiche Prinzip der Individualisierung, das dem allgemeinen RoboGym-Trainingskonzept zugrunde liegt, auch auf rehabilitationsbezogene Trainingsanwendungen übertragen.
Wo Robotik auf Sportwissenschaft trifft
RoboGym wurde gemeinsam von BEC Robotics und der Deutschen Sporthochschule Köln entwickelt. Die im Projekt eingesetzte Roboterhardware stammt von KUKA; unterstützt wurde das Projekt durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung. Der Beitrag der Deutschen Sporthochschule Köln konzentrierte sich auf die biomechanische Modellierung menschlicher Bewegungen. BEC Robotics verantwortete das robotische System und dessen Steuerungsarchitektur. Gerade diese Verbindung unterschiedlicher Disziplinen war für die Entwicklung von RoboGym entscheidend: Sportwissenschaftliche Erkenntnisse zum individualisierten Training werden mit einer Robotiklösung verbunden, die entsprechende Bewegungs- und Trainingsparameter technisch umsetzen kann. RoboGym zeigt damit, wie Robotik auch außerhalb klassischer industrieller Automatisierungsaufgaben eingesetzt werden kann.
Dr. Björn Braunstein und Prof. Dr. Kirsten Albrecht - Deutsche Sporthochschule Köln
Robotik für spezialisierte Anwendungen
RoboGym verdeutlicht, wie sich robotische Technologien auf hochspezialisierte Anwendungen übertragen lassen. Anwendungsspezifische Steuerung, direkte Mensch-Roboter-Interaktion und die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Experten aus der Sportwissenschaft bilden dabei die Grundlage für ein System, dessen Anforderungen deutlich von klassischen Automatisierungsaufgaben abweichen. Gleichzeitig basiert RoboGym auf zentralen Prinzipien moderner Robotik: sensorbasierter Steuerung, sicherheitsorientierter Mensch-Roboter-Interaktion und der gezielten Anpassung einer robotischen Plattform an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Dieser Entwicklungsansatz findet sich auch in weiteren medizinischen und industriellen Robotikprojekten von BEC Robotics wieder.