Polyzentrische Soft-Antriebe
Im Projekt wurden zwei unterschiedliche Typen von polyzentrischen Soft-Antrieben entwickelt die eine inhärente, natürliche Nachgiebigkeit aufweisen und sich den polyzentrischen Bewegungen der menschlichen Gelenkachsen anpassen können.
Hierzu zählt der fluidische Soft-Biegeantrieb, sowie der patentierte Hybrid-Soft-Antrieb (Patient DE 10 2014 215 315.8). Das elastische Basiselement beider Antriebstypen sind urheberrechtlich geschützte (Patent DE 10 2011 087 727) Antriebselemente in Schrägform – sogenannte skewed Rotary Elastic Chambers (sREC), die über keine fest Rotationsachse verfügen. Durch die Verwendung von handelsüblichem Feuerwehrschlauch kann ein kostengünstiges und sehr robustes elastisches Antriebselement mit einem maximalen Druck von bis zu 12 bar realisiert werden. Das Antriebselement wird im Projekt pneumatisch betrieben und verfügt aufgrund der Kompressibilität der Luft über eine natürliche Nachgiebigkeit, wodurch eine besonders sichere Mensch-Roboter-Interaktion gewährleistet wird. Der maximale Winkelbereich dieses Antriebselementes liegt bei ca. 40° bei einem maximalen Drehmoment von ca. 58 Nm. Die folgende Abbildung zeigt den manuellen Herstellungsprozess des nachgiebigen sREC Antriebelements.
Der Soft-Biegeantrieb beruht auf einer Reihenschaltung von zwei asymmetrisch und antagonistisch angeordneten sREC-Antriebselementen. Hierdurch ergibt sich ein der menschlichen Extremität angepasster maximaler Winkelbereich von 120°, wobei eine Streckung von mehr als 0° durch einen mechanischen Anschlag begrenzt ist. Der Soft-Biegeantrieb verfügt über keine feste mechanische Rotationsachse wodurch er sich an die Bewegungen der menschlichen Gelenkachsen anpassen kann.
Als alternatives Antriebskonzept wurde ein Testmuster eines polyzentrischen Hybrid-Antriebes (EC-Motor mit einer seitlich angebrachten pneumatischen Feder) entwickelt und aufgebaut. Durch ein Harmonic Drive Getriebe (Typ?) wird das ausgangsseitige Drehmoment des EC-Motors von 533mNm um den Faktor 100 verstärkt. Dieses Antriebskonzept bietet ebenfalls eine natürliche Nachgiebigkeit und ermöglicht eine Anpassung an menschliche Gelenkbewegungen, da diese Struktur über zwei Rotationszentren verfügt. Im Gegensatz zu rein pneumatischen Antrieben wird für die Verwendung von dem Hybrid-Antrieb eine wesentlich geringere Menge Druckluft benötigt, wodurch der Einsatz von SE_BURG für den Heimbereich ermöglicht werden kann.