AT517255A1 - Arm-Exoskelett zur motorisierten Bewegung eines Armes - Google Patents
Arm-Exoskelett zur motorisierten Bewegung eines Armes Download PDFInfo
- Publication number
- AT517255A1 AT517255A1 ATA50429/2015A AT504292015A AT517255A1 AT 517255 A1 AT517255 A1 AT 517255A1 AT 504292015 A AT504292015 A AT 504292015A AT 517255 A1 AT517255 A1 AT 517255A1
- Authority
- AT
- Austria
- Prior art keywords
- arm
- exoskeleton
- module
- drive
- upper arm
- Prior art date
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 210000002310 elbow joint Anatomy 0.000 claims description 19
- 210000000323 shoulder joint Anatomy 0.000 claims description 19
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 claims description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 claims description 6
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 5
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 claims description 4
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 description 8
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 7
- 125000000174 L-prolyl group Chemical group [H]N1C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[C@@]1([H])C(*)=O 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 description 2
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- ZINJLDJMHCUBIP-UHFFFAOYSA-N ethametsulfuron-methyl Chemical compound CCOC1=NC(NC)=NC(NC(=O)NS(=O)(=O)C=2C(=CC=CC=2)C(=O)OC)=N1 ZINJLDJMHCUBIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
- A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
- A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
- A61H1/0274—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
- A61H1/0277—Elbow
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
- A61G5/00—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs
- A61G5/10—Parts, details or accessories
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
- A61G5/00—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs
- A61G5/10—Parts, details or accessories
- A61G5/12—Rests specially adapted therefor, e.g. for the head or the feet
- A61G5/125—Rests specially adapted therefor, e.g. for the head or the feet for arms
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
- A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
- A61H1/0274—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
- A61H1/0281—Shoulder
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
- A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
- A61H1/0274—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
- A61H1/0285—Hand
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/01—Constructive details
- A61H2201/0107—Constructive details modular
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/01—Constructive details
- A61H2201/0119—Support for the device
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/01—Constructive details
- A61H2201/0192—Specific means for adjusting dimensions
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/12—Driving means
- A61H2201/1207—Driving means with electric or magnetic drive
- A61H2201/1215—Rotary drive
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/14—Special force transmission means, i.e. between the driving means and the interface with the user
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/14—Special force transmission means, i.e. between the driving means and the interface with the user
- A61H2201/1463—Special speed variation means, i.e. speed reducer
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/16—Physical interface with patient
- A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
- A61H2201/1635—Hand or arm, e.g. handle
- A61H2201/1638—Holding means therefor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/16—Physical interface with patient
- A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
- A61H2201/165—Wearable interfaces
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Pain & Pain Management (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Rehabilitation Therapy (AREA)
- Nursing (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Arm-Exoskelett (1) zur motorisierten Bewegung eines Armes (2), mit zumindest einem Modul (Mi) und zumindest einem Antrieb (Ai) zur Bewegung zumindest eines Gelenks (Gi) des Armes (2), mit Einrichtungen (3) zur Befestigung des Armes (2), und mit einer mit dem zumindest einen Antrieb (Ai) verbundenen Steuereinrichtung (4). Erfindungsgemäß ist an jedem Modul (Mi) jeweils zumindest ein Antrieb (Ai) zur Bewegung eines Gelenks (Gi) des Armes (2) angeordnet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Arm-Exoskelett zur motorisierten Bewegung eines Armes, mit zumindest einem Modul und zumindest einem Antrieb zur Bewegung zumindest eines Gelenks des Armes, mit Einrichtungen zur Befestigung des Armes, und mit einer mit dem zumindest einen Antrieb verbundenen Steuereinrichtung.
Ein sogenanntes Exoskelett bzw. Außenskelett stellt eine Stützstruktur für einen Organismus dar und bildet eine stabile äußere Hülle um diesen Organismus. Angewendet werden künstliche Exoske-lette für die untere und obere Extremität zur Unterstützung und Verstärkung der Bewegung des Trägers und zur Rehabilitation und Verbesserung der Lebensqualität von Personen mit Einschränkungen der motorischen Fähigkeiten.
Die Hauptbewegungen der oberen Extremität werden durch 5 Freiheitsgrade definiert, nämlich 1. Rotation der Schulter in der Elevationsebene 2. Schulterelevation 3. Oberarmrotation (mediale bzw. lateral Rotation) 4. Ellenbogen-Flexion/-Extension 5. Unterarm Pro-/Supinationsbewegung Für die Unterstützung der Bewegung der oberen Extremität sind verschiedene Varianten von Arm-Exoskeletten entwickelt worden, welche verschiedene Freiheitsgrade ermöglichen.
Beispielsweise beschreibt die EP 2 052 709 Al ein Arm-Exoskelett, wobei die Bewegungen über Seilzüge realisiert werden. Derartige Antriebe sind jedoch aufwendig und weisen eine große Baugröße auf, sodass eine Montage beispielsweise auf einem Rollstuhl nur sehr schwer realisierbar ist.
Aus der WO 2006/058442 Al ist ein Arm-Exoskelett bekannt geworden, welches ebenfalls die Bewegungen über Seilzüge in konstruktiv sehr aufwendiger Weise realisiert.
Eine Konstruktion eines Arm-Exoskeletts zur Unterstützung der Oberarmrotation ist aus der US 2007/0255190 Al bekannt geworden, wobei mit aufwendigen Messeinrichtungen die Position der oberen
Extremität überwacht und die Antriebe entsprechend geregelt werden .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein oben genanntes Arm-Exoskelett zu schaffen, welches die Bewegungen auch bei Patienten ohne ausreichend vorhandener Muskelkraft ermöglichen, wobei der Aufbau möglichst einfach und miniaturisierbar sein soll, sodass eine einfache Anwendung beispielsweise auch auf einem Rollstuhl ermöglicht wird. Nachteile bekannter Systeme sollen verhindert oder zumindest reduziert werden.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein oben genanntes Arm-Exoskelett, wobei an jedem Modul jeweils zumindest ein Antrieb zur Bewegung eines Gelenks des Armes angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist somit der jeweilige Antrieb zur Bewegung des jeweiligen Gelenks des Armes im jeweiligen Modul integriert, wodurch ein einfacher modularer Aufbau bei geringer Baugröße und geringem Gewicht resultiert. Durch die Integration des zumindest einen Antriebs kann auch die Anpassung an die jeweilige Größe der oberen Extremität wesentlich einfacher erfolgen da beispielsweise keine hinderlichen Seilzüge oder dergleichen die Anpassung erschweren. Aufgrund der geringeren Baugröße ist auch eine Montage an einem Rollstuhl einfach möglich.
Vorzugsweise sind mehrere Module und mehrere Antriebe zur Bewegung mehrerer Gelenke des Armes vorgesehen und die Module über Stangen miteinander verbunden. Auch wenn das gegenständliche Arm-Exoskelett auf die Bewegung nur eines oder zweier Gelenke der oberen Extremität beschränkt sein kann, ist eine Unterstützung der Bewegung mehrerer Gelenke über mehrere Module mit mehreren Antrieben vorteilhaft, da dadurch eine natürliche Bewegung des Armes besser nachgebildet werden kann. Es ist aber eine Rehabilitation eines bestimmten Gelenks auch nur mit einem Modul zur Unterstützung der Bewegung dieses bestimmten Gelenks möglich. Jedenfalls wird bei der Anwendung mehrerer Module eine einfache Anpassung an die jeweilige Größe der oberen Extremität über die Stangen möglich.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Module verschiebbar über die Stangen verbunden sind, vorzugsweise über Klemmeinrichtungen.
Dabei haben sich mechanische Klemmeinrichtungen in Form von Feststellschrauben oder dergl. besonders bewährt. Es sind aber auch elektrische Klemmvorrichtungen und Verstellvorrichtungen denkbar.
Vorzugsweise sind die Stangen aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus pultrudiertem Carbon-Faser-Kunststoff, gebildet. Diese Materialien zeichnen sich durch niedriges Gewicht und hohe Festigkeit aus.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist jeder Antrieb durch einen Schrittmotor und einem Getriebe gebildet. Für die Antriebe werden Motor-Getriebe-Kombinationen verwendet, welche einerseits die geforderten Drehmomente und Kräfte aufbringen können und andererseits kleinstmögliche Baugröße und Masse aufweisen. Hier haben sich Miniaturschrittmotoren mit besonders hoher Positioniergenauigkeit in Kombination mit sogenannten Harmonic-Drive-Getrieben besonders bewährt.
Ein Modul kann durch ein Handgelenksmodul mit einer Handaufnahme und mit einem Hand-Antrieb zur Bewegung des Handgelenks gebildet sein. Durch das Handgelenksmodul wird eine Unterstützung der Pro-/Supinationsbewegung der Hand um vorzugsweise +/- 45° ermöglicht. Zur Vermeidung von Druckstellen wird die Handaufnahme mit einer Schaumstoffeinlage ausgestattet in der die Hand des Patienten angeordnet wird.
Die Handaufnahme ist mit einem Rundbogen verbunden, auf welchem Rundbogen ein mit dem Hand-Antrieb verbundener Gleitschlitten angeordnet ist, der am Rundbogen abläuft, sodass die Pro-/Supi-nationsbewegung der Hand, welche in der Handaufnahme angeordnet ist, ermöglicht wird. Die Kraftübertragung vom Antrieb auf den Rundbogen erfolgt vorzugsweise über Zahnräder und entsprechend geformte Zahnstangen.
Ein Modul kann durch ein Ellenbogengelenksmodul mit einem Ellenbogen-Antrieb zur Bewegung des Ellenbogengelenks des Armes gebildet sein. Das Ellenbogengelenksmodul realisiert die Flexion bzw. Extension des Ellenbogengelenks mit einem integrierten Ellenbogen-Antrieb der durch einen Schrittmotor mit einem entspre- chenden Getriebe vorzugsweise einem Hamonic-Drive-Getriebe gebildet ist. Die Verbindung zum allfälligen Handgelenksmodul und Oberarmrotationsmodul erfolgt über entsprechende Stangen, vorzugsweise aus Carbon-Faser-Kunststoff und leicht verstellbare Klemmeinrichtungen, welche eine Anpassung an die jeweilige Unterarm- und Oberarmlänge des Patienten ermöglicht.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Modul durch ein Oberarmrotationsmodul mit einer Oberarmaufnahme zur Befestigung des Oberarmes des Arms und mit einem Oberarmrotations-Antrieb zur Rotation des Oberarmes gebildet. Durch ein derartiges Oberarmrotationsmodul kann ein weiterer Freiheitsgrad, nämlich die mediale bzw. die laterale Rotation des Oberarmes, mit Hilfe des Arm-Exoskeletts simuliert und unterstützt werden. Dies erweitert den Arbeitsbereich des Arm-Exoskelett.
Vorteilhafterweise ist die Oberarmaufnahme des Oberarmrotationsmoduls mit einem Rundbogen verbunden, auf welchem Rundbogen ein mit dem Oberarmrotations-Antrieb verbundener Gleitschlitten angeordnet ist, sodass eine Rotationsbewegung des Oberarms ermöglicht wird. Dies stellt eine einfache und effiziente Realisierung des Oberarmrotationsmoduls dar. Die Oberarmaufnahme ist durch eine manschettenartige und mit entsprechendem Schaumstoff geschützte Einrichtung gebildet, an deren Außenseite der Rundbogen befestigt ist, an welchem der mit dem Oberarmrotations-Antrieb verbundene Gleitschlitten abläuft. Ähnlich wie beim Handgelenksmodul ist die Kraftübertrag vom Oberarmrotations-Antrieb zum Rundbogen auch hier vorzugsweise über ein Zahnrad und eine entsprechend gebogene Zahnstange realisiert.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Modul durch ein Schultergelenksmodul mit zwei Schulterbewegungs-Antrieben zur Bewegung des Schultergelenks gebildet. Das Schultergelenksmodul kann somit sowohl die Schulterelevation als auch die Rotation in der Schulterelevationsebene ausführen.
Zu diesem Zweck sind die beiden Schultergelenks-Antriebe im Wesentlichen normal zueinander angeordnet. Dadurch können die Bewegungen in der Schulter optimal ausgeführt werden. Zur Vermeidung von Zwangskräften müssen sich die beiden Rotations- achsen der beiden Schulterbewegungs-Antriebe im Kugelgelenksmittelpunkt schneiden. Eine Anpassung an das jeweilige Schultergelenk ist durch Verschiebung von Klemmeinrichtungen entlang der die Module verbindenden Stangen leicht und rasch möglich.
Das Schultergelenksmodul ist vorzugsweise mit einer Gewichts-kompensations-Einrichtung verbunden, um das Gewicht des Exoske-lettes vom Schultergelenksmodul abwärts möglichst gut zu kompensieren und somit das benötigte Motormoment zu reduzieren.
Die Gewichtskompensations-Einrichtung kann durch eine innerhalb eines Rohres angeordnete Feder gebildet werden. Dies stellt eine einfache und robuste Realisierungsmöglichkeit dar.
Wenn auf den Stangen Markierungen angeordnet sind, kann eine gewünscht Einstellung des Arm-Exoskeletts rasch vorgenommen werden bzw. die Einstellung für einen individuellen Patienten entsprechend dokumentiert werden.
Wenn eine Einrichtung zur Verbindung mit einem Rollstuhl vorgesehen ist, kann eine einfache Installation von Personen mit eingeschränkter Mobilität vorgenommen werden.
Dabei kann die Verbindungs-Einrichtung durch einen Montagerahmen gebildet werden der an geeigneter Stelle am Rollstuhl befestigt wird. Für die Spannungsversorgung der Antriebe und der Steuereinrichtung des Arm-Exoskeletts kann die Batterie des elektrisch angetriebenen Rollstuhls oder auch eine gesonderte Batterie verwendet werden.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Prinzipskizze eines Arm-Exoskeletts;
Fig. 2 eine Ausführungsform eines Arm-Exoskeletts mit vier Modulen nämlich einem Handgelenksmodul, einem Ellenbogengelenksmodul, einem Oberarmrotationsmodul und einem Schultergelenksmodul ;
Fig. 3 eine Ausführungsvariante eines Handgelenksmoduls;
Fig. 4 eine Ausführungsvariante eines Ellenbogengelenksmoduls;
Fig. 5 eine Ausführungsvariante eines Oberarmrotationsmoduls;
Fig. 6 eine Ausführungsvariante eines Schultergelenksmoduls; und
Fig. 7 eine Realisierung einer Gewichtskompensations-Ein-richtung zur Kompensation des Gewichts des Arm-Exoskeletts.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Arm-Exoskeletts 1 zur Realisierung verschiedener Bewegungen der oberen Extremität. Das Arm-Exoskelett 1 dient zur Unterstützung bzw. Durchführung verschiedener vorprogrammierter Bewegungen des Armes 2, wobei zur Bewegung verschiedener Gelenke Gi des Armes 2 einzelne Module Mi mit entsprechenden Antrieben Ai vorgesehen sind. Im konkreten Ausführungsbeispiel ist ein Handgelenksmodul Ml mit einem Antrieb Al zur Bewegung des Handgelenks Gl vorgesehen, weiters ein Ellenbogengelenksmodul M2 mit einem Antrieb A2 zur Bewegung des Ellenbogengelenks G2, ein Oberarmrotationsmodul M3 zur Rotation des Oberarmes und ein Schultergelenksmodul M4 mit zwei Antrieben A4 und A5 zur Durchführung der verschiedenen Bewegungen des Schultergelenks G3 angeordnet. Die einzelnen Module Ml bis M4 enthalten die einzelnen Antriebe Al bis A4 sodass keine Seilzüge oder andere aufwendige Antriebsverbindungen erforderlich sind. Die einzelnen Module Ml bis M4 sind über entsprechende Stangen 5 und Klemmeinrichtungen 6 (s. Fig. 2) miteinander verbunden, sodass eine individuelle Anpassung an die Armlängen des jeweiligen Patienten rasch und einfach möglich ist. Die vorliegende Konstruktion eines Arm-Exoskeletts 1 kann auch nur aus einzelnen Modulen Ml bis M3 bestehen je nachdem welches Gelenk Gl bis G3 trainiert oder unterstützt werden muss.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Arm-Exoskeletts 1 umfassend ein Hangelenksmodul 9 zur
Bewegung des Handgelenks 12, ein Ellenbogengelenksmodul 16 zur Bewegung des Ellenbogengelenks 18, ein Oberarmrotationsmodul 19 zur Rotation des Oberarmes 21 und ein Schultergelenksmodul 25 zur Bewegung des Schultergelenks 28. Die einzelnen Module sind über Stangen 5 und Klemmeinrichtungen 6 miteinander verstellbar verbunden. Über Verbindungs-Einrichtungen 33 wird das Schultergelenksmodul 25 mit einer Halterung oder einem Montagerahmen 35 verbunden und beispielsweise am Rollstuhl 34 montiert. Es werden nunmehr die einzelnen Module anhand der Fig. 3 bis 6 näher erläutert .
Fig. 3 zeigt eine Variante eines Handgelenksmoduls 9 mit einer entsprechenden Handaufnahme 10 zur Anordnung der Hand des Patienten. Die Handaufnahme 10 ist an die jeweilige Hand des Patienten anpassbar beispielsweise über entsprechende Gurte mit Klettverschluss oder dergl. An der Handaufnahme 10 ist ein Rundbogen 13 angeordnet an dem ein mit dem Hand-Antrieb 11 verbundener Gleitschlitten beweglich montiert ist. Bei entsprechender Ansteuerung des Hand-Antriebs 11 der vorzugsweise aus einem entsprechenden Schrittmotor zusammen mit einem Harmonic-Drive-Getriebe gebildet ist, kann eine Pro-/Supinationsbewegung der Hand vorzugsweise im Ausmaß von +/- 45° erzielt werden. An den seitlichen Enden des Rundbogens 13 können Endschalter angeordnet sein, welche den Handantrieb 11 bei Erreichen der Bewegungsgrenze automatisch abschalten. Über eine Stange 5 wird das Handgelenksmodul 9 mit dem nachfolgenden Ellenbogengelenksmodul 16 (s. Fig. 4) oder anderen Einrichtungen verbunden. Zur individuellen Anpassung an die jeweilige Länge des Unterarmes kann eine Klemmeinrichtungen 6 zur verschiebbaren Fixierung der Stange 5 vorgesehen sein. Zum Dokumentieren bestimmter Einstellungen und rascherem Finden bestimmter Einstellungen können Markierungen 32 an der Stange 5 vorgesehen sein.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Ellenbogengelenksmoduls 18 mit einem Ellenbogen-Antrieb 17, der wiederum vorzugsweise durch einen miniaturisierten Schrittmotor und ein Harmonic-Drive-Getriebe gebildet ist. Über eine Stange 5 wird das Ellenbogengelenksmodul 16 mit dem Handgelenksmodul 9 verschiebbar verbunden. Über eine weitere Stange 5 mit einer entsprechenden Klemmeinrichtung 6 erfolgt die Verbindung mit einem nachfolgen- den Oberarmrotationsmodul 19 (s. Fig. 5) oder eine entsprechende Halterung. Auch hier können wiederum Markierungen 32 an den Stangen 5 angeordnet sein. Ein Endanschlag 36 kann die Schädigung des Ellenbogengelenks im Falle einer Störung verhindern.
Mit dem Ellenbogengelenksmodul 16 kann vorzugsweise ein Winkelbereich für die Flexion und Extension des Ellenbogengelenks von bis zu 165° Flexion durchgeführt werden.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante eines Oberarmrotationsmoduls 19 umfassend eine Oberarmaufnahme 20 in Manschettenform, in welcher der Oberarm eingelegt und beispielsweise mit Riemen befestigt wird. An der Oberarmaufnahme 20 ist ein Rundbogen 23 beispielsweise mit einer gebogenen Zahnstange vorgesehen, an dem ein Gleitschlitten 24, der mit dem Oberarmrotations-Antrieb 22 verbunden ist, angeordnet wird. Bei entsprechender Ansteuerung des Oberarmrotationsantriebs 22, der wiederum durch einen miniaturisierten Schrittmotor mit einem Harmonic-Drive-Getriebe gebildet wird, erfolgt eine entsprechende Rotation des Oberarmes 21 um den gewünschten Winkelbereich. Die Oberarmaufnahme 20 kann aus faserverstärktem Kunststoff, beispielsweise aus pultrudier-tem Carbon-Faser-Kunststoff, gebildet sein. Über eine Klemmeinrichtung 6 kann die Verbindung mit einer entsprechenden Stange 5 (nicht dargestellt) mit dem Ellenbogengelenksmodul 16 (s. Fig. 4) vorgenommen werden.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsvariante eines Schultergelenksmoduls 25 mit zwei Schulterbewegungs-Antrieben 26 und 27, welche die Schulterelevation und die Rotation in der Schulterelevationsebene ausführen. Über eine Gewichtskompensations-Einrichtung 29, welche an der Oberarmaufnahme des Oberarmrotationsmoduls 19 (s. Fig. 5) befestigt wird, erfolgt eine Kompensation des Gewichts des Arm-Exoskeletts 1.
Schließlich zeigt Fig. 7 eine Ausführungsvariante einer Ge-wichtskompensations-Einrichtung 29 in teilweise geschnittener Form umfassend ein Rohr 30, beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere Carbon-Faser-Kunststoff, in welchem eine Spiralfeder 31 angeordnet ist. Über einen Seilzug 37 und eine Umlenkrolle 38 wird ein Federseilzugmechanismus realisiert über den das Gewicht des Arm-Exoskeletts 1 zumindest teilweise kompensiert werden kann. Wird die Feder 31 gespannt so erzeugt die entstehende Seilkraft ein Drehmoment dessen Orientierung genau entgegengesetzt dem der Schwerkraft ist. Durch eine geeignete Vorspannung, Länge wie Steifigkeit der Feder 31 kann über den gesamten Bewegungsbereich eine völlig autonome Gewichtskompensation erreicht werden.
Das vorliegende Arm-Exoskelett 1 zeichnet sich durch die Verwendung von Antrieben Ai, welche in den jeweiligen Modulen Mi zur Bewegung der jeweiligen Gelenke Gi ausgebildet sind aus, wodurch unter Verwendung entsprechender Steuerungsroutinen Patienten mit motorischen Einschränkungen der oberen Extremitäten in der Ausführung alltäglicher Bewegung unterstützt werden können bzw. diese Bewegungen auch bei Patienten ohne ausreichend vorhandener Muskelkraft vollkommen autonom durchgeführt werden können. Die Steuerung der Antriebe wird über eine entsprechende Steuereinrichtung vorgenommen, die beispielsweise über einen Computer mit entsprechenden Bewegungsabläufen versorgt wird. Die Steuerung kann nach vorgegebenen Bewegungsmustern erfolgen, wobei die Winkellagen der einzelnen Gelenksbewegungen bevorzugt erfasst und zur Steuerung der Schrittmotoren der Antriebe verwendet werden.
Claims (17)
- Patentansprüche;1. Arm-Exoskelett (1) zur motorisierten Bewegung eines Armes (2), mit zumindest einem Modul (Mi) und zumindest einem Antrieb (Ai) zur Bewegung zumindest eines Gelenks (Gi) des Armes (2), mit Einrichtungen (3) zur Befestigung des Armes (2), und mit einer mit dem zumindest einen Antrieb (Ai) verbundenen Steuereinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Modul (Mi) jeweils zumindest ein Antrieb (Ai) zur Bewegung eines Gelenks (Gi) des Armes (2) angeordnet ist.
- 2. Arm-Exoskelett (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Module (Mi) und mehrere Antriebe (Ai) zur Bewegung mehrerer Gelenke (Gi) des Armes (2) vorgesehen sind, welche Module (Mi) über Stangen (5) miteinander verbunden sind.
- 3. Arm-Exoskelett (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (Mi) verschiebbar über die Stangen (5) verbunden sind, vorzugsweise über Klemmeinrichtungen (6).
- 4. Arm-Exoskelett (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stangen (5) aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus pultrudiertem Carbon-Faser-Kunststoff, gebildet sind.
- 5. Arm-Exoskelett (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antrieb (Ai) durch einen Schrittmotor (7) und ein Getriebe (8) gebildet ist.
- 6. Arm-Exoskelett (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modul (Mi) durch ein Handgelenksmodul (9) mit einer Handaufnahme (10) und mit einem Hand-Antrieb (11) zur Bewegung des Handgelenks (12) gebildet ist.
- 7. Arm-Exoskelett (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Handaufnahme (10) mit einem Rundbogen (13) verbunden ist, auf welchem Rundbogen (13) ein mit dem Hand-Antrieb (11) verbundener Gleitschlitten (14) angeordnet ist.
- 8. Arm-Exoskelett (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modul (Mi) durch ein Ellenbogengelenksmodul (16) mit einem Ellenbogen-Antrieb (17) zur Bewegung des Ellenbogengelenks (18) des Armes (2) gebildet ist.
- 9. Arm-Exoskelett (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modul (Mi) durch ein Oberarmrotationsmodul (19) mit einer Oberarmaufnahme (20) zur Befestigung des Oberarmes (21) des Armes (2) und mit einem Oberarmrotations-Antrieb (22) zur Rotation des Oberarmes (21) gebildet ist.
- 10. Arm-Exoskelett (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberarmaufnahme (20) des Oberarmrotationsmoduls (19) mit einem Rundbogen (23) verbunden ist, auf welchem Rundbogen (23) ein mit dem Oberarmrotations-Antrieb (22) verbundener Gleitschlitten (24) angeordnet ist, sodass eine Rotationsbewegung des Oberarmes (21) ermöglicht wird.
- 11. Arm-Exoskelett (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modul (Mi) durch ein Schultergelenksmodul (25) mit zwei Schulterbewegungs-Antrieben (26, 27) zur Bewegung des Schultergelenks (28) gebildet ist.
- 12. Arm-Exoskelett (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schultergelenks-Antriebe (26, 27) im Wesentlichen normal zueinander angeordnet sind.
- 13. Arm-Exoskelett (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schultergelenksmodul (25) mit einer Gewichts-kompensations-Einrichtung (29) verbunden ist.
- 14. Arm-Exoskelett (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtskompensations-Einrichtung (29) durch eine innerhalb eines Rohres (30) angeordnete Feder (31) gebildet ist.
- 15. Arm-Exoskelett (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Stangen (5) Markierungen (32) angeordnet sind.
- 16. Arm-Exoskelett (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (33) zur Verbindung mit einem Rollstuhl (34) vorgesehen ist.
- 17. Arm-Exoskelett (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungs-Einrichtung (33) durch einen Montagerahmen (35) gebildet ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ATA50429/2015A AT517255A1 (de) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | Arm-Exoskelett zur motorisierten Bewegung eines Armes |
PCT/AT2016/050161 WO2016187636A1 (de) | 2015-05-27 | 2016-05-25 | Arm-exoskelett |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ATA50429/2015A AT517255A1 (de) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | Arm-Exoskelett zur motorisierten Bewegung eines Armes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
AT517255A1 true AT517255A1 (de) | 2016-12-15 |
Family
ID=56119240
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ATA50429/2015A AT517255A1 (de) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | Arm-Exoskelett zur motorisierten Bewegung eines Armes |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
AT (1) | AT517255A1 (de) |
WO (1) | WO2016187636A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021010821A1 (en) | 2019-07-15 | 2021-01-21 | Yumen Bionics B.V. | Exoskeleton for supporting a user's arm |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106924012B (zh) * | 2017-04-11 | 2023-05-30 | 河南翔宇医疗设备股份有限公司 | 一种上肢关节训练装置 |
CN109009872A (zh) * | 2018-08-16 | 2018-12-18 | 常州市钱璟康复股份有限公司 | 一种上肢康复训练机器人及其腕关节训练装置 |
PH12018000369A1 (en) * | 2018-11-14 | 2020-06-08 | De La Salle Univ | Device for upper limb rehabilitation |
TWI711443B (zh) * | 2019-04-26 | 2020-12-01 | 財團法人金屬工業研究發展中心 | 肘關節復健用之外骨骼機器人 |
CN111228747B (zh) * | 2020-02-12 | 2021-06-08 | 杜瑞云 | 一种用于手臂肌肉关节恢复的弯曲训练装置 |
CN111374866A (zh) * | 2020-03-21 | 2020-07-07 | 路新芹 | 一种骨科肘关节康复装置 |
CN113599193A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-11-05 | 河海大学 | 一种可穿戴上肢康复外骨骼 |
CN113633522B (zh) * | 2021-09-16 | 2024-01-30 | 上海卓道医疗科技有限公司 | 外骨骼式上肢康复训练机器人 |
CN115944502B (zh) * | 2023-02-16 | 2024-04-30 | 吉林大学 | 一种肘-腕关节康复训练器 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7862524B2 (en) * | 2006-03-23 | 2011-01-04 | Carignan Craig R | Portable arm exoskeleton for shoulder rehabilitation |
EP2052709A1 (de) * | 2007-10-24 | 2009-04-29 | ETH Zurich | System zur Armtherapie |
CN103006414A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-04-03 | 华南理工大学 | 一种上肢康复机器人 |
-
2015
- 2015-05-27 AT ATA50429/2015A patent/AT517255A1/de not_active Application Discontinuation
-
2016
- 2016-05-25 WO PCT/AT2016/050161 patent/WO2016187636A1/de active Application Filing
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021010821A1 (en) | 2019-07-15 | 2021-01-21 | Yumen Bionics B.V. | Exoskeleton for supporting a user's arm |
NL2023503B1 (en) | 2019-07-15 | 2021-02-08 | Yumen Bionics B V | Exoskeleton for supporting a user's arm |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2016187636A1 (de) | 2016-12-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AT517255A1 (de) | Arm-Exoskelett zur motorisierten Bewegung eines Armes | |
EP3416605B1 (de) | Therapiegerät | |
DE102012002785B4 (de) | Orthese | |
EP3050550B1 (de) | Vorrichtung für das Training und die therapeutische Behandlung und/oder Unterstützung der unteren Extremitäten eines Menschen | |
DE102019130389B4 (de) | Vorrichtung zum unterstützen eines rückens eines benutzers | |
DE112017000187T5 (de) | Flexbile Antriebsvorrichtung, Robotergelenk, Roboter und Exoskelett-Roboter | |
EP2435008B1 (de) | Vorrichtung zur therapeutischen behandlung und/oder zum training der unteren extremitäten eines menschen | |
DE102007023848A1 (de) | Schultergelenk | |
EP0147645A2 (de) | Einrichtung zur insbesondere postoperativen Behandlung eines Schulter- und/oder Ellbogengelenkes | |
EP3681445B1 (de) | Gelenkeinrichtung | |
WO2017093298A1 (de) | Vorrichtung zur bewegungsunterstützung eines menschlichen schultergelenkes | |
DE102007023847B4 (de) | Schultergelenk | |
DE102004049447A1 (de) | Schiene zur passiven Mobilisierung des Knöchelgelenks | |
WO2021094220A1 (de) | Orthopädietechnische einrichtung zum unterstützen eines unteren rückens eines benutzers | |
EP4157591B1 (de) | Arm-unterstützungsmechanismus | |
DE102015110852B3 (de) | Gelenkverbindung mit einer Antriebseinrichtung sowie Verfahren zur Ansteuerung einer Schwenkbewegung einer Gelenkverbindung | |
EP3795130B1 (de) | Therapiegerät | |
AT509975B1 (de) | Mobile, tragbare handorthese | |
EP3965712B1 (de) | Finger-bewegungsschiene zur durchführung einer kontinuierlichen, passiven und/oder aktiv-assistierten bewegung eines fingers und/oder eines daumens eines patienten, sowie therapiegerät umfassend eine solche finger-bewegungsschiene | |
DE3332040A1 (de) | Gelenkarmmechanismus | |
WO2018091037A1 (de) | System und verfahren zur reduktion von auf eine wirbelsäule wirkenden kräften | |
WO2017197424A1 (de) | Einrichtung zur befestigung einer arm-stütztstruktur | |
EP4057952A1 (de) | Orthopädietechnische einrichtung | |
DE102021202433B3 (de) | Extremitätenunterstützungsvorrichtung und Verfahren zum Heben, Halten und/oder Tragen einer Last und/oder zum Ausführen von Überkopftätigkeiten | |
DE202011106952U1 (de) | Trainingsgerät zum Training der oberen Extremitäten |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
REJ | Rejection |
Effective date: 20220315 |