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Am Zentrum für angewandte Luftfahrtforschung (ZAL) in Hamburg Finkenwerder testet Airbus ein Exoskelett, das im Rahmen des BMBF-Projekts 'Smart Assist' entwickelt wurde, um Mitarbeiter im Flugzeugbau bei manuellen Tätigkeiten körperlich zu entlasten. - Bild: Airbus

Zur Produktion der Zukunft gehören auch Exoskelette. So das Ergebnis einer Umfrage auf www.produktion.de. 63 Prozent der Umfrageteilnehmer stimmten auf die Frage "Wird es künftig mehr Exoskelette in Ihrer Fabrik geben?" für die Antwort "Natürlich, denn so kann ich meine Angestellten entlasten und sie können produktiver sein."

Wie die Berufsgenossenschaft Holz und Metall (BGMH) mitteilt, befindet sich die Mehrzahl der Exoskelette aktuell noch in der Entwicklungsphase. Erste Anwendungen, wie zum Beispiel der 'Chairless Chair' im Volkswagen-Konzern, werden jedoch schon in Produktionsanwendungen getestet. Und die Vielfalt ihrer Einsatzarten wird noch zunehmen, so die Einschätzung der BGMH.

Auch Airbus testet verschiedene Exoskelette in der Fertigung. "Es gibt in der Flugzeugproduktion aufgrund der schwierigen Zugänglichkeiten häufig nicht sehr ergonomische Körperpositionen, welche wir versuchen, durch Unterstützungssysteme für den Mitarbeiter gesundheitlich schonender zu gestalten, wenn eben der Arbeitsplatz nicht grundsätzlich angepasst werden kann", erläutert Entwicklungsingenieur Dr. Robert Goehlich.

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"Ziel ist es, ein leichtes und kompaktes System zu entwickeln, welches sich für repetitive Tätigkeiten eignet." Dr. Ingo Krohne, Entwicklungsingenieur bei Airbus. - Bild: Airbus

Eines der bei Airbus untersuchten Exoskelette beinhaltet eine aktive und eine passive Aktuatorik, um zu untersuchen, inwieweit eine zuschaltbare Unterstützung vorteilhaft ist. Dabei wird der Oberarm an einer bestimmten Position in oder über Kopfhöhe unterstützt, ohne das zu handhabende Gewicht vollständig zu kompensieren.

"Es ist das Ziel, ein möglichst leichtes und kompaktes System zu entwickeln, welches sich für repetitive Tätigkeiten eignet und über einen längeren Zeitraum getragen wird", sagt Entwicklungsingenieur Dr. Ingo Krohne. Wichtig sei, dass Werker ein Exoskelett akzeptieren, nur dann könne es unterstützen.

Laut Dr. Weidner von der HSU Hamburg muss ein Exoskelett bequem sein, darf nicht auftragen. "Es muss einstellbar sein, darf nicht stören und muss sich den ganzen Tag lang tragen lassen."

Hier besteht Bedarf für Exoskelette

Untersuchungen bei Airbus im Rahmen des Autopro-Projekts resultieren in folgenden Bedarfen für Unterstützungssysteme, zu denen auch Exoskelette zählen:

  • Fixierung und Stabilisierung von Körperhaltungen oder -positionen,
  • Entlastung der Extremitäten und des Oberkörpers,
  • Erreichbarkeit von Arbeitspunkten verbessern,
  • Führen und Halten von Werkzeugen und Bauteilen oder Komponenten,
  • Gewichtsneutralisation für den Bewegungsapparat.

Kraft-Push für die Arme

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Exoskelett-Arm zur Kraftunterstützung. - Bild: Fraunhofer IPA

Im Rahmen des Fraunhofer Leitprojekts E3 und des BMBF-Projekts Sens-Hand entsteht am Fraunhofer IPA ein wandgetragener Exoskelett-Arm. Das Projekt wird von Patrick Stelzer betreut, der als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IPA tätig ist.

Das System besteht aus einem über Bodenzüge angetriebenen Schulter- und Ellbogengelenk, Sensorik im Schultergelenk und der Armschale sowie einem Sensorhandschuh mit Kraft-, Biege- und Inertialsensorik. Über den Sensorhandschuh und die Sensorik im Exoskelett-Arm wird die für den Nutzer gewünschte Kraftunterstützung ermittelt. Es handelt sich um ein Testsystem für die Entwicklung intelligenter Algorithmen zur Detektion des Nutzerwunsches.

Bis zu 15 kg ohne Anstrengung heben

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Das Robomate-Exoskelett bietet Schutz und Haltungsunterstützung. - Bild: Fraunhofer IAO

Robomate ist ein europäisches Forschungsprojekt, an dem zwölf Partner aus Industrie und Wissenschaft beteiligt sind. In dem Projekt wird ein modular aufgebautes Exoskelett entwickelt. Das sogenannte Rumpfmodul entlastet die Lendenwirbelsäule.

Das passive Arm-Modul basiert auf der Kraft von Federn und funktioniert ohne Motoren. Es soll Muskelbelastungen reduzieren. Das dritte Modul ist ein aktives Arm-Modul mit Drahtzug-Funktionen. Es kann zur Unterstützung beispielsweise bei Pick-and-Place-Aufgaben dienen.

Über ein HMI kann der Werker mit dem Exoskelett interagieren. Das Interface kann auch mit Produktionsplanungssystemen verbunden werden. Weiterhin können auf dem Display auch Montageanleitungen für den Werker angezeigt werden.

Das Robomate-Exoskelett bietet neben Schutz und Haltungsunterstützung auch Erleichterung beim Heben schwerer Gegenstände bis 15 kg. Mittels Motoren und Sensoren soll es in der Lage sein, das Gewicht, das auf den Menschen wirkt, auf einen Bruchteil zu reduzieren und gleichzeitig Haltungsschäden vorzubeugen.

Getestet wurde Robomate bereits beim Recyclingunternehmen Indra, beim Automobilzulieferer Compa sowie im R&D-Zentrum von Autobauer Fiat, etwa zur Überkopf-Montage.