Exoskelette für die Produktion

Heute gibt es in der Produktion viele Arbeitsprozesse, die aufgrund der Komplexität der Prozesse und einer zu variantenreichen Produktion nicht automatisiert werden können. Sich wiederholende Tätigkeiten in Zwangslagen (kniend oder Über-Kopf Arbeiten) oder zu hohe Belastung bei der Manipulation von schweren Bauteilen, führen kurz- oder langfristig zu Muskel-Skelett-Erkrankungen. 32 % der arbeitenden europäischen Bevölkerung müssen schwere Lasten in mehr als ein Viertel ihrer Arbeitszeit bewegen. Diese nicht automatisierbaren Arbeitsplätze, beispielsweise in der Automobilproduktion, die aus einer Kombination von komplexen Logistik- und Produktionsprozessen bestehen, zeichnen sich in den Bereichen der Ergonomie und Sicherheit durch negative Folgen auf den Mitarbeiter aus und haben Effekte auf das Innovations- potential. Dies bewirkt, dass die Arbeitsplatzgestaltung und -organisation sowie innovative Arbeitsprozesse in vielen Betrieben nicht optimal ausgeführt werden können. Muskel-Skelett-Erkrankungen sind eine der häufigsten Ursachen für die Arbeitsunfähigkeit in Deutschland. Im Schnitt gab es 2016 pro 100 Versichertenjahre 319,5 Arbeitsunfähigkeitstage. Ebenso haben Muskel-Skelett-Erkrankungen den größten Anteil an Rehabilitationsleistungen in Deutschland mit rund 32 %. Im Generellen kosten Verletzungen am Arbeitsplatz allein die europäische Wirtschaft ungefähr 4 % des Brutto-Sozial-Produkts. Ein Einsatz von Robotern ist nicht möglich, da diese zu unflexibel für viele verschiedene manuelle Aufgaben sind. Um Störungen und Schädigungen des menschlichen Körpers entgegenzuwirken, können neuartige »Exoskelette« zum Einsatz kommen. Exo- oder Außenskelette sind Mensch-Maschinen-Systeme, die menschliche Intelligenz mit maschineller Kraft kombinieren, indem sie die Bewegungen des Trägers unterstützen oder verstärken. Exoskelette werden zukünftig vor allem dort zum Einsatz kommen, wo menschliche Arbeit nicht sinnvoll durch Automatisierung oder Robotik-Systeme ersetzt werden kann. Denn Exoskelette können als flexible »Automatisierungslösungen« für variantenreiche oder komplexe Prozesse (z. B. in der Automobilproduktion oder der Logistik-Branche) die nicht automatisiert werden können, eingesetzt werden. Durch Exoskelette können Mitarbeiter an Arbeitsplätzen mit überdurchschnittlicher körperlicher Belastung neben der eigentlichen Kraftunterstützung, z.B. bei der Entnahme von Bauteilen aus Gitterboxen, folgende Vorteile erzielen: A) Prävention von Arbeitsunfällen sowie Muskel-Skelett-Erkrankungen; B) Erhöhte Produktivität, weniger Fehler, erhöhte Qualität der Arbeitsprozesse; C) Ergonomische Unterstützung um sinnvolle Körperhaltungen einzunehmen; D) Erhöhung der Präzision bei Arbeitsprozessen wie z. B. einer Haltungsunter-stützung um in unergonomischen Positionen Montage oder Schweißtätigkeiten auszuführen. Der Markt sowie der Bedarf an Exoskeletten soll bis zum Jahr 2025 um durchschnittlich bis zu 58,8 % pro Jahr wachsen. Vor allem durch den immer stärker werdenden Fachkräftemangel werden Unternehmen in der Produktion mit der Herausforderung konfrontiert, wie man körperlich sehr belastende Arbeiten signifikant reduzieren kann.


 

Als erster deutscher Hersteller stellte der Augsburger Robotik-Spezialist German Bionic Systems nach fünfjähriger Entwicklungsarbeit ein marktreifes Exoskelette für den Einsatz in der industriellen Produktion vor. Das Modell German Bionic CRAY, das Anfang Dezember 2017 an die ersten Kunden aus der Industrie und dem Logistikbereich ausgeliefert wird, wurde unter dem Leitsatz „Kombination aus menschlicher Intelligenz und maschineller Stärke“ speziell für die manuelle Handhabe von Gütern und Werkzeugen konzipiert und verringert beim Heben schwerer Lasten den Kompressionsdruck im unteren Rückenbereich. Damit wird Verletzungen vorgebeugt. Das System ist darauf ausgelegt, Arbeiter und Arbeiterinnen bei Lasten von zehn bis 15 Kilogramm zu unterstützen. In dem Exoskelett kommen fortgeschrittene mikromechanische Komponenten und ein ergonomisches, ultraleichtes Tragesystem zum Einsatz. Dem Träger ermöglicht dies, beispielsweise ein schweres Werkzeug problemlos zu positionieren oder kontinuierlich zu bedienen. Die Cloud-Software-Plattform des German Bionic CRAY basiert auf Open Source-Technologie und offenen Standards. Hierüber sollen zukünftig alle Daten, die über die Sensoren in den Exoskeletten gesammelt werden, zu Analyse- und Forschungszwecken anonymisiert und frei verfügbar gemacht werden. Zudem ermöglicht das System maschinelles Lernen und KI-Funktionalität.

Autor des Artikels

Peter Heiligensetzer, Dr.-Ing.
Geschäftsführer GBS German Bionic Systems GmbH
Web: www.germanbionic.com