Roboter mit Fußprothese
Laufschuhe, Skibindungen und Fußprothese haben eines gemeinsam: Sie müssen gründlich geprüft werden. Dies übernimmt ein robotergestützter 3-D-Prüfstand, der menschliche Bewegungen simuliert und so jede Art von Belastungstest unter realen Bedingungen ermöglicht.
Auch die Belastungseigenschaften einer Schuhledersohle kann der robotergestützte 3-D-Prüfstand testen: Er imitiert die natürliche Gehbewegung des Menschen.
© Fraunhofer TEG
Einarmige orangefarbene Robotermaschinen stanzen und schweißen normalerweise in großen Fertigungshallen Autoblechteile. Auch in den Laboren der Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe TEG steht ein solcher Industrieroboter. Doch dort haben ihm die Forscher menschlichere Züge verpasst: Auf einem Laufband imitiert dieser Roboterarm geradezu perfekt die natürliche Bewegung eines Menschen beim Gehen und läuft und läuft und läuft. Grund für diese Dauerbelastung ist ein Prothesenfuß, der an der Maschine befestigt ist und auf Herz und Nieren geprüft wird.
Den Forschern der TEG ist es gelungen, einen 3-D-Roboterprüfstand zu entwickeln, der unterschiedliche Bewegungen nachahmen kann. Dank dieses Roboters ist es nun erstmals möglich, verschiedene Bauteile und Materialien unter realen Bedingungen zu testen. Ganz gleich ob es darum geht, die Belastungsfähigkeit einer Fußprothese zu untersuchen oder gar neue Skibindungen oder Laufschuhe zu entwerfen - der Roboter kann im Gegensatz zu herkömmlichen Prüfgeräten dreidimensional Kräfte ausüben: In jede Richtung kann er drehen, drücken oder ziehen. "Dank biomechanischer Analysen wissen wir, wie zum Beispiel die Abrollbewegung des Fußes abläuft", erklärt Andreas Reindl, Projektleiter der TEG. "Dieses Know-how setzen wir bei der Programmierung des Roboters ein. So können wir ihm ganz nach Wunsch des Auftraggebers jede erdenkliche Bewegung beibringen. Dazu lagern wir einzelne Bewegungsabläufe übereinander." Der Roboter übt dann etwa einen Druck nach unten parallel zu einer Ziehbewegung nach vorne aus.
Hat der Roboter das "Laufen" gelernt, können die Ingenieure die Prothese oder den Laufschuh ausführlichen Tests unterziehen: Druckmessplatten, die im Laufband integriert sind, ermitteln beispielsweise, bis zu welchem Belastungsdruck das Dämpfungsmaterial des Laufschuhs stabil bleibt. Mit Hilfe von Videoaufnahmen und optischen Erkennungs-systemen lässt sich auch feststellen, welches Material am besten ist, damit die Fußprothese zum einen für die Abrollbewegung biegsam genug ist, zum anderen aber auch genügend Stabilität bietet. Dieser ausgefeilte Roboterprüfstand erlaubt es den Ingenieuren, Materialien aller Art zu testen. Auch Dauertests von Bodenbelägen oder Fitnessgeräten sind denkbar. Der Fantasie der Hersteller an die Testanforderungen sind keine Grenzen gesetzt.
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