Biomechanische Analyse der Unterstützungswirkung von rumpfunterstützenden Exoskeletten bei manueller Lasthandhabung

Autoren: Johns, Heinrich, Glitsch

Kategorie: Gesundheitsschutz und Arbeitssicherheit

Chair: Jäger

Beitragskurzfassung:
Rumpfunterstützende Exoskelette werden seit einiger Zeit als eine vielversprechende Maßnahme zur Prävention von muskuloskelettalen Überlastungen an industriellen Arbeitsplätzen diskutiert. Einzelne Wirkeffekte wie die Verringerung der muskulären Aktivität bestimmter Muskeln in statischen und dynamischen Situationen wurden bereits vielfach bestätigt, wohingegen die biomechanische Gesamtbetrachtung der Kinetik eines Exoskeletts und die Auswirkungen auf die inneren und äußeren Belastungen des Muskel-Skelett-Systems noch weitgehend fehlen bzw. unbekannt sind. Ziel dieser Untersuchung war die biomechanische Analyse von drei rumpfunterstützenden Exoskelleten (2 passive, 1 aktives) im Hinblick auf die Unterstützungswirkung an der Lendenwirbelsäule beim Anheben von Lasten. Die Unterstützungskennlinien der passiven Exoskelette wurden experimentell ermittelt und in ein biomechanisches Mehrkörpermodell (invers dynamisch) des Muskel-Skeletts-Systems implementiert. Das aktive Exoskelett verfügte über eine Drehmomentsensorik mit Online-Übertragungsfunktion. Im Vergleich zum Anheben einer Last von 20kg ohne Exoskelett erreichten die passiven Exoskelette eine Reduktion des maximalen Gelenkmoments an der Lendenwirbeläule (L5/S1) zwischen 10% und 20%. Das aktive Exoskelett konnte aufgrund der Latenz der Regelelektronik zu Beginn des Anhebevorgangs – Zeitpunkt des maximalen L5/S1-Gelenkmoments – die LWS-Belastung nur geringfügig reduzieren und erreichte erst im weiteren Verlauf des Aufrichtens die maximale Unterstützungswirkung von bis 70 Nm, was mehr als das 1,7-fache des Höchstwertes der beiden passiven Exoskelette ist. Diese große Unterstützungswirkung des aktiven Exoskeletts führte allerdings auch zu erheblichen Reaktionskräften am Beckengurt von ca. 400 N. Bei der Beurteilung von Exoskeletten sollten neben dem Unterstützungseffekt auch die als Reaktion zusätzlich einwirkenden Kräfte berücksichtigt werden.

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Raum 1
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Johns, Heinrich, Glitsch

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