13.02.2017

So funktioniert das Exo-Jacket

Heben und Tragen kann chronische Verschleißerscheinungen zur Folge haben. Hier setzen Exoskelette an: Sie unterstützen mit Stützstrukturen.

Exoskelett

Das „Exo-Jacket“ ist ein Exoskelett für den Oberkörper, das die Wissenschaftler des Fraunhofer IPA entwickelt haben, um seinen Träger mit zusätzlicher Kraft zu unterstützen. Gleichzeitig kann er weiterhin intuitive Bewegungen ausführen.

Entscheidend bei der Entwicklung war der Leichtbau. Das Jacket wiegt weniger als 10 Kilogramm, wozu die leichten Motoren mit hoher Drehzahl beitragen. Viel Wert wurde auf Antriebstechnik sowie Ergonomie und Usability gelegt.

So funktioniert das Exo-Jacket

Mit einem ergonomischen Schalensystem und Schultergurten ist das Exoskelett an Schultern, Ober- und Unterarm mit seinem Träger verbunden.Über ein Rückenmodul und ein Hüfttragesystem wird die Kraft nach unten abgeleitet. An der Schulterpartie ist eine Gelenkkette mit fünf Rotationsachsen angebracht, die der Schultergelenkgruppe in jede Position folgen. So können Bewegungen in drei Richtungen ausgeführt werden: nach oben, hinten und innen. Sogar Über-Kopf-Arbeiten sind dank Schulterkinematik und einem Gelenkkettensystem möglich.

Das Rückenmodul wurde analog zur menschlichen Wirbelsäule entworfen. Zusammengehalten wird es durch elastische Stäbe innerhalb der Wirbelkörper und zusätzliche Gummibänder außerhalb. Alle natürlichen Bewegungen sind möglich, gleichzeitig werden diese passiv unterstützt.

Eine ungesunde Flexion der Wirbelsäule bei Hebevorgängen wird dadurch zugleich erschwert. Um sich unterschiedlichen Körpergrößen anzupassen, sind das Schienensystem zwischen den Antriebsmodulen wie auch die Rückenlänge sowie Schulter- und Beckenbreite größenverstellbar. Ein Regler berechnet das erforderliche Moment jeden Gelenks.

Exo-Jacket im Praxis-Test

Momentan wird das Exoskelett in der Praxis getestet.Bei einem Bushersteller findet die Kabelmontage größtenteils über Kopf statt. Die Mitarbeiter verlegen die Kabel von Hand im Dach und befestigen sie dort, dann muss der Kabelbinder verschlossen werden. Da sie im Akkord arbeiten, sind Schultern und Ellenbogen starken Belastungen
ausgesetzt.

Nachdem die Wissenschaftler des Fraunhofer IPA eine Bewegungsanalyse vor Ort durchgeführt und wichtige Daten ermittelt hatten, können mithilfe eines Software-Tools die Kinematik und Kinetik des Montagevorgangs für die beanspruchten Körperteile berechnet werden. Nun wird die Exoskelett-Lösung exakt auf die Bewegungen der Mitarbeiter eingestellt – und hilft, den Rücken zu entlasten. Auch an Gepäckbändern von Flughäfen, bei Paketzulieferern oder bei Schleifprozessen könnten die Exo-Jackets zum Einsatz kommen.

Autor: Markus Horn