Project March
Project MARCH ist ein studentisches Projekt an der TU Delft, bei dem sich jedes Jahr ein neues Team aus 27 Studierenden zusammenfindet, um ein Exoskelett zu entwickeln, zu bauen und zu testen. Dieses Gerät ermöglicht es Menschen, die aufgrund einer Rückenmarksverletzung ihre unteren Gliedmaßen nicht mehr bewegen können, wieder aufzustehen und zu gehen.
Eine der größten Herausforderungen moderner Exoskelette besteht derzeit darin, selbstständig – also ohne Gehhilfen wie Krücken – stehen und gehen zu können. Um dieses selbstbalancierende Gehen zu realisieren, ist es entscheidend, die auf alle Gelenke wirkenden Kräfte präzise zu erfassen. Besonders anspruchsvoll ist dies bei den Rotationsgelenken des Exoskeletts: Sie müssen nicht nur kompakt und robust sein, sondern bieten aufgrund des begrenzten Bauraums nur wenig Platz für Sensorik und Messtechnik.
Herausforderung bei der Unterscheidung axialer und außeraxialer Belastungen
In den vergangenen zwei Jahren haben Project MARCH und Althen gemeinsam daran gearbeitet, einen Sensor in ein Bauteil des Gelenks zu integrieren – mit dem Ziel, die Änderungen sowohl am Bauteil selbst als auch am gesamten Gelenk möglichst gering zu halten. Diese minimale Anpassung erschwerte jedoch die zuverlässige Unterscheidung zwischen axialen und außeraxialen Belastungen erheblich. In diesem Jahr half Althen mit 6 statischen Drehmomentsensoren ATF336-Z 360 Nm und 2 Miniatur-Wägezellen ALF255-Z5398-3KN-Digitalausgang RS485.
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Auswahl- und Integrationskriterien für Drehmomentsensoren
Da der Sensor vom Typ F336 bereits in den Vorjahren auf Basis der zu erwartenden Lastfälle ausgewählt worden war, hielten wir an dieser Wahl fest. Auch der Messbereich von 360 Nm wurde beibehalten. Weitere zentrale Anforderungen waren ein deutlicher Unterschied zwischen axialen und außeraxialen Kräften sowie die kompakte Bauform des Sensors. Dieser musste in den begrenzten Bauraum passen und sich problemlos in das bestehende Aktuator-Design integrieren lassen.
Nahtlose Sensorintegration und -prüfung
Nach einem gemeinsamen Designprozess kamen wir zu scheibenförmigen Drehmomentsensoren, die sich leicht in unsere Drehgelenke integrieren ließen. So konnten wir die Installation und ersten Tests in unseren normalen Prozess der Montage, Prüfung und Installation von Gelenken in unseren Exoskeletten integrieren. Bei den ersten Tests wurden die vom Sensor gelieferten Drehmomentwerte überprüft und erste Tests zur Quantifizierung der Größe der außeraxialen Belastungen durchgeführt, die ebenfalls sehr vielversprechende Ergebnisse lieferten.
Sensoren für dieses Projekt
Reaktionsmoment- und Miniatur-Kraftsensoren
ATF326 Reaktionsmomentaufnehmer
- Messbereich: 0 - 20 Nm
- Betriebstemperatur -10 - +80 °C
- Hysterese: ±0,4 % RT
ALF255 Miniaturkraftaufnehmer
- Messbereiche von 0 … 100 N bis 0 … 6,4 kN
- Für Zug- / Druckbelastung oder bi-direktional
- Linearitätsabweichung 0,5 % v.E.
Verbesserte Erkennung von außeraxialen Belastungen markiert wichtigen Meilenstein
Diese Version der Drehmomentsensoren erweist sich als deutlich zuverlässiger – insbesondere im Hinblick auf außeraxiale Belastungen. Sollte sich dies bestätigen, wäre es ein bedeutender Schritt auf unserem Weg zu einem selbstbalancierenden Stehen und Gehen. Wir danken Althen herzlich für die wertvolle Unterstützung – sowohl durch ihr Fachwissen als auch durch den engagierten Einsatz ihrer Zeit.
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