(a) Schema: Eine in den Drehmomentfluss eingebrachte Elastizität erlaubt eine einfache Nullkraftregelung. Der Verdrehwinkel vor und nach der Elastizität wird gemessen. (b) zeigt einen Antrieb, wie er in einer aktiven Kniegelenksorthese verbaut ist: (1) Encoder auf der Motorwelle, (2) Motor, (3) Planetengetriebe, (4) Schraubenfeder, (5) zweiter Encoder, (6) Winkelgetriebe, (7) Abtriebshebel. [Müller R, Pott PP, Schlaak HF, Seriell-Elastische Aktoren als Antrieb für aktive Orthesen, AUTOMED Workshop, Aachen, 2012]
Bild: Peter Pott
Seriell- oder parallel-elastische Antriebe (SEA, PEA) sind sinnvoll, wenn es um Energieeffizienz, Regelbarkeit und Mensch-Maschine-Interaktion geht. Diese Antriebstopologie nutzt elastische Elemente im Drehmoment- oder Kraftfluss, der seriell, also direkt im Kraftfluss oder parallel dazu – um beispielsweise die Gewichtskraft zu kompensieren – angeordnet werden können.
Am IMT sollen Antriebe mit etwa 20 W Leistung und möglichst großer Frequenzbandbreite (bis 500 Hz) aufgebaut und charakterisiert werden. Dazu stehen Prüfstände und Messinfrastruktur zur Verfügung.
(a) zeigt einen hoch-integrierten SEA für eine Kniegelenksorthese. Hier ist die diskrete serielle Feder durch eine additiv gefertigte ersetzt, die weitere Funktionen wie z.B. die Maßerkörperung für den Winkelencoder und einen mechanischen Anschlag enthält: (1) kein Encoder auf Motorwelle nötig, (2) Motor, (3) Planetengetriebe, (4) additiv gefertigte Spiralfeder, (5) Zahnrad dient als Maÿverkörperung für den zweiten Encoder, (6) Winkelgetriebe. (b) zeigt die doppelarmige Spiralfeder (1), die von innen angetrieben (2) wird und das Drehmoment über den Auÿenring (5) an ein Kegelzahnrad (nicht dargestellt) abgibt. Eine Zahnstruktur auf der Eingangsseite dient als Maßerkörperung (3) für einen magnetischen Sensor. Eine Überdrehsicherung wird mit Hilfe eines Nockens an der Abtriebsseite (4) realisiert. [Pott PP, Graefenstein H, Fischer J, Müller R, Schlaak HF, Abele E, Series Elastic Actuators for Man-Machine Cooperation, 9. ETG/GMM-Fachtagung Innovative Klein- und Mikroantriebstechnik, Nürnberg, 2013]
Bild: Peter Pott