Introductie

Vallen is de belangrijkste oorzaak van aan ongevallen gerelateerd letsel bij alle leeftijdsgroepen, maar is vooral bedreigend bij ouderen. Een belangrijke factor die tot vallen leidt is een verminderde controle over het evenwicht. In het Biorobotics Lab van de Technische Universiteit Delft wordt een apparaat ontwikkeld dat actief kan helpen bij het in evenwicht houden van personen.

Probleemstelling

Vallen kan een aanzienlijke psychologische impact hebben. Het fysieke letsel kan overweldigend zijn, maar ook het verlies van zelfvertrouwen na een zware val kan de mobiliteit verminderen en leiden tot een verminderde onafhankelijkheid in het normale dagelijkse leven. Met andere woorden, mensen beginnen sociale en fysieke activiteiten te ontwijken en hebben meer zorg nodig.

Op het DBL (Delft Biorobotics Lab) hebben zij een rugzakachtig apparaat geconstrueerd dat mensen met evenwichtsproblemen kan ondersteunen en hen kan behoeden voor een val.

Benadering

De rugzak bevat twee actuatoren die “stuurmoment gyroscopen” worden genoemd. Femto heeft samen met Hyperion Technologies geholpen bij het maken van het mechanisch ontwerp en de geavanceerde niet lineaire beoordeling van deze gyroscopen.

Belangrijke voorwaarden waren dat ze zo licht mogelijk moesten zijn om comfortabel te dragen, maar toch in staat om tijdelijk een voldoende grote kracht (in feite een moment) te leveren die nodig is om uit balans geraakte bewegingen te compenseren.

Dit vereiste dat de vliegwielen in de gyroscopen met extreem hoge draaisnelheid konden draaien, en een ontwerp dat geoptimaliseerd is voor maximale rotatietraagheid door het gewicht zo ver mogelijk van de rotatieas te plaatsen. De vliegwielen moeten niet alleen bestand zijn tegen de grote centrifugale belasting, maar ook tegen de uit balans zijnde compensatie-reactiebelastingen die op de vliegwielassen zullen worden uitgeoefend. Deze actuatorbelastingen zouden zeer vermoeiingsgevoelig kunnen zijn vanwege de hoge draaisnelheid (vele cycli). Gezien deze belastingen werd een optimaal wielontwerp ontwikkeld. Het ontwerp van de behuizing (drukvat) en de lichtst mogelijke vorm ervan werd eveneens vastgesteld, gezien de vacuüm-, impact-, en actuatorbelastingen die erop worden uitgeoefend. Om veiligheidsredenen maakte ook de botsingsversnelling in elke richting deel uit van het ontwerp.

Conclusie

Voor het volledige ontwerp werden zowel statische als dynamische (Advanced Nonlinear Transient door Femap met NX Nastran) FE simulaties uitgevoerd om de sterkte en het gedrag aan te tonen en details te bepalen zoals de vereiste bouten en voorspanning. Uiteindelijk speelden ook de maakbaarheid en de kosten een belangrijke rol in het ontwerp. Een prototype werd gemaakt en getest op de DBL. Voor meer informatie kunt u kijken op hun website