CN112601638A - 用于支持用户的至少一个手臂的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于支持用户的至少一个手臂的装置，其中，所述装置具有：a.至少一个手臂支撑元件，所述手臂支撑元件分别具有用于安置在相应的手臂上的手臂护套；b.至少一个被动的执行器，i.所述执行器设置用于将力施加给所述手臂支撑元件的至少一个手臂支撑元件；和c.用于要施加的力的至少一个支架，i.所述支架具有至少一个力传递元件和支架元件；其中，所述装置具有至少一个力作用杠杆，所述力作用杠杆与所述手臂支撑元件中的一个手臂支撑元件或力传递元件无相对转动地连接并且与该手臂支撑元件或所述力传递元件围成一角度并且作用于至少一个被动的执行器，其中，所述角度能够被调节。

Description

用于支持用户的至少一个手臂的装置

技术领域

本发明涉及一种用于支持用户的至少一个手臂的装置，其中，所述装置具有：至少一个手臂支撑元件，所述手臂支撑元件分别具有用于安置在相应的手臂上的手臂护套；至少一个被动的执行器，所述执行器设置用于将力施加给所述手臂支撑元件中的至少一个手臂支撑元件；和用于要施加的力的至少一个支架，所述支架具有至少一个力传递元件和支架元件，其中，所述装置具有至少一个力作用杠杆，所述力作用杠杆与所述手臂支撑元件中的一个手臂支撑元件或力传递元件无相对转动地连接并且围成一角度，至少一个被动的执行器作用于所述力作用杠杆。

背景技术

所述装置例如由未公开的DE 10 2017 112 436已知。

能支持所述手臂的装置由不同的文献已知。在US 2016/0081871 A1中描述的装置例如具有支架元件，所述支架元件以围绕用户的躯干的皮带的形式构造。两个沿着背延伸到肩的支杆位于所述支架元件上，所述支杆在用户的肩的上方和侧面附近通过相应的关节连接，从而所述手臂可以被抬起。在此涉及力传递元件。弹簧元件布置在相应的关节上，通过所述弹簧元件可以将指向上的力施加给手臂护套，从而例如在抬起重物时或者在高于头工作时可以支持所述手臂。如果所述手臂应该放下，则通过所述手臂必须将压力施加给手臂护套，所述压力大于由弹簧元件施加的力，从而使所述手臂放下。

由WO 2014/0093804 A1和US 9,427,865 B2已知了一种类似的装置，其中，分别设置弹簧、特别是拉力弹簧作为机械蓄能器，所述机械蓄能器用作被动的执行器，所述弹簧与鲍登线连接。鲍登线通过导向轮引导，从而在手臂摆动时，这意味着手臂支撑元件相对于支架元件运动，弹簧被拉长，从而机械蓄能器被加载能量。

由EP 3 156 193 A1已知了一种主动的装置，在高于头工作时支持所述手臂。手臂护套通过多个不同的关节和连接框元件彼此连接。由此应该也通过安置的装置实现尽可能多的、肩关节可进行的运动。然而所述装置由于大量元件而是结构上极大耗费的并且是昂贵的。特别是在抬起重物时或者在高于头工作时进行支持的其他支持装置由WO 2014/195373 A1和US 2016/339583 A1已知。

在所有提及的装置的情况中不利的是，虽然能由至少一个被动的执行器施加给手臂支撑元件的力必要时与手臂支撑元件和力传递元件之间的角度相关，并且所述力的大小必要时是能调节的，但是力变化曲线由相应的装置的结构确定。

当所述装置应先后由两个不同身高的用户使用时，这例如是不利的。身高较低的用户为了在确定的工件上工作而必须完全高于头地抬起手臂，而身高较高的用户必须仅仅部分地抬起手臂。此外当单个用户应在不同的高度上实施不同的动作或者所述装置的用户的强壮程度是不同的，从而所述用户需要不同强度的支持时，来自现有技术的结构是不利的。因此本发明的任务在于，消除或者至少减小所述缺点。

发明内容

本发明的任务通过一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于支持用户的至少一个手臂的装置，由此所述装置的特征在于，能够调节力作用杠杆和手臂支撑元件之间或者力作用杠杆和力传递元件之间的角度。

通过至少一个被动的执行器可以将力施加给手臂支撑元件，其中，该力作用于力作用杠杆。在第一构型中，力作用杠杆与所述手臂支撑元件中的一个手臂支撑元件无相对转动地连接，能由执行器施加的力应该被施加给该手臂支撑元件。在这种情况中，执行器可以例如是弹簧或弹性元件，所述执行器的一个端部例如布置在支架上。另一个端部作用于力作用杠杆。有利地，手臂支撑元件能摆动地布置在力传递元件上。因为在所述第一构型中力传递杠杆无相对转动地布置在手臂元件上，所以力传递杠杆也能摆动地固定在力传递元件上。因此，通过由被动的执行器作用于力传递杠杆的力将扭矩施加给手臂支撑元件并且由此施加支持力。当力传递杠杆垂直于作用力的方向时，所述扭矩是最大的。

如果这种装置的用户抬起手臂，则手臂支撑元件和由此与其无相对转动地连接的力作用杠杆也绕着力传递元件摆动。因此力作用杠杆和力传递元件之间的角度改变。力作用杠杆和能由至少一个被动的执行器施加的力的作用方向之间的角度也同时改变。在手臂的确定的位态中，力作用杠杆垂直于作用力的方向。由执行器施加给力作用杠杆并且由此施加给手臂支撑元件的扭矩此时是最大的，并且由此用于手臂和手臂支撑元件的支持力是最大的。

根据本发明在此设置，手臂支撑元件和力作用杠杆之间的角度能够被调节。所述角度可以因此改变并且能够至少两级地、优选地多级地、特别是优选地无级地被固定，从而实现力作用杠杆和手臂支撑元件之间的无相对转动的连接。通过调节所述角度可以改变用户的手臂的位置，在该位置中力作用杠杆垂直于能由至少一个执行器施加的力。

在一个另外的实施方式中，力作用杠杆无相对转动地固定在力传递元件上。也在这种情况中，执行器可以例如是弹簧或弹性元件，然而所述执行器的一个端部在此不是布置在力传递元件或支架上，而是与手臂支撑元件连接。执行器以另一个端部与力作用杠杆连接。也在这种情况中可以通过至少一个被动的执行器将扭矩施加给力作用杠杆，从而将支持力施加给手臂支撑元件。也在这种情况中有利的是，手臂支撑元件能转动地布置在力传递元件上。

也在这个构型中，当力作用杠杆和能由执行器施加的作用力之间的角度是90°时，由至少一个被动的执行器产生的扭矩并且由此能施加给手臂支撑元件的力是最大的。如果力作用杠杆和力传递元件之间的角度在此能够被调节，则也可以在这个构型中改变这个位置，在该位置中扭矩并且由此支持力是最大的。

如果关于本申请文件谈及力作用杠杆的方向或构件和力作用杠杆之间的角度，则该方向始终理解为从力作用点至旋转点的方向，所述力作用点也就是能由执行器施加的力作用于力作用杠杆的点，手臂支撑元件能够绕着旋转点相对于力传递元件摆动。

在本发明的一个优选的构型中，力作用杠杆能够处于第一状态和第二状态中，在所述第一状态中所述力作用杠杆能够相对于手臂支撑元件和力传递元件摆动，在所述第二状态中所述力作用杠杆与手臂支撑元件或力传递元件无相对转动地布置。在力作用杠杆处于第一状态中期间，力作用杠杆和手臂支撑元件之间的角度或者力作用杠杆和力传递元件之间的角度能够被调节。所述角度可以通过力作用杠杆的摆动来改变。如果调节到期望的角度，则将力作用杠杆转换到第二状态中，从而所述力作用杠杆不再能够相对于手臂支撑元件和力传递元件转动。

优选地，所述装置具有两个手臂支撑元件，所述手臂支撑元件分别具有用于安置在用户的相应的手臂上的手臂护套。

在一个优选的构型中，力传递元件和/或手臂支撑元件具有两个构件，所述构件通过摆动关节彼此连接，从而所述两个构件之间的角度能够被调节。有利地，摆动关节能够被松开和固定。通过摆动关节的所述构型可以改变力传递元件的方向。力传递元件的方向例如重要地用于确定力传递元件和力作用杠杆之间的角度，所述力传递元件的方向是旋转点和支承点之间的方向，手臂支撑元件能够绕着所述旋转点相对于力传递元件摆动，力传递元件在支承点处布置在支架元件上。

在一个优选的构型中，支架的支架元件例如是髋皮带，所述髋皮带由所述装置的用户围绕髋或腹部佩戴。力传递元件例如是由一个或多个构件构成的杆，其中，一个或多个摆动关节可以布置在所述杆的多个构件之间，各个构件之间的角度能够通过所述摆动关节被调节然而也能够被固定。所述力传递元件以一个端部固定在支架元件上。手臂支撑元件在另一个端部处能绕着摆动关节摆动地布置，所述手臂支撑元件可以例如是呈下述杆形式的间距元件，该杆例如能伸缩地或者不能伸缩地构造。所有用于确定根据本发明应能调节的角度的方向朝向所述摆动关节的相应的旋转点的方向指向。如果力作用杠杆与手臂支撑元件无相对转动地连接，则在一方面在力作用杠杆上的力作用点和摆动关节的旋转点之间的方向与另一方面力传递元件的方向之间形成角度，所述力传递元件的方向通过一方面摆动关节的旋转点和另一方面支承点之间的连接线形成，力传递元件在所述支承点处定位在支架上。

然而如果力作用杠杆与力传递元件无相对转动地连接，则角度在一方面力作用杠杆的方向与手臂支撑元件的方向之间被确定，所述力作用杠杆的方向也就是力作用点和摆动关节的旋转点之间的方向，所述手臂支撑元件的方向也就是可放入手臂的手臂护套与在手臂支撑元件和力传递元件之间的摆动关节的旋转点之间的方向。

优选地，力传递元件具有至少一个第一构件和第二构件，所述第一构件和第二构件通过关节彼此连接。特别有利地，第一构件和/或第二构件是杆或棒，所述杆或棒通过铰链或摆动关节彼此连接，所述铰链或摆动关节具有唯一的摆动轴。通过力传递元件、即支架的部件有利地能够传递压力。手臂支撑元件应该通过从下作用的力被支持。力传递元件应该将相应的反作用力传递到支架元件中，从而必须可以传递压力。如果这被确保，则通过力传递元件的两个构件铰接地布置在彼此上实现根据用户的运动和/或位置最优地构造力传递元件。力传递元件的这两个构件可以相对于彼此新地定向，其方式是，使所述构件中的一个构件相对于所述构件中的另一个构件绕着摆动关节摆动。由此，支架元件和支撑元件之间的间距可以改变并且适配用户的相应的位置和/或运动。

特别优选地，第一构件和/或第二构件能改变长度地构造。在此相应地能改变长度的构件可以构造为伸缩杆。所述装置能够以所述方式特别容易地适配不同身高的用户，其方式是，通过所述构件中的至少一个构件可伸缩性或长度可变性也可以调节力传递元件的总长度。特别优选地，能改变长度的第一构件和/或能改变长度的第二构件在其长度上能够在不同的位置上、优选地无级地被改变，然而也能够被锁定，从而可以调节到单次期望的长度并且然后在不松开相应的固定机构的情况下不再能够被改变。

有利地，关节是具有摆动轴的摆动关节。

在一个特别优选的构型中，第一构件和/或第二构件这样与关节连接，以使得相应的构件能够绕着其纵向轴线相对于所述关节运动。有利地，手臂支撑元件位于所述两个构件中的一个背离支架元件的构件的上端部上。手臂支撑元件和特别是手臂支撑元件的间距元件有利地能摆动地布置在力传递元件的相应的构件上。如果手臂支撑元件所位于的构件相对于第一构件和第二构件之间的关节能绕着该构件的纵向轴线转动地构造，则手臂支撑元件也可以能绕着相应的构件的纵向轴线转动地构造。由此能实现继续地运动，从而手臂支撑元件的位置并且特别是相应的力传递元件的延伸和必要时形状可以适配所述装置的用户的位置和/或运动。

有利地，力传递元件能转动地和/或能摆动地布置在支架元件上。力传递元件为此可以例如通过铰链、球窝关节或者其他关节固定在支架元件上或者例如以力传递元件的一个端部置入或插入到为此设置的在支架元件上的袋槽或保持装置中。在一个特别优选的构型中，因此力传递元件的所述构件中的一个构件能转动地和/或能摆动地布置在支架元件上，并且相应的构件能绕着其自己的纵向轴线相对于关节转动地布置，相应的构件通过关节与力传递元件的相应的另一个构件连接。特别优选地，所述另一个构件也能绕着其自己的纵向轴线转动地固定在两个构件之间的关节上。由此，力传递元件的构件能够相对于彼此、相对于支架元件并且优选地也相对于手臂支撑元件全面地运动。手臂支撑元件具有手臂夹板，手臂被放入到所述手臂夹板中。通过力传递元件的能多面定位的和能转动的以及能摆动的设计方案可以使所述手臂夹板处于多个不同的位置中，由此可以不仅实现实际的肩关节、即球窝关节的运动，而且能实现导致整个肩运动的其他运动。

优选地，支架元件是用于安置在用户的躯干上的贴靠元件。所述贴靠元件可以是皮带、腰带、绷带或护套元件并且可以有利地集成到衣物、例如裤子或马甲中。取而代之或者除此之外，支架元件具有用于安置在用户的肩上的肩元件。

优选地，力传递元件具有多个、优选地面状地构造的子元件，所述子元件构造为能够相对彼此移动。所述子元件优选地是弯曲的并且特别优选地至少部分地具有相同的曲率半径。所述子元件可以例如圆弧形地构造。所述子元件具有第一延伸方向，所述第一延伸方向大于垂直于其延伸的第二延伸方向。子元件构造为能够沿着所述第一延伸方向相对彼此移动，从而通过移动至少两个子元件可以调节力传递元件的长度和总弯曲角度。如果力传递元件由多于两个、例如三个、四个或五个子元件构成，所述子元件分别成对地能在彼此上移动地布置，力传递元件的总弯曲角度可以至少部分地、然而优选地完全与力传递元件的长度无关地来调节。对此有利的是，移动的子元件在安置在彼此上且能相对彼此移动的区域中具有相同的弯曲半径，然而此外具有不同的弯曲半径。

子元件优选地由金属、例如钢或塑料或纤维增强塑料、特别是碳纤维增强塑料构成。

附图说明

下面借助附图详细地说明本发明的一些实施例。附图中：

图1示出本发明的第一实施例的示意图，

图2示出本发明的一个另外的实施例的示意图，

图3示出一个另外的实施例的示意图，

图4示出本发明的在安置状态中的实施例的示意图，

图5示出一个实施例的一个另外的示意图，

图6示出本发明的一个另外的实施例的示意图，

图7示出本发明的一个另外的实施例的示意图，

图8示出图7的部分的放大图，和

图9和10示出由三个子元件构成的力传递元件的示意图。

具体实施方式

图1示出用于支持用户的手臂的装置，所述装置具有手臂支撑元件2和支架8，所述手臂支撑元件具有间距元件4以及手臂护套6，所述支架在示出的实施例中具有力传递元件10以及支架元件12。所述装置还具有呈弹性元件形式的被动的执行器14。

手臂支撑元件2能绕着也可称为旋转轴的摆动轴16摆动地固定在支架8的力传递元件10上。此外，力作用杠杆18无相对转动地布置在手臂支撑元件2上，力作用点20位于所述力作用杠杆上，能由被动的执行器14施加的力作用于所述力作用点。

力作用杠杆18能够处于两个状态中。所述力作用杠杆在示出的实施例中处于第一状态中，其方式是，所述力作用杠杆在手臂支撑元件2上并且特别是在间距元件4上无相对转动地布置。然而所述力作用杠杆能够处于第二状态中，其方式是，所述力作用杠杆相对于手臂支撑元件2的间距元件4能摆动地布置。以所述方式可以调节力作用杠杆18和手臂支撑元件2之间的角度。所述角度在此在两个方向之间形成。一个方向是力作用杠杆18的方向，该方向是在力作用点20和摆动轴16之间的方向。用于确定角度所需的第二方向是手臂支撑元件2的方向。该方向是在手臂护套6和摆动轴16之间的方向，手臂被放入所述手臂护套中。

力传递元件10以在示出的实施例中形成支承点的下端部22定位在袋槽24中，所述袋槽布置在支架元件12中。被动的执行器14的下端部通过牵拉元件26布置在支架元件12上。以所述方式将由被动的执行器14传递到力作用杠杆18的力通过支架8传递到用户的身体。下端部22能够在袋槽24中摆动和转动，从而可以实现支架8对于手臂的每个位置的最优定位。

图2示出一个替换的构型。该构型也具有手臂支撑元件2和支架8以及被动的执行器14，所述手臂支撑元件具有间距元件4和手臂护套6，所述支架具有力传递元件10和支架元件12。与图1中示出的实施方式不同地，在手臂支撑元件2的间距元件4和力作用杠杆18之间布置一个另外的摆动关节28，所述另外的摆动关节构造能够摆动然而也能够被固定。通过改变摆动关节的角度可以调节力作用杠杆18和间距元件4之间的角度，从而手臂并且由此手臂护套6的位置在此也设计为能够被调节，在该位置中由被动的执行器14传递到力作用杠杆18上的力并且由此支持力也是最大的。

图3示出一个替换的实施方式。在图1和2中示出的实施方式中不同地，力作用杠杆18在此与力传递元件10无相对转动地连接。被动的执行器14以弹性元件的形式布置在力作用杠杆18和手臂支撑元件2的一个元件之间。手臂支撑元件2的间距元件4又能绕着摆动轴16摆动地布置在力传递元件10上。所述力传递元件的下端部22又定位在支架元件12的袋槽24中。

力作用杠杆18和力传递元件10之间的角度在示出的实施例中构造为能够被调节以及能够被固定。以所述方式可以特别是调节手臂并且由此手臂支撑元件2的位置，在该位置中由被动的执行器14施加的力是最大的。

图4示出本发明的在安置状态中的类似于出自图3的实施例的构型。支架元件12围绕佩戴者的髋布置。手臂支撑元件2的间距元件4能绕着摆动轴16摆动地布置在力传递元件10上。被动的执行器14如同在图3中那样地构造。

图5示出在摆动状态中的出自图3的构型。可以看到，手臂支撑元件2的间距元件4以及力传递元件10之间的角度围绕摆动轴16被改变。通过根据本发明的角度可调节性能实现，在示出的实施例中与力传递元件10无相对转动地连接的力作用杠杆18可以处于示出的位置中，在该位置中所述力作用杠杆也相对于力传递元件10绕着摆动轴16摆动。对此有利的是，力作用杠杆18能够处于第一状态中和第二状态中，其中，所述力作用杠杆在第一状态中能够相对于力传递元件10并且相对于间距元件4摆动。

图6示出一个替换的构型。力传递元件10具有第一构件30以及第二构件32，所述第一构件以及第二构件能绕着摆动关节34摆动地布置在彼此上。在此，第一构件30和第二构件32之间的角度能够通过摆动关节34被调节和被固定，从而一次实现的位置可以通过摆动关节34锁定。手臂支撑元件2的间距元件4能绕着摆动轴16相对于第二构件32移动地布置。

因为力作用杠杆18相对于第二构件32无相对转动地布置，所以通过使第二构件32相对于第一构件30绕着摆动关节34摆动也可以调节力作用杠杆18和第一构件30之间的角度。

在图7中示出一个替换的实施方式。在此，手臂支撑元件2的间距元件4又能够相对于力传递元件10绕着摆动轴16摆动。力作用杠杆18与力传递元件10无相对转动地然而能调节地连接。为此存在摆动关节34，从而所述角度能够被调节。被动的执行器14从力作用点20延伸直至在手臂护套6的区域中的元件。图8示出一个放大区域。可看到被动的执行器14，所述执行器布置在可滑动的滚轮36上。所述滚轮可以在长形孔38中移动，其方式是，改变绳索元件40。绳索元件40的第一端部布置在盘元件42上，所述盘元件是手臂支撑元件2的部分。绳索元件40围绕滚轮36和盘元件42延伸并且在示出的实施例中通过插销44固定，所述插销插入到孔46中。

如果插销44从图8中示出的状态松开并且插入到其他布置在左边的孔46中的一个孔中，这导致滚轮36在长形孔38中在示出的实施例中向右移动。由此使被动的执行器14张紧并且由此增大作用于力作用杠杆18的力。

图9和10分别示出力传递元件10，所述力传递元件相应地由三个子元件48构成。三个子元件48相应地通过两个连接元件成对地彼此耦合并且在这个区域中具有相同的弯曲半径。所述子元件由此可以相对彼此移动。由此，图9和10示出的不同的弯曲半径可以在两个方向之间实现，力传递元件在其端部处在两个方向上延伸。特别是通过移动下方的两个子元件48可以调节力传递元件的长度，所述下方的两个子元件在安置在彼此上的区域中直地构造。

附图标记列表

2 手臂支撑元件

4 间距元件

6 手臂护套

8 支架

10 力传递元件

12 支架元件

14 被动的执行器

16 摆动轴

18 力作用杠杆

20 力作用点

22 下端部

24 袋槽

26 牵拉元件

28 摆动关节

30 第一构件

32 第二构件

34 摆动关节

36 滚轮

38 长形孔

40 绳索元件

42 盘元件

44 插销

46 孔

48 子元件。

Claims (9)

1.一种用于支持用户的至少一个手臂的装置，其中，所述装置具有：

a.至少一个手臂支撑元件(2，4)，所述手臂支撑元件分别具有用于安置在相应的手臂上的手臂护套(6)；

b.至少一个被动的执行器(14)，

i.所述执行器设置用于将力施加给所述手臂支撑元件(2，4)中的至少一个手臂支撑元件；和

c.用于要施加的力的至少一个支架(8)，

i.所述支架具有至少一个力传递元件(10)和支架元件(8)；

其中，所述装置具有至少一个力作用杠杆(18)，所述力作用杠杆与所述手臂支撑元件(2，4)中的一个手臂支撑元件或所述力传递元件(10)无相对转动地连接并且与该手臂支撑元件或所述力传递元件围成一角度，并且所述至少一个被动的执行器(14)作用于所述力作用杠杆，其特征在于，所述角度能够被调节。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述力作用杠杆(18)能够处于第一状态和第二状态中，在所述第一状态中所述力作用杠杆能够相对于所述手臂支撑元件(2，4)和所述力传递元件(10)摆动，在所述第二状态中所述力作用杠杆与所述手臂支撑元件(2，4)或所述力传递元件(10)无相对转动地布置。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置具有两个手臂支撑元件(2，4)，所述手臂支撑元件分别具有用于安置在用户的相应的手臂上的手臂护套(6)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述力传递元件(10)和/或所述手臂支撑元件(2，4)具有两个构件(30，32)，所述构件通过摆动关节(28)连接，从而所述构件(30，32)之间的角度能够被调节。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述摆动关节(26)能够被松开和固定。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述执行器(14)在力作用点处作用于所述力作用杠杆(18)，所述力作用点(20)能够移动。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的装置，其特征在于，第一构件(30)和/或第二构件(32)能改变长度地构造，特别是伸缩杆。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一构件(30)和/或所述第二构件(32)与所述关节连接，以使得相应的构件(30，32)能够绕着其纵向轴线相对于所述关节运动。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述力传递元件(10)能转动地和/或能摆动地布置在所述支架元件(12)上。

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