Neues Exoskelett erhält die Bewegungsfreiheit

Muskel-Skelett-Erkrankungen sind in Deutschland die Hauptursache für Arbeitsunfähigkeit. Exoskelette, am Körper getragene Stützstrukturen, können das Verletzungsrisiko minimieren. Die bisherigen Lösungen stoßen in der Industrie aber noch auf geringe Akzeptanz, weil sie den Träger in seiner Bewegungsfreiheit einschränken und es auch noch Sicherheitsmängel gibt. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart hat nun erstmals ein Exoskelett für den Oberkörper entwickelt, das den Träger unterstützt, dabei aber auch schnelle und intuitive Bewegungen zulässt. An Ellenbogen und Schultern wurden Antriebsmodule integriert, die Bewegungen mit hohem Drehmoment unterstützen. Eine Freilaufkupplung erlaubt dem Träger, sich frei zu bewegen – selbst wenn der Motor ausgeschaltet ist. An der Schulterpartie ist eine Gelenkkette mit fünf Rotationsachsen angebracht. „Die Kette folgt der Schultergelenkgruppe in jede Position. Das Antriebselement sitzt also immer dort, wo die Schulter gerade ist“, sagt David Minzenmay, Wissenschaftler am Fraunhofer IPA: „Selbst Überkopfmontagen können bewältigt werden.“ Um den Rücken zu entlasten, wurde eine externe Wirbelsäule aus flexiblen Stäben eingebaut. Dadurch würden die Kräfte auf die Hüfte oder den Boden abgeleitet, die Rotation und Flexion aber nicht eingeschränkt. Dank Drucksensoren in den Armschellen, einem Sensor-Innenhandschuh und der EMG-Signalabnahme erkennt das Exoskelett auch, wann es unterstützen muss. „Mit den Sensoren versteht das Exoskelett die Nutzerintention. Der Handschuh dient der Gewichtsabschätzung, und das EMG-Signal bestimmt die Muskelaktivität“, erklärt Minzenmay. Da die Module nur aktiv werden, wenn sie tatsächlich gebraucht werden, lasse sich zusätzlich Energie sparen. Ein Demonstrator des Exoskeletts ist seit Januar in der DASA-Arbeitswelt-Ausstellung in Dortmund zu sehen. 2016 wollen die IPA-Wissenschaftler die Anwendung in der Praxis erproben und den Kundennutzen evaluieren. Langfristiges Ziel ist ein Modulkasten für unterschiedliche Einsatzgebiete.