Ausgabe zur LOGIMAT 2020

02/2020 Softorthese mit Echtzeit-Bewegungserkennung a new dimension Besuchen Sie uns auf der LogiMAT 2020 Halle 3 – Stand D49 www.stow-group.com Text & Bild: Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Kon- struktionstechnik IPK Pascalstraße 8 - 9 10587 Berlin S tundenlang steht der Schwei- ßer gebückt über dem Anla- genbauteil – Rückenschmer- zen sind bei dieser Zwangshaltung vorprogrammiert. Schlimmer noch: Übt der Mitarbeiter diese Tätigkeit über Jahre hinweg aus, ohne auf eine ergonomische Körperhaltung zu achten, sind dauerhafte Schädi- gungen wie vorzeitiger Rückenver- schleiß keine Seltenheit. Dies gilt auch für Arbeitskräfte, die ständig schwere Gegenstände he- ben müssen. Mit ErgoJack haben For- scherinnen und Forscher der Berliner Fraunhofer-Institute für Produktions- anlagen und Konstruktionstechnik IPK und für Zuverlässigkeit und Mikrointe- gration IZM eine intelligente Softorthe- se entwickelt, die den Rücken entlastet und Arbeitende animiert, belastende Bewegungsabläufe ergonomisch aus- zuführen. Mit dem modularen Wea- rable-Soft-Robotics-System wollen die Forscherteams dem Ausfallrisiko von Arbeitskäften entgegenwirken. Echtzeit-Bewegungsanalyse unterscheidet ergonomische von unergonomischen Bewegungen »Alleinstellungsmerkmal unserer soft- robotischen Oberkörperorthese ist eine Echtzeit-Bewegungsanalyse. Eigens entwickelte Algorithmen, die auf Ma- chine Learning und KI basieren, ermög- lichen die Ergonomieanalyse. Dadurch unterscheidet sich dieOrthese vonhan- delsüblichen Exoskeletten, also Stützro- botern, die prinzipbedingt alle – auch unergonomische Bewegungen – ein- fach nur kraftunterstützen und ledig- lich die Belastungskräfte des Trägers aus überlasteten in weniger belastete Körperareale umleiten«, sagt Dipl.-Ing. Henning Schmidt, Wissenschaftler am Fraunhofer IPK. Die Bewegungsanaly- se der IPK-Orthese hingegen erkennt ergonomische und unergonomische Bewegungen. Per Vibrationsalarm er- hält der Träger in Echtzeit Feedback, wenn er Haltungen einnimmt oder Be- wegungen ausführt, die gesundheits- schädlich sind. Der Trick: In die Weste integrierte inertiale Bewegungsseno- ren (IMU, kurz für Inertial Measure- ment Unit) gleichen vorgelernte Be- wegungsmuster mit der tatsächlich ausgeführten Bewegung ab und wer- ten sie in Echtzeit aus. Dieser Vorgang dauert wenige hundert Millisekunden. Die miniaturisierten Bewegungssen- soren befinden sich an den Schultern, demRücken und den Oberschenkeln. Neben den Bewegungssensoren sind eine robuste, miniaturisierte Elektro- nik inklusive Embedded Controller sowie ein Vibrationsmodul und ein Akku in die Orthese integriert. Für die Entwicklung der miniaturisierten elektronischen Bauteile zeichnet das Fraunhofer IZM verantwortlich, wäh- rend das Design des Systemlayouts, der Mensch-System-Schnittstelle, der Mechanik, der Elektronik und Software einschließlich des Echt- zeitalgorithmus mit maschinellem Lernen und Künstlicher Intelligenz am Fraunhofer IPK erfolgt. Die Da- tenverarbeitung läuft direkt auf der Weste. »Die Echtzeitalgorithmik er- fordert aufwendige Berechnungen und eine sehr hohe Robustheit, den- noch kommt der Anlernprozess der Arbeitskräfte mit einem sehr kleinen Bewegungstrainingsdatensatz aus«, beschreibt Schmidt eine weitere Be- sonderheit des Systems. Derzeit ar- beiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IZM daran, die Elektronik und die Senso- rik der Textilversion der Orthese so zu verkapseln, dass sie waschbar sind und nicht aus der Weste entnommen werden müssen. Orthese in verschiedenen Ausfüh- rungen für alle Konfektionsgrößen verfügbar Kunden können künftig zwischen einer rein sensorischen Textilweste und einer Variante mit Kraftunter- stützung wählen. Eine weitere aktu- elle Systemvariante mit Rücken- und Hüftunterstützung wurde mit einer miminal nötigen Orthesenbügel- Auflagefläche am Körper konzipiert. Durch ein arretierbares seitliches Hüftgelenk an der Weste lässt sich die Kraftübertragung vom Rücken in die Beine ein- und ausschalten. Die- ser Mechanismus ermöglicht wech- selnde Tätigkeiten im Stehen und Sitzen. ErgoJack eignet sich für den Einsatz in unterschiedlichsten Branchen. Sowohl Logistiker als auch Produkti- onsmitarbeiter, die schwere Pakete von Paletten heben müssen oder sich bei Schweißprozessen über Stunden hinweg in einer Zwangshaltung be- finden, profitieren davon, wie erfolg- reiche Pilottests in der Automobilin- dustrie gezeigt haben. Halle 17, Stand C24 Softorthese mit Echtzeit-Bewegungserkennung stärkt den Rücken