CN107666892A - 在三维空间中施加力的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于卸载物体/人的重量的机器人系统。机器人系统在运动康复程序中是有用的，并且允许在三维空间中操纵力，其具有比现有技术系统低得多的对致动器的要求和高得多的精度。该设备结合了被动元件和主动元件，这使得驱动要求最小化，同时仍然将惯性保持最小化并且将精度控制到最大化。它需要最小化的驱动器，同时具有低惯性。

Description

在三维空间中施加力的设备
技术领域
本发明涉及机器人系统领域，具体涉及一种用于对物体或受试者(特别是对人)施加力的机器人系统。本发明还涉及一种用于将物体/人卸载其重量的机器人系统。更具体地，涉及一种用于运动康复程序的机器人系统，例如在遭受脊髓损伤或更一般地受到运动障碍影响的受试者中。
背景技术
在神经损伤患者的运动康复中，步态和平衡训练是必不可少的。
已经开发了机器人高架式支持系统来帮助患者训练，例如通过减轻他们的一部分体重。
现有的体重支持系统或高架式门架起重机中或者非三维式(即它们不允许三维步态训练)，或者它们具有高摩擦和惯性，或者它们需要多个强大而强大的致动器。
现有技术中已知的系统构思为传统的串联(门架)或并联机构。在前一种情况下，它们需要可移动的门架允许在三维上施加力，这涉及高惯性的大型结构。在并联机构的情况下，被驱动的自由度(degree offreedom，DOF)彼此联结。因此，所有的致动器在单自由度运动的情况下都会移动。由于该联结，在大的工作空间内以精确的方式施加力几乎是不可能的。另外，所有致动器的尺寸设定必须将最快的速度和最大的力/扭矩考虑在内，而未必出现在相同的自由度中。
例如，2011年举办的关于IEEE的2011年IEEE国际会议上的、Gosselin等人发表的“On the development ofa walking rehabilitation device with a large workspace”(康复机器人(ICORR))中描述了需要移动起重机架的完全被动系统。该系统的主要目标是能够借助于过顶的支撑件跟踪人员并补偿其部分重量。基本的原理是跟踪使用者的电缆布线系统，以提供重力补偿而不妨碍步行运动。这个系统的缺点是它在垂直于移动门架的方向上具有很大的惯性，并且不能施加水平力。
在WO 2013117505中公开了一种用于卸载使用者的体重的设备，特别是用于步态训练的设备。该设备的特征在于由偏转装置偏转的多条绳索以及联结到所述绳索的自由端和使用者的节点。驱动单元收回和释放绳索以调整绳索力，以便获得通过所述节点施加在使用者上的合力，以便在水平面上卸载使用者和/或对使用者施加力。这是一个完全致动的系统，该系统需要强有力的致动器才能工作。该设备已由瑞士卢茨医疗工程公司(LutzMedical Engineering)商业化(商品名称为“THE FLOAT”)。
类似的系统在2013年举办的关于IEEE的2013年IEEE国际会议上由Vallery，H.等人发表的“Multidirectional transparent support for overground gait training”(康复机器人(ICORR))和2013年VonZitzewitz，Joachim等人的文章“Use ofpassivelyguideddeflectionunits and energy-storing elements to increase theapplicationrange ofwire robots”见由SpringerBerlin Heidelberg出版社出版的“Cable-Driven Parallel Robots(电缆驱动的并联机器人)”第167页至第184页所公开的。
这些系统(其为特殊类型的并联机构)具有所提到的缺点，即它们需要多个强有力的致动器，因为多个致动的自由度(DOF)脱离彼此联系。
因此，仍然需要系统在所有自由度中具有低惯性，其可以用于在大的工作空间上以精确的方式向使用者施加力，而同时不需要很多强大的致动器。更具体地说，以精确的方式施加力意味着每一个自由度中的呈现误差的力比装置旨在施加的力小至少一个或两个数量级，例如以给人类使用者提供体重支持。
从现有技术已知，通过最小数量的致动器和/或通过不同的致动器施加高的低带宽的力而不是低的高带宽的力，通常可以改善控制性能。
然而，针对预期应用的特定机械配置是未知的。
发明内容
现在已经发现了一种设备，该设备允许在具有相当低的致动器需求的三维空间中操纵力，同时提供与现有技术系统相似或甚至更高的精度。
本发明的设备将被动元件和主动元件组合起来，以使致动要求最小化，同时仍将惯性保持在最小值，并将控制精度保持在最大值。
因此，它具有这样的优点：其需要最小化、但同时具有低惯性的致动器。
此外，由于特定的设备设计，需要大的工作空间和高速运动的自由度(DOF)的与施加有高静力的DOF中脱离。这通过以不同于现有技术的方式、布置致动器和致动器将它们的力/力矩所施加到的点来实现。使用不同尺寸和配置的致动器，每个致动器具有不同的目标载荷和速度和/或驱动不同的DOF。
本发明的设备将所选择的自由度和频域脱离以及放置被动元件以实现系统惯性脱离的方法，以有效且更容易实现的方式解决了上述问题。
本发明的一个目的是提供一种将力施加到如所附独立权利要求所限定的物体或受试者、特别是人(本文也意指使用者)的设备。
本发明的其他目的以及其实施方式将在从属权利要求中限定。
特别地，本发明的设备包括：
两条或多条绳索(或金属丝)或一条绳索的两个绳索部分(R1，R1')，其中，每条绳索或绳索部分从相关的第一驱动单元(Aa，Ac)分别向相关的第一偏转装置(D1，D3)延伸并由相关的第一偏转装置(D1，D3)偏转，
且其中，
每条绳索或绳索部分(R1，R1')分别由第一偏转装置(D1，D3)被朝向相关的第二偏转装置(P1，P1')引导，在第二偏转装置(P1，P1')处，绳索或绳索部分(R1，R1')分别由第二偏转装置(P1，P1')被朝向相关的第三偏转装置(D2，D4)偏转，第三偏转装置(D2，D4)分别连接到相应的第一偏转装置(D1，D3)，具体地以刚性或弹性的方式，并且绳索或绳索部件(R1，R1')由第三偏转装置(D2，D4)朝向相关的第二驱动单元(Ab，Ad)或空间中的固定点偏转或者返回到相关的第一偏转装置(D1，D3)，其中，第二偏转装置(P1，P1')连接到物体或使用者。
在一个实施方式中，第二偏转装置(P1，P1')通过一个或多个公共联结点与物体或使用者彼此互相连接。
绳索或绳索部分(R1，R1')在本文中也被称为主绳索。
驱动单元(Aa，Ab，Ac，Ad)在这里也被称为主驱动单元。根据该实施方式，还提供了该设备的模块化版本，其中两个侧面可以单独用作2D版本，例如用于两个患者。
在一个实施方式中，本发明的设备还包括将力(Fta，Ftb，Ftc，Ftd)施加到每个第一偏转装置和第三偏转装置(D1，D2，D3，D4)的一个或多个另外的驱动单元(Ata，Atb，Atc，Atd)，从而导致经由第二偏转装置(P1，P1')在使用者上产生合力Fn的附加的水平和/或竖直的力分量。
另外的驱动单元(Ata，Atb，Atc，Atd)在这里也被称为推车驱动单元。
另外的力(Fta，Ftb，Ftc，Ftd)通过一条或多条另外的绳索(X'，X”，X”'，X””)施加到第一偏转装置和第三偏转装置(D1，D2，D3，D4)，另外的绳索(X'，X”，X”'，X””)从一个另外的驱动单元或多个另外的驱动单元(Ata，Atb，Atc，Atd)延伸到第一引导偏转装置和第三引导偏转装置(D1，D2，D3，D4)。
另外的绳索(X'，X”，X”'，X””)在本文中也被称为“次”绳索。
在优选实施方式中，在一条或多条另外的绳索(X'，X”，X”'，X””)和相应的一个或多个偏转装置(D1，D2，D3，D4)之间存在弹性或粘弹性连接元件(Y1，Y2，Y3，Y4)，例如弹簧或橡胶绳。
在一个实施方式中，每一个第二偏转装置(P1，P1')仅存在一个另外的驱动单元(Ata，Atc)和一个另外的绳索(X'，X”')，另外的绳索(X'，X”')经由合适布置的附加的固定偏转装置、通过另外的相应的驱动单元(Ata，Atc)从第一偏转装置(D1，D3)延伸到相关的第三偏转装置(D2，D4)，从而另外的驱动单元(Ata，Atc)通过每个第二偏转装置的仅一个另外的绳索(X'，X”')施加力(Fta，Ftb，Ftc，Ftd)到第一偏转装置和第三偏转装置(D1，D2，D3，D4)。
可替选地，另外的力(Fta，Ftb，Ftc，Ftd)可经由附加的绳索、由直接附接到第一偏转装置和第三偏转装置的一个或多个另外的驱动单元(Ata，Atb，Atc，Atd)施加。
在另一实施方式中，绳索(R1，R1')的自由端互相连接，使得仅存在一条绳索。
在另一实施方式中，绳索(R1，R1')的自由端在被第一偏转装置、第二偏转装置和第三偏转装置(D1，D3，P1，P1'，D2，D4)偏转之后，被第三偏转装置(D2，D4)以大于90°的偏转角度被引导越过第一偏转装置(D1，D3)，然后延伸到相应的驱动单元(Aa，Ab，Ac，Ad)。
在优选实施方式中，在第一偏转装置和第三偏转装置(D1，D2，D3，D4)之间存在连接元件(C1，C2)，以形成偏转单元。
更优选地，连接元件(C1，C2)是弹性的或粘弹性的，例如弹簧或橡胶绳。
使用弹性元件将另外的驱动单元(Ata，Atb，Atc，Atd)与引导的偏转装置(D1，D2，D3，D4)和/或第一引导偏转装置和第三引导偏转装置彼此连接是特别有利的，因为它将电机惯性与使用者脱离，从而使得使用者不会察觉到致动器的惯性。此外，当存在另外的驱动单元时，使用弹性元件作为第一引导偏转装置和第三引导偏转装置之间的连接元件，这允许通过作用在偏转装置上的另外的驱动单元(Ata，Atb，Atc，Atd)影响所有DOF中的高带宽力。
在另一实施方式中，所有偏转装置(D1，D2，D3，D4，P1，P1')被双偏转装置替换，并且绳索(R1，R1')被两次引导越过每对偏转装置。
在另一实施方式中，绳索的一个自由端(R1，R1')被固定到空间中的固定点。
在优选的实施方式中，设备包括第一绳索和第二绳索(R1，R1')，其中，第一绳索(R1)从相关的第一驱动单元(Ac)延伸到相关的第一偏转装置(D3)，且被相关的第一偏转装置(D3)朝向相关的第二偏转装置(P1)偏转，被第二偏转装置(P1)朝向第三偏转装置(D4)偏转，且被第三偏转装置(D4)朝向相关的第二驱动单元(Ad)偏转，且第二绳索(R1')从相关的第一驱动单元(Aa)延伸到相关的第一偏转装置(D1)，且被相关的第一偏转装置(D1)朝向相关的第二偏转装置(P1')偏转，被第二偏转装置(P1')朝向第三偏转装置(D2)偏转，且被第三偏转装置(D2)朝向相关的第二驱动单元(Ab)偏转，使得驱动单元(Aa，Ab，Ac，Ad)对相应的绳索(R1，R1')施加力(Fa，Fb，Fc，Fd)，该力总计达当前合力(Fn)，合力(Fn)经由第二偏转装置(P1，P1')作用在使用者上，以便在使用者上施加力和/或力矩和/或卸载使用者。
在另一个优选实施方式中，该设备包括一条绳索，绳索包括两个互相连接的绳索部分(R1，R1')，其中，第一绳索部分(R1)从相关的第一驱动单元(Ac)延伸到相关的第一偏转装置(D3)，且被相关的第一偏转装置(D3)朝向相关的第二偏转装置(P1)偏转，被第二偏转装置(P1)朝向第三偏转装置(D4)偏转，且被第三偏转装置(D4)朝向相关的第二驱动单元(Ad)偏转，且第二绳索部分(R1')从相关的第一驱动单元(Aa)延伸到相关的第一偏转装置(D1)，且被相关的第一偏转装置(D1)朝向相关的第二偏转装置(P1')偏转，被第二偏转装置(P1')朝向第三偏转装置(D2)偏转，且被第三偏转装置(D2)朝向相关的第二驱动单元(Ab)偏转，
其中，相关的第一驱动单元(Ac，Aa)和/或相关的第二驱动单元(Ad，Ab)彼此连接以形成一个单元，从而连接两条绳索部分(R1，R1')。
在另一个优选实施方式中，该设备包括一条绳索，绳索包括两个互相连接的绳索部分(R1，R1')，其中，第一绳索部分(R1)从相关的第一驱动单元(W1)延伸到相关的第一偏转装置(D4)，且被相关的第一偏转装置(D4)朝向相关的第二偏转装置(P1)偏转，被第二偏转装置(P1)朝向第三偏转装置(D3)偏转，且被第三偏转装置(D3)朝向相关的第二驱动单元(W2)偏转，且第二绳索部分(R1')从相关的第一驱动单元(W1)延伸到相关的第一偏转装置(D2)，且被相关的第一偏转装置(D2)朝向相关的第二偏转装置(P1')偏转，被第二偏转装置(P1')朝向第三偏转装置(D1)偏转，且被第三偏转装置(D1)朝向相关的第二驱动单元(W2)偏转。
优选地，第一偏转装置和第三偏转装置(D1，D2，D3，D4)被设计成可滑动地连接到导轨。
优选地，本发明的设备还包括沿着纵向轴线延伸的至少第一导轨和沿着纵向轴线延伸的第二导轨，第一导轨和第二导轨二者都相对于设备的操作位置而水平延伸，导轨被设计成连接到支撑结构，尤其是连接到支撑框架或房间的天花板，并且导轨相对于彼此平行延伸。
本发明的另一个目的是一种用于控制上述所公开的设备的方法，方法包括测量第一偏转装置和第三偏转装置沿着导轨的位置，测量使用设备施加在受试者(使用者)或物体上的力，测量从每个驱动单元释放的绳索的量，组合该信息以计算第二偏转装置(P1，P1')的位置，并向驱动单元提供反馈，从而跟踪给定的参考力或位置，特别是卸载使用者或施加水平力。
优选地，例如通过光学传感器或磁性传感器来测量偏转装置沿着导轨的位置。优选地，测量第一偏转装置和第三偏转装置之间的绳索R1和R1'中的和/或连接元件(C1，C2)中的力，和/或将另外的驱动单元(Ata，Atb，Atc，Atd)连接到第一偏转装置和第三偏转装置(D1，D2，D3，D4)的绳索中的力，特别是通过测量连接到串联的绳索的弹性或粘弹性元件(例如线性弹簧或橡胶绳)的变形来测量。该测量尤其可以通过应变计、线电位计、光学传感器或电容传感来执行。优选地，所有的驱动单元还配备有传感器，以测量已经释放的绳索的量，特别是通过致动器上或绞盘轴线上的编码器。使用该传感器信息，通过在笛卡尔空间中将绳索(R1，R1')中的力动态映射到力矢量和力矩矢量来计算施加给使用者的合力和合力矩。
在本发明的一个方面中，施加在物体或人上的力在反馈回路中以这样的方式进行控制，使得跟踪到给定的参考力，特别是为了卸载使用者或施加水平力。为此，将测量的力矢量与参考力矢量进行比较，并且调节驱动单元所施加的扭矩，以减小这两个矢量之间的差值(笛卡尔空间控制)。可替选地，可以使用系统的参考力矢量和当前动态配置来计算每一条绳索的单独的参考力，并且以这样的方式调节每个单独的驱动单元的扭矩，从而减小相应的参考的绳索力和测量的绳索力(驱动单元空间或绳索空间控制)之间的差值。附加地或可替选地，也可以应用驱动单元扭矩，以实现偏转单元的给定的期望的运动，特别地能够保持这些在在使用者的上方的居中。
在本发明的另一方面中，驱动单元用于控制使用者的某个位置。以上所有内容均以模拟方式适用，只是在笛卡尔空间或驱动单元空间中不受力而是位置受到控制。
优选地，控制被分成高频部分和低频部分，由此驱动单元(Aa，Ab，Ac，Ad)主要控制低频部分，并且另外的驱动单元(Ata，Atb，Atc，Atd)主要控制高频部分。
在本发明的含义内，术语“使用者”优选是指人，但也可以指动物或要卸载和/或移动的任何物体。
优选地，使用者是受脊髓运动障碍影响的受试者，其中脊髓运动障碍是指其中脊髓受损并且运动和姿势功能受损的障碍。感染因素(例如肺外结核)、癌症疾病、帕金森病、多发性硬化症、肌萎缩性侧索硬化症或中风后，可引起脊髓运动障碍。更优选地，使用者是受脊髓损伤影响的受试者。在本发明的含义内，脊髓损伤是指由创伤引起的对脊髓的任何损伤。
在本发明的含义内，术语“偏转装置”是指引导绳索并改变其方向，特别是将其引导到工作空间中的装置。
附图说明
图1示出了根据本发明的在支撑结构中的示例性设备。
图2示出了根据本发明实施方式的在支撑结构中的示例性设备。
图3示出了本发明的设备的实施方式的2D配置。这可以通过连接第二偏转装置(P1，P1')与第二个相同的机构组合。
图4示出了本发明的设备的实施方式的2D配置。这可以通过连接第二偏转装置(P1，P1')与第二个相同的机构组合。
图5示出了本发明的设备的实施方式的2D配置。这可以通过连接第二偏转装置(P1，P1')与第二个相同的机构组合。
图6示出了本发明的设备的实施方式的2D配置。这可以通过连接第二偏转装置(P1，P1')与第二个相同的机构组合。
图7示出了本发明的设备的实施方式的2D配置。这可以通过连接第二偏转装置(P1，P1')与第二个相同的机构组合。
图8示出了本发明的设备的实施方式的2D配置。这可以通过连接第二偏转装置(P1，P1')与第二个相同的机构组合。
图9示出了本发明的设备的实施方式的2D配置，这可以通过连接第二偏转装置(P1，P1')与第二个相同的机构组合。
图10示出了本发明的设备的实施方式的2D配置。这可以通过连接第二偏转装置(P1，P1')与第二个相同的机构组合。
图11示出了本发明的设备的实施方式的2D配置。这可以通过连接第二偏转装置(P1，P1')与第二个相同的机构组合。
图12示出了根据本发明实施方式的示例性设备的俯视图。
具体实施方式
优选地，第一偏转装置和第三偏转装置(D1，D2，D3，D4)是可被动地移位的(即可以改变它们在空间中的位置，特别是以引导的方式改变)，这尤其意味着它们本身不包括用于主动地移动相应的偏转装置的运动产生装置，但是可以通过连接到使用者的绳索或经由驱动单元(经由附加绳索附接到偏转装置)通过引入到偏转装置中的力而移位。
优选地，第一偏转装置和第三偏转装置(D1，D2，D3，D4)彼此连接(例如成对地连接，使得相应的两个偏转装置可以一起移位，同时保持沿着移位方向的偏转装置之间的恒定距离)，并且它们可以由一个导轨或多个导轨引导，或者可以被支撑结构(例如房间的支撑框架或天花板)悬挂，特别是借助于金属丝或其它(细长的)支撑元件，从而他们的质量中心可以(被动地)改变在空间中的位置。类似地，一个或多个所述导轨可以连接到支撑结构(例如支撑框架或天花板)。
然而，在本发明的一个实施方式中，偏转装置可以被固定，使得它们不在空间中或沿着导轨移动。特别地，偏转装置可以被设计成以可释放的方式固定到导轨，从而偏转单元关于它们沿着导轨的运动而被临时锁定。
两个(或甚至更多个)偏转元件之间的连接可以借助于可互换的(例如单独的)连接装置(元件)来提供。所述连接元件优选是有弹性的(尤其是使得恢复力是弹性连接元件的伸长率的函数，特别是线性函数)或者粘弹性的或者非弹性的，从而形成偏转单元(还表示为推车)。此外，相应的连接元件可以是柔性绳索构件或刚性杆(特别是由碳纤维复合材料制成的)。
偏转装置也可以彼此整体连接(即形成一件)。
可选地，该连接元件可以通过滑轨的任一端上的附加滑轮来实现，使得在该连接中的拉伸弹簧产生将偏转装置推开(而不是将它们朝向对方拉动)的力。
每一对第一偏转装置和第三偏转装置(D1，D2，D3，D4)用于朝向自由移动的互相连接的偏转装置(P1，P1')引导绳索或绳索部分(R1，R1')。
在本发明的一个实施方式中，该设备包括两条绳索。
优选地，第一绳索从其相关的第一驱动单元朝向第一偏转装置延伸，通过第一引导偏转装置朝向第二自由运动的偏转装置偏转，第二自由运动的偏转装置将其偏转到优选与所述第一偏转装置连接的第三引导偏转装置，然后延伸到相关的第二驱动单元。类似地，第二绳索从其相关的第一驱动单元朝向第一偏转装置延伸，通过第一偏转装置朝向第二自由移动的偏转装置偏转，所述第二自由移动的偏转装置将其偏转到优选与所述第一偏转装置连接的第三引导偏转装置，然后延伸到相关的第二驱动单元。第二偏转装置连接到普通使用者，并且优选还通过公共联结点彼此互相连接。
在本发明的另一个实施方式中，特别是在人类使用者的情况下，每个第二偏转装置可以连接到使用者的相应肩部。然后，这个人不能再自由地旋转，但是可以致动旋转。
优选地，第一偏转装置和第三偏转装置在同一侧上彼此连接以形成偏转单元，使得它们的组合运动由作用于其上的(多个)绳索力来控制。
根据本发明的一个方面，所述设备包括至少第一导轨和第二导轨(例如在两条绳索的情况下)，每个导轨沿纵向轴线延伸。这些纵向轴线优选相对于设备的操作位置水平地延伸，在设备的操作位置中，设备可以如预期地(例如由使用者)被操作。优选地，一个或多个导轨可以被连接到所述支撑结构(例如，设备布置其中的房间的支撑框架或天花板)。在支撑框架的情况下，一个或多个导轨可以连接到所述上框架部分。优选地，导轨被布置成使得它们相对于彼此平行延伸。特别地，在两个导轨的情况下，每个导轨可以关于其纵向轴线倾斜，特别是相对于竖直方向倾斜30°或45°的角度。
优选地，引导第一绳索的第一偏转装置和第三偏转装置可滑动地连接到第一导轨，使得它们能够沿着第一导轨的纵向轴线、沿着第一导轨滑动。在两条绳索的情况下，引导第二绳索的第一偏转装置和第三偏转装置优选地可滑动地连接到第二导轨，使得它们可以沿着第二导轨的纵向轴线、沿着第二导轨滑动。
详细地说，所述偏转装置可以包括可滑动地将相应的每个偏转装置连接到其相关的导轨的基座(优选以手推车的形式)。可以给每个偏转装置提供铰接到其基座的臂，使得每个相应的臂可以围绕平行于相应的导轨的纵向轴线延伸的枢转轴线、相对于其基座枢转。每个偏转装置还可以包括连接到相应的臂的偏转元件，该偏转元件用于围绕所述偏转元件偏转相应的绳索。每个相应的偏转元件可以由辊形成，辊可旋转地支撑在相应的臂上；因此，相应的辊可以围绕与相应的导轨的纵向轴线正交的旋转轴线旋转。如果需要的话，可以为每个偏转装置提供制动装置，该制动装置用于阻止相对于相关的导轨制动相应的偏转装置，例如当使用具有跑步机的设备时。
第一偏转装置和第三偏转装置将主绳索引向第二偏转装置。与上述第一偏转装置和第三偏转装置不同，第二偏转装置是自由移动的。因此，它们不连接到导轨，而是它们可以在工作空间中自由移动。它们连接到使用者，并且优选也彼此互相连接，例如，借助于卡扣，和/或通过一个或多个公共联结点连接到使用者。在一个实施方式中，所述第二偏转装置通过例如附接有线束(harness)的单个公共点连接到使用者。在一个可选实施方式中，所述使用者是人类受试者，并且通过将每个所述第二偏转装置连接到受试者的一个肩部而将第二偏转装置连接到使用者，从而可以引起和控制围绕竖直轴线的旋转。
在一个实施方式中，一个或多个主绳索的自由端连接到向所述自由端施加力的一个或多个驱动单元。
在一个实施方式中，对于每条绳索，存在两个驱动单元，该两个驱动单元在所述绳索的自由端上施加力。优选地，一条绳索的第一驱动单元和同一条绳索的第二驱动单元沿着第一导轨的纵向轴线彼此面对，其中，第一偏转单元和第三偏转单元沿着导轨的纵向轴线布置在第一驱动单元和第二驱动单元之间。
在一个优选实施方式中，每条绳索的仅一个自由端连接到驱动单元，而同一绳索的另一自由端固定到空间中的固定点。
在所述实施方式中，弹性元件可以可选地存在于第一偏转装置或第三偏转装置与相应的驱动单元之间。所述弹性元件优选是弹簧。
在一些实施方式中，仅存在一条绳索。在所述实施方式中，每条绳索部件可以从第一驱动单元延伸到第二驱动单元或到绞盘。
在一个实施方式中，绳索的自由端经由驱动单元或绞盘互相连接，使得仅存在一条绳索。在该实施方式中，绳索可以从第一驱动单元经由相应的偏转装置延伸到第二驱动单元，然后其经由另外的偏转装置延伸回到所述第一驱动单元。另外，绳索可以从第一驱动单元经由相应的偏转装置延伸到第二驱动单元，然后通过另外的偏转装置延伸到第三驱动单元；所述第三驱动单元优选在所述第一驱动单元的相同侧上。
在一个实施方式中，仅存在一条绳索，并且一个自由端从第一驱动单元延伸到绞盘，然后延伸到第二驱动单元。该该绞盘可以是完全被动的，其最简单的形式是一个滚筒，或者可以由电动机驱动。
在一个优选的实施方式中，每个驱动单元包括连接到滚筒的致动器(例如伺服电动机)，相应的绳缠绕在该滚筒的周围。滚筒和绞盘在这里被用作同义词。可以方便地使用柔性联轴器。在该实施方式中，每个致动器被设计成经由相应的绞盘的驱动轴线、在相应的绞盘上施加扭矩，以收回(即卷绕)或释放(即展开)相应的绳索，即调节从绞盘展开的相应绳索的长度。如果需要的话，每个驱动单元可以包括制动器，用于制动相应的绞盘。此外，驱动单元优选包括至少一个挤压构件(例如以压力辊的形式)，该挤压构件以抵靠绞盘的可预定压力挤压围绕相关的绞盘卷绕的相应的绳索，以防止相应的绳索从相关的绞盘上跳跃或越出螺纹。在可选实施方式中，驱动单元是手动操作的。在又一个可选实施方式中，驱动单元仅包括阻尼机构，该阻尼机构在与其当前运动方向相反的方向上施加恒定或可控扭矩。在又一个可选实施方式中，驱动单元包括制动器并且其不被致动。在又一个可选实施方式中，驱动单元包括绞盘(或滚筒)以及可选地包括另外的被动元件(优选是按压构件)，并且它不被致动，使得它不能施加扭矩。
在一个实施方式中，该设备仅包括未被致动的驱动单元，即它不包括任何电动机。
在一个实施方式中，两个或更多个驱动单元被连接，以形成一个组合驱动单元。优选地，该该连接的驱动单元是第一驱动单元或第二驱动单元。在一个实施方式中，仅存在一条绳索，并且所述组合驱动单元的绞盘沿一个方向的旋转导致绳索在组合驱动单元的一侧上被释放，且在组合驱动单元的相对侧上也被释放，同时所述组合驱动单元的绞盘沿相对方向的旋转导致绳索在两侧被收回。在另一个实施方式中，所述组合驱动单元的绞盘在一个方向上的旋转导致绳索在组合驱动单元的一侧上被收回，并且在组合驱动单元的另一侧上被释放。
在一个实施方式中，驱动单元包括一个绞盘(或滚筒)，所述一个绞盘具有半径可变的两个半部分；或者包括彼此连接的两个绞盘，，其中所述两个绞盘中的每个绞盘具有可变半径；优选地，该可变半径朝向末端减小或增大，并且对于两个绞盘或同一绞盘的两个半部分，减少或增加的情况是相同和对称的。当存在具有可变半径的两个绞盘时，它们可以优选刚性连接以形成一个单元。在一些实施方式中，这两个绞盘通过能够覆盖更长距离的另外的绳索或其他连接元件连接。在两个该绞盘之间存在绳索的情况下，该绳索的一侧卷绕在与第一半径可变的半滚筒的轴线连接的半径恒定的半滚筒上，另一侧卷绕在与第二半径可变的半滚筒的轴线连接的第二半径恒定的半滚筒上，使得第一半径可变的半滚筒的角位移(旋转)直接联接到第二半滚筒的相同角度的旋转。在一些实施方式中，具有可变半径的每个绞盘不被致动；在这些实施方式中，绞盘例如可以连接到被动阻尼元件，或者它可以被动地旋转。在另外的实施方式中，每个具有可变半径的绞盘包括引导绞盘上的绳索的槽；该槽可以具有导程(lead)，该导程优选是可变的导程。在一些实施方式中，半径的减小是线性的，使得每个绞盘或者绞盘的半部分具有圆锥形状。在一些实施方式中，还存在按压元件，其抵靠滚筒以避免绳索脱轨。本发明的设备的任何驱动单元的任何绞盘可以具有可变的导程。
在另一个实施方式中，调节所述可变半径和/或所述可变导程，使得滚筒的凸形外壳或包络部是圆锥体或双圆锥体。
可选地，借助于另外的驱动单元向每个引导偏转装置施加力。
可选地，在所述第一偏转装置或第三偏转装置与相应的驱动单元之间存在一个或多个另外的偏转装置。所述另外的偏转装置可以是静止的或滑动的或自由移动的。在一个优选实施方式中，它们被固定在空间的固定点上，例如墙壁上。
图1中描绘了根据本发明的设备的示例性实施方式。
设备(1)包括合适的支撑结构(例如放置设备的房间的天花板或支撑框架，后者在图1中未示出)，使得所述支撑结构限制三维工作空间(3)，其中使用者(4)可以沿着水平的xy平面移动(以及在工作空间(3)中提供相应的物体等的情况下竖直地移动，相应的物体例如倾斜表面，楼梯等)。然后所述工作空间(3)在所述天花板或框架下方延伸。
所述支撑结构支撑第一导轨和第二导轨(102，102')。第一导轨102被设计成可滑动地支撑两个偏转装置D1，D2，而第二导轨102'被设计成可滑动地支撑另外两个偏转装置D3，D4。在此，通过连接装置C1，C2连接D1，D2对以及D3，D4对，使得两对偏转装置D1-D2和D3-D4中的每一对形成能够沿着相应导轨(102，102')滑动的偏转单元(推车)。
第一绳索R1从相关的第一驱动单元Ac延伸到相关的第一偏转装置D3，并且被D3偏转，并且被朝向相关的第二偏转装置P1引导。然后，绳索R1通过所述第二偏转装置P1朝向第三偏转装置D4偏转，所述第三偏转装置D4通过连接元件C1连接到所述第一偏转装置D3，然后延伸到相关的第二驱动单元Ad。
所述驱动单元Ad，Ac施加力Fd，Fc将绳索R1收回和释放。
第二绳索R1'从相关的第一驱动单元Aa延伸到相关的第一偏转装置D1，并且被D2偏转，并且被朝向相关的第二偏转装置P1'引导。绳索R1'通过所述第二偏转装置P1'朝向第三偏转装置D2偏转，所述第三偏转装置D2通过连接元件C2连接到所述第一偏转装置D1，然后延伸到相关的第二驱动单元Ab。
所述驱动单元Aa施加力Fa，Fb将绳索R1'收回和释放。优选地，所述连接元件C1，C2是弹性或粘弹性的。也可以使用阻尼器。
所述第二偏转装置P1，P1'联结到使用者，并且优选还彼此互相连接。
通过偏转装置P1，P1'产生合力Fn，合力Fn施加在使用者身上。以这样的方式，使用者部分地卸载其重量，且向使用者施加力。
此外，借助于另外的驱动单元Ata，Atb，Atc，Atd，将力施加到第一偏转装置和第三偏转装置D1，D2，D3，D4的每一个上。特别地，驱动单元Ata通过绳索X'在偏转装置D1上施加力Fta。驱动单元Atb通过绳索X”在偏转装置D2上施加力Ftb。驱动单元Atc通过绳索X”'在偏转装置D3上施加力Ftc。驱动单元Atd通过绳X””在偏转装置D4上施加力Ftd。
在相对于导轨平行的方向上施加力Fta，Ftb，Ftc，Ftd。
它们的组合作用导致附加的水平和/或竖直力分量，这些力分量改变了施加给使用者的合力Fn。
图2中表示了本发明的替选实施方式。
在所述实施方式中，每条绳索(R1，R1')的自由端相互连接，使得只有一条绳索(为了清楚起见，没有描述驱动单元Ata，Atb，Atc，Atd)。
一个自由端从第一致动绞盘(驱动单元)W1延伸到第二致动绞盘(驱动单元)W2，然后返回到所述第一致动绞盘W1，其中两个自由端被卷起。每个绞盘W1，W2优选放置在导轨的端部之间、彼此面对。
在该实施方式中，R1和R1'是指从第一驱动单元(或绞盘)延伸到第二驱动单元(或绞盘)的每条绳索部分。
优选地，绞盘W1，W2是扭矩或位置控制绞盘。扭矩控制的绞盘提供致动器扭矩，其旨在减小给定的参考扭矩与当前测量的扭矩之间的差异，尤其是从绳索中的力传感器测量的或者根据致动器单元的电流测量计算的。位置控制的绞盘提供致动器扭矩，旨在减小释放的绳索的参考长度与释放的绳索的实际长度之间的差，特别是通过驱动单元上的编码器测量到的长度。参考力或位置由控制算法提供，特别是如前所述。
典型地，两个绞盘中的一个(例如W1)通过改变绳索的总长度而起作用，而另一个(例如W2)具有操纵绳索部分R1和R1'的相对长度的作用。
为了使惯性保持最小，当使用者沿x或y方向行走时，用于竖直卸载使用者的主驱动单元应当尽可能少地旋转；相反，当使用者在x或y方向上移动时起作用的主驱动单元应该尽可能少地贡献于使用者的卸载。因此，希望在这些不同种类的驱动单元之间脱离。由于被动偏转单元的配置，可以通过所有描绘的实施方式来实现x和z方向上的运动的脱离以及x和y方向上的运动的脱离。y和z方向上运动的脱离可以通过图2和上面描述的设备的实施方式来实现。事实上，这样的设备允许具有绞盘W1，该绞盘收回绳索由此执行竖直(z)致动，而不同的绞盘W2改变绳索部分的长度，由此执行水平(y)横向致动。
可选地，仅存在两个绞盘中的一个，例如W1。
类似于前面的示例性实施方式，绞盘W1向绳索施加力Fb，Fd以将绳索收回和释放，而绞盘W2向绳索施加力Fa，Fc以将绳索收回和释放。
图3示出了该实施方式的2D配置，其中绳索的两端连接到绞盘W1，W2，使得所述绞盘W1和W2分别在绳索上产生力Fa，Fb。Fn是施加在使用者上的合力。
对于上述示例性实施方式，力Fta，Ftb，Ftc，Ftd由驱动单元(图中未示出)沿相对于导轨的平行方向施加在偏转装置上。
在图12中描绘了本发明的另一个实施方式。
如图2的实施方式那样，仅存在一条绳索，并且R1和R1'表示从两个驱动单元(或绞盘)延伸的每条绳索部分。为清楚起见，驱动单元Ata，Atb，Atc，Atd未被描绘。然而，不同于图2，在该实施方式中，绳索的两个自由端不是卷绕到相同的绞盘，而是卷绕到两个不同的绞盘W1和W1'上。该实施方式也可以被看作是对图1的实施方式的变型，只是两个绞盘(例如Ab和Ad)被组合以形成单个驱动单元。具体地，绳索从第一致动绞盘(驱动单元)W1延伸到可致动或不致动的第二绞盘W2，然后延伸到第三致动绞盘(驱动单元)W1'。R1是从绞盘W1延伸到绞车W2的绳索部分，R1'是从绞盘W2延伸到绞盘W1'的绳索部分。绞盘W1和W1'具有改变绳索的总长度的作用，即，改变部分R1部分和R1'部分的总和的作用。W2操纵绳索R1部分和R1'部分的相对长度。在该实施方式中，绞盘W2的特征在于具有可变半径的两个半部分。优选地，该半径朝着两个半部分的末端减小，并且该减小对于两个半部分是对称的。因此，绞盘具有可变的直径。优选地，绞盘具有在绞盘上引导绳索的槽。所述槽可以具有可变的导程。优选地，槽的半径的变化和导程的变化可以这样的方式调整，即滚筒的凸形外壳或者包络部是圆锥体或者双圆锥体。
如上面关于图2所述的，希望的是，卸载使用者的竖直致动与当使用者在y方向上移动时起作用的水平致动脱离。在图12的实施方式中，进一步改善了该脱离。
事实上，绞盘W2上的槽的可变半径可以选择成，使得当人在y方向上横向行走而不改变高度时，只有绞盘W2需要移动而不改变竖直或水平方向上的卸载力，而W1和W1'可以保持静止。在高度发生变化的情况下，使用该具有可变半径的绞盘在很大程度上减少了W1和W1'移动以进行横向运动的需要。
当使用者在y方向上横向行走时，为了对使用者施加恒定且特定的竖直力，人朝向其行走的绞盘必须不断增加其在绳索的一部分上的拉力，而绳索的另一部分上的拉力的必须不断减少。如果绞盘W2具有恒定的直径d，则将在绞盘W2上施加扭矩t＝(F1-F1')-d/2，其中d是绞盘的直径。然而，在图12的实施方式中，绞盘具有可变半径，因此允许具有两个不同的直径d1和d1'，其中d1是卷绕在绞盘W2上的绳索部分R1的直径，而d1'是卷绕在绞盘W2上的绳索部分R1'的直径。
由于绞盘W2的该特定配置，对于使用者特定高度z，对于使用者的的每个y位置，可以满足以下公式：
F1·d1/2＝F1·d1/2 (1)
这意味着基本上不应当将扭矩施加到绞盘，因此绞盘W2不一定需要被致动。
对于特定的高度，意图是连接到使用者的偏转装置(P1，P1')的恒定高度，对该高度设备最佳地工作。这个高度可以不同的方式选择。例如，它可能是这样的高度，其在系统运行中最频繁期望的高度。
当使用者偏离这个高度时，例如通过在较高地方或者较低地方行走时，绞盘W2所需的电动机扭矩可以不等于零。实际上，当高度z改变时，可能需要向绞盘施加低的电动机扭矩。由于所需的电动机扭矩非常低，所以仍然是有利的。
通过根据上述公式(I)或者由于特定高度的可能变化而略微偏离所述公式，来提供具有可变半径的绞盘W2并且来选择半径合适的减小，使用者能够在y方向上行走而不需要将任何电动机扭矩施加到任何绞盘上，或者只用很低的电动机扭矩，同时保持卸载恒定。这是特别有利的，因为它允许为W2使用低功率电动机甚至省略所述电动机。
可选地，可以根据速度的等式来选择半径，这意味着以便使用者在y方向上移动而不改变高度且不改变卸载力，在一侧需要更多绳索R1的速度，与R1'需要为了使用者的相同运动而缩回的速度相同。在轨道上的成对的偏转单元之间的刚性(非弹性)连接的情况下，这导致与上述力的平衡相同的公式(I)。
例如，且参照图12，当使用者4沿着y方向朝向绞盘W1'移动时，F1'增加而F1减小。由于绞盘W2的可变半径，直径d1和d1'可以调节以满足上述公式，因此d1'将小于d1。以该方式，对于特定的高度z，基本上不需要将扭矩或者非常低的扭矩施加到任何绞盘上，并且为了卸载使用者，仅将竖直力施加到他/她。
绞盘W2可以通过电动机致动，也可以连接到被动阻尼元件，也可以完全被动旋转。
优选地，在第一偏转装置或第三偏转装置与绞盘W2之间存在一个或多个偏转装置S1，S2。该偏转装置优选是静止的并且固定在空间的固定点，如墙壁上。
被描绘为2D配置的本发明的设备的所有实施方式优选旨在：借助于复制机构及直接或通过连接到普通使用者将第二偏转装置P1和P1'互相连接，而被部署成如图1或2所示的3D配置。由于重点在于偏转装置的连接，所以各种配置仅以2D显示。
图4中表示了本发明的另一个实施方式。
如上面所解释的，该实施方式旨在以三维配置来实现，但是为了便于表示，这里在二维配置中描绘。
在该实施方式中，绳索R1的两个自由端在被偏转装置D1，P1和D2偏转后以大于90°的偏转角向后引导越过引导偏转装置D1，D2，然后连接到机动绞盘W1，W2。
通过所述绞盘W1和W2分别在绳索上产生力Fa，Fb。
该配置仅表示为一条绳索或绳索R1的一部分，但对于另一条绳索或绳索R1'的一部分，其意图是相同的。
优选地，在偏转装置D1，D2之间还存在弹性连接元件，使得所述偏转装置D1，D2被推开而不是朝向彼此拉动。
该配置的优点在于，当绳索或绳索R1的一部分上的力增大时，相同轨道上的偏转装置D1和D2将朝向彼此移动，反之亦然。这又减小了绳索或绳索R1的一部分与绳索或绳索R1'的一部分之间的力的差值。
这是特别有利的，例如，当使用者沿着y方向具有在z方向上指向的期望的恒定力Fn移动时。
对于合适尺寸的弹性元件，这甚至可以导致绞盘W1在y位置的一定范围内施加零扭矩，所述范围在横向移动的-1m和+1m之间。在这些情况下，绳索部件R1，R1'可以直接相互连接，而不使用绞盘W1。该设计可以有利地结合图12和上面描述的实施方式结合使用，因为它起到类似的作用。
优选地，在该实施方式中，偏转装置D1和D2相对于导轨不完全对齐。
本发明的另一个实施方式以图5中的2D配置表示。
这个实施方式旨在以三维配置来实现，但是为了易于表示，这里在二维配置中描绘。
该配置仅表示为绳索R1的一部分，但对于绳索R1'的另一部分其意图是相同的。
在该实施方式中，所有的偏转装置D1，D2，P1被双偏转装置取代，绳索R1在每对偏转装置上被引导两次。
特别地，绳索R1从第一绞盘W1延伸并且在一对引导偏转装置D1上被引导，然后被朝向一对自由运动的偏转装置P1引导，并且经由该引导装置P1被引导到由系统导轨引导的第三对偏转装置D2，然后由它们偏转回到D1，然后再次偏转到P1，再从这偏转到D2，最后偏转到第二绞盘W2。
该配置的一个优点是，在3D配置中，总共有八个支撑负载Fn的绳索部分，从而减少了W2的必需的负载。
进一步的优点是，与图4所示的实施方式不同，更容易引导绳索并且D1和D2可保持对齐。
优选地，在偏转装置D1，D2之间存在弹性连接元件，使得所述偏转装置D1，D2被推开而不是被拉向彼此。
对于上述示例性实施方式，由驱动单元(图中未示出)将力Fta，Ftb以相对于导轨平行的方向施加在偏转装置上。
本发明的另一个实施方式在图6中以2D配置表示。
在该实施方式中，每条绳索R1的一个自由端固定在每个相应的导轨的一端。
剩余的自由端连接到导轨相对端上的相应机动绞盘W1，或者每条绳索的所有自由端连接到导轨相对端上的接合的绞盘W2。
在所有上述实施方式中，可通过将绳索R1，R1'的一个自由端固定到固定点(例如，墙壁或导轨的端部)来替换一个驱动单元(或绞盘)。
就此而言，图11中示出了另一个实施方式。
还是在该实施方式中，绳索R1的一个自由端被固定到空间中的固定点，例如墙壁。剩余的自由端连接到相应的机动绞盘W1。在第一偏转装置D1和绞盘W1之间存在弹性元件E，优选为弹簧。该弹性元件的使用是有利的，因为它允许将电动机惯性与使用者分离，使得使用者不会察觉到致动器的惯性。实际上，使用者的主要运动方向通常是x方向，该x方向为相互连接的第一偏转装置和第三偏转装置D1和D2的滑动方向。因此，在这个方向上的移动质量应该尽可能小，以便使使用者和设备之间的惯性效应导致的不希望的相互作用力最小化。在偏转装置和绞盘之间放置弹性元件允许解决这个问题，因为当使用者沿x方向移动时，弹性元件的质量几乎保持不变，从而减少了移动质量的量，并进一步减少了不希望的相互作用力。
优选地，在第一偏转装置和弹性元件之间存在一个或多个另外的偏转装置。所述另外的偏转装置优选是静止的并且通常固定到空间中的固定点，例如墙壁。例如，它们可以被固定到与固定绳索的一个自由端的墙壁相对的墙壁上。在图11中，示出了两个静止的偏转装置S1，S2，其固定在墙壁上并且插入在偏转装置D1和弹性元件E之间。
在本发明的另外的实施方式中，借助于另外的驱动单元Ata，Atb，Atc，Atd将单向或双向的力施加到每个引导偏转装置D1，D2，D3，D4。
借助于这些驱动单元，相对于轨道平行的方向的力被施加到偏转装置D1，D2，D3，D4，并因此施加给使用者。
在这方面，以图7中的2D配置表示了本发明的一个实施方式，其中两个机动绞车W1，W2拉动相应绳索X'，X”，相应绳索X'，X”通过(绘制出的)弹簧直接连接到偏转装置D2上，从而分别在所述偏转装置上施加力Fta和力Ftb。
在图8中示出了另一个实施方式。
在此，单个机动绞盘W拉动绳索R1，绳索R1的自由端连接到偏转装置D2。由此，在偏转装置D2上施加力Fta，Ftb。
该结构的优点在于，只需要一个电动机(而不是两个电动机)来向两个引导偏转装置D1，D2施加力。
缺点是，在两个引导偏转装置D2上不会产生反向力。
图9中描绘了另一可选实施方式。
这里，偏转装置D1，D2直接致动，例如，通过经由附加的绳索(图中未示出)直接附接到偏转装置的推车上的致动器。因此，力Fta，Ftb施加到偏转装置D1，D2。
优点是，不需要绞盘来收回附接到偏转装置的绳索。缺点是，增加了机械复杂性(致动器电缆和导向系统)以及可能增加的惯性。
图10中示出了根据本发明的设备的另一个实施方式。
在该实施方式中，引导偏转装置D1，D2通过弹性元件C2连接。
以该方式，当驱动单元将反向力施加在所述偏转装置上时，所述装置之间的距离改变。
例如，如果存在四个机动绞盘W1-W4(为了便于表示，在图10中仅描绘了两个)，并且它们都以相同的力拉动连接到偏转装置D1，D2的绳索X'，X”，通过力Fta，Ftb，Ftc，Ftd增加，使用者上的竖直力被释放。
如果只有在一个导轨上的机动绞盘W1，W2以大约相同的力拉动，则使用者被拉向相对的导轨。
如果将具有相同方向的单向力施加到两对引导偏转单元D1-D2和D3-D4，则在使用者上产生x方向的力。
如果具有相反方向的单向力被施加到两对引导偏转单元D1-D2和D3-D4，则竖直力增大。
在实施方式中，偏转装置P1，P1'通过两个不同的联结点连接到使用者。在该情况下，如果具有相反方向的单向力被施加到两对引导偏转单元D1-D2和D3-D4，则引起使用者围绕竖直轴线的旋转。
在一个优选实施方式中，该配置与图4所示的配置一起使用，即，绳索或绳索部分R1和R1'的两个自由端在引导偏转装置上被向后引导。
在该情况下，在偏转装置上的致动的影响被反转，并且用于y致动和z致动的所需的致动器的力通常减小。
在替选实施方式中，该配置与图5所示的配置一起使用，即所有的偏转装置都由双偏转装置代替。
同样在该情况下，在偏转装置上的致动的影响被反转，并且用于y致动和z致动的所需的致动器力通常减小。
本文公开的设备也用于恢复患有神经运动功能障碍的受试者的运动自主控制的方法。
通常，如说明书中详述的，根据本发明的设备用于运动受损受试者，特别是运动损伤的人的运动康复方法。
在本发明的整体概念中，本发明的设备用于上述用途，可选择地与用于硬膜外和/或硬膜下电刺激的装置组合，并且还可选择地与包含单胺能受体的激动剂的混合物，如WO2013179230，WO2015000800中所公开的。
本发明还有一个目的是一种恢复患有神经运动损伤的受试者的自主控制运动的方法，包括：
a、使用本发明的设备；
b、可选择地提供电刺激。

Claims (38)

1.一种设备(1)，包括：
两条或多条绳索(或金属丝)或一条绳索的两个绳索部分(R1、R1')，也被称为一条或者多条主绳索，其中，每条绳索或绳索部分从相关的第一驱动单元(Aa、Ac)分别向相关的第一偏转装置(D1、D3)延伸，并由相关的所述第一偏转装置(D1、D3)偏转，且其中，
每条绳索或绳索部分(R1、R1')分别由所述第一偏转装置(D1、D3)朝向相关的第二偏转装置(P1、P1')引导，所述绳索或绳索部分(R1、R1')分别由所述第二偏转装置(P1、P1')朝向相关的第三偏转装置(D2、D4)偏转，所述第三偏转装置(D2、D4)分别连接到相应的所述第一偏转装置(D1、D3)，并且所述绳索或绳索部件(R1、R1')由所述第三偏转装置(D2、D4)朝向相关的所述第二驱动单元(Ab、Ad)或空间中的固定点偏转或者返回到相关的所述第一偏转装置(D1、D3)，
其中，所述第二偏转装置(P1、P1')连接到物体或使用者。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二偏转装置(P1、P1')通过一个或多个公共联结点与所述物体或使用者彼此互相连接。
3.根据权利要求1或2所述的设备，还包括将力(Fta、Ftb、Ftc、Ftd)施加到每个第一偏转装置和第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)的一个或多个另外的驱动单元(Ata、Atb、Atc、Atd)，从而导致经由所述第二偏转装置(P1、P1')在所述使用者(4)上产生合力Fn的附加的水平和/或竖直的力分量。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，另外的所述力(Fta、Ftb、Ftc、Ftd)通过一条或多条另外的绳索(X'、X”、X”'、X””)施加到所述第一偏转装置和第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)，所述另外的绳索(X'、X”、X”'、X””)也被称为次绳索，所述另外的绳索从所述一个或多个另外的驱动单元(Ata、Atb、Atc、Atd)延伸到被引导的所述第一偏转装置和第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)。
5.根据权利要求3所述的设备，其中，每一个第二偏转装置(P1、P1')仅存在一个另外的驱动单元(Ata、Atc)和一个另外的绳索(X'、X”')，所述另外的绳索(X'、X”')通过相应的所述另外的驱动单元(Ata、Atc)从所述第一偏转装置(D1、D3)延伸到相关的所述第三偏转装置(D2、D4)，从而所述另外的驱动单元通过所述另外的绳索(X'、X”')施加力(Fta、Ftb、Ftc、Ftd)到偏转装置(D1、D2、D3、D4)。
6.根据权利要求3所述的设备，其中，另外的所述力(Fta、Ftb、Ftc、Ftd)由直接附接到所述第一偏转装置和第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)的一个或多个另外的驱动单元(Ata、Atb、Atc、Atd)经由附加的绳索施加。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备，其中，所述另外的驱动单元(Ata、Atb、Atc、Atd)通过弹性的或粘弹性的连接元件连接到所述第一偏转装置(D1、D2、D3、D4)，所述连接元件优选为弹簧或橡皮绳。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，仅存在一条主绳索，所述绳索包括两个绳索部件(R1、R1')，每个所述绳索部分从第一驱动单元延伸到第二驱动单元或绞盘。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述唯一的绳索(R1、R1')从所述第一驱动单元(W1)延伸到所述第二驱动单元(W2)，然后返回到所述第一驱动单元(W1)。
10.根据权利要求8或9所述的设备，其中，所述第一驱动单元(Aa、Ac)连接以形成一个组合驱动单元，使得所述组合驱动单元的绞盘在一个方向上的旋转导致所述绳索在所述组合驱动单元的一侧上释放，并且也在所述组合驱动单元的另一侧上释放，而所述绞盘沿相反方向的旋转导致所述绳索在所述组合驱动单元的两侧上收回。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的设备，其中，所述第二驱动单元(Ab、Ad)连接以形成一个组合驱动单元，使得所述组合驱动单元的绞盘在一个方向上的旋转导致绳索在所述组合驱动单元的一侧收回，并且导致所述绳索在所述组合驱动单元的相对侧上释放。
12.根据权利要求10至11中任一项所述的设备，其中，在所述组合驱动单元中，每个绞盘具有朝向所述末端减小或增大的可变半径，并且减小程度对于两个绞盘是对称的。
13.根据权利要求8所述的设备，其中，所述唯一的绳索从第一驱动单元延伸到绞盘，然后延伸到第二驱动单元。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述绞盘是完全被动的或者由电动机致动。
15.根据权利要求13至14中任一项所述的设备，其中，所述绞盘(W2)包括两个半部分，每个半部分具有可变半径，所述可变半径朝向末端减小或增大，并且减小程度对于所述绞盘的两个半部分是对称的。
16.根据权利要求8所述的设备，其中，所述唯一的绳索从第一驱动单元延伸到第二驱动单元，然后延伸到第三驱动单元，所述第三驱动单元优选在所述第一驱动单元的同一侧。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述第二驱动单元包括具有可变半径的两个绞盘，所述可变半径朝向所述末端减小或增大，并且减小程度对于两个所述绞盘是对称的。
18.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，绞盘包括引导所述绞盘上的所述绳索的槽，所述槽优选带有可变导程。
19.根据权利要求12、15或17中任一项所述的设备，其中，具有可变半径的所述绞盘或所述绞盘的半部分还具有带可变导程的槽。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述可变半径和/或所述可变导程被调节使得所述滚筒的凸形外壳或包络部是圆锥体或双圆锥体。
21.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述绞盘连接到被动阻尼元件，或者所述绞盘是完全被动绞盘。
22.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述主绳索(R1、R1')的两个自由端从第一驱动单元(Aa、Ab、Ac、Ad)延伸到相关的第一偏转装置(D1、D3)，在被所述第一偏转装置和第二偏转装置(D1、D3、P1、P1')向所述第三偏转装置(D2、D4)偏转之后由所述第三偏转装置(D2、D4)以大于90°的偏转角度被向回引导越过所述第一偏转装置(D1、D3)，然后延伸到相应的所述第二驱动单元(Aa、Ab、Ac、Ad)。
23.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，在所述第一偏转装置和第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)之间存在连接元件(C1、C2)，以形成单个偏转单元。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述连接元件(C1、C2)是弹性的，优选为弹簧。
25.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，每个所述偏转装置(D1、D2、D3、D4、P1、P1')被双偏转装置替换，并且绳索(R1、R1')被两次引导越过每对偏转装置。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，每个所述绳索(R1、R1')从第一驱动单元(W1)延伸，被引导越过一对所述第一偏转装置(D1)，然后被朝向一对所述第二偏转装置(P1)引导，且经由所述第二偏转装置(P1)被引导到同一轨道上的一对所述第三偏转装置(D2)，然后通过所述一对所述第三偏转装置(D2)偏转回到所述一对所述第一偏转装置(D1)，然后再次偏转到所述一对所述第二偏转装置(P1)，然后再次从所述一对所述第二偏转装置(P1)偏转到所述一对所述第三偏转装置(D2)，最后偏转到所述第二驱动单元(W2)。
27.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述绳索(R1、R1')的一个自由端固定到空间中的固定点。
28.根据权利要求27所述的设备，其中，在所述第一偏转装置或第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)与相应的驱动单元(W1)之间存在弹性元件(E)，所述弹性元件(E)优选为弹簧。
29.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述绳索(R1、R1')的一个自由端固定到空间中的固定点，并且另一个自由端卷绕到驱动单元(W1)，且在所述第一偏转装置(D1、D3)和所述驱动单元之间存在弹性元件(E)，所述弹性元件(E)优选为弹簧。
30.根据权利要求29所述的设备，其中，所述第一偏转装置和第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)能够滑动地连接到导轨，并且每条绳索(R1、R1')的一个自由端固定在每个相应导轨的一端，且同一绳索(R1、R1')的剩余自由端连接到所述导轨的相对端上的相应驱动单元(W1)。
31.根据权利要求29所述的设备，其中，所述第一偏转装置和第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)能够滑动地连接到导轨，并且每条绳索(R1、R1')的一个自由端固定在每个相应导轨的一端，且每条绳索(R1、R1')的所有剩余自由端连接到所述导轨的相对端上的接合的驱动单元(W2)。
32.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备包括第一绳索和第二绳索(R1、R1')，其中，
所述第一绳索(R1)从相关的第一驱动单元(Ac)延伸到相关的第一偏转装置(D3)，且被相关的所述第一偏转装置(D3)朝向相关的第二偏转装置(P1)偏转，被所述第二偏转装置(P1)朝向第三偏转装置(D4)偏转，且被所述第三偏转装置(D4)朝向相关的第二驱动单元(Ad)偏转，且所述第二绳索(R1')从相关的第一驱动单元(Aa)延伸到相关的第一偏转装置(D1)，且被相关的所述第一偏转装置(D1)朝向相关的第二偏转装置(P1')偏转，被所述第二偏转装置(P1')朝向第三偏转装置(D2)偏转，且被所述第三偏转装置(D2)朝向相关的第二驱动单元(Ab)偏转，使得所述驱动单元(Aa、Ab、Ac、Ad)对相应的绳索(R1、R1')施加力(Fa、Fb、Fc、Fd)，所述力总计达当前合力(Fn)，所述合力(Fn)经由所述第二偏转装置(P1、P1')作用在所述使用者上，以便在所述使用者上施加力和/或力矩，和/或卸载所述使用者。
33.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一偏转装置和第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)被设计成能够滑动地连接到导轨(102、102')。
34.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备还包括沿着纵向轴线延伸的至少第一导轨(102)和沿着纵向轴线延伸的第二导轨(102')，所述第一导轨(102)和所述第二导轨(102')二者都相对于所述设备的操作位置水平延伸，所述导轨(102、102')被设计成连接到支撑结构，尤其是连接到支撑框架或房间的天花板，并且所述导轨相对于彼此平行延伸。
35.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述驱动单元(Aa、Ab、Ac、Ad、Ata、Atb、Atc、Atd)用于控制使用者(4)的特定位置或者作用在所述使用者(4)上的力/力矩，且所述控制被分成高频部分和低频部分，由此所述驱动单元(Aa、Ab、Ac、Ad)主要控制低频部分，且所述另外的驱动单元(Ata、Atb、Atc、Atd)主要控制高频部分。
36.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，在所述第一偏转装置或第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)与相应的所述驱动单元(Aa、Ab、Ac、Ad)之间存在一个或多个另外的偏转装置(S1、S2)。
37.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备的所有驱动单元不包括任何电动机。
38.根据权利要求1至37中任一项所述的设备，所述设备用于受试者的运动康复。
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