CN109952079B - 用于支持臂的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于支持使用者的至少一个臂的装置，其中，所述装置包括：用于布置在所述使用者的躯干(4)上的至少一个基体(2)和用于支撑所述臂的至少一个支撑机构(8)，其中，所述支撑机构(8)通过至少一个铰节(10)以相对于所述基体(2)可运动的方式布置在所述基体(2)上，其中，所述铰节(10)在所述支撑机构(8)处于相对于所述基体(2)的预定位置范围内的任何位置中时允许所述支撑机构(8)相对于所述基体(2)在第一方向上运动而阻止其在相反的第二方向上运动。

Description

用于支持臂的装置

技术领域

本发明涉及一种用于支持使用者的至少一个臂的装置，其中，所述装置具有用于布置在使用者的躯干上的至少一个基体和用于支撑臂的至少一个支撑机构，其中，所述支撑机构通过至少一个铰节相对于所述基体可运动地布置在基体上。

背景技术

通过这种装置，该装置的佩戴者的臂被支撑和/或引导，这尤其对于必须通过头或者用伸展和/或抬起的臂工作的人而言是有利的。为了在这里实现减负荷，以便这些人不必长时间由纯肌肉力抵抗作用的重力，一段时间时间以来已知矫形外科技术装置，通过这种装置应使至少一个臂减负荷和受支撑。这种装置也可以构造为矫形外科技术装置。

因此，例如从WO2012/099995A2已知这样的装置，所述装置具有臂搁存支撑件和相应的补偿元件，所述补偿元件可以具有例如张紧的弹簧并由此永久地施加力到上臂上，所述力向上压上臂。由此使在否则非常不舒服的该位置中的工作变得容易。由弹簧元件施加的力用于补偿臂的自重。通过改变所使用的弹簧的张力，可以在使用矫形外科技术装置之前调节所施加的力，以便例如能够考虑不同佩戴者的需要。

从WO2014/195373A1中已知一种装置，该装置设置为用于支持该装置的佩戴者举升和携带负重。该装置具有被动的力施加元件，例如板簧，和/或具有例如通过马达驱动的促动器，所述促动器例如可用于使特定的支撑元件彼此固定并抑制否则可能发生的铰接式运动。

从未在先公开的DE 10 2016 104 880中已知一种支持装置，在该支持装置中，通过该装置施加在佩戴者的臂上的力根据该装置的佩戴者的头的位置来调节。

在现有技术中已知的大多数装置中，支持效果通过如下方式引起：永久地施加力到待支撑的臂上。这一方面意味着，为了使臂运动必须在相应的相反方向上克服该力，另一方面意味着，也在臂抬起的状态中还继续将该力施加到该臂上，即使在该装置的佩戴者不想继续改变臂的位置的情况下。这可能被感觉为干扰和不舒服。

发明内容

因此，本发明的目的是，消除或至少减轻现有技术的缺点。

本发明通过根据本发明的装置实现此目的，所述装置特征在于，所述铰节在所述支撑机构处于相对于基体的预定位置范围内的任何位置中时允许支撑机构相对于所述基体在第一方向上运动而阻止其在相反的第二方向上运动。

因此，尤其与WO2012/099995A2中地，没有在装置的佩戴者的臂上施加持久力，而是在一个运动方向上锁止铰节。例如用抬起的臂工作的使用者因此可以将至少一个臂搁放在至少一个支撑机构上，而支撑机构不会此运动，如果该铰节设置成阻止在该方向上的运动。然而可以没有问题地进一步抬升臂，因为铰节允许该方向上的运动。

有利地，铰节可以被解锁，使得其允许支撑机构相对于基体在第一方向上和第二方向上运动。这是有利的，如果例如要脱下该装置或者利用抬起和/或伸展的臂进行的工作已结束。在这种情况下必须能够实现，例如降低臂并因此使铰节在原本闭锁的第二运动方向上运动。对于这种情况，铰节可以在第二运行模式中运行，在该第二运行模式中，铰节被解锁并允许在两个方向上运动。

在一个优选构型中，铰节具有轴和与轴共同作用的卷簧。有利地，铰节能够围绕其进行旋转的旋转轴线沿着轴的对称轴线、即轴的纵长延伸段延伸。在此，允许沿第一方向旋转，而在相反的第二方向上的旋转被铰节阻止。这通过卷簧以结构上非常简单的方式完成，该卷簧优选围绕该轴在外部安置。卷簧有利地由多个圈组成，所述圈围绕所述轴并且与轴接触。由于在卷簧的材料和所述铰节的轴的外侧之间存在的摩擦，在支撑机构相对于基体枢转(这导致轴相对于卷簧运动)时，施加力到卷簧上。如果在第一方向上进行运动，则这导致卷簧的直径稍微扩大并且因此允许轴相对于卷簧运动。但是，所述至少一个支撑机构相对于基体在相反方向上的枢转引起，通过摩擦施加到卷簧上的力导致卷簧的横截面减小，由此，由卷簧施加到轴上的夹紧作用被加强。在该方向上施加的扭矩或在该方向上施加的力越大，则仅由轴和卷簧之间的摩擦引起的制动效果越强。这是一种自增强的制动。在该构型中，对于铰节在该模式中的运行而言不需要电子控制装置或传感器。

通过铰节，所述至少一个支撑机构与基体连接。与基体连接的构件和与支撑机构连接的第二构件因此构成铰节，其中，只要支撑机构相对于基体运动，所述铰节的两个构件就相对彼此运动。轴在此与两个构件中的一个不相对旋转地连接，即要么与基体连接、要么与支撑机构连接，而卷簧与对应的另一构件不相对旋转地连接。优选，该轴与支撑机构不相对旋转地连接而卷簧与基体不相对旋转地连接。

优选地，该装置具有促动器，该促动器设置为用于扩张环圈并因此解锁铰节。为此，卷簧有利地具有操纵突头，所述操纵突头径向向外从卷簧的对称轴线和位于卷簧中的轴的对称轴线突出。如果现在在关于该轴线而言的切线方向上施加压力到该突头上，则这导致卷簧的直径正好如此程度地扩张，使得自增强的制动效果被消除，从而在这种状态中铰节允许轴相对于卷簧运动，进而也允许所述至少一个支撑机构相对于基体在两个方向上运动。促动器可以例如是销、栓或棒，所述销、栓或棒例如纵向运动并因而施加所需的压力到卷簧的突头上。

对此替换地或附加地，铰节具有磁流变液体和至少一个磁场产生机构、例如电磁体，所述电磁体布置为使得由电磁体产生的磁场至少也作用到磁流变液体的一部分上。磁场产生机构尤其具有由导电材料制成的线圈，所述线圈的电磁特性由于加载电流而改变。

磁流变液体是其粘度在磁场影响下发生变化的液体。通常，磁流变液体的粘度随着磁场的增强而增大，从而液体流动性降低。通过至少一个磁场产生机构，可以产生可控磁场，从而也可以调节磁流变液体的粘度。以这种方式，例如可以设计一种铰节，在该铰节中可以影响扭矩传递。因此，例如可以通过接通或关断磁场来闭锁或解锁。例如在DE 10 2010055833 A1中描述了这种铰节的实施例。

有利地，该装置具有至少一个方向传感器和电控制装置，所述方向传感器用于确定所述支撑机构相对于所述基体应该运动的方向，所述电控制装置设置为用于根据至少一个方向传感器的传感器数据操控磁场产生机构并从而影响所产生的磁场和按照所需的强度和必要时按照所需的方向调整磁场。为了确定支撑机构相对于基体的运动，例如可以使用至少一个扭矩传感器和/或至少一个弯曲传感器。对此替代地或附加地，也可以使用至少一个加速度传感器、倾斜传感器和/或惯性传感器。通过至少一个力传感器和/或压力传感器，优选测量施加到支撑机构上、尤其施加到支撑机构的臂套上的力。通过这些和/或其他的传感器，可以推断出装置的使用者所希望的或已实施的运动，然后将所述推断用于控制。

因此，传感器能够确定至少一个支撑机构相对于基体要由装置的使用者所运动的方向。因此例如可以确定由使用者施加在支撑机构上的力的正负号。如果支撑机构在此应该在第一方向上相对于基体运动，在所述第一方向上所述铰节允许运动，则调整供应给电磁体的电流，使得磁流变液体具有允许铰节运动的粘度。根据铰节的结构实际而定，这可能意味着接通或关断电流。然而如果传感器识别到将会导致所述支撑机构相对于基体在第二方向上运动的力，在所述第二方向上运动应该被阻止，则电控制装置设置为用于这样操控磁场产生机构：使得磁流变液体的粘度被影响，以致铰节被闭锁。

如果铰节应完全解锁，以允许在两个方向上运动，则仅须相应地适配电控制装置的运行模式。

有利地，电控制装置设置为根据传感器数据调整和/或改变电流的电流强度。这例如可以如下方式实现：通过传感器不仅可以求得或确定由使用者施加到支撑机构上的力的正负号，而且可以求得或确定该力的量值。根据引起第二方向上的运动的力的强度而定，电控制装置也可以相应地适配对电磁体加载的电流的强度，以可靠地确保阻止在第二方向上的运动。如果装置的使用者例如仅将他的臂搁放在支撑机构上，则这将导致作用在支撑机构上的力会引起支撑机构的降低。传感器探测到这一点并且电控制装置控制用于电磁体的电流，使得铰节在该方向上被闭锁。为此需要与臂的重量相关的电流强度。然而，如果该装置的使用者在这样做时附加地例如在手中带有工具，则作用在支撑机构上的重量进而施加的力明显大于没有工具的情况。因此，可能有利的是，也提高供应给电磁体的电流的强度。

一般性地，如果在装置常规运行中出现的力不足以允许第二方向上的运动，则认为该运动被阻止。

在该装置的一个优选构型中，磁流变液体位于铰节的两个相对彼此可运动的构件之间的间隙和/或通道中。在此，相对小的层厚度、例如小于1mm、优选小于0.5mm的层厚度足以能够进行控制。在铰节运动时，当铰节的两个可相对彼此移动或转动的构件相对彼此运动时，重力自然出现在磁流变液体中。如果磁流变液体的粘度小，即流动性特别高，则磁流变液体可以说在两个相对彼此运动的构件之间起到润滑剂，并且不限制或几乎不限制该运动。然而如果粘度特别高，则其锁止两个构件相对彼此的运动，从而以这种方式以相对较小的电流可以实现对铰节的非常有效果和高效率的闭锁。

有利地，该装置具有至少一个永磁体，所述永磁体的磁场至少也作用于磁流变液体的一部分上。磁流变液体的粘度通过永磁体的磁场提高，从而在没有电流的情况下铰节被闭锁。如果现在电磁体被加载电流，这根据由此产生的磁场的方向而定要么增强闭锁、要么减小作用到液体上的磁场，例如当传感器探测到扭矩的作用特别强时所述增强闭锁是有利的，通过减小作用到液体上的磁场可使铰节在这个运动方向上被解锁。

在这里描述的所有实施例中，另一个优点是，铰节在负荷状态中也可以解锁。这尤其在工作场所使用时是有利的，因为在解锁之前不必进行不自然的额外运动来使铰节去负荷。

为了完全解锁铰节并切换到第二运行模式中，可以实现多种可能性。因此例如可能的是，例如通过将两个手指彼此贴靠在一起来闭合例如可能在佩戴的手套中存在的电接触，因而给出解锁铰节的信号。由此例如可以操纵作用在卷簧的突头上的促动器。当然其他控制的可能性也是可能的，例如通过身体部分、例如头的运动，或通过语音控制。

有利地，该铰节具有至少一个自由轮和/或棘轮机构，通过所述自由轮和/或棘轮机构实现了铰节在至少一个方向上可以自由运动。当然，这种自由轮或棘轮机构也可以与磁流变液体和/或电流变液体结合。

如果使用永磁体，用于例如对磁流变液体永久地加载以磁场，则永磁体也可以为了控制铰节而运动，例如旋转，使得由永磁体所产生的磁场的作用在磁流变液体上的部分发生变化，并且因此铰节可以被切换。当然，这也可以考虑被用于具有电场产生机构的电流变液体。

有利地，铰节具有电流变液体和至少一个用于产生电场的电场产生机构，该电场产生机构布置成使得由电场产生机构产生的电场至少也作用于电流变液体的一部分上。

附图说明

借助于附图更详细地解释本发明的实施例。附图示出：

图1处于佩戴状态中的根据本发明第一实施例的矫形外科技术装置，

图2根据本发明另一实施例的用于矫形外科技术装置的铰节的示意图，

图3从不同的角度看的图2所示铰节，

图4图3的具有支撑机构的一部分的视图，

图5从另一角度看的图4所示视图，

图6铰节的示意性剖视图。

具体实施方式

图1示出了处于佩戴状态中的根据本发明第一实施例的矫形外科技术装置。它具有基体2，所述基体以带和固定杆的形式构造并且布置在该装置的佩戴者的躯干4上。通过腰带6实现了所需的稳定性。腰带同时用作力导入元件。

该装置具有两个支撑机构8，所述支撑机构分别具有铰节10，在铰节10上布置有伸缩杆12。滑块元件14位于伸缩杆上，臂套16位于滑块元件上。

图1中左边所示的臂在抬起状态中示出。伸缩杆12是缩回的，因此滑块元件14的位置相对靠近佩戴者的肩部。臂从该位置降低将导致铰节10中的枢转，所述枢转相当于在第二方向上的运动。只要铰节10没有解锁，该枢转就被铰节阻止。佩戴者佩戴头部元件18，所述头部元件在所示实施例中包含倾斜角度传感器。通过倾斜角度传感器可以确定佩戴者的头部的倾斜角度或位置。通过该传感器求得的数据，未示出的电控制装置能够将对应的铰节10从第一运行模式切换到第二运行模式中，在第一运行模式中仅允许铰节在第一方向上运动而阻止其在第二方向上运动，在第二运行模式中铰节被解锁并且允许在两个方向上运动。

图2示出了铰节10的放大视图。该铰节具有轴20，所述轴具有孔22，伸缩杆12可插入所述孔中。因此，轴20与支撑机构8不相对转动地连接。图2中所示的铰节10此外具有卷簧24，所述卷簧在外部围绕轴20延伸若干圈。该卷簧与构件26不相对转动地连接，所述构件建立与基体2的连接。

如果现在轴20绕其纵向轴线旋转，则通过卷簧24和轴20之间的摩擦产生施加到卷簧24上的力，所述力导致卷簧24的横截面、即圈的直径缩小或增大。由此，要么允许该运动，因为卷簧24的直径增大了，要么闭锁铰节，因为该运动会导致卷簧24的直径减小。

图2中所示的铰节10还具有促动器28，所述促动器具有销30，所述销30在所示的实施例中可以向右和向左运动。

在图3中示出，促动器28的销30与卷簧24的突头32共同作用。如果促动器28的销30运动，则突头32在示出的实施例中向左运动，这导致卷簧24的横截面增大并且因此导致铰节被释放。

图4示出来自图3的图示，具有布置在轴20上的伸缩杆12。滑块元件14位于伸缩杆上，所述滑块元件在伸缩杆12上安置成在两个止挡34之间可移动。

促动器28通过固定板36与构件26连接。通过长形孔38能够单独调节促动器28相对于构件26的位置，使得销30与突头32共同作用。

图5从另一角度示出了图4的布置。可以看到轴20，所述轴可旋转地位于构件26中。可移动地安置的滑块元件14位于伸缩杆12上，所述滑块元件的运动通过两个止挡34限界。图5中未示出的臂套16可以布置在滑块元件上。

图6示出了铰节10的示意性剖视图。可以看到孔22，所述孔位于轴20上，即铰节10的可旋转地安置的构件上。在构件26上存在凹陷，轴20的销布置在所述凹陷中。在终端处存在永磁体42。在构件26的内部存在空腔，在所述空腔中除了磁流变液体40外还存在磁场产生机构44，所述磁场产生机构例如可以是电磁体。在所示的实施例中，磁流变液体40暴露于永磁体42的磁场中，使得磁流变液体具有提高的粘度并从而具有较差的流动性。因此，铰节被闭锁，因为轴20不能相对于构件26运动。然而，如果通过磁场产生机构44构造与永磁体42的磁场相反的磁场，则两个磁场的效果相互抵消并且磁流变液体获得显著降低的粘度，从而得到改善的流动性，使得两个构件20，26可以相对彼此运动。磁流变液体40不仅处于上述空腔中，而且处于间隙48中。

附图标记列表

2 基体

4 躯干

6 腰带

8 支撑机构

10 铰节

12 伸缩杆

14 滑块元件

16 臂套

18 头部元件

20 轴

22 孔

24 卷簧

26 构件

28 促动器

30 销

32 突头

34 止挡

36 固定板

38 长形孔

40 磁流变单元

42 永磁体

44 磁场产生机构

48 间隙

Claims (10)

1.用于支持使用者的至少一个臂的装置，其中，所述装置具有：

-用于布置在所述使用者的躯干(4)上的至少一个基体(2)和

-用于支撑所述臂的至少一个支撑机构(8)，

其中，所述支撑机构(8)通过至少一个铰节(10)以相对于所述基体(2)可运动的方式布置在所述基体(2)上，

其特征在于，所述铰节(10)在所述支撑机构(8)处于相对于所述基体(2)的预定位置范围内的任何位置中时允许所述支撑机构(8)相对于所述基体(2)在第一方向上运动而闭锁其在相反的第二方向上运动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述铰节(10)能够被解锁，使得其允许所述支撑机构(8)相对于所述基体(2)在所述第一方向上和所述第二方向上运动。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述铰节(10)具有轴(20)和与所述轴(20)共同作用的卷簧(24)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，该装置具有促动器(28)，该促动器设置为用于扩张所述卷簧(24)并因而解锁所述铰节(10)。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述铰节(10)具有磁流变液体(40)和至少一个磁场产生机构(44)，所述磁场产生机构布置为使得由所述磁场产生机构(44)产生的磁场至少也作用到所述磁流变液体(40)的一部分上。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置具有至少一个方向传感器并具有电控制装置，所述方向传感器用于确定所述支撑机构(8)相对于所述基体(2)应该运动的方向，所述电控制装置设置为用于根据所述方向传感器的传感器数据操控所述磁场产生机构(44)。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电控制装置设置为根据所述传感器数据调节和/或改变能够由所述磁场产生机构(44)产生的磁场。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述磁流变液体(40)位于所述铰节(10)的两个相对彼此可运动的构件之间的间隙(48)和/或通道中。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置具有至少一个永磁体(42)，所述永磁体的磁场至少也作用于所述磁流变液体(40)的一部分上。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述至少一个磁场产生机构(44)包括至少一个电磁体。

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