Design-Konzept für Robo-Mate
ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Die Kooperation von Mensch und Maschine erreicht eine neue Phase: Forscher entwickelten den ersten Prototypen eines Exoskeletts für Arbeiter in der Produktion.
In Fertigung und Montage müssen immer noch viele körperlich belastende Tätigkeiten von Menschen ausgeführt werden: Sei es für Kleinserien oder Prototypen, bei denen die Montage jedes Stücks so individuell ist, dass keine Roboter dafür programmiert werden können. Oder sei es, weil sie für Roboter zu komplex sind, nicht zu standardisieren oder weil sie menschliche Flexibilität erfordern. Arbeiter in der Montage und Demontage heben und tragen pro Tag oft mehrere Tonnen Material. Laut Work Foundation Alliance (Lancaster, UK) leiden 44 Millionen Arbeiter in der EU an arbeitsbedingten Muskel-Skelett-Erkrankungen.
Schon des längeren wird deshalb an mechanischen Assistenzsystemen gearbeitet. „Sogenannte Exoskelette werden von einem Benutzer angelegt und dann durch Bewegungen seines Körpers gesteuert. Da das Exoskelett über eigene Energiequelle und Antrieb verfügt, kann die körperliche Leistungsfähigkeit eines Menschen dadurch signifikant erhöht werden“, schreiben die Springer-Autoren Ulrike Barthelmeß und Ulrich Furbach in „IRobot – uMan“ (Seite 8).
Gewichtsbelastung auf ein Zehntel reduziert
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Im EU-Projekt Robo-Mate haben Forscher jetzt ein Exoskelett entwickelt, das die Gewichtsbelastung auf bis ein Zehntel reduziert. Den ersten Prototypen stellten die Projektpartner im Juni in Stuttgart am Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) vor. Neben den bislang schon genutzten Anwendungen in Militär und medizinischer Rehabilitation gibt es jetzt auch ein Exoskelett, das für den Einsatz in der Produktion geeignet ist. „Unser Prototyp des Exoskeletts besteht aus Modulen für die Arme, den Rumpf und die Beine“, beschreibt Wernher van de Venn, Projektkoordinator von Robo-Mate und Leiter des Instituts für Mechatronische Systeme an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW), die Entwicklung.
Mensch und Exoskelett als eine Einheit berechnet
Um herauszufinden, wo die meisten Probleme im Arbeitsalltag liegen und was das Exoskelett können muss, haben die Wissenschaftler Arbeitsschritte verschiedener Anwendungspartner im Projekt mittels Software simuliert. Wie sieht der Bewegungsablauf aus, welche Kraft wirkt wie auf den Körper? So wurden Schlüsselschritte identifiziert, bei denen die Belastung sehr stark ist. Im Anschluss simulierten die Forscher um Carmen Constantinescu am IAO die entsprechenden Arbeitsschritte mit Exoskelett – und fanden so heraus, bei welchen Schritten dieses sinnvoll eingesetzt werden kann. „Bislang ist es noch niemandem gelungen, den Menschen und das ihn umgebende Exoskelett als eine Einheit zu berechnen“, erklärt Constantinescu die besondere Herausforderung bei diesem Unterfangen.