16.09.2020

DC-Kleinstmotoren helfen beim Greifen

Anschmiegsames Exoskelett

Da Muskel-Skelett-Erkrankungen in vielen Branchen zu den häufigsten Ursachen für Krankschreibungen oder gar Arbeitsunfähigkeit zählen, können Exoskelette und Wearables dazu beitragen, krankheitsbedingte Ausfallzeiten zu mindern und Beschäftigte gesund zu halten - in der Warenlogistik genauso wie in der Montage oder beim Arbeiten auf der Baustelle. Mittlerweile gibt es spezielle Handschuhe, die angenehm zu tragen sind, die Griffkraft erhöhen und vor allem bei repetitiven Tätigkeiten für spürbare Entlastung sorgen. Die Greifkraftunterstützung der einzelnen Fingerglieder übernehmen dabei leistungsstarke DC-Kleinstantriebe.


Bei manuellen Arbeiten wird jeder Handgriff vom Zusammenspiel der Muskeln in Unterarm und Hand ermöglicht. Die Muskeln bewegen dann über Sehnen die Fingerglieder. Im Prinzip funktioniert der Ironhand-Handschuh des Anbieters Bioservo genauso.
Bild: ©Patrik Pettersson/Photoservice.se / Bioservo Technologies AB

Die Gesellschaft wird immer älter und steht länger im Berufsleben. Eine verbesserte Ergonomie am Arbeitsplatz gewinnt dadurch mehr Bedeutung, sowohl für gesunde als auch für körperlich bereits eingeschränkte Personen. Neben Lösungen, die den eigentlichen Arbeitsplatz ergonomischer machen, z.B. Schreibtisch, Werkbank oder Fließband, setzen Unternehmen verstärkt auf Augmentation, also Verfahren, die Muskeln und Sehnen unterstützen. Exoskelette, die wie Kleidung am Körper getragen werden, sind hier ein vielversprechender Ansatz. Ein Beispiel dafür liefert die schwedische Firma Bioservo Technologies, die mit der Ironhand ein weiches, aktives Exoskelett für Hände und Finger entwickelt hat, das sich wie ein Handschuh trägt.

Mehr Kraft in der Hand

Bei manuellen Arbeiten wird jeder Handgriff vom Zusammenspiel der Muskeln in Unterarm und Hand ermöglicht. Die Muskeln bewegen dann über Sehnen die Fingerglieder. Im Prinzip funktioniert der Ironhand-Handschuh genauso. Er arbeitet mit der von Bioservo entwickelten, patentierten Soft-Extra-Muscle-Technologie (SEM): Druckempfindliche Sensoren in den Fingerspitzen des Handschuhs erkennen, welche Greifbewegung der Nutzer mit der Hand ausführen will. Die Systemsteuerung berechnet die zusätzlich notwendige Griffkraft und Kleinstmotoren ziehen dünne Kabel in den Fingergliedern des Handschuhs. Je höher der Druck auf die Sensoren ist, desto mehr Leistung liefert die Ironhand. Sie kann dabei individuell auf persönliche Präferenzen sowie die Art der auszuführenden Arbeit eingestellt werden. Alle Informationen werden zudem im Steuerungssystem geloggt. Es lässt sich also nachvollziehen, wer, wann, wieviel Kraft aufgewendet hat. Das ermöglicht eine digitale Risikobewertung der Hand. Griffintensive Anwendungsfälle mit hohem ergonomischem Risiko lassen sich durch die Analyse der Daten in der Praxis identifizieren und man kann entsprechend gegensteuern.

Unterschiedliche Profile per Knopfdruck

Den Handschuh, der sich für Rechts- und Linkshänder eignet, gibt es in vier verschiedenen Größen. Akkupack, Steuereinheit und Motoren sind in einem Rucksack untergebracht, der sich bequem tragen lässt. Nutzer können verschiedene Profile voreinstellen, z.B. mit unterschiedlichen Kombinationen aus Sensorempfindlichkeit, Kraft und Fingersymmetrie. Um die Profile zu wechseln, reicht ein Knopfdruck auf die im Brustbereich angebrachte Fernbedienung. Über diese Profile ist es etwa möglich, im Laufe eines Arbeitstages flexibel auf unterschiedliche Anforderungen zu reagieren. Etwa, wenn man am Vormittag leicht belastende Aufgaben durchführt und am Nachmittag Tätigkeiten anstehen, die die Muskulatur stark belasten. Auch können so verschiedene Nutzerinnen und Nutzer mit einem System arbeiten. Maximal kann das System innerhalb von Millisekunden 80N Griffkraft zur Verfügung stellen. Dabei ist es so gestaltet, dass es das Tragen der persönlichen Schutzausrüstung, etwa Schutzhandschuhe, Absturzsicherungen, Helme oder Warnkleidung nicht behindert. Für Pausen kann es ohne fremde Hilfe an- und abgelegt werden. Die Leistung der Akkus im Netzteil sind für einen typischen Arbeitstag ausgelegt.

Leistungsstarker Antrieb mit kompakten Abmessungen

Um die einzelnen Fingerglieder zu bewegen, setzt das schwedische Unternehmen DC-Kleinstmotoren aus dem Programm des Antriebsspezialisten Faulhaber ein. Die grafitkommutierten Motoren der Serie 1741 CXR sind mit 17mm Durchmessern und 41,2mm Länge besonders leicht und kompakt. Durch die Konstruktion als Glockenankermotor mit der patentierten, freitragenden Rotorspule mit Schrägwicklung, die um einen ruhenden Magneten rotiert, kann fast der gesamte Motordurchmesser für die elektrische Spulenwicklung genutzt werden. Dadurch erreichen die Motoren im Verhältnis zu ihrer Größe und ihrem Gewicht höhere Leistungen und Drehmomente als konventionelle Ausführungen. Die kleinen Motoren liefern je nach Variante Dauerdrehmomente bis etwa 40mNm. Der Begriff Grafitkommutierung bezieht sich auf das verwendete Bürstenmaterial in Kombination mit einem Kommutator aus einer Kupferlegierung. Dieses Kommutierungssystem ist sehr robust und eignet sich besonders für dynamische Applikationen mit schnellem Start/Stopp-Betrieb, wie es die Bewegung der Fingerglieder des Handschuhs fordert. Martin Remning Wahlstedt, Development Director bei Bioservo, haben diese Eigenschaften der Motoren überzeugt und er ergänzt: "Wir haben uns bei Ironhand aber auch dafür entschieden, weil wir mit Faulhaber-Antrieben schon sehr gute Erfahrungen gemacht haben und uns eine langjährige Zusammenarbeit mit dem Antriebsanbieter und seinem schwedischen Vertriebspartner Compotech verbindet."

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