Exoskelett Passiv (CAPIO)

Ferngesteuerte Roboter sind ein unverzichtbares Werkzeug bei der Exploration und Interaktion in für den Menschen unzugänglichen Orten wie Tiefsee, Weltraum oder Gefahrenbereiche. Die auszuführenden Aufgaben im Kontext der realen Umgebung sind derartig komplex, dass der Roboter schwer von einem Operator gesteuert werden kann, auch nicht mit Unterstützung der künstlichen Intelligenz. Ein Exoskelett als Mensch-Maschine-Interface ermöglicht eine dem Menschen entsprechende Interaktion zwischen Roboter und Anwender. Das Exoskelett erfasst die Bewegungen des menschlichen Körpers, überträgt diese auf das ferngesteuerte System und kann zudem Kraftinformationen vom System wiederum auf den Menschen über ein Haptisches Feedback zurückleiten.

Das Capio-Passive-Exoskelett ist die kinematische Vorstudie des CAPIO-Exoskelttes basierend auf der Entwicklung im VI-Bot-Projekt. Innerhalb dieser Studie wurden notwendige Aspekte wie Sicherheit und Ergonomie untersucht und eine Kinematik entwickelt, die diesen Erfordernissen entspricht.

Die Konstruktion basiert auf den Abmessungen eines 95 Perzentile männlichen Europäers. Und ist im Rücken, in den Schultern und an den Armen auf diese Abmessungen anpassbar.

Das passive System ist über fünf Kontaktstellen (Hände, Oberarme, Schultern und Hüfte) mit dem menschlichen Körper verbunden und erfasst über die parallele kinematische Struktur zum menschlichen Bewegungsapparat Posen bzw. Bewegungen der Arme und des Torsos. Die kinematische Struktur umfasst acht Freiheitsgrade in den Armen und sechs Freiheitsgrade im Rücken. Die Freiheitsgrade des Exoskelettes sind so ausgelegt und angeordnet, dass das Exoskelett passive der menschlichen Bewegung folgen kann. Dies ist die Voraussetzung für die „Free Running“ Funktion des aktiviven finalen CAPIO-Exoskelettes und eine wichtiger Punkt im Hinblick auf Sicherheit und Handhabung des Systems.

Die erforderliche Handhabung z. B. für das Ankleiden des Oberkörper-Exoskelettes ist in einem „Open Joint“ Konzept realisiert. In dem „Open Joint“ Konzept sind die entsprechenden Gelenkachsen des Exoskelettes außerhalb des menschlichen Körpers angeordnet, so dass die Kontaktstellen frei zugänglich sind und das System leicht angekleidet werden kann.

Für den Komfort und den Sitz ist das System zum Teil in den Gelenken über Federn Gewichtskompensiert. Neben den passiven Gelenken des Exosekettes verfügt das System über ein aktives Handinterface z.B. für die Kraftrückkopplung eines Ferngesteuertem Endeffektors.