Robo-Mate, Bild: Fraunhofer IAO
Der Robo-Mate soll Arbeitern in der Produktion bei körperlich belastenden Tätigkeiten helfen. Bild: Fraunhofer IAO

Weitere Forschungsbereiche betreffen nicht nur die Medizintechnik, sondern auch die Industrie. Hier wollen Wissenschaftler und Hersteller mit Exoskeletten Mitarbeitern bei der Linienmontage und dem Tragen von schwerem Lasten helfen. So zeigte bereits Mitte des letzten Jahres das Fraunhofer IAO sein EU-Projekt Robo-Mate. Dieser Prototyp soll Arbeitern in der Produktion bei körperlich belastenden Tätigkeiten helfen. Denn bei der Fertigung und Montage von Kleinserien und Prototypen können keine Roboter eingesetzt werden, da die Teile zu individuell zusammengebaut werden müssen.

Das Robo-Mate-Exoskelett unterstützt die Haltung und erleichtert das Heben schwerer Gegenstände. Die Module für die Arme sind an Ober- und Unterarmen befestigt. Sie unterstützen die Arbeiter aktiv beim Heben schwerer Lasten: Mithilfe von Motoren reduzieren sie die Kraft, die beim Heben eines Gegenstands auf den Arbeiter wirkt, bis auf ein Zehntel. „Ein Autositz von 15 Kilogramm fühlt sich beim Heben mit dem Exoskelett an wie 1,5 Kilogramm“, sagt Professor Carmen Constantinescu, die das Projekt auf Seiten des Fraunhofer IAO leitet.

Robo-Mate Detail, Bild: Fraunhofer IAO
Der Prototyp reduziert mithilfe von Motoren die Kraft, die beim Heben von schweren Gegenständen auf den Arbeiter wirkt, bis auf ein Zehntel. Bild: Fraunhofer IAO

Das Rumpfmodul dient vor allem zur Stabilisierung von Rücken und Wirbelsäule. Es hilft, den Rumpf bei Hebe- und Beugearbeiten gerade zu halten und schützt so vor Bandscheibenvorfall und Verdrehungen der Wirbelsäule. Außerdem unterstützt das Exoskelett die Beine durch zwei Module, die vom Rumpfmodul aus die Innenseite der Oberschenkel stabilisieren. Bei Tätigkeiten in hockender Position, die für die Oberschenkel sehr anstrengend werden können, versteifen sich die Bein-Module und bilden eine Art Sitz, sodass der Arbeiter keine zusätzliche Kraft aufbringen muss.

Bis das Robo-Mate-Exoskelett in europäischen Produktionshallen Alltag wird, ist noch einiges an Forschung nötig. Zum einen gilt es, das Exoskelett und seine Anwendung sicher für seine Benutzer und ihre Umgebung zu machen. Sicherheitsexperten aus den beteiligten Unternehmen und Instituten arbeiten dazu an einer Reihe von Anforderungen. Eine andere Frage ist die der Akzeptanz.

Der stuhllose Stuhl

Der stuhllose Stuhl, Bild: Noonee
Der Chairless Chair soll bei stehenden Tätigkeiten in Produktion und Fertigung entlasten. Bild: Noonee

Daneben zeigt auch das Start-up-Unternehmen Noonee eine leichte Variante des Exoskeletts. Ihr „stuhlloser Stuhl“ soll bei stehenden Tätigkeiten in Produktion und Fertigung entlasten. Eine stützende Strebe, die an ihrem oberen Ende zugleich als Sitzfläche dient, wird an der Rückseite jedes Beins befestigt. Bei den Prototypen bestand diese Strebe aus Titan, könnte in Zukunft aber aus leichten Karbonfasern sein. Ein Gelenk auf Kniehöhe sorgt für Beweglichkeit, das Stoßdämpfer-Element hinter dem Unterschenkel kann per Knopfdruck stufenlos blockiert werden, etwa wenn der Benutzer sich hinsetzen will.

Der „stuhllose Stuhl“ lässt sich mit Gurten an Hüfte, Knien und Knöcheln befestigen. Im Sitzen wird dann der Gewichtsdruck direkt in den Boden geleitet. Beine und unterer Rücken sind entlastet. Das ganze Konstrukt wiegt nur wenige Kilogramm, lässt sich leicht anlegen und stört auch beim Gehen kaum. Für die Bewegung sind weiterhin die menschlichen Beine zuständig – ein Vorteil gegenüber aktiven Exoskeletten, die durch „Überentlastung“ eine Rückbildung der Muskeln auslösen können. Die Nutzer können sich nun jederzeit und überall hinsetzen, zum Beispiel während sie Teile an einem Fahrgestell befestigen.

Funktionsweise Chairless Chair, Bild: Noonee
Zum Sitzen wird das Dämpferelement vom Faulhaber-Motor blockiert, zum Gehen wird die Arretierung gelöst. Die Sitzneigung lässt sich stufenlos wählen. Bild: Noonee

Damit aus dem beweglichen Konstrukt ein stabiler Sitz wird, muss der Bediener nur einen Schalter betätigen, der am Gurt befestigt ist. Dann schließen zwei Motoren das Sperrventil in den Hydraulik-Elementen der Dämpfer und die Stütze arretiert in der gewünschten Position. Beim Aufstehen löst sich die Arretierung wieder. Dazu muss der Motor möglichst flach sein und trotzdem ein hohes Drehmoment aufweisen.

Diese Anforderungen erfüllt ein rastmomentfreier DC-Flachmotor mit Getriebe von Faulhaber. Er misst 26 Millimeter im Durchmesser und 19 Millimeter in der Länge. Im Praxistest war ein Nachladen des sechs-Volt-Akkus auch nach einer Woche Dauerbetrieb nicht nötig. Den Stresstest – zwei volle Schichten hintereinander – hat die motorisierte Arretierung ebenfalls bestanden. Noch ist das Produkt nicht serienreif, aber die Entwicklung läuft mit aktiver Unterstützung von potenziellen Kunden auf vollen Touren. Die ersten serienreifen Chairless Chairs sollen ab Mitte 2016 ausgeliefert werden.

Fazit

Viele weitere Hersteller widmen sich diesem Thema. So etwa will das japanische Unternehmen Panasonic ein Exoskelett für die Industrie anbieten, das Arbeitern bei schweren Lasten helfen soll. Auch die japanische Firma Cyberne verkauft bereits Exoskelette für die Medizin und Industrie. Anhand von Nervensignalen werden hier die Absichten des Trägers erkannt und helfen bei der mechanischen Kraft. In der Medizintechnik ist das US-Unternehmen ReWalk mit seinen Gehhilfen schon gut im Geschäft. Das System ermöglicht Menschen, die normalerweise einen Rollstuhl brauchen, mit Hilfe von Krücken selbst zu gehen. Besonders starke Exoskelette werden außerdem seit einiger Zeit vom US-Militär getestet. Demnach könnten die Roboteranzüge schon bald zum täglichen Helfer in Industrie und Haushalt werden.

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