EO

Micromotoren: vanuit de ruimte naar de werkvloer

26 oktober 2020 om 13:11 uur

Van de ruimte naar de werkvloer: de technologie in de Ironhand is afkomstig uit de Robonaut 2 en Robo-Glove-ontwikkeling van Nasa en General Motors. Foto: General Motors

45 procent van alle beroepsziekten in Europa en Noord-Amerika bestaan uit problemen met nek, schouders en armen die zijn ontstaan op de werkvloer. In Europa liggen de kosten hiervoor jaarlijks bij zo’n 2,1 miljard euro. Om dit soort blessures aan het bewegingsapparaat te voorkomen, wordt onder andere ingezet op ‘wearables’, kleding met ingebouwde technologie. Een voorbeeld is de Ironhand van het Zweedse Bioservo Technologies, een robothandschoen met ‘Soft Extra Muscle’-technologie (SEM).

 

Op Europees niveau is repetitief werk de grootste risicofactor. 74 procent van de werknemers in de Europese Unie voert minimaal een kwart van hun werktijd herhalende arm- of handbewegingen uit. Volgens het Duitse Arbo-instituut zijn aandoeningen aan het bewegingsapparaat de meest voorkomende reden voor beperkte inzetbaarheid, ernstig letsel, vroegpensioen en tijdelijke arbeidsongeschiktheid. Het Europees Agentschap voor Veiligheid en Gezondheid op het Werk heeft een enquête uitgevoerd, waarin 45 procent van de respondenten aangaf op het werk te lijden onder pijnlijke of vermoeiende lichaamshoudingen. 25 procent had rugpijn en 20 procent spierpijn. Uit onderzoek blijkt dat in 2030 de helft van de werknemers te maken zou kunnen krijgen met dit soort aandoeningen.

 

Grip

Bij de categorie ‘werkgerelateerde problemen met nek en bovenste ledematen' gaat het om de hals, armen, polsen, handen en vingers. Klachten zijn bijvoorbeeld tintelingen, gevoelloosheid, irritatie of pijn. Koude omgevingen en het gebruik van trillend gereedschap kunnen de klachten verergeren, met minder mobiliteit en een verlies aan gripkracht als gevolg. Dit veroorzaakt vaak weer extra risico's op de werkvloer, bijvoorbeeld als medewerkers hun gereedschap niet meer goed kunnen vasthouden of er niet gecontroleerd en veilig mee kunnen werken.

 

Demografie en ergonomie

De demografie speelt ook een rol: door veroudering en het verschuiven van de pensioenleeftijd blijven mensen langer actief in de beroepsbevolking. Hierdoor wordt ergonomie op de werkvloer steeds belangrijker, zowel voor gezonde medewerkers als voor mensen die al fysieke beperkingen hebben. Een deel van de oplossingen is gericht op een betere ergonomie van werkplek, dus de werkbank, het bureau of de lopende band. Maar bedrijven vertrouwen ook steeds vaker op een directere ondersteuning of versterking van hun mensen. Eén voorbeeld is het exoskelet, dat als een kledingstuk op het lichaam wordt gedragen.

 

Ironhand

De Ironhand van Bioservo Technologies is een actief ‘soft' exoskelet voor de hand en vingers. Normaalgesproken worden grijpbewegingen aangestuurd door de spieren in de onderarm en de hand. De spieren trekken aan pezen, zodat de vingers bewegen. Ironhand simuleert deze functie: drukgevoelige sensoren in de vingertoppen van de handschoen herkennen het als de hand van de drager een grijpbeweging maakt. In het systeem is een computer geïntegreerd die berekent hoeveel extra grijpkracht er nodig is. Kleine servomotoren trekken vervolgens aan dunne kabels in de vingers van de handschoen. Hoe meer druk de sensoren registreren, des te meer kracht de Ironhand levert. De instellingen van de handschoen kunnen worden aangepast aan persoonlijke voorkeuren en aan het soort werk dat wordt verricht. Met datafuncties kan een digitale risico-inventarisatie van de hand plaatsvinden en kan de gebruiker volledig worden geïntegreerd in het fabriek-van-de-toekomstconcept van Industrie 4.0. De data-analyse kan tijdens het werk activiteiten herkennen met veel grijpbewegingen - en dus hogere ergonomische risico's - zodat gebruikers passende maatregelen kunnen nemen.

 

Nasa en General Motors

Ironhand is gebaseerd op de ‘Robo-Glove'. De RoboGlove is een ontwikkeling van Nasa en General Motors (GM) en afgeleid uit de Robonaut 2, een humanoïde robot die beide partijen hebben ontwikkeld. De robot - zeg maar R2 - had als taak astronauten bij hun werkzaamheden te ondersteunen, zowel binnen als buiten een ruimtevaartuig, en klopte in 2011 aan bij het International Space Station (ISS).

Een van de ontwerpcriteria voor R2 bij de start van het project in 2007 was dat de robot gebruik moest kunnen maken van gereedschap dat voor mensenhanden was ontwikkeld. Nasa zag de R2 vooral astronauten bijstaan en hen allerhande werkzaamheden met handgereedschap uit handen nemen. General Motors zag de R2 als mogelijke ‘co-worker' om naast de mens aan de productielijn te kunnen staan.

 


nasaNASA Commercial Invention of the Year Award

Robo-Glove en de gecommercialiseerde versie Ironhand hebben dit jaar de NASA Commercial Invention of the Year Award gewonnen: "De winnende uitvinding, ‘Robo-Glove’, is 's werelds eerste ‘soft’ robotische spierversterking voor professionele gebruikers. Bij de ontwikkeling van de Robo-Glove wilde NASA de astronauten helpen ruimtewandelingen efficiënter te maken en de mogelijkheden op het gebied van ruimteverkenning uitbreiden. Co-ontwikkelaar General Motors probeerde de veiligheid en effectiviteit van de productie in zijn fabrieken te verbeteren.
“Robo-Glove heeft in zijn commerciële productvorm ‘Ironhand’ de huidige stand van de techniek ruimschoots overtroffen met zijn ongemakkelijke hand-exoskeletten, passieve grijpversterkende handschoenen, of revalidatiehandschoenen met een lage kracht die worden gebruikt door personen die om medische redenen niet makkelijk kunnen grijpen. De werknemers van General Motors gebruiken Ironhand voor de assemblage van auto's en presteren goed. Geen enkele andere op dit moment beschikbare grijphandschoen is effectief in het uitvoeren van dit soort veeleisende manuele montagetaken.”

 

 

Met de R2 is het nodige geëxperimenteerd in het ISS. Maar zowel NASA als General Motors zagen nadat de robothand voor R2 uiteindelijk was ontwikkeld meer mogelijkheden voor de technologie dan gebruik bij robots alleen. Dit leidde tot de ontwikkeling van de Robo-Glove, die de grip en greep van de gebruiker kon ondersteunen - tot wel wel vijfmaal de normale grijpkracht. Zo gebruikt GM gebruikt de Robo-Glove bijvoorbeeld in de assemblage maar ook bij de productie van motoren en transmissies. De gebruikers hoeven bij hun werk nu veel minder grijpkracht te ontwikkelen en kunnen overbelasting voorkomen.

 

In 2016 maakte GM bekend dat de met Nasa ontwikkelde technologie voor de Robo-Glove in licentie was gegeven aan Bioservo Technologies. Dit Zweedse bedrijf actief in de medische technologie had al een handschoen, de SEM-Glove, voor revalidatie- en andere medische toepassingen. Bioservo wilde de mogelijkheden tot krachtvermenigvuldiging van de Robo-Glove combineren met hun ‘Soft Extra Muscle'-technologie die een meer ondersteundende functie had.

 

afstandVia afstandsbediening of een app kunnen de kracht van de individuele vingers, de balans, de gevoeligheid en andere instellingen snel worden aangepast aan verschillende situaties. Foto: Biocservo Technologies 

 

Individueel en flexibel

De handschoen is beschikbaar in vier maten en is geschikt voor links- en rechtshandigen. Het batterijpakket zit in een rugzakje en bevat ook de computer en de motoren die de individuele vingers bedienen. Gebruikers kunnen vooraf diverse profielen instellen met verschillende combinaties van sensoractiviteit, kracht, vingersymmetrie en "vasthoudgewoonten". De gebruiker kan het profiel wijzigen met een simpele druk op de knop van de afstandsbediening op de borst. De profielen maken het mogelijk om flexibel in te spelen op de vereisten van verschillende werkzaamheden die gedurende een werkdag worden uitgevoerd, bijvoorbeeld als iemand 's ochtends lichter werk doet en 's middags taken heeft die de spieren sterker belasten. Hierdoor kunnen mannen en vrouwen met hetzelfde systeem werken. De handschoen kan binnen een paar milliseconden tot 80 N aan grijpkracht leveren.

 

Daarnaast is het systeem zo ontworpen dat het kan worden gedragen met persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM), zoals veiligheidshandschoenen, valbescherming, helmen of zichtbaarheidskleding. De gebruiker kan de handschoen bij werkpauzes zelf aan- en uittrekken. De batterijcapaciteit van de voeding is voldoende voor een typische werkdag.

 

biOm de vingers aan te sturen gebruikt Bioservo DC-micromotoren van Faulhaber. 

 

Goede ervaringen

Om de afzonderlijke vingers aan te sturen, heeft Bioservo voor hun Ironhand gekozen voor DC-micromotoren met grafietcommutatie uit de serie 1741 ... CXR. Martin Remning Wahlstedt, directeur ontwikkeling bij Bioservo: "We hebben in de Ironhand gekozen voor de 1741 ... CXR omdat we in onze producten al goede ervaringen hadden met Faulhaber-aandrijvingen en omdat we een langlopende samenwerking hebben met de aandrijfspecialist en met Compotech, hun Zweedse verkooppartner."

De micromotorserie combineert kracht, robuustheid en controle in een compacte vorm. Dit wordt gegarandeerd door grafietcommutatie, neodymium magneten en de wikkeling van de rotor. De neodymium magneet geeft de motoren een hoge vermogensdichtheid met een continu koppel van 3,6 tot 40 mNm.

 

Kennis: Safety

safetyOp het gebied van de Europese regelgeving worden nog steeds veranderingen doorgevoerd, niet alleen om onduidelijkheden tussen richtlijnen onderling te verhelderen, maar ook om uitbreidingen te maken, bijvoorbeeld op het gebied van energiezuinigheid, chemicaliënbeheer, afvalstroombeheersing en dergelijke.

 

Whitepapers

whitepapersDownload hier whitepapers over het thema Safety:

 

Industrie 4.0 - safe & smart

Flexibele productie kan helpen om het gebruik van industriële installaties te optimaliseren.
Lees de whitepaper van Pilz
 

Veiligheidsnormen voor elektrotechniek uitgelegd

Hoe pas ik de NEN 3140 voor veilig werken met elektrische installaties toe in de praktijk? En hoe zorg ik dat gereedschap veilig is? Wat houdt CE-markering in? 

Vindt de antwoorden  in de whitepaper

 

Noodstopschakelaars

Emergency Stop Switches (0.49 MB)

 

Machineveiligheid

Concepts in networked machine safety

 

Safety Engineering

Approaches to Safety Engineering

 

Meer whitepapers>>