Maschinenbau und Werkstofftechnik
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Obwohl viele Dinge in unserem Alltag inzwischen modernisiert sind und Maschinen uns die lästigsten Arbeiten abnehmen, kann es in vielen Arbeitsbereichen bisher nicht vermieden werden, dass schwere Arbeiten weiterhin von Menschenhand bewegt werden müssen.
Aus diesem Grund wird schon seit einiger Zeit an Exoskeletten geforscht, welche hier die Arbeit erleichtern sollen.
Ziel meiner Forschungsarbeit ist es ein nach außen verlagertes mechanischen Schultergelenk zu entwickeln, welches die komplexe Struktur der menschlichen Schulter mechanisch umschließen und stützen kann, ohne den Bewegungsfreiraum stark zu beeinträchtigen.
Es galt dabei folgende Forschungsfrage zu beantworten: Ist es möglich das Schultergelenk durch eines oder mehrere nach außen verlagerte Gelenke zu ersetzen, die entstehenden Kräfte abzuleiten und den Bewegungsfreiraum trotzdem zu erhalten?
Um diese Frage zu beantworten wurde in erster Linie das Gespräch mit Physiotherapeuten und Orthopäden gesucht, um ein Basiswissen über den Aufbau und die Bewegungen einer Schulter zu erhalten. Auf Basis der VDI2225 wurden dann systematisch mehrere Lösungen erarbeitet, wie es möglich wäre verschiedene Gelenke miteinander zu kombinieren, um zu einer zielgerichteten Lösung zu kommen.
Die hierbei erarbeiteten Lösungsvorschläge wurden dann mit Hilfe einer Nutzwertanalyse und vorher festgelegten Kriterien bewertet.
Das Konzept, welches hierbei das beste Ergebnis erzielte, wurde dann als Prototyp umgesetzt.
Die hierfür benötigten Teile wurden weitestgehend über das FDM Verfahren im 3D-Drucker selbst gefertigt. Mithilfe dieses Prototypen wurde dann ein Versuch durchgeführt, wobei nicht nur die Funktion, sondern auch der Komfort beurteilt wurde.
Die Auswertung der Ergebnisse zeigt, es ist möglich das mechanische Schultergelenk auf diese Weise umzusetzen. Trotzdem gibt es am Ende dieser Arbeit weiterhin Punkte, die optimiert werden müssen.
Die vorliegende Bachelorthesis widmet sich der Untersuchung und Entwicklung mög-licher modularer Sicherheitskupplungen für den Antriebstrang aktiver Exoskelette.
Basis der theoretischen Grundlagen bildet die Fachliteratur zu: Roloff/Matek Maschinenelemente. Die Struktur des Entwicklungsprozess dieser Arbeit, ist angelehnt an die Fachliteratur Konstruktionsmethodik und die VDI 2221.
Die Erkenntnisse der Literaturrecherche und Laborversuche bilden die Grundlage zur Beantwortung der zentralen Frage: Wie muss eine Sicherheitskupplung definiert und gestaltet werden um in ein aktives Exoskelett integrierbar zu sein?
Zusammengefasst ist das wichtigste Ergebnis, dass die Kombination aus Moment- und fremdbetätigten Kupplungen, ein vielversprechendes Lösungskonzept darstellt.