Arbeitsgruppe - Personalisiertes biomechatronisches Exoskelett

Körperlich belastende, monotone und periodische Tätigkeiten sind in Handwerk und Industrie unabdingbar- und je nach Arbeitsvorgang nicht automatisierbar. Für schwere Hebetätigkeiten und belastende Überkopfarbeiten empfiehlt sich die Entwicklung aktiver Exoskelette, welche durch Motoren und Sensoren abgestimmt auf den Belastungszustand reagieren und den Exoskelettträger dynamisch unterstützen.

Um exoskelettale Strukturen effektiv einsetzen zu können, werden an die jeweilige Arbeitssituation angepasste Lösungskonzeptionen benötigt. Innerhalb der Arbeitsgruppe wird daher die Entwicklung der Exoskelette nach Hebetätigkeiten und Überkopfarbeiten aufgeteilt. Ziel ist ein raum- und massesparendes, hochfunktionales, einfach an- und ablegbares Exoskelett.​

Personalisierte Exoskelette zur Entlastung körperlich belastender Tätigkeiten benötigen eine modulare anthropometrische Mechanikstruktur bestehend aus Kraft- und Momentübertragungsmodulen, welche darüber hinaus als Trägerstruktur des Gesamtsystems inklusive Steuerung, Sensorik, Aktorik sowie Energiequelle dienen. Die erforderlichen Muskelkraftdaten von Nutzern werden mit Hilfe von Mehrkörpersystem-Simulationen ermittelt. Die Module sollen über eine mehrschichtige biometrische Schnittstelle zur adaptiven mechanischen Kopplung an Benutzer befähigt werden. Letztere soll für das betrachtete Körpersegment mittels Finite-Elemente-Analyse auf Basis eines FE-Haut-Muskel-Modells (Schwabbelmasse) optimiert werden. Die verbesserte Modellierung und Simulation der Schwabbelmasse auf Basis bereits erarbeiteter Ansätze stellt einen wichtigen Kernbefähiger für das »Komfortengineering« der Zukunft dar.

Ziel dieser Vorgehensweise und Forschung stellt die Optimierung der personalisierten mechanischen Kopplung des Exoskeletts an den Benutzer dar.
 

Die interdisziplinäre Zusammenarbeit ermöglicht die Erarbeitung neuer und ganzheitlicher Lösungen im Kontext Mass Personalization in den Marktsegmenten Arbeitsschutz, Medizintechnik und Sportindustrie.

Ansprechpartner: Marius Fabian, Felix Müller-Graf

Beteiligte Fraunhofer-Institute: IPA, IGB, IAO

Beteiligte Institute der Universität Stuttgart: IEW, IFF, INSPO, IGVP