Mechanismenentwicklung eines Assistenzsystems für die oberen Extremitäten

Abstract

In diesem Beitrag werden mobile Assistenzsysteme, sog. Exoskelette, mit ihren charakteristischen Eigenschaften vorgestellt. Schwerpunkte bilden die Entwicklung der Mechanik für die Nachbildung der menschlichen Bewegung und das Antriebssystem. Auf Grundlage der menschlichen Anatomie, mit Bezug zum Schultergürtel, Schultergelenk und Ellenbogengelenk, wird ein Mechanismus entwickelt, der die Armbewegung beim Heben, Halten und Tragen von Lasten nachbilden kann. Weiterführend wird die Entwicklung eines aktiven Antriebssystems für die Unterstützung der zuvor genannten Aufgaben beschrieben. Für die Auslegung werden Richtwerte der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) herangezogen. Der Einsatz pneumatischer Muskeln als Aktuator bringt Vorteile hinsichtlich eines hohen spezifischen Arbeitsvermögens mit sich. Ein Nachteil ist jedoch die charakteristisch nichtlineare Kraft-Kontraktionskennlinie. Es folgt eine Beschreibung für die ungleichmäßige Übersetzung pneumatischer Muskeln mit einem Bandmechanismus. Die verwendete Methode gestattet nicht nur eine Kompensation der nachteiligen, degressiven Kraftkennlinie. Sie erlaubt darüber hinaus die anwendungsspezifische Veränderung des Arbeitskennfeldes. Abschließend erfolgt die Überführung des Bandmechanismus in eine zweistufige Übersetzung, welche die Voraussetzungen pneumatischer Muskeln für den Einsatz in mobilen Anwendungen verbessert.