DE102015101329A1

DE102015101329A1 - Unterstützungsvorrichtung zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person

Info

Publication number: DE102015101329A1
Application number: DE102015101329.0A
Authority: DE
Inventors: Jens P. Wulfsberg; c/o Airbus Operations GmbH Chromik Sven; c/o Airbus Operations GmbH Goehlich Alexander; Robert Weidner; Zhejun Yao
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2016-08-04
Also published as: CN105835021B; US10661434B2; CN105835021A; US20160221181A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Unterstützungsvorrichtung (1), insbesondere eine Montageunterstützungsvorrichtung zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person (11). Die Montageunterstützungsvorrichtung (1) weist eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen (13) auf, die dazu ausgeführt sind, ein Körperteil einer Person (11) zumindest teilweise zu umschließen, so dass die Mehrzahl der gelenkig miteinander verbundenen Elemente (13) zusammen eine flexible Hülle (14) des Körperteils der Person (11) bildet. Die flexible Hülle (14) ist dazu ausgeführt, zur Stabilisierung des Körperteils der Person (11) einen Anteil einer auf den Körperteil der Person (11) einwirkenden Last zu übertragen. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, an welchem eine Montageunterstützungsvorrichtung (1) befestigt ist sowie ein Verfahren zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person (11) bei der Montage eines Fahrzeugs.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Montage von Fahrzeugkomponenten. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Unterstützungsvorrichtung zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person sowie ein Fahrzeug, an welchem eine Unterstützungsvorrichtung befestigt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person bei der Montage eines Fahrzeugs.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Montage von Fahrzeugen, insbesondere von Luft- oder Raumfahrzeugen, werden vom Arbeitspersonal eine Vielzahl von Arbeitsschritten innerhalb und außerhalb des Rumpfs, Flügels und anderen Großkomponenten durchgeführt. Dabei werden zum Beispiel Nietverbindungen oder Schraubverbindungen gesetzt sowie elektrische oder hydraulische Versorgungsleitungen verlegt. Unter Umständen kann es vorkommen, dass das jeweilige Arbeitspersonal verschiedene Arbeitsschritte in schwer zugänglichen Bereichen des Rumpfs, Flügels und anderen Großkomponenten durchführen muss. Zudem werden oft unterschiedliche Werkzeuge und Bauteile bzw. Komponenten bei der Durchführung der verschiedenen Arbeitsschritte benötigt. Diese Werkzeuge und Bauteile bzw. Komponenten werden beim Montageprozess des Rumpfs, Flügels und anderen Großkomponenten stets erneut in die gewünschte Position gebracht, um die jeweilige Komponente an der dafür vorgesehenen Stelle anzubringen.
Auf dem Gebiet der Rumpfmontage finden verschiedene Konzepte Anwendung. US 8,266,778 B2 beschreibt zum Beispiel eine Montagevorrichtung zum Tragen eines Rumpfabschnitts eines Luft- oder Raumfahrzeugs in einer einstellbaren Montageposition mit mindestens einem Versteifungsbügel zur lösbaren Versteifung des Rumpfabschnitts und eine Drehlagerung, die den wenigstens einen Versteifungsbügel drehbar lagert.
US 2014/0145128 A1 beschreibt ein Verfahren zum Installieren eines Kabelbaums in einem Flugzeug. In dem Verfahren werden Kabel, die mit ersten Enden an dem Kabelbaum befestigt sind, sowie Wickelvorrichtungen verwendet. Die Kabel sind auf die Wickelvorrichtungen aufgewickelt, so dass durch Aufbringen einer Zugkraft an den Kabeln der Kabelbaum angehoben werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Montage eines Luft- oder Raumfahrzeugs effizient zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Beispielhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Unterstützungsvorrichtung zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person und/oder einer Pose der Person angegeben. Die Unterstützungsvorrichtung ist insbesondere eine Montageunterstützungsvorrichtung zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person und/oder einer Pose der Person. Die Unterstützungsvorrichtung bzw. die Montageunterstützungsvorrichtung weist eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen auf, welche dazu ausgeführt sind, einen Körperteil einer Person zumindest teilweise zu umschließen, so dass die Mehrzahl der gelenkig miteinander verbundenen Elemente zusammen eine flexible Hülle des Körperteils der Person bildet. Dabei ist die flexible Hülle ausgeführt, zur Stabilisierung des Körperteils der Person einen Anteil einer auf den Körperteil der Person einwirkenden Last zu übertragen. Dabei wird die Last zum Beispiel in einen zweiten Körperteil der Person übertragen.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die Montageunterstützungsvorrichtung schwerpunktmäßig am Beispiel eines Flugzeugrumpfs beschrieben, wobei die Montageunterstützungsvorrichtung auch im Allgemeinen für Luftfahrzeuge oder Raumfahrzeuge oder vergleichbare Aufgaben in anderen Branchen, wie der Automobilindustrie und im Baugewerbe verwendet werden kann. Das Luftfahrzeug kann zum Beispiel ein Flugzeug, ein Hubschrauber oder eine Drohne sein. Das Raumfahrzeug kann dabei zum Beispiel eine Raumfähre, eine Trägerrakete, ein Booster einer Trägerrakete, ein Satellit, ein Raumstationsmodul oder ähnliches sein.
Mit der erfindungsgemäßen Montageunterstützungsvorrichtung ist es möglich, eine Person bei der Montage eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luft- oder Raumfahrzeugs, zu unterstützen. Dabei wird die Person beim Anheben von beispielsweise schweren Komponenten bzw. Werkzeugen unterstützt, so dass die Person weniger Kraft aufwenden muss, um die entsprechende Komponente bzw. das Werkzeug in eine gewünschte Position zu bringen oder in einer bestimmten Position zu halten. Mit anderen Worten kann die von der Person aufzubringende Muskelkraft, welche zur Positionierung des Werkzeugs bzw. der zu montierenden Komponente erforderlich ist, zumindest teilweise reduziert werden. Die Montageunterstützungsvorrichtung unterstützt also die Bewegung eines Körperteils einer Person, so dass letztendlich der Montageprozess effizienter gestaltet werden kann. Insbesondere können ergonomische Faktoren, wie beispielsweise Körperbelastung oder Körperhaltung, durch die Montageunterstützungsvorrichtung vorteilhafter gestaltet werden. Beispielsweise kann die Körperhaltung der Person bei Überkopfarbeiten oder in einer knienden Position bzw. in einer Hockstellung effektiv stabilisiert und gestützt werden. Dies führt auch zu einer Reduktion der Montagezeit sowie einer erhöhten Qualität der Montage, da sich die Person, welche die jeweilige Komponente am Fahrzeug montiert, weniger auf das Anheben bzw. Positionieren des Werkzeugs oder der Komponente konzentrieren muss und mehr auf eine genaue und präzise Ausrichtung der zu montierenden Komponente konzentrieren kann. Die Montageunterstützungsvorrichtung dient der Übertragung oder Einleitung einer Kraft, welche beispielsweise eine Gewichtskraft ist, von Körperteilen der Person mit weniger Muskulatur in Körperteile mit mehr Muskulatur. Für den Fall, dass die flexible Hülle zum Umschließen eines Arms der Person ausgeführt ist, kann die Kraftübertragung derart erfolgen, dass der Unterarm der Person stärker durch die flexible Hülle gestützt wird als der Oberarm. Ferner können dadurch auch die Bewegungen von physisch benachteiligten Personen unterstützt werden. Insbesondere kann im Falle einer Fraktur im entsprechenden Körperteil der Person eine effektive Stabilisierung des Körperteils der Person erreicht werden. Somit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur zur Montage geeignet, sondern kann auch im Sportbereich, Katastropheneinsatz oder medizinischen Bereich verwendet werden. Im Allgemeinen kann die Vorrichtung in Bereichen mit eingeschränkten Transportmöglichkeiten, wie beispielsweise Raumstationen, verwendet werden, da aufgrund der Anpassungsmöglichkeit an die physischen Gegebenheiten der jeweiligen Person nur eine Vorrichtung gebraucht wird, um unterschiedlichste Stabilisierungseigenschaften zu realisieren. Die erfindungsgemäße Unterstützungsvorrichtung kann zum Beispiel auch im Raumfahrtbereich eingesetzt werden, insbesondere als Mittel zur Verlangsamung von Knochen- und Muskelabbau derjenigen Person, dessen Körperteil durch die Unterstützungsvorrichtung umschlossen wird. Dabei können gezielt Kräfte in unterschiedliche Bereiche des Körpers eingeleitet werden um das Training effektiver zu gestalten bzw. bei gleicher Wirkung die empfohlene Trainingszeit zu verkürzen.
Damit kann die Unterstützungsvorrichtung konfiguriert und ausgeführt sein, um im Raumfahrtbereich als medizinische oder sportliche Unterstützungsvorrichtung verwendet zu werden. Insbesondere kann die Unterstützungsvorrichtung für orthopädische Zwecke verwendet werden.
Um dies zu ermöglichen, wird das Körperteil der Person durch eine flexible Hülle zumindest teilweise umschlossen. Diese flexible Hülle wird aus mehreren miteinander verbundenen Elementen gebildet, wobei die Elemente beispielsweise überlappen und/oder ineinandergreifen können. Der Körperteil der Person ist beispielsweise ein Arm, ein Bein, ein Torso bzw. Oberkörper oder aber auch ein Hals der Person. Vorzugsweise ist das Körperteil jedoch ein Arm der Person, der von der Mehrzahl der gelenkig miteinander verbundenen Elemente zumindest teilweise umschlossen wird, so dass die miteinander verbundenen Elemente eine flexible Hülle des Arms bilden. Die einzelnen Elemente umschließen beispielsweise ringförmig den Körperteil der Person. Ferner können die einzelnen Elemente den Körperteil der Person ringsegmentartig umschließen, zum Beispiel wenn die einzelnen Elemente den Körperteil nur teilweise, also unvollständig, umschließen. Die einzelnen miteinander verbundenen Elemente weisen beispielsweise in einem Querschnitt eine Topfform auf. Mit anderen Worten weisen die Elemente die Form eines ausgehöhlten Kegelstumpfes oder eine vergleichbare Form auf, wobei die Mantelfläche des Kegelstumpfes den Körperteil der Person umschließenden Teil des Elements bildet. Der Arm der Person wird beispielsweise durch die beiden Stirnflächen des Kegelstumpfes hindurch gesteckt, da dieser ausgehöhlt ist. Dabei werden eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen an den jeweiligen Enden des Kegelstumpfes bzw. Topfes miteinander verbunden bzw. sind an diesen Enden miteinander gekoppelt. Dafür können Verbindungselemente zur Verbindung bzw. Kopplung der einzelnen Elemente vorgesehen sein. Es sei angemerkt, dass die Anzahl, die Art und die Form der verwendeten Elemente und/oder der Verbindungen zwischen den Elementen von der jeweiligen Person und der von der Person auszuführenden Aufgabe abhängig sein können. Die einzelnen miteinander verbundenen Elemente können unterschiedliche Längen bzw. Durchmesser aufweisen. Wird im Folgenden von einer Länge des Elements gesprochen, dann ist damit die Höhe des jeweiligen Kegelstumpfes bzw. Topfes gemeint, hingegen bezieht sich ein Durchmesser auf die jeweilige Mantelfläche des Kegelstumpfes bzw. Topfes der einzelnen miteinander verbundenen Elemente. Es sei jedoch angemerkt, dass auch andere Formen für die Elemente vorgesehen sein können. Beispielsweise können auch rechteckige bzw. quadratische, kugelförmige oder auch zylindrische Querschnitte für die Elemente verwendet werden. Dies wird in der Figurenbeschreibung noch genauer erläutert werden.
Die Mehrzahl der gelenkig miteinander verbundenen Elemente bildet eine flexible Hülle, die der Stabilisierung des Körperteils der Person dient. Beispielsweise können die den Arm umschließenden Elemente durch eine Bewegung des Körperteils der Person in eine bestimmte Position gebracht werden. Durch eine anschließende Arretierung können die einzelnen miteinander verbundenen Elemente bzw. die flexible Hülle insgesamt in einer bestimmten Ausrichtung oder Form fixiert werden, so dass die Person keine oder nur noch eine reduzierte Kraft aufwenden muss, um den Körperteil in dieser Position bzw. Ausrichtung zu halten. Somit ist die flexible Hülle ausgeführt, eine Last, welche auf den Körperteil einwirkt, in einen anderen Körperteil der Person einzuleiten. Wirkt beispielsweise eine Kraft auf einen Arm der Person, indem die Person ein bestimmtes Gewicht in der Hand hält, so kann die Gewichtskraft durch die flexible Hülle zumindest teilweise in den Oberkörper bzw. Torso der Person eingeleitet werden.
Die einzelnen Elemente können dabei verschiedene Materialien aufweisen. Beispielsweise weist die Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen einen metallischen Werkstoff, einen Kunststoff oder einen gummiartigen Werkstoff auf. Darüber hinaus können in die Verbindungselemente und/oder die Elemente selbst fluidische Stoffe integriert sein, um beispielsweise spezifische Dämpfungseigenschaften einstellen zu können. Insbesondere können die gelenkig miteinander verbundenen Elemente aus einem Verbundwerkstoff oder aus einem Leichtmetall gefertigt sein, um die von der Person zu tragende Gewichtskraft zu reduzieren. Die Elemente können jedoch auch aus einem Stahl und/oder aus Gummi gefertigt sein. Jedenfalls sind die Elemente derart ausgeführt bzw. gefertigt, dass die auf den Körperteil der Person einwirkende Last durch die Mehrzahl der gelenkig miteinander verbundenen Elemente bzw. durch die flexible Hülle übertragen werden kann. Demzufolge können die einzelnen Elemente der flexiblen Hülle starr sein.
Vorteilhafterweise ist die flexible Hülle durch den Aufbau aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Elementen ein modulares System, welches durch Anbringen oder Abnehmen eines oder mehrerer Elemente in seiner Länge angepasst werden kann. Mit anderen Worten kann die flexible Hülle an die Bedürfnisse oder physischen Gegebenheiten der jeweiligen Person oder an die durchzuführende Aufgabe individuell und ad-hoc angepasst werden. Die flexible Hülle kann jedoch auch verschieden lange Elemente aufweisen, so dass im Bereich eines Gelenks im Körperteil der Person die einzelnen Elemente kürzer sind als in Bereichen, in denen der Körperteil der Person kein Gelenk aufweist. Im Bereich der Gelenke des Körperteils kann somit eine erhöhte Flexibilität erreicht werden, so dass durch die Montageunterstützungsvorrichtung die Bewegung des Körperteils der Person nicht eingeschränkt wird. Für den Fall, dass die flexible Hülle zum Umschließen eines Arms der Person ausgeführt ist, können im Bereich des Ober- oder Unterarms der Person beispielsweise längere Elemente vorgesehen sein und im Bereich des Ellenbogens können kürzere Elemente vorgesehen sein. Analog können im Bereich des Ellenbogens der Person die Elemente flexible bzw. weiche Materialien aufweisen, wobei im Bereich des Ober- oder Unterarms der Person härtere bzw. steifere Materialien vorgesehen sein können, so dass eine bessere Kraftübertragung ermöglicht wird.
Es sei angemerkt, dass mit Länge der Elemente die Höhe des Kegelstumpfes bzw. Topfes gemeint ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind zumindest zwei der gelenkig miteinander verbundenen Elemente in einer bestimmten Ausrichtung zueinander arretierbar.
Dadurch kann die Stabilisierung des Körperteils der Person in einer bestimmten Position oder Ausrichtung erreicht werden. Dazu werden beispielsweise beliebig viele der Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen in einer bestimmten Ausrichtung zueinander fixiert bzw. festgelegt, um somit die Stabilisierung des Körperteils während eines bestimmten Montageschrittes zu unterstützen. Die Arretierung kann dabei manuell durch die Person selbst erfolgen, indem die Person beispielsweise ein Element im Bereich eines ersten Endes der Hülle durch eine Drehbewegung relativ zu den weiteren Elementen in eine bestimmte Position bringt, so dass die flexible Hülle in dieser Ausrichtung fixiert werden kann und somit die einzelnen Elemente in der bestimmten Ausrichtung zueinander arretiert sind. Für den Fall, dass die flexible Hülle einen Arm zumindest teilweise umschließt, kann beim Anheben eines Gegenstands durch die Person eine Stabilisierung des Arms selbst erreicht werden. Dies geschieht beispielsweise, indem die Person den Gegenstand in eine bestimmte Position bringt und anschließend die einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Elemente zueinander arretiert, so dass die Person nur noch einen Teil der Gewichtskraft des Gegenstands aufbringen muss, um diesen in der bestimmten Position zu halten. Die Arretierung kann beispielsweise auch durch eine manuelle Steuerung, per Augenbewegung (Pupillographie), Gehirnstrommessung (EMG), eine Sprachsteuerung, durch Gesten (z.B. über ein Kinect-System) oder vergleichbare Verfahren/Methoden/Sensoriken erfolgen. Durch eine Sprachsteuerung können mit der flexiblen Hülle verbundene Aktuatoren angesteuert werden, so dass die Aktuatoren an der flexiblen Hülle, das heißt an den einzelnen miteinander verbundenen Elementen, eine Arretierung dieser einzelnen miteinander verbundenen Elemente bewirken. Vorzugsweise erfolgt die Arretierung der einzelnen Elemente zueinander jedoch durch eine mechanische Arretierung, wie beispielsweise einem Rastmechanismus. Ferner können verschiedene Arten von Drehmechanismen, Schraubmechanismen oder Steckmechanismen verwendet werden. Es sei angemerkt, dass jedes der Elemente der flexiblen Hülle einzeln in Bezug auf ein benachbartes Element arretiert werden kann. Jedoch können auch mehrere Elemente gleichzeitig zueinander arretiert werden. Somit können auch drei unterschiedliche Zustände der Arretierung der Elemente der flexiblen Hülle festgelegt werden. In einem ersten Zustand sind alle Elemente zueinander fixiert. In einem zweiten Zustand sind alle Elemente frei beweglich zueinander und in einem dritten Zustand sind ein Teil der Elemente zueinander fixiert und ein anderer Teil der Elemente sind frei beweglich zueinander.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein Arretieren der mindestens zwei gelenkig miteinander verbundenen Elemente durch eine Drehbewegung des Elements.
Dabei kann beispielsweise eines der Elemente durch eine Drehbewegung um das zumindest teilweise umschlossene Körperteil zum Einrasten in ein benachbartes Element gebracht werden, so dass dieses Element und das benachbarte Element in einer bestimmten Ausrichtung zueinander fixiert sind. Dies kann auch mit den weiteren der Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen in ähnlicher oder in gleicher Weise erfolgen. Es ist möglich, dass umso mehr Elemente in ihrer Ausrichtung zueinander arretiert werden, je größer die Drehbewegung ist. Mit anderen Worten können umso mehr Elemente in ihrer Ausrichtung zueinander fixiert werden, je weiter die Person ein einzelnes Element, welches sich beispielsweise am ersten Ende der flexiblen Hülle befindet, dreht. Es ist ebenfalls möglich, dass eine Drehbewegung eines Elements in eine erste Richtung eine Arretierung der Ausrichtung der einzelnen Elemente zueinander bewirkt, so dass die flexible Hülle quasi starr ist und eine Drehbewegung desselben Elements in eine zweite entgegengesetzte Richtung zu einem Lösen der Arretierung führt, so dass die Person die flexible Hülle beliebig bewegen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die flexible Hülle zur Übertragung einer von einem Werkzeug verursachten Last ausgeführt.
Die flexible Hülle wird durch die Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen gebildet. Dadurch kann eine Last, wie beispielsweise eine Gewichtskraft des Werkzeugs, durch die Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen übertragen werden, wenn diese in einer bestimmten Ausrichtung zueinander arretiert wurden. Somit dient die flexible Hülle der Übertragung beispielsweise einer Gewichtskraft des Werkzeugs, so dass die das Werkzeug bedienende Person eine mithilfe des Werkzeugs durchgeführte Montagearbeit effizienter ausführen kann. Die Person kann sich dadurch auf eine präzise Positionierung des Werkzeugs konzentrieren, da ein Großteil der Gewichtskraft des Werkzeugs durch die flexible Hülle zum Beispiel in den Oberkörper der Person eingeleitet wird. Ein solches Werkzeug ist zum Beispiel ein Nietwerkzeug bzw. eine Nietquetsche, ein Bohrwerkzeug oder ein Schraubwerkzeug.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich eines ersten Endes der flexiblen Hülle ein Befestigungselement zur lösbaren Befestigung eines Werkzeugs und/oder eines Bauteils bzw. einer Komponente an der Montageunterstützungsvorrichtung vorgesehen. Das Befestigungselement kann eine Schnittstelle zur Aufnahme verschiedener Werkzeuge aufweisen.
Das erste Ende der flexiblen Hülle befindet sich beispielsweise im Bereich einer Hand der Person, wobei sich ein zweites Ende der flexiblen Hülle im Bereich eines Oberkörpers der Person befindet, wenn die flexible Hülle einen Arm der Person umschließt. Das Befestigungselement ist somit im Bereich der Hand der Person an der flexiblen Hülle angebracht, so dass die Person in effizienter Weise das Werkzeug, zum Beispiel über ein Bedienelement, bedienen kann, wobei zumindest ein Teil der Gewichtskraft des Werkzeugs oder des Bauteils bzw. der Komponente über das Befestigungselement und die flexible Hülle in den Oberkörper bzw. Torso der Person eingeleitet werden kann. Es ist möglich, dass die Person das Werkzeug direkt betätigt bzw. in der Hand hält. Es ist aber auch möglich, dass die Person die Bewegung des Werkzeugs über ein Bedienelement, wie beispielsweise einen Joystick, eine Sprachsteuerung, über Pupillographie oder vergleichbare Verfahren oder Methoden, steuert. Ferner kann über das Befestigungselement eine Arretierung des Werkzeugs bezüglich der flexiblen Hülle erreicht werden, wenn das Werkzeug in die gewünschte Position gebracht wurde.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Befestigungselement zur lösbaren Befestigung des Werkzeugs und/oder des Bauteils bzw. der Komponente an der Unterstützungsvorrichtung ein Kugelgelenk auf, welches dazu ausgeführt ist, das Werkzeug in Bezug auf die Mehrzahl der gelenkig miteinander verbundenen Elemente auszurichten.
Insbesondere weist das Befestigungselement zur lösbaren Befestigung des Werkzeugs und/oder des Bauteils bzw. der Komponente an der Montageunterstützungsvorrichtung ein Kugelgelenk auf, welches dazu ausgeführt ist, das Werkzeug in Bezug auf die Mehrzahl der gelenkig miteinander verbundenen Elemente auszurichten. Dadurch kann beispielsweise eine Drehbewegung des Werkzeugs und/oder Bauteils im Bereich des ersten Endes der flexiblen Hülle durchgeführt werden, so dass das Werkzeug und/oder das Bauteil in Bezug auf die flexible Hülle in eine gewünschte Ausrichtung bzw. Position gebracht werden kann, damit die zu montierende Komponente an der entsprechenden Stelle zum Beispiel innerhalb eines Fahrzeugrumpfs, insbesondere eines Luft- oder Raumfahrzeugrumpfs angebracht werden kann. Es ist auch möglich, dass durch das Befestigungselement im Bereich des ersten Endes der flexiblen Hülle eine Translationsbewegung zwischen dem Werkzeug und der flexiblen Hülle ausgeführt werden kann. Diese Translationsbewegung kann neben einer Drehbewegung ausgeführt werden. Die Drehbewegung bzw. Translationsbewegung des Werkzeugs gegenüber der flexiblen Hülle ist beispielsweise durch die Person, welche die Montageunterstützungsvorrichtung bedient, steuerbar. Mit anderen Worten ist es nicht erforderlich, dass die Person das Werkzeug bzw. das Bauteil direkt in der Hand hält, sondern vielmehr über ein in der flexiblen Hülle vorgesehenes Bedienelement steuert. In dieser Steuerung können auch gezielt eventuell erforderliche Trajektorien hinterlegt sein, wie beispielsweise eine Trajektorie für das Einfädeln des Bauteils bzw. Werkzeugs. Das Bedienelement befindet sich dabei zum Beispiel im Bereich des ersten Endes der flexiblen Hülle und ist daher für die Person gut greifbar. Die Dreh- und/oder Translationsbewegung des Werkzeugs bezüglich der flexiblen Hülle kann durch einen durch die Person bedienbaren Arretiermechanismus wahlweise unterbunden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die flexible Hülle eine Befestigungseinheit zur Befestigung der Unterstützungsvorrichtung bzw. der Montageunterstützungsvorrichtung an einer Fahrzeugkomponente auf.
Insbesondere weist die flexible Hülle eine Befestigungseinheit zur Befestigung der Montageunterstützungsvorrichtung an einer Luftfahrzeugkomponente oder an einer Raumfahrzeugkomponente auf. Eine solche Befestigungseinheit kann wiederum aus mehreren einzelnen Befestigungskomponenten aufgebaut sein. Beispielsweise umfasst die Befestigungseinheit eine Mehrzahl von Seilen, über welche die Montageunterstützungsvorrichtung an dem Luftfahrzeugrumpf oder an dem Raumfahrzeugrumpf befestigt ist. Die Befestigungseinheit kann jedoch auch starre Befestigungskomponenten aufweisen, über welche die Montageunterstützungsvorrichtung an dem Luftfahrzeugrumpf bzw. Raumfahrzeugrumpf befestigt ist. Solche starren Befestigungskomponenten sind beispielsweise stangenförmige Komponenten oder röhrenförmige Komponenten aus einem metallischen Werkstoff, aus einem Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Unterstützungsvorrichtung eine Vorspanneinheit auf, die dazu ausgeführt ist, die gelenkig miteinander verbundenen Elemente in einer bestimmten Ausrichtung zueinander vorzuspannen, so dass die flexible Hülle in einem Ausgangszustand eine bestimmte Form annimmt.
Insbesondere weist die Montageunterstützungsvorrichtung eine Vorspanneinheit auf, die dazu ausgeführt ist, die gelenkig miteinander verbundenen Elemente in einer bestimmten Ausrichtung zueinander vorzuspannen, so dass die flexible Hülle in einem Ausgangszustand eine bestimmte Form annimmt. Die Vorspanneinheit kann beispielsweise durch flexible oder starre elementübergreifende Spannelemente gebildet werden. Diese Vorspannelemente der Vorspanneinheit bewirken beispielsweise die Ausrichtung von zwei oder mehreren gelenkig miteinander verbundenen Elementen, so dass diese zwei oder mehreren gelenkig miteinander verbundenen Elemente in einer bestimmten Ausrichtung zueinander verbleiben oder eine Kraft aufgewendet werden muss, damit diese Ausrichtung der Elemente zueinander gelöst wird. Somit kann die flexible Hülle derart vorgespannt werden, dass sie in einem Ausgangszustand eine gekrümmte Form oder eine gerade Form annimmt. Führt die Vorspannung zu einer gekrümmten Form der flexiblen Hülle im Ausgangszustand, so kann die Person bei der Bewegung des Körperteils durch die flexible Hülle derart unterstützt werden, dass sie bei Anheben eines Gegenstands weniger Kraft aufwenden muss, um die flexible Hülle in den Ausgangszustand selbst unter Einwirkung einer etwaigen Gewichtskraft des Gegenstands zu bringen. Mit anderen Worten kann die flexible Hülle stets die bestimmte Form im Ausgangszustand annehmen, wenn die Person nicht eine Kraft aufwendet, um die flexible Hülle in eine von der bestimmten Form verschiedene Form zu bringen. Entsprechend muss die Person bei Anheben eines Gegenstands weniger Kraft aufwenden, damit die Hülle die bestimmte Form im Ausgangszustand annimmt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen dazu ausgeführt, einen Arm einer Person zumindest teilweise zu umschließen, so dass die Mehrzahl der gelenkig miteinander verbundenen Elemente zusammen eine flexible Hülle des Arms der Person bildet und somit eine auf den Arm der Person einwirkende Last in einen Torso der Person überträgt.
Beispielsweise kann in einer solchen Ausführungsform auch eine Hülle des Torsos der Person, zum Beispiel in Form einer Stützstruktur, vorgesehen sein, welche die durch die flexible Hülle übertragene Last gleichmäßig in den Torso der Person einleitet. Dabei umschließt auch die Stützstruktur den Torso der Person zumindest teilweise. Jedoch kann die Stützstruktur den Torso der Person genauso wie die flexible Hülle den Körperteil der Person vollständig umschließen. Die Stützstruktur kann man sich wie eine Art Korsett mit Versteifungselementen zur Kraftübertragung bzw. Krafteinleitung in den Torso der Person vorstellen. Die Stützstruktur kann auch flexibel und/oder gepolstert ausgestaltet sein, um sich an die Form des Oberkörpers bzw. Torsos der Person anzupassen. Eine benutzerspezifische Anpassung der Form der Montageunterstützungsvorrichtung, insbesondere der flexiblen Hülle und/oder der Stützstruktur, ist daher möglich. Eine Arretierung der flexiblen Hülle in Bezug auf die Stützstruktur mittels mechanischer oder magnetischer Arretiermechanismen ist ebenfalls möglich. Das gleiche Prinzip ist auch auf andere Körperteile der Person anwendbar. Beispielsweise ist es möglich, dass die flexible Hülle zum teilweisen Umschließen eines Beins der Person ausgeführt ist, so dass bestimmte Bewegungen des Beins der Person durch die flexible Hülle unterstützt werden. Dabei kann die flexible Hülle beispielsweise im Ausgangszustand eine gekrümmte Form annehmen, die das Bein der Person zum Beispiel in einer knienden oder hockenden Position stabilisiert. Insbesondere kann dadurch der Montageprozess effizienter gestaltet werden, da die Person bzw. verschiedene Körperteile der Person, insbesondere Gliedmaßen, in unterschiedlichen Körperhaltungen stabilisiert werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Unterstützungsvorrichtung bzw. die Montageunterstützungsvorrichtung ferner eine an der flexiblen Hülle des Arms befestigte Stützstruktur auf, die dazu ausgeführt ist, den Torso der Person zumindest teilweise zu umschließen und somit die auf den Arm der Person einwirkende Last durch die flexible Hülle und/oder die Stützstruktur in den Torso der Person zu übertragen.
Diese Stützstruktur besteht beispielsweise aus einem starren Material oder aber auch aus einem flexiblen Material, so dass sich die Stützstruktur an den Torso der Person anpassen kann und somit die auf den Arm einwirkende bzw. durch die flexible Hülle übertragene Last durch die Stützstruktur in den Torso der Person einleiten oder übertragen kann. Die Stützstruktur und/oder die Elemente der flexiblen Hülle können auch eine Kombination aus einem flexiblen oder starren Material aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung überlappen zumindest zwei der gelenkig miteinander verbundenen Elemente gegenseitig. Beispielsweise sind die topfförmigen oder kegelstumpfförmigen Elemente zumindest teilweise ineinandergesteckt. Dabei sind beispielsweise diejenigen Enden der topfförmigen oder kegelstumpfförmigen Elemente mit geringerem Durchmesser in diejenigen Enden der topfförmigen oder kegelstumpfförmigen Elemente mit größerem Durchmesser eingesteckt. Dies wird in der folgenden Figurenbeschreibung noch genauer erläutert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung greifen zumindest zwei der gelenkig miteinander verbundenen Elemente gegenseitig ineinander.
Mit anderen Worten können die gelenkig miteinander verbundenen Elemente, welche beispielsweise topfförmig oder in Form eines ausgehöhlten Kegelstumpfes ausgeführt sind, ineinander eingehakt werden und/oder miteinander verschraubt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Elemente über mechanische und/oder magnetische Verbindungseinheiten verbunden.
Mechanische Verbindungseinheiten können beispielsweise Schraubverbindungen, Gelenkverbindungen oder Verbindungen aus einem flexiblen Material sein. Die mechanischen Verbindungseinheiten koppeln die einzelnen Elemente untereinander, so dass diese lösbar miteinander gekoppelt sind und an die jeweiligen Bedürfnisse oder physischen Gegebenheiten der Person angepasst werden können. Die Montageunterstützungsvorrichtung kann also einen modularen Aufbau aufweisen. Ebenso können magnetische Verbindungseinheiten zum Einsatz kommen, so dass die einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Elemente über Magnete zusammengehalten werden. Eine Mischform aus magnetischen und mechanischen Verbindungseinheiten bzw. Verbindungselementen ist jedoch ebenfalls möglich. Somit kann ein modulares System bereitgestellt werden, bei welchem die flexible Hülle in Abhängigkeit der durchzuführenden Arbeitsschritte oder der körperlichen Gegebenheiten der Person angepasst werden kann. Eine weitere Ausführungsform der Verbindungselemente kann auch fluidische Stoffe enthalten, um gezielt Dämpfungs- und Steifigkeitseigenschaften einstellen zu können. Hierbei sind auch solche Stoffe möglich, mit denen die Eigenschaft, insbesondere die Viskosität, beispielsweise durch Veränderung des Stroms oder der Spannung, verändert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Unterstützungsvorrichtung, insbesondere die Montageunterstützungsvorrichtung ferner eine Steuerungseinheit auf, die dazu ausgeführt ist, die Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen auszurichten und/oder zumindest zwei der gelenkig miteinander verbundenen Elemente in einer bestimmten Ausrichtung zueinander zu arretieren.
Die Steuerungseinheit kann beispielsweise Aktuatoren aufweisen, welche die einzelnen miteinander verbundenen Elemente in die bestimmte Ausrichtung zueinander bringen können oder aber auch eine Bewegung des Körperteils der Person unterstützen. Diese Aktuatoren können beispielsweise durch eine Bedieneinheit, per Augenbewegung (Pupillographie), Gehirnstrommessung (EMG), eine Sprachsteuerung, durch Gesten (z.B. über ein Kinect-System) oder vergleichbare Verfahren/Methoden/Sensoriken angesteuert werden. Somit ist es auch möglich, dass sich die flexible Hülle wie ein Roboterarm selbsttätig bewegen kann oder die Bewegung des Körperteils der Person nachvollzieht und somit die Bewegung der Person unterstützt bzw. stabilisiert, insbesondere bei Einwirken einer auf den Körperteil der Person wirkenden Last. Ferner kann durch die Aktuatoren auch eine Arretierung der einzelnen miteinander verbundenen Elemente in einer bestimmten Ausrichtung zueinander erfolgen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug angegeben, an welchem eine Unterstützungsvorrichtung, insbesondere eine Montageunterstützungsvorrichtung entsprechend der obigen Beschreibung befestigt ist.
Das Fahrzeug ist insbesondere ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug. Beispielsweise ist die Unterstützungsvorrichtung bzw. die Montageunterstützungsvorrichtung an einem Luftfahrzeugrumpf bzw. Flugzeugrumpf oder an einem Raumfahrzeugrumpf befestigbar, so dass Personen bei der Montage des Luftfahrzeugrumpfs bzw. Raumfahrzeugrumpfs in den verschiedenen Arbeitsschritten innerhalb des Rumpfs unterstützt werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Stabilisierung und Referenzierung eines Körperteils einer Person bzw. einer Pose der Person bei der Montage eines Fahrzeugs angegeben. In einem Schritt des Verfahrens erfolgt ein Umschließen eines Körperteils einer Person durch eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen. In einem weiteren Schritt wird eine flexible Hülle des Körperteils der Person mittels der Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen gebildet. Ferner wird in einem weiteren Schritt des Verfahrens ein Anteil einer auf den Körperteil der Person einwirkenden Last durch die flexible Hülle zur Stabilisierung des Körperteils der Person übertragen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben.
1 zeigt eine Montageunterstützungsvorrichtung zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt die Übertragung einer Last durch die Montageunterstützungsvorrichtung in einen Oberkörper einer Person gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3A zeigt eine Montageunterstützungsvorrichtung zur Stabilisierung eines Arms einer Person gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3B zeigt eine Montageunterstützungsvorrichtung zur Stabilisierung eines Beins einer Person gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3C zeigt eine Montageunterstützungsvorrichtung zur Stabilisierung eines Torsos einer Person gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3D zeigt eine Montageunterstützungsvorrichtung zur Stabilisierung eines Arms einer Person sowie eine Befestigungseinheit zur Befestigung der Montageunterstützungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4A zeigt Querschnittsformen eines Elements einer Montageunterstützungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4B zeigt Querschnittsformen eines Elements einer Montageunterstützungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4C zeigt Querschnittsformen eines Elements einer Montageunterstützungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5A zeigt ein Element einer Montageunterstützungsvorrichtung, welches einen Körperteil einer Person zumindest teilweise umschließt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5B zeigt zwei miteinander verbundene Elemente gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6A zeigt eine Befestigung mehrerer gelenkig miteinander verbundener Elemente gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6B zeigt eine Befestigung mehrerer gelenkig miteinander verbundener Elemente gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6C zeigt eine Befestigung mehrerer gelenkig miteinander verbundener Elemente gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6D zeigt eine Befestigung mehrerer gelenkig miteinander verbundener Elemente gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 zeigt eine Montageunterstützungsvorrichtung, welche an einem Luftfahrzeugrumpf oder Raumfahrzeugrumpf befestigt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8A zeigt eine Montageunterstützungsvorrichtung, welche an einem Luftfahrzeugrumpf oder Raumfahrzeugrumpf befestigt ist, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8B zeigt eine Unterstützungsvorrichtung, welche an einem Raumfahrzeugrumpf befestigt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9 zeigt eine an einem Spant eines Luftfahrzeugs befestigte Montageunterstützungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
10 zeigt einen Teil einer Befestigungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
11 zeigt einen Teil einer Befestigungseinheit sowie mehrere gelenkig miteinander verbundene Elemente gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
12 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person.
Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Werden in der folgenden Figurenbeschreibung in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Gleiche oder ähnliche Elemente können aber auch durch unterschiedliche Bezugszeichen bezeichnet sein.
1 zeigt eine Montageunterstützungsvorrichtung 1, welche ein Körperteil einer Person 11 bzw. Pose bei der Montage eines Luftfahrzeugrumpfs 10, insbesondere eines Flugzeugrumpfs, stabilisiert. Die Montageunterstützungsvorrichtung 1 weist eine Mehrzahl oder eine Vielzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13 auf, welche zusammen eine flexible Hülle 14 des Körperteils der Person 11 bilden. Die flexible Hülle 14 ist dabei dazu ausgeführt, zur Stabilisierung des Körperteils der Person 11 einen Anteil einer auf den Körperteil der Person 11 einwirkenden Last, zum Beispiel in den Oberkörper der Person 11, einzuleiten bzw. zu übertragen. Diese Last ist beispielsweise eine Gewichtskraft eines Werkzeugs 12 oder einer an dem Flugzeugrumpf 10 zu montierenden Komponente. Die einzelnen Elemente 13 der flexiblen Hülle 14 umschließen dabei den Körperteil der Person 11 zumindest teilweise. In dem in 1 dargestellten Beispiel wird ein Arm der Person 11 durch die einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Elemente 13 umschlossen, so dass diese Elemente 13 gemeinsam die flexible Hülle 14 des Arms der Person 11 bilden.
2 zeigt die Übertragung einer auf den Arm der Person 11 einwirkenden Last. Die Lastübertragung wird dabei durch die Pfeile 15 gekennzeichnet. Beispielsweise ist die zu übertragende oder auf den Arm der Person 11 einwirkende Last eine Gewichtskraft des Werkzeugs 12. Es ist jedoch auch möglich, dass die auf den Arm der Person 11 einwirkende Last eine durch Betätigung des Werkzeugs 12 hervorgerufene Last darstellt. Ferner ist ein Befestigungselement 16 zur Befestigung des Werkzeugs 12 an der flexiblen Hülle 14 vorgesehen. Dabei kann das Befestigungselement 16 beispielsweise dazu ausgeführt sein, eine Translationsbewegung oder eine Rotationsbewegung des Werkzeugs 12 zu ermöglichen. Das Befestigungselement 16 ist beispielsweise im Bereich eines ersten Endes 17a der flexiblen Hülle 14 angebracht. Dieses erste Ende 17a befindet sich beispielsweise im Bereich einer Hand der Person 11. Das Befestigungselement 16 kann an einem Element 13 der flexiblen Hülle 14 im Bereich des ersten Endes 17a befestigt sein. Im Bereich eines zweiten Endes 17b der flexiblen Hülle 14 ist zum Beispiel ein Element 13 an einer dem Torso der Person 11 umschließenden Stützstruktur 50 befestigt, so dass die auf den Arm der Person 11 einwirkende Last bzw. durch die flexible Hülle 14 übertragene Last gleichmäßig in den Torso der Person 11 eingeleitet werden kann. Ferner kann eine Steuerungseinheit 40 mit einer manuell bedienbaren Schnittstelle und/oder einer Sprachsteuerung der Montageunterstützungsvorrichtung 1 vorgesehen sein, so dass eine Stabilisierung oder Bewegung des Arms der Person 11 infolge einer manuellen Eingabe bzw. Spracheingabe erfolgen kann. Dabei kann beispielsweise die Steuerungseinheit 40 in Form eines mobilen Endgerätes ausgeführt sein oder aber an der flexiblen Hülle 14 befestigt sein. Durch die Steuerungseinheit 40 kann die Ausrichtung der einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Elemente 13 zueinander gesteuert werden. Eine solche Steuerungseinheit 40 kann zum Beispiel ein oder mehrere ansteuerbare Aktuatoren aufweisen, wobei die Aktuatoren beispielsweise an der flexiblen Hülle 14 angebracht sind. Auf diese Weise kann die Form der flexiblen Hülle 14, das heißt die Ausrichtung der einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Elemente 13, angepasst oder eingestellt werden.
3A zeigt eine Montageunterstützungsvorrichtung 1 zur Stabilisierung eines Arms einer Person 11, wobei eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13, die gemeinsam eine flexible Hülle 14 bilden, den Arm der Person 11 umschließt. Mittels des Befestigungselements 16 ist ein Werkzeug 12, beispielsweise ein Nietwerkzeug oder ein Schraubwerkzeug, an der flexiblen Hülle 14 befestigt.
3B zeigt eine Montageunterstützungsvorrichtung 1, wobei eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13 ein Bein der Person 11 zumindest teilweise umschließt. Insbesondere bilden die einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Elemente 13 gemeinsam eine flexible Hülle 14, die den Körperteil der Person 11 ebenfalls zumindest teilweise umschließt. Dadurch kann das Bein der Person 11 stabilisiert werden, was insbesondere bei einer Hockstellung einen erhöhten Komfort ermöglicht.
3C zeigt eine Montageunterstützungsvorrichtung, welche eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13 aufweist. Dabei bildet die Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13 eine flexible Hülle 14, die wiederum den Torso der Person 11 zumindest teilweise umschließt. Dadurch kann der Torso bzw. Oberkörper der Person 11 stabilisiert werden.
3D zeigt eine Montageunterstützungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13, die gemeinsam eine flexible Hülle 14 bilden, wobei die flexible Hülle 14 durch eine Befestigungseinheit 18 an einer in 3D nicht dargestellten Fahrzeugrumpfkomponente befestigt ist. Die Befestigungseinheit 18 in der in 3 dargestellten Konfiguration weist beispielsweise drei seilförmige oder stabförmige Elemente auf. Die einzelnen Seile bzw. Stäbe zur Befestigung der flexiblen Hülle 14 an der Fahrzeugrumpfkomponente sind zum Beispiel an Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Elementen 13 mit der flexiblen Hülle 14 verbunden bzw. an dieser befestigt.
4A zeigt mögliche Querschnittsformen eines Elements einer Montageunterstützungsvorrichtung 1. Insbesondere zeigt 4A drei verschiedene Querschnitte von Elementen 13 einer Montageunterstützungsvorrichtung 1. Die in 4A dargestellten Elemente haben im Querschnitt eine Trapezform bzw. Topfform. Die Elemente 13 sind rotationssymmetrische Körper und bilden somit insbesondere einen ausgehöhlten Kegelstumpf bzw. Topf, durch welchen ein Körperteil einer Person hindurch geschoben werden kann. Insbesondere können die Elemente 13 einzeln oder in Form von mehreren miteinander gelenkig verbundenen Elementen 13 auf den Körperteil der Person aufgestülpt werden. Dabei sei angemerkt, dass mehrere gelenkig miteinander verbundene Elemente 13 gemeinsam eine flexible Hülle 14 bilden.
4B zeigt ein weiteres Beispiel möglicher Querschnittsformen eines Elements 13 einer Montageunterstützungsvorrichtung 1. Insbesondere werden drei verschiedene Querschnitte von Elementen 13 gezeigt. Diese Elemente können im Querschnitt eine quadratische bzw. rechteckige Form aufweisen. Die Elemente 13 sind beispielsweise rotationssymmetrische Körper, so dass die in 4B dargestellten Elemente 13 jeweils aufgrund ihrer Rotationssymmetrie Zylinderkomponenten darstellen können. Dabei umschließen die Zylindermantelflächen der Elemente 13 jeweils den Körperteil der Person 11.
4C zeigt ein weiteres Beispiel möglicher Querschnittsformen von Elementen 13 einer Montageunterstützungsvorrichtung 1. Die Elemente 13 weisen dabei im Querschnitt eine Kreisform oder eine elliptische Form auf. Eine Kombination verschiedener Formen der einzelnen Elemente 13 innerhalb einer flexiblen Hülle 14 ist ebenfalls möglich.
Es sei angemerkt, dass in den 4A bis 4C Rotationskörper dargestellt sind, wobei die Rotationsachse der Rotationskörper in der Bildebene der Figuren liegt.
5A zeigt das Umschließen eines Körperteils 20, insbesondere eines Arms einer Person 11 durch ein Element 13. Um eine flexible Hülle 14 zu bilden, werden eine Vielzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13 hintereinander am Arm der Person 11 angeordnet, wie es beispielsweise in den 1 bis 3A dargestellt ist.
5B zeigt zwei hintereinander angeordnete durch Verbindungseinheiten 19 miteinander verbundene Elemente 13 einer Montageunterstützungsvorrichtung 1. Beide Elemente 13 umschließen den Körperteil 20 einer Person 11. Die beiden Elemente 13 können derart über die Verbindungseinheiten 19 miteinander verbunden sein, dass die Elemente 13 beweglich zueinander sind. Die Verbindungseinheiten 19 können beispielsweise stangenförmige Komponenten oder Streben sein. Ferner können die Verbindungseinheiten 19 dazu ausgeführt sein, die beiden in 5B dargestellten Elemente 13 in einer bestimmten Ausrichtung zueinander zu fixieren. Eine Stützung bzw. Stabilisierung des Körperteils 20 der Person 11 kann somit gewährleistet werden. Die einzelnen Elemente können über eine, zwei oder ein Netzwerk von Verbindungseinheiten 19 miteinander gekoppelt sein. Bei Verbindungseinheiten 19 in Form eines Netzwerks ist es möglich, dass die einzelnen Verbindungseinheiten 19 an verschiedenen Punkten eines Elements befestigt sind und sich diese Verbindungseinheiten 19 spinnennetzartig an einem einzigen Befestigungspunkt eines benachbarten Elements vereinigen, um somit beide Elemente miteinander zu koppeln bzw. zu verbinden.
6A zeigt die Befestigung der gelenkig miteinander verbundenen Elemente 13 durch eine Schraubverbindung 22. Dabei können die gelenkig miteinander verbundenen Elemente 13 zumindest teilweise überlappen und einen Körperteil 20 einer Person 11 zumindest teilweise umschließen. Die durch die Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13 gebildete flexible Hülle 14 kann man sich wie eine Art Schuppenpanzer für das jeweilige Körperteil 20 vorstellen. Die einzelnen kegelstumpfförmigen Elemente 13 können sich derart überlappen, dass in etwa die Hälfte eines kegelstumpfförmigen Elements 13 in ein benachbartes kegelstumpfförmiges Element 13 hineinragt. Die einzelnen Elemente 13 können auch durch Steckverbindungen oder Pressverbindungen miteinander gekoppelt bzw. verbunden sein. Es ist ebenfalls möglich, dass eine Arretierung und/oder Ausrichtung der einzelnen Elemente 13 zueinander durch eine Hydraulik erfolgt. Dafür können mit einem Fluid gefüllte Kammern sowie Ventile vorgesehen sein, welche die Hydraulik mit dem Fluid versorgen bzw. die Hydraulik regeln. Die Ausrichtung oder Arretierung der einzelnen Elemente zueinander kann dann beispielsweise durch individuelles Befüllen oder Evakuieren der vorzugsweise im Verbindungsbereich zwischen zwei Elementen 13 vorgesehen Kammern erfolgen.
6B zeigt die Befestigung mehrerer gelenkig miteinander verbundener Elemente 13 durch Seile 21. Diese Seile 21 können ein elastisches Material aufweisen, so dass eine Vorspannung erreicht werden kann, die eine bestimmte Ausrichtung der einzelnen Elemente 13 zueinander ermöglicht. In der in 6B dargestellten Konfiguration werden vier gelenkig miteinander verbundene Elemente 13 durch die Seile 21 aneinander gekoppelt bzw. befestigt. Diese Seile 21 stellen Verbindungselemente dar. Es sind folglich auch andere Elemente wie Stangen und Drähte möglich. Dabei können die Seile, die Stangen oder die Drähte jeweils eine unterschiedliche Nachgiebigkeit bzw. unterschiedliche Materialien aufweisen.
6C zeigt eine Konfiguration, bei welcher jeweils zwei gelenkig miteinander verbundene Elemente 13 durch jeweils zwei Seile 21 aneinander gekoppelt bzw. aneinander befestigt sind. Wie viele gelenkig miteinander verbundene Elemente 13 jeweils mittels Schrauben 22 oder Seile 21 aneinander befestigt sind, kann davon abhängen, an welcher Position bezüglich des Körperteils der Person 11 sich die einzelnen Elemente 13 befinden. Insbesondere sei angemerkt, dass im Bereich eines Gelenks der Person weniger Schrauben 22 bzw. Seile 21 vorgesehen sind, um im Bereich des Gelenks der Person eine gute Beweglichkeit zu ermöglichen. 6C zeigt somit beispielsweise einen Abschnitt der flexiblen Hülle 14, welche aus einer Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13 gebildet wird, wobei sich der Abschnitt im Bereich eines Gelenks der Person befindet. 6B hingegen zeigt einen Abschnitt der flexiblen Hülle 14, in welcher sich kein Gelenk des Körperteils der Person 11 befindet und somit eine reduzierte Beweglichkeit der einzelnen Elemente 13 untereinander vorteilhaft ist.
6D zeigt eine Vorspanneinheit 30, welche aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13 gebildet wird. Die einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Elemente 13 sind beispielsweise über Seile 21 oder elastische Komponenten miteinander verbunden oder aneinander befestigt, so dass die flexible Hülle 14, welche aus einer Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13 gebildet wird, an die Form des Körperteils der Person 11 angepasst werden kann. Die seilförmigen oder elastischen Komponenten können bestimmte mechanische Eigenschaften aufweisen, so dass die flexible Hülle 14 in einem unbelasteten Zustand eine bestimmte Form, wie in 6D dargestellt, annimmt. Die Vorspannung der Elemente untereinander kann insbesondere bei Montagearbeiten auf Augenhöhe vorteilhaft sein, da hier die beispielsweise die Arme über einen längeren Zeitraum in einer bestimmten Position gehalten werden müssen. Ferner kann die Vorspanneinheit 30 derart angeordnet sein, dass bestimmte Bewegungen des Körperteils der Person 11 unterbunden oder nur mit hohem Kraftaufwand möglich sind.
7 zeigt eine Montageunterstützungsvorrichtung 1 zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person 11 bei der Montage eines Luftfahrzeugrumpfs 10. Die Montageunterstützungsvorrichtung 1 weist eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13 auf, die zusammen eine flexible Hülle 14 bilden und somit das Körperteil der Person 11 stabilisieren. An einem ersten Ende 17a der flexiblen Hülle 14 ist ein Befestigungselement 16 zur Befestigung eines Werkzeugs 12 an der flexiblen Hülle 14 vorgesehen. Mit diesem Werkzeug 12 kann die Person 11 beispielsweise eine Komponente innerhalb des Flugzeugrumpfs 10 montieren. Ferner ist eine Befestigungseinheit 18 vorgesehen, die die flexible Hülle 14 an dem Luftfahrzeugrumpf 10 befestigt. Dabei sind beispielsweise drei Seile oder Stangen vorgesehen, über welche die flexible Hülle 14 an dem Luftfahrzeugrumpf 10 befestigt ist.
8A zeigt in einer Detailansicht eine an dem Luftfahrzeugrumpf 10 befestigte Montageunterstützungsvorrichtung 1, wobei die flexible Hülle 14 der Montageunterstützungsvorrichtung 1 nicht auf ein Körperteil einer Person 11 aufgestülpt ist. Das bedeutet, dass eine Person 11 bei Bedarf die flexible Hülle 14 auf das verwendete Körperteil aufstülpen kann, so dass die Montageunterstützungsvorrichtung 1 zur Montage einer Komponente im Fahrzeugrumpf 10 verwendet werden kann. Die flexible Hülle 14, welche aus einer Vielzahl von beweglich miteinander verbundenen Elementen 13 gebildet wird, ist über die Befestigungseinheit 18 an dem Luftfahrzeugrumpf 10 befestigt. An dem ersten Ende 17a der flexiblen Hülle 14 befindet sich das Befestigungselement 16 zum Anschluss eines Werkzeugs 12 an der flexiblen Hülle 14. Im Bereich des zweiten Endes 17b der flexiblen Hülle 14 kann ferner ein hier nicht dargestelltes Anschlussstück vorgesehen sein, über welches die flexible Hülle 14 an einer Stützstruktur 50, welche den Oberkörper der Person 11 bzw. den Torso der Person 11 umschließt, befestigt ist. Das Aufziehen der flexiblen Hülle 14 auf den Körperteil der Person 11 kann beispielsweise durch Einschieben des Körperteils der Person 11 in das zweite Ende 17b der flexiblen Hülle 14 erfolgen. Beispielsweise greift die Person 11 im Bereich des zweiten Endes 17b der flexiblen Hülle 14 in diese hinein, so dass sich die Hand bei aufgestülpter flexibler Hülle 14 im Bereich des ersten Endes 17a befindet.
8B zeigt in einer Detailansicht eine an einem Raumfahrzeugrumpf 10 befestigte Unterstützungsvorrichtung 1. Die Unterstützungsvorrichtung 1 kann als Mittel zur Verlangsamung von Knochen- und Muskelabbau bzw. zum Training einer Person 11 verwendet werden. Über die Befestigungseinheit 18 kann dabei eine aktive Bewegung der Unterstützungsvorrichtung 1 zum Beispiel durch eine Steuerung erzeugt werden, welche die Person beim Training eines Körperteils, das durch die Unterstützungsvorrichtung umschlossen wird, unterstützt. Dabei können gezielt Kräfte in unterschiedliche Bereiche des Körpers eingeleitet werden. Somit kann die Unterstützungsvorrichtung 1 auch im Sportbereich, insbesondere zum Training der Muskulatur der Person 11 bei Raumfahrteinsätzen, verwendet werden.
9 zeigt einen Luftfahrzeugrumpf 10, an welchem eine Montageunterstützungsvorrichtung 1 über eine Befestigungseinheit 18 befestigt ist. Die Befestigungseinheit 18 weist beispielsweise einen Adapter 25 sowie ein erstes Seil 26a, ein zweites Seil 26b und ein drittes Seil 26c auf. Jedoch können auch stangenförmige Komponenten vorgesehen sein, um die flexible Hülle 14 über den Adapter 25 an dem Luftfahrzeugrumpf 10 zu befestigen. Dabei können Spanten 27 innerhalb des Luftfahrzeugrumpfs 10 verwendet werden, an denen die Befestigungseinheit 18 die flexible Hülle 14 über den Adapter 25 am Flugzeugrumpf 10 befestigt. Mit anderen Worten können bereits im Luftfahrzeugrumpf 10 integrierte Vorrichtungen verwendet werden, um die Montageunterstützungsvorrichtung 1 im Luftfahrzeugrumpf 10 zu befestigen.
10 zeigt die Befestigung einer seilförmigen oder stangenförmigen Komponente 26 der Befestigungseinheit 18 mithilfe eines Adapters 25 an einer Vorrichtung 28 des Luftfahrzeugrumpfs 10. Der Adapter 25 weist dabei ein erstes Adapterteil 25a, welches an der Vorrichtung 28 des Luftfahrzeugrumpfs 10 angebracht oder in diesem integriert ist, sowie ein zweites Adapterteil 25b, welches in das erste Adapterteil durch eine Translationsbewegung, beispielsweise durch Einschieben, am Fahrzeugrumpf 10 befestigt werden kann, auf. An dem zweiten Adapterteil 25b ist beispielsweise die seilförmige oder stangenförmige Komponente 26 befestigt, an welcher wiederum die flexible Hülle 14 der Montageunterstützungsvorrichtung 1, welche in 10 nicht dargestellt ist, befestigt ist. Das erste Adapterteil 25a kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung an der Vorrichtung 28 des Luftfahrzeugrumpfs 10 befestigt sein. Die Vorrichtung 28 des Luftfahrzeugrumpfs 10 kann beispielsweise an dem Luftfahrzeugrumpf 10 durch eine Nietverbindung befestigt sein oder in den Luftfahrzeugrumpf 10 integriert sein.
11 zeigt vier gelenkig miteinander verbundene Elemente 13, die gemeinsam einen Abschnitt einer beweglichen Hülle 14 bilden, sowie die seilförmige oder stabförmige Komponente 26, über welche der Abschnitt der flexiblen Hülle 14 an dem Luftfahrzeugrumpf 10, welcher in 11 nicht dargestellt ist, befestigt ist. Die Befestigung zwischen dem Abschnitt der flexiblen Hülle 14 und der seilförmigen bzw. stabförmigen Komponente 26 kann beispielsweise durch einen Schnellverschluss oder Drehverschluss 29 erfolgen. Es können jedoch auch magentische Verbindungsstücke bzw. Verschlussstücke zur Befestigung des Abschnitts der flexiblen Hülle 14 mit der seilförmigen bzw. stabförmigen Komponente 26 vorgesehen sein.
12 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person 11 bei der Montage eines Fahrzeugs. In einem Schritt S1 des Verfahrens erfolgt ein Umschließen eines Körperteils einer Person 11 durch eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13. In einem weiteren Schritt S2 des Verfahrens wird eine flexible Hülle 14 des Körperteils der Person 11 mittels der Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen 13 gebildet. In einem weiteren Schritt S3 des Verfahrens erfolgt ein Übertragen eines Anteils einer auf den Körperteil der Person 11 einwirkenden Last durch die flexible Hülle 14 zur Stabilisierung des Körperteils der Person 11.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8266778 B2 [0003]
US 2014/0145128 A1 [0004]

Claims

Unterstützungsvorrichtung (1) zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person, aufweisend: eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen (13), welche dazu ausgeführt sind, ein Körperteil einer Person (11) zumindest teilweise zu umschließen, so dass die Mehrzahl der gelenkig miteinander verbundenen Elemente (13) zusammen eine flexible Hülle (14) des Körperteils der Person (11) bildet; wobei die flexible Hülle (14) ausgeführt ist, zur Stabilisierung des Körperteils der Person (11) einen Anteil einer auf den Körperteil der Person (11) einwirkenden Last zu übertragen.
Unterstützungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest zwei der gelenkig miteinander verbundenen Elemente (13) in einer bestimmten Ausrichtung zueinander arretierbar sind.
Unterstützungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei ein Arretieren der mindestens zwei gelenkig miteinander verbundenen Elemente (13) durch eine Drehbewegung eines Elements (13) erfolgt.
Unterstützungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flexible Hülle (14) zur Übertragung einer von einem Werkzeug (12) verursachten Last ausgeführt ist.
Unterstützungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Bereich eines ersten Endes (17a) der flexiblen Hülle (14) ein Befestigungselement (16) zur lösbaren Befestigung eines Werkzeugs (12) an der Unterstützungsvorrichtung (1) vorgesehen ist.
Unterstützungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei das Befestigungselement (16) zur lösbaren Befestigung des Werkzeugs (12) an der Unterstützungsvorrichtung (1) ein Kugelgelenk aufweist, welches dazu ausgeführt ist, das Werkzeug (12) in Bezug auf die Mehrzahl der gelenkig miteinander verbundenen Elemente (13) auszurichten.
Unterstützungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flexible Hülle (14) eine Befestigungseinheit (18) zur Befestigung der Unterstützungsvorrichtung (1) an einer Fahrzeugkomponente aufweist.
Unterstützungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Vorspanneinheit (30), die dazu ausgeführt ist, die gelenkig miteinander verbundenen Elemente (13) in einer bestimmten Ausrichtung zueinander vorzuspannen, so dass die flexible Hülle (14) in einem Ausgangszustand (31) eine bestimmte Form annimmt.
Unterstützungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen (13) dazu ausgeführt ist, einen Arm einer Person (11) zumindest teilweise zu umschließen, so dass die Mehrzahl der gelenkig miteinander verbundenen Elemente (13) zusammen eine flexible Hülle (14) des Arms der Person (11) bildet und somit eine auf den Arm der Person (11) einwirkende Last in einen Torso der Person (11) überträgt.
Unterstützungsvorrichtung (1) nach Anspruch 9, ferner ausweisend: eine an der flexiblen Hülle (14) des Arms befestigte Stützstruktur (50), die dazu ausgeführt ist, den Torso der Person (11) zumindest teilweise zu umschließen und somit die auf den Arm der Person (11) einwirkende Last durch die Stützstruktur (50) in den Torso der Person (11) zu übertragen.
Unterstützungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest zwei der gelenkig miteinander verbundenen Elemente (13) sich gegenseitig überlappen und/oder ineinandergreifen.
Unterstützungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Elemente (13) über mechanische und/oder magnetische Verbindungseinheiten (19) verbunden sind.
Unterstützungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Steuerungseinheit (40), die dazu ausgeführt ist, die Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen (13) auszurichten und/oder zumindest zwei der gelenkig miteinander verbundenen Elemente (13) in einer bestimmten Ausrichtung zueinander zu arretieren.
Fahrzeug, an welchem eine Unterstützungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche befestigt ist.
Verfahren zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person (11) bei der Montage eines Fahrzeugs, aufweisend die Schritte: Umschließen eines Körperteils einer Person (11) durch eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen (S1); Bilden einer flexiblen Hülle (14) des Körperteils der Person (11) mittels der Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen (S2); Übertragen eines Anteils einer auf den Körperteil der Person (11) einwirkenden Last durch die flexible Hülle (14) zur Stabilisierung des Körperteils der Person (S3).