Het Fraunhofer Instituut voor Productietechniek en Automatisering (IPA) heeft een nieuw ontwerp voor robotarmen gemaakt, dat uitstekend past op actieve prothesen en Exo-skeletten. De kern van de ontwikkeling wordt gevormd door de zogeheten ’Dohelix-spieren’, nieuwe technische spieren die een kunstmatige elleboog kunnen strekken en buigen.
Het principe van een ’Dohelix-spier’ is simpel: een solide, flexibele kabel verbindt twee ten opzichte van elkaar beweegbare delen. Binnen in de kabel zit een aandrijfas. Als deze wordt gedraaid, wikkelt de kabel zich vanaf de uiteinden op en trekt de uiteinden naar elkaar toe. De spier heet ’Dohelix’ omdat de kabel zich in de vorm van een dubbele helix om de aandrijfas wikkelt.
Aandrijving
Voor de aandrijving zijn kleine elektromotoren geschikt met of zonder een klein vertragingsmechanisme. Het rendement bij modellen van hoge kwaliteit ligt boven de 80%. De motoren kunnen kortstondig in twee richtingen worden overbelast met een veelvoud van het nominale draaimoment. Als de motorwikkelingen niet te heet worden en tijd hebben om na de overbelasting af te koelen, zijn geen verdere voorzieningen noodzakelijk. Wat dat betreft lijkt de ’Dohelix menselijke skeletspieren; die kunnen ook kortstondig grote krachten leveren, maar hebben daarna een rustpauze nodig om te herstellen.
Kleine elektromotoren zijn robuust, onderhoudsvrij en eenvoudig aan te sturen, kortom ideaal voor mobiele toepassingen. Een prothesedrager heeft slechts een klein stuurapparaat en de batterij aan de broeksriem nodig. Met een klein aantal constructieve maatregelen zal de prothesedrager daarmee ook kunnen douchen en zwemmen.
Isella
Een kunstmatig ellebooggewricht genaamd Isella (een samenvoeging van ‘intrinsieke safe lichtgewicht low-cost arm) laat zien hoe de spieren functioneren. Isella heeft vier ’Dohelix-spieren’: twee buigers en twee strekkers. Het bij Fraunhofer IPA ontwikkelde elleboog-prototype kan strekken (0°) en buigen (135°) en de onderarm over ellepijp en spaakbeen over 75°verdraaien. De gelijktijdige samentrekking van de beide buigers heft de onderarm, de samentrekking van de linker (rechter) buiger en de rechter (linker) strekker draait de onderarm.
De prothese lijkt qua eigenschappen veel op zijn biologisch voorbeeld en zou tegen lage kosten te produceren moeten zijn. De diverse onderdelen van Isalla zijn geoptimaliseerd voor productie in grote aantallen. De meeste onderdelen zijn of standaarddelen of delen die met geringe bewerkingsstappen zijn te fabriceren. Links op de foto de Isella elleboog als CAD-model, rechts de elleboog voorzien van een houten hand.
Website van Fraunhofer Instituut voor Productietechniek en Automatisering
