Zusammenfassung:
Exoskelette können einerseits der Rehabilitation andererseits der Leistungssteigerung dienen. Die Auswahl und Auslegung der verwendeten Kinematik entscheidet über die Funktionsweise und Leistungsfähigkeit eines Exoskeletts. Die Erweiterung der meist verwendeten rein seriellen Kinematiken durch parallele Getriebestrukturen ermöglicht die Generierung von Exoskeletten mit höherer Leistungsdichte. Bestehende und neue Kinematiken werden nach verschiedenen Kriterien evaluiert.
Abstract:
Durch die Verwendung von Parallelkinematiken ergeben sich umfangreiche Möglichkeiten der konstruktiven Gestaltung. Eine leistungs-optimierte Auslegung der Kinematik von Exoskeletten mit hoher Leistungsdichte reduziert die Belastung der Aktuatorsysteme. Es werden serielle, parallele sowie kombinierte Kinematiken vorgestellt. Die Kinematiken beschränken sich dabei auf die Unterstützung der unteren Extremitäten. Parallele - und besonders Kombinationen aus seriellen und parallelen - Kinematiken weisen konstruktive Vorteile auf, im Vergleich zu den rein seriellen Kinematiken bereits realisierter Exoskelette.
Die dynamische Simulation eines menschlichen Laufzyklus ermittelt die vom Akuatorsystem zu generierenden Kräfte, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und zeitlichen Bahnbewegungen. Weitere Bewertungskriterien wie z.B. Kosten und Gewicht der jeweiligen Kinematik eines Exoskeletts werden berücksichtigt. Zusätzlich wird die Gefährdung des Trägers durch nicht-anthropomorphe Freiheitsgrade ermittelt.
Nach Evaluation erweisen sich teilparallele Kinematiken als vorteilhaft, welche dem menschlichen Vorbild nachempfunden sind. Die vorgestellten Kinematiken ermöglichen kompaktere Exoskelette mit höherer Leistungsdichte.
Autoren:
Enno Dülberg, B. Eng, Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik, Mobile Autonome Systeme und Kognitive Robotik MASKOR, FH Aachen, Goethestr. 1, 52064 Aachen
enno.duelberg@alumni.fh-aachen.de, +49.241.6009 52497
Heiko Engemann, M. Sc., Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik, MASKOR, FH Aachen,
engemann@fh-aachen.de, +49 241/6009-52506
Patrick Wiesen, M. Sc., Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik, MASKOR, FH Aachen,
wiesen@fh-aachen.de, +49 241/6009-52508
Prof. Dr.-Ing. Stephan Kalweit, Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik, MASKOR, FH Aachen,
kallweit@fh-aachen.de, +49 241/6009-52348