Wissensbasierte Planung für den Einsatz von Exoskeletten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Kuhlenkötter
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524694954

Die Interaktion von Mensch und Technik hat sich in den letzten Jahren intensiviert. Als ein Ansatz für die Mensch-Maschine-Interaktion hat sich das Exoskelett zunehmend als geeignete Unterstützungstechnologie in der Industrie herauskristallisiert. Je nach Produktionsszenario eignen sich Exoskelette zur Unterstützung von Mitarbeitern, indem entweder Bewegungen erleichtert bzw. ergänzt oder Haltungen stabilisieren werden. Unterstützende Methoden oder Werkzeuge zur simulationsbasierten Auswahl und Anpassung von Exoskeletten existieren bisher jedoch nur für einzelne Aspekte. Aufgrund fehlender Erkenntnisse und Modelle zur detaillierten und ganzheitlichen Simulation von Exoskeletten in manuellen Produktionsszenarien, hinsichtlich dynamischer und kinematischer Aspekte, besteht weiterhin Unsicherheit über deren gezielten Einsatz und unterstützende Wirkung auf den menschlichen Körper. Um dieses Problem anzugehen, zielt ExoExpert darauf ab, eine neuartige Planungsmethode einschließlich eines Simulationsmodells zu entwickeln, um Entscheidungshilfen für die Identifizierung von Exoskeletten für manuelle Produktionsprozesse und die Anpassung des Systemverhaltens zu liefern. Das Projekt soll Arbeitswissenschaftler und Ingenieure dabei unterstützen, Exoskelette für industrielle Anwendungsszenarien vor der Systemimplementierung angemessen bewerten, auswählen und anpassen zu können. Die wissens- und simulationsbasierte Methode besteht aus vier Hauptbausteinen. Basierend auf der Analyse von Eigenschaften und State-of-the-Art-Methoden wird eine (1) Bewertungssystematik für heterogene Exoskelette konzipiert. Diese Systematik dient als Grundlage für die Entwicklung eines (2) Co-Simulationsmodells, das sich aus der Modellierung und Simulation von (a) prozessbezogenen sowie (b) technischen und biomechanischen Parametern zusammensetzt. Ein (3) Entscheidungsmodell operationalisiert die Co-Simulationsergebnisse hinsichtlich der kontextangepassten Auswahl von Exoskeletten. Der letzte Schritt sieht die (4) praktische Validierung und Optimierung der entwickelten Methode anhand von Exoskelett-Demonstratoren vor, bevor die Methode verallgemeinert wird. ExoExpert ermöglicht es erstmals, Exoskelette interaktiv zu modellieren und ergonomisch zu bewerten. Die grundlegende Innovation liegt in seinem ganzheitlichen wissens- und simulationsbasierten Ansatz. Zudem hilft die Methode, Möglichkeiten der Bewegungsausführung von Exoskeletten vor der Implementierung zu überprüfen. Damit kann die Methode eine erfolglose, zeit- und kostenintensive Implementierung von Exoskeletten vermeiden und den Engineering-Aufwand reduzieren. Die gemeinsame Forschung wird am Lehrstuhl für Produktionssysteme an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und am Lehrstuhl für Produktionstechnik an der Universität Innsbruck (UIBK) durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Robert Sebastian Weidner