Az ExoHand eszköz egy kesztyűszerűen viselhető exoskeleton, azaz az emberi testrészt is magában foglaló külső, mozgatható szerkezet, amely a kezelőszemély kezének mozgásait regisztrálja, és valós időben átadja a robotkéznek. Az ujjak aktívan mozgathatók, miközben erejük megsokszorozható.
Az exoskeletonkéz minden lényeges fiziológiai szabadságfoka megegyezik az emberi kézével, így támogatja az emberi végtag különböző tárgymegfogó és -mozgató technikáit. Fejlesztésekor a célkitűzés az emberi kéz erejének és tűrőképességének növelése, az emberi cselekvőképesség fokozása és a független életvitel biztosítása volt, idős emberek számára is.
Mivel az ízületeket és az azokat mozgató egységeket a tényleges kézen kívül, exoskeletonok formájában helyezték el, a kézi ortézis nemcsak az emberi kézre illeszthető, hanem akár egy szilikonból készült műkézre is. Ugyanazon hardver használatával ez egy olyan távlatot nyit meg, ahol teljesen új kapcsolat teremthető a robotika és az ortopéd protézisek (ortetika) között.
A Festo ExoHandje egyesíti az emberi intelligenciát és a robot képességeit. A gépek ugyan pontosak, ellenállóak és erősek, de korlátozott mértékben alkalmasak arra, hogy komplex helyzeteket kezeljenek. Általában a vizuális és tapintásos észlelésekre, valamint a humán kezelő döntéseire hagyatkoznak.
Erőnövelés szerelésnél
A közvetlen ember-gép interakció esetében az ExoHand egy lehetséges műszaki megoldást kínál azokra a valós és virtuális kihívásokra, amelyekkel a jövő gyártása és munkakörnyezete találkozhat: alkalmazásával innovatív ember-gép interakciós megoldásokat lehet kifejleszteni. Annak ellenére, hogy az iparban igen magas szinten van az automatizáltság, a szerelés területén még mindig nagyon sok, csak ember által végezhető tevékenység létezik. Köztük számos sokszor ismétlődő, ezért fáradtságos feladat van. Ezek a feladatok igazi kihívást jelentenek, elsősorban az idősebb munkások számára.
A legtöbb iparosodott országban a munkaerő életkora az elkövetkező években tovább fog emelkedni. Így az ExoHand a gyártás világában megjelenő demográfiai változások okozta kihívásra kínál technológiai megoldást. A rendszer növeli az emberi kéz erejét, és segíti a munkavállalókat abban, hogy tartós fizikai károsodás nélkül tovább tudjanak a munkafolyamatban maradni.
A kifáradás megelőzésére a szerelés során végzendő munkaműveletekhez viselhető az ExoHand, tehát úgy használható, mint egy olyan segítő rendszer, amely kellemesebbé teszi a munkakörülményeket a szerelőüzemben.
Amikor az ExoHandet ipari környezetben robotkéz távmanipulációjára használják, veszélyes vagy ártalmas környezetben is biztonságos távolságból végezhetők el a komplex feladatok. Erő-visszacsatoló rendszerként a mesterséges kéz jelentősen meg tudja növelni az ember által gyártási környezetben végezhető tevékenységek körét. Ilyen helyzetekben az ExoHandet mind az emberi, mind pedig a mesterséges szilikonkézre ráhelyezik. Így egyszerre működik mint kezelői interfész és mint robotkéz. A teljes mesterséges kéz szinte valamennyi szabadságfokkal működtethető.
Ez lehetővé teszi, hogy erő-visszacsatolás formájában a különböző környezetekből az erők az operátor kezére visszakerüljenek; ezáltal az operátor szinte érzi a távoli tárgyak alakját. Ezzel az emberi tapintás érzete nagy távolságokból is megvalósítható, és akár a valós és mesterséges világ közötti interfészre is átvihető. Az operátornak a továbbiakban nem kell csak a vizuális és akusztikai észleléseire hagyatkoznia, hanem képes alakokat észlelni, és az alkalmazott erővel szembeni ellenállást is érezni tudja.
Az ipari robotikán kívül az ExoHand különösen alkalmas a szolgáltatásrobotika piacán való alkalmazásra, amelyet a közeljövőben jelentős növekedés jellemez majd – hiszen az anyagok, érzékelők és meghajtók területén előtörő új koncepciók alkalmasak arra, hogy forradalmasítsák ezt a piacot.
Ha például a cél az, hogy a robot egy ExoHand eszközzel kombinálva orientálódni tudjon a mindennapi háztartási környezetben, és az emberekkel interakciókba lépjen a legkülönbözőbb napi szituációkban, még sokkal fontosabbak lesznek a robotok emberi tulajdonságai, mint ipari környezetben.
A Festo az újonnan kifejlesztett ExoHand esetében pneumatikaalapú hajtási koncepciót alkalmaz: a nyolc pneumatikus beavatkozószerv precíz mozgatást biztosít, ugyanakkor kiváló hajlékonyságot is ad, és ezzel együtt biztonságot. De az, hogy a szolgáltatórobot beépül-e a háztartásunkba, jelentősen függ a fejlesztési költségektől. A Festo ExoHand eszköze a vállalat olyan saját alkatrészeiből épül fel, amelyek már tömeggyártásban vannak, ezért viszonylag olcsóak.
Alkalmazás orvosi terápiában
A rehabilitáció során az ExoHand aktív kézortézisként használható. Csak Németországban évente több mint 150 000 embert ér agyvérzés első ízben, és sokan ezért kénytelenek újból megtanulni kezük használatát.
Az agy-számítógép interfésszel (BCI) együtt a Festo ExoHand eszköze lehetővé teszi egy zárt visszacsatolási hurok kialakítását. Az aktív kézortézis segíthet a bénulásban szenvedő agyvérzéses betegeknek a sérült agy-kéz kapcsolat regenerálásában. Az agyvérzéses betegnek a keze kinyitására vagy bezárására irányuló kívánságát egy, a beteg fején mért elektro-enkefalográfos (EEG) jel segítségével regisztrálják.
A mozgást az aktív kézortézis hajtja végre. Ennek olyan hatása van, amely idővel lehetővé teszi, hogy a beteg technikai segítség nélkül is végrehajtsa a mozgást. Passzív kézortézissel a kéz krónikusan begörbült ujjait csak rugó segítségével egyenesítik ki, de az ExoHand használatakor a pneumatikus henger aktív módon mozgatja a beteg ujjait.
Az ilyen projektek megvalósításához az automatizálás legkülönbözőbb területeiről kell szakértelemmel rendelkezni. Az ExoHand megvalósításában a mechatronika és a generatív gyártási technológiák igen fontos szerepet játszanak.
Az exoskeleton-szerkezethez erősített nyolc kettős működésű pneumatikus hajtómű – DFK–10 Festo hengerek – lehetővé teszi, hogy a felhasználó nagy pontossággal nyissa és zárja az ujjait. A mutatóujjat oldalirányban is lehet mozgatni, és a hüvelykujj a tenyér felé is forgatható, akárcsak az emberi kéz esetében.
Az ujjak pontos helyzetét és az egyes meghajtóegységek által alkalmazott erőt külön-külön lineáris potenciométerek regisztrálják. A különböző kamrákban piezoproporcionális szelepek szabályozzák az ezekhez tartozó nyomást. A szelepterminálokon lévő nyomásérzékelők szabályozzák a nyomást, és jelzik a hengerek által kifejtett erőket.
A pozíció- és erőparamétereket egy CoDeSys-kompatibilis vezérlő regisztrálja és dolgozza fel. Szabályozza a nyomást a hengerekben az ujjak pontos helyzetének és erőinek biztosítása érdekében. Erre a célra nemlineáris vezérlőalgoritmusokat használnak.
Forrás: gyartastrend; Képek: gyartastrend;
