DE102017127630A1

DE102017127630A1 - Vorrichtung zum Stabilisieren einer Körperhaltung einer Person

Info

Publication number: DE102017127630A1
Application number: DE102017127630.0A
Authority: DE
Inventors: Moritz Henning Rutsch; Robert Alexander Goehlich; Ingo Krohne
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2019-05-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stabilisieren einer Körperhaltung einer Person. Die Vorrichtung weist ein erstes Versteifungselement mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende sowie ein Krafteinleitungselement zum Einleiten zumindest eines Teils einer Gewichtskraft der Person in einen Untergrund auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Befestigungseinheit mit einem ersten Befestigungselement zum Befestigen einer Hüfte der Person an dem ersten Ende des ersten Versteifungselements auf. Das Krafteinleitungselement ist über ein Gelenk mit dem zweiten Ende des ersten Versteifungselements verbunden und das erste Versteifungselement ist dazu ausgebildet ist, sich in einem befestigten Zustand, in dem die Hüfte der Person durch das erste Befestigungselement der Befestigungseinheit an dem ersten Ende des ersten Versteifungselements befestigt ist, entlang eines Oberschenkels der Person zu erstrecken. Das erste Versteifungselement ist dazu ausgebildet, im befestigten Zustand zumindest einen Teil der Gewichtskraft der Person über das erste Versteifungselement und über das mit dem ersten Versteifungselement verbundene Krafteinleitungselement in den Untergrund zu übertragen, wenn ein Unterschenkel der Person gegenüber dem Oberschenkel der Person angewinkelt ist, so dass sich ein Knie der Person in einem Schwebezustand befindet. Ferner betrifft die Erfindung ein Kleidungsstück mit einer Vorrichtung zum Stabilisieren einer Körperhaltung einer Person.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Unterstützung von Personen bei Montagearbeiten. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Stabilisieren einer Körperhaltung einer Person sowie ein Kleidungsstück mit einer Vorrichtung zum Stabilisieren einer Körperhaltung einer Person.
Hintergrund der Erfindung
Während eines Montageprozesses, beispielsweise bei der Montage von Luftfahrzeugen, ist vom Arbeitspersonal nicht selten eine unkomfortable Körperhaltung einzunehmen, insbesondere dann, wenn bestimmte Montageschritte in schwer zugänglichen Bereichen des Montageobjekts durchzuführen sind. Zudem werden oft unterschiedliche Werkzeuge und Bauteile bzw. Komponenten bei der Durchführung der verschiedenen Arbeitsschritte benötigt, die vom Arbeitspersonal getragen und gehalten werden müssen. Insbesondere dann, wenn solche Werkzeuge oder Bauteile über einen längeren Zeitraum in einer bestimmten Position gehalten werden müssen, um einen Arbeitsschritt durchzuführen, kann dies zu nicht unerheblichen Belastungen einzelner Körperteile des Arbeitspersonals führen. Heutzutage werden in der Regel Knieprotektoren vom Arbeitspersonal verwendet, wenn einzelne Arbeitsschritte in kniender Körperhaltung auszuführen sind.
Die DE 10 2014 117 432 A1 beschreibt eine Montageunterstützungsvorrichtung zum Unterstützen eines Monteurs bei der Montage eines Luftfahrzeugs. Die Montageunterstützungsvorrichtung weist eine Matte mit einer Mehrzahl von mit einem Gas gefüllten Kammern auf. Die Montageunterstützungsvorrichtung weist ferner eine Sensoreinheit auf, die dazu ausgeführt ist, jeweils einen aktuellen Gasdruck in den einzelnen mit Gas gefüllten Kammern zu bestimmen. Durch eine Druckregelungseinheit kann der jeweilige Gasdruck in den einzelnen Kammern in Abhängigkeit des in den jeweiligen Kammern bestimmten aktuellen Gasdrucks eingestellt werden.
Die DE 10 2015 101 329 A1 beschreibt eine Unterstützungsvorrichtung, insbesondere eine Montageunterstützungsvorrichtung zur Stabilisierung eines Körperteils einer Person. Die Montageunterstützungsvorrichtung weist eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Elementen auf, die dazu ausgeführt sind, ein 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. Die flexible Hülle ist dazu ausgeführt, zur Stabilisierung des Körperteils der Person einen Anteil einer auf den Körperteil der Person einwirkenden Last zu übertragen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Körperteil einer Person während eines Montageprozesses zu entlasten.
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 Vorrichtung zum Stabilisieren einer Körperhaltung einer Person angegeben. Die Vorrichtung weist ein erstes Versteifungselement mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende sowie ein erstes Krafteinleitungselement zum Einleiten zumindest eines Teils einer Gewichtskraft der Person in einen Untergrund auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Befestigungseinheit mit einem ersten Befestigungselement zum Befestigen einer Hüfte der Person an dem ersten Ende des Versteifungselements auf. Das Krafteinleitungselement ist über ein erstes Gelenk mit dem zweiten Ende des ersten Versteifungselements verbunden und das erste Versteifungselement ist dazu ausgebildet, sich in einem befestigten Zustand, in dem die Hüfte der Person durch das erste Befestigungselement der Befestigungseinheit an dem ersten Ende des ersten Versteifungselements befestigt ist, entlang eines Oberschenkels der Person zu erstrecken. Das erste Versteifungselement ist dazu ausgebildet, im befestigten Zustand zumindest einen Teil der Gewichtskraft der Person über das erste Versteifungselement und über das mit dem ersten Versteifungselement verbundene Krafteinleitungselement in den Untergrund zu übertragen, wenn ein Unterschenkel der Person gegenüber dem Oberschenkel der Person angewinkelt ist, so dass sich ein Knie der Person in einem Schwebezustand befindet.
Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich, das Knie der Person während einer knienden Körperhaltung zu entlasten. Insbesondere wird ein Teil der Gewichtskraft des Oberkörpers der Person nicht über das Knie in den Untergrund, das heißt den Boden, übertragen, sondern vielmehr über die Hüfte der Person, das Versteifungselement und das Krafteinleitungselement. Somit ist die Vorrichtung besonders geeignet für Personen mit Kniebeschwerden, da das Knie den Boden nicht berührt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vor allem als Montageunterstützungsvorrichtung angesehen werden, insbesondere in Produktionszyklen, bei denen das Arbeitspersonal in schwer zugänglichen Bereichen arbeitet und über längere Zeiträume in gebückten oder gehockten Körperhaltungen arbeitet. Die Vorrichtung kann zum Beispiel bei der Produktion von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen und Raumfahrzeugen, aber auch auf anderen technischen Gebieten arbeitsunterstützend eingesetzt werden.
Das erste Versteifungselement kann beispielsweise in Form einer Schiene ausgebildet sein, welche sich entlang des Oberschenkels der Person erstreckt. Ferner kann das erste Versteifungselement aber auch eine steife Struktur sein, die in eine flexible Strukturmasse eingebettet ist, so dass die steife Struktur, das heißt das Versteifungselement, zusammen mit der flexiblen, die steife Struktur umgebenden Strukturmasse eine bionische Struktur bildet. Es ist auch möglich, dass die Vorrichtung, insbesondere das erste Versteifungselement in ein Kleidungsstück integriert ist, oder an diesem befestigt ist. Die flexible Struktur kann beispielsweise ein Schaumstoff mit unterschiedlichen Härtegraden oder dergleichen sein. Das erste Versteifungselement kann auch in Form von aufblasbaren Kammern realisiert werden, welche innerhalb einer flexiblen Struktur, beispielswiese Schaustoff oder dergleichen angeordnet sind. Dabei kann durch Einstellen eines Druckes in den gasgefüllten Kammern die Steifigkeit individuell angepasst werden. Die Kammern können eine längliche Form aufweisen, so dass sich die Kammern als Versteifungselement entlang des Oberschenkels der Person erstrecken.
Jedenfalls ist das erste Versteifungselement mit einer Steifigkeit versehen, die geeignet ist, wenigstens die Gewichtskraft der Person in den Untergrund zu übertragen, ohne dass sich das erste Versteifungselement dabei wesentlich verformt. Denn so kann ein Teil der Gewichtskraft der Person an dem Oberschenkel der Person und am Knie vorbeigeführt werden und über das Versteifungselement und das Krafteinleitungselement in den Untergrund übertragen werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann damit als eine Art Knie-Exoskelett oder Beinexoskelett angesehen werden.
Das erste Versteifungselement ist in einer bevorzugten Ausführungsform schienenförmig oder stabförmig ausgebildet. Das erste Versteifungselement kann beispielsweise aus einem Metall bzw. einem Leichtmetall oder aus einem Kunststoff gefertigt sein. Es ist möglich, dass das erste Versteifungselement aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist. Beispielsweise sind das erste Versteifungselement sowie das Krafteinleitungselement aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gefertigt. Die gesamte Vorrichtung weist vorzugsweise ein Gewicht von weniger als 3 kg auf.
Zwischen dem ersten Versteifungselement und dem Krafteinleitungselement ist das erste Gelenk vorgesehen, welches das erste Versteifungselement und das Krafteinleitungselement gelenkig miteinander verbindet. Das Gelenk kann ein Scharniergelenk sein, so dass das erste Versteifungselement und das Krafteinleitungselement lediglich um eine einzige Rotationsachse relativ zueinander verschwenkbar sind. Beispielsweise ist das Gelenk ein Federscharnier. Das Gelenk kann jedoch auch ein Kugelgelenk sein.
Das erste Versteifungselement und/oder das Krafteinleitungselement können länglich ausgebildet sein, das heißt sich in jeweils einer Längsachse erstrecken. Durch das Gelenk können die Längsachsen des ersten Versteifungselements und des Krafteinleitungselements in einen bestimmten Winkel zueinander gebracht werden. Durch eine Arretiervorrichtung kann dieser Winkel dann fixiert werden.
Am ersten Ende des ersten Versteifungselements ist das erste Befestigungselement angebracht, wobei das erste Befestigungselement beispielsweise ein Gurt ist, welcher dazu ausgeführt ist, um die Hüfte der Person herumgeschlungen zu werden, ähnlich wie bei einem Gürtel, um somit einen Teil der Gewichtskraft der Person ausgehend von der Hüfte mittels des ersten Befestigungselements in das erste Versteifungselement zu übertragen, so dass dieser Teil der Gewichtskraft schließlich über das mit dem ersten Versteifungselement verbundene Krafteinleitungselement in den Untergrund eingeleitet wird.
Das Krafteinleitungselement ist mit einer Steifigkeit versehen, die geeignet ist, wenigstens die Gewichtskraft der Person in den Untergrund zu übertragen, ohne dass sich das Krafteinleitungselement dabei wesentlich verformt. So kann ein Teil der Gewichtskraft der Person über das Krafteinleitungselement in den Untergrund übertragen werden. Weiterhin kann das Krafteinleitungselement genutzt werden um die Gewichtskraft eines Oberkörperexoskeletts und möglicherweise die Gewichtskraft eines Werkzeuges, das die Person hält, in den Untergrund zu übertragen. Dazu befindet sich eine mechanische Vorrichtung, insbesondere ein Anschlusselement, auf Hüfthöhe der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche eine Verbindung mit einem Oberkörpereskoskelett ermöglicht.
Das Krafteinleitungselement kann als Stützfuß ausgebildet sein, insbesondere kann das Krafteinleitungselement dazu ausgeführt sein, einen festen bzw. rutschfesten Halt gegenüber dem Untergrund bereitzustellen. Das Krafteinleitungselement kann beispielsweise aus einem Metall bzw. Leichtmetall oder aus einem Kunststoff gefertigt sein. Es ist möglich, dass das erste Versteifungselement aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist.
Winkelt die Person ihren Unterschenkel gegenüber dem Oberschenkel an, so kann das Krafteinleitungselement beispielswiese in eine bezüglich dem ersten Versteifungselement fluchtende Position gebracht werden. Das bedeutet, dass die Längsachse des ersten Versteifungselements und des Krafteinleitungselements im Wesentlichen fluchtend oder parallel verlaufen. Geht die Person nun in die Hocke bis das Krafteinleitungselement den Untergrund berührt, so wird im befestigten Zustand ein Teil der Gewichtskraft der Person über das erste Versteifungselement und das Krafteinleitungselement in den Untergrund eingeleitet, wobei das Knie der Person in der Schwebe gehalten wird, da die Hüfte der Person über das erste Befestigungselement an dem ersten Versteifungselement befestigt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Befestigungseinheit ein zweites Befestigungselement zum Befestigen des Oberschenkels der Person im Bereich des zweiten Endes des ersten Versteifungselements auf, so dass zumindest ein Teil der Gewichtskraft der Person über das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement in das erste Versteifungselement und das mit dem ersten Versteifungselement verbundene Krafteinleitungselement in den Untergrund übertragbar ist.
Dabei kann das erste Befestigungselement ein vom zweiten Befestigungselement separates Befestigungsmittel sein. Insbesondere können das erste und das zweite Befestigungsmittel voneinander beabstandet an dem ersten Versteifungselement befestigt sein. Das zweite Befestigungselement kann, wie auch das erste Befestigungselement, ein Gurt oder ein ähnlich flexibles Befestigungsmittel sein, welches dazu ausgeführt ist, um den Oberschenkel der Person herumgeschlungen zu werden und den Oberschenkel zusammen mit dem ersten Befestigungsmittel in seiner Ausrichtung gegenüber dem ersten Versteifungselement zu fixieren. Dies wird in der Figurenbeschreibung noch genauer erläutert werden.
Die Gurte können beispielsweise durch festzurren oder festbinden am Oberschenkel bzw. an der Hüfte befestigt werden, so dass diese Körperteile fest in den Gurten fixiert sind. Somit kann die Last, insbesondere ein Großteil der auf den Oberkörper der Person wirkenden oder vom Oberkörper verursachten Gewichtskraft in einer gehockten Körperhaltung über das erste Versteifungselement und das Krafteinleitungselement in den Untergrund übertragen werden, ohne dass dabei die Last über das Knie der Person in den Untergrund übertragen wird, so dass das Knie der Person entlastet wird. Durch die Vorrichtung wird somit die gehockte Körperhaltung der Person stabilisiert und das Knie bzw. die Beine der Person weitgehend entlastet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Befestigungseinheit ein drittes Befestigungselement zum Befestigen des Unterschenkels der Person im Bereich des zweiten Endes des ersten Versteifungselements auf, so dass zumindest ein Teil der Gewichtskraft der Person über das erste Befestigungselement, das zweite Befestigungselement und das dritte Befestigungselement in das erste Versteifungselement und das damit verbundene Krafteinleitungselement in den Untergrund übertragbar ist.
Dabei kann das dritte Befestigungselement ein vom ersten und vom zweiten Befestigungselement separates Befestigungsmittel sein. Insbesondere kann das dritte Befestigungselement vom ersten und vom zweiten Befestigungselement beabstandet an dem ersten Versteifungselement befestigt sein.
Das dritte Befestigungselement kann, wie auch das erste und zweite Befestigungselement, ein Gurt oder ein ähnlich flexibles Befestigungsmittel sein, welches dazu ausgeführt ist, um den Unterschenkel der Person herumgeschlungen zu werden und den Unterschenkel in seiner Ausrichtung gegenüber dem ersten Versteifungselement zu fixieren. Die Befestigungselemente können ferner Polster aufweisen, um die Befestigung an den entsprechenden Körperteilen der Person angenehmer zu machen.
Da das zweite und das dritte Befestigungselement am zweiten Ende des ersten Versteifungselements angebracht sind und sich das zweite Ende des ersten Versteifungselements im befestigten Zustand im Bereich des Knies der Person befindet, kann durch das dritte Befestigungselement der Unterschenkel am ersten Versteifungselement befestigt werden und durch das zweite Befestigungselement kann gleichzeitig der Oberschenkel am ersten Versteifungselement befestigt werden. Durch das dritte Befestigungselement kann somit auch das Krafteinleitungselement durch die Person je nach Körperhaltung geführt werden. Das heißt, im stehenden Zustand wird das Krafteileitungselement nach vorn bewegt bzw. gegenüber dem ersten Versteifungselement nach vorn gekippt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Krafteinleitungselement eine Längsachse auf, welche in einem stehenden Zustand der Person gegenüber einer Längsachse des ersten Versteifungselements angewinkelt ist. Dagegen können die Längsachsen fluchtend oder parallel zueinander ausgerichtet sein, wenn sich die Person in einer gehockten Position befindet.
Somit kann die Vorrichtung einfach von der Person getragen werden, beispielswiese während des Gehens. Während des Gehens wird das Krafteinleitungselement sozusagen durch den Unterschenkel geführt. Sobald die Person in eine gehockte oder kniende Position übergeht, kann die Längsachse des ersten Versteifungselements gegenüber der Längsachse des Krafteinleitungselements in eine parallele bzw. fluchtende Ausrichtung gebracht werden und auch in dieser Ausrichtung arretiert werden, so dass ein Teil der Gewichtskraft vom Oberkörper über das erste Versteifungselement und das Krafteinleitungselement in den Untergrund übertragen werden kann und der Oberschenkel sowie der Unterschenkel derart durch die Befestigungseinheit fixiert werden, dass das Knie der Person in der gehockten Körperhaltung im Schwebezustand gehalten wird. Mit anderen Worten hängt das Knie dann in der Vorrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Länge des ersten Versteifungselements einstellbar. Zusätzlich oder alternativ dazu ist das Krafteinleitungselement in Form eines starren Abstützfußes mit einem freien Ende ausgebildet.
Damit kann das erste Versteifungselement an unterschiedliche anatomische Eigenschaften der Person angepasst werden. Beispielsweise kann die Länge des ersten Versteifungselements bzw. der Schiene an die Länge des Oberschenkels der Person angepasst werden, so dass sich das erste Befestigungselement stets im Bereich der Hüfte der Person befindet, während sich das zweite und/oder das dritte Befestigungselement stets im Bereich des Knies der Person befindet.
Das erste Versteifungselement kann beispielsweise in Form einer Teleskopstange, das heißt mit einem Teleskopstangenmechanismus, ausgebildet sein. Dabei ist es möglich, dass verschiedene Längen des ersten Versteifungselements bzw. der Teleskopstange mittels Stiftverbindungen eingestellt und arretiert werden können. Mit anderen Worten können Löcher in den Einzelelementen der Teleskopstange in vorgegebenen Abständen entlang der Längsachse des ersten Versteifungselements vorgesehen sein, so dass durch einfaches Einstecken eines Stiftes oder Bolzens durch zwei Löcher in benachbarten, relativ zueinander verschiebbaren Einzelelementen der Teleskopstange die Länge eingestellt und arretiert werden kann. Ferner kann die Länge auch über eine Drehbewegung der Einzelelemente der Teleskopstange eingestellt und arretiert werden, ähnlich wie bei einem Bajonettverschluss. Andere Längeneinstellmechanismen sind ebenfalls möglich.
Das Krafteinleitungselement ist als Abstützfuß ausgebildet, welcher vorzugsweise eine Anti-Rutsch-Beschichtung aufweist, so dass ein sicherer Halt auf dem Untergrund gewährleistet ist. Das Krafteinleitungselement kann den Teil der Gewichtskraft der Person welche über die erfindungsgemäße Vorrichtung in den Untergrund übertragen wird, in lediglich einem Punkt, in mehreren Punkten, linienförmig oder aber auch über einen Flächenabschnitt in den Untergrund einleiten. Entsprechend kann das Krafteinleitungselement unterschiedlich ausgebildet sein. Dies wird in der Figurenbeschreibung noch genauer erläutert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung ein Anschlusselement auf, welches an dem ersten Ende des ersten Versteifungselements angebracht ist und dazu ausgeführt ist, eine Halterung zur Abstützung eines Oberkörpers der Person an dem ersten Versteifungselement zu befestigen.
Damit kann zusätzlich der Oberkörper stabilisiert werden bzw. eine auf den Oberkörper der Person wirkende Last über das Anschlusselement in das erste Versteifungselement und somit über das Krafteinleitungselement in den Untergrund eingeleitet werden.
Das Anschlusselement kann ein Adapter sein, welcher in Form eines weiteren Befestigungselements ausgebildet ist. Jedenfalls ist das Anschlusselement dazu ausgebildet, einen Teil einer auf den Oberkörper der Person wirkenden Last zu übertragen, um somit sowohl den Oberkörper also auch das Bein der Person zu entlasten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung ein zweites Versteifungselement mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende auf. Das zweite Versteifungselement ist über ein zweites Gelenk am zweiten Ende des zweiten Versteifungselements mit dem zweiten Ende des ersten Versteifungselements verbunden. Das zweite Gelenk ist dabei beispielsweise dasselbe Gelenk, welches auch der gelenkigen Verbindung von erstem Versteifungselement und Krafteinleitungselement dient. Das erste und zweite Gelenk können aber auch entlang der Längsachse des ersten Versteifungselements beabstandet angeordnet sein. Das zweite Versteifungselement ist dazu ausgebildet, sich im befestigten Zustand, in dem die Hüfte der Person durch das erste Befestigungselement der Befestigungseinheit an dem ersten Ende des ersten Versteifungselements befestigt ist und in dem der Unterschenkel der Person über ein weiteres, viertes Befestigungselement der Befestigungseinheit an dem zweiten Versteifungselement befestigt ist, entlang des Unterschenkels der Person zu erstrecken während sich das erste Versteifungselement entlang des Oberschenkels der Person erstreckt.
Somit kann erreicht werden, dass nicht nur das Knie der Person im Schwebezustand gehalten wird, sondern auch der gesamte Unterschenkel der Person. Insbesondere wird der Unterschenkel der Person nun über das vierte Befestigungselement an der Vorrichtung, das heißt am zweiten Versteifungselement befestigt. Das zweite Befestigungselement kann die selben Eigenschaften wie das erste Versteifungselement aufweisen. Insbesondere kann das zweite Versteifungselement eine Schiene oder eine Versteifung innerhalb einer flexiblen Struktur sein. Es können auch gasgefüllte Kammern für eine Versteifung sorgen. Vorzugsweise ist das zweite Versteifungselement jedoch als eine Schiene oder als eine Teleskopstange ausgebildet, welche in ihrer Länge an die anatomischen Eigenschaften oder bestimmte Anforderungen angepasst werden kann. Hierfür kommen auch die mit Bezug zum ersten Versteifungselement beschriebenen Längeneinstellmechanismen in Betracht.
Das zweite Gelenk kann ein Scharniergelenk oder ein Kugelgelenk sein. Jedenfalls ermöglicht das zweite Gelenk eine Einstellung eines Winkels zwischen dem ersten und dem zweiten Versteifungselement.
Das vierte Befestigungselement kann, wie auch das erste Befestigungselement, ein Gurt oder ein ähnlich flexibles Befestigungsmittel sein, welches dazu ausgeführt ist, um den Unterschenkel der Person herumgeschlungen zu werden und den Unterschenkel in seiner Ausrichtung gegenüber dem zweiten Versteifungselement zu fixieren. Es werden also flexible Elemente mit steifen Elementen kombiniert, wobei die Übertragung der Gewichtskraft lediglich durch die steifen Elemente erfolgt und die flexiblen Elemente in erster Linie die Befestigung der Gliedmaßen der Person an den steifen Elementen sicherstellen.
Das erste und das zweite Versteifungselement können jeweils mehrere parallel angeordnete Teleskopstangen aufweisen, die in eine flexible Struktur oder in ein flexibles Netz eingebettet sind. Diese flexible Struktur kann beispielsweise eine Schaumstoffstruktur oder ein Kleidungsstück sein.
Für den Fall, dass die Vorrichtung nicht in Benutzung ist, können die Teleskopstangen der Versteifungselemente zusammengeklappt werden, beispielsweise ähnlich wie bei einem Regenschirm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung ein zweites Krafteinleitungselement zum Einleiten zumindest eines Teils der Gewichtskraft der Person in den Untergrund auf. Das zweite Krafteinleitungselement ist am ersten Ende des zweiten Versteifungselements angebracht. Ferner west die Vorrichtung eine Stützstrebe mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende auf, wobei die Stützstrebe mit ihrem ersten Ende über ein weiteres, drittes Gelenk am ersten Ende des zweiten Versteifungselements befestigt ist. Die Stützstrebe ist mit ihrem zweiten Ende gleitend an dem ersten Versteifungselement gelagert, so dass das zweite Ende der Stützstrebe mit ihrem zweiten Ende zumindest abschnittsweise zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des ersten Versteifungselements entlang des ersten Versteifungselements verschiebbar ist, um somit einen bestimmten Winkel zwischen erstem Versteifungselement und zweitem Versteifungselement einzustellen.
Das zweite Krafteinleitungselement kann wie das zuvor beschriebene erste Krafteinleitungselement als Abstützfuß mit einem freien Ende ausgebildet sein. Der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragene Lastanteil kann somit über beide Krafteinleitungselemente in den Untergrund eingeleitet werden. Das zweite Krafteinleitungselement kann eine Längsachse aufweisen, die wegen des dritten Gelenks gegenüber einer Längsachse des zweiten Versteifungselements angewinkelt werden kann.
Die Stützstrebe kann über ihr erstes Ende am ersten Ende des zweiten Versteifungselements fixiert bzw. fest verankert sein, so dass lediglich ein Gleiten des zweiten Endes der Stützstrebe entlang des ersten Versteifungselements möglich ist. Hierfür kann eine Führung zum Führen des zweiten Endes der Stützstrebe auf dem ersten Versteifungselement vorgesehen sein. Die Stützstrebe kann in Form einer weiteren Schiene oder in Form einer Stange ausgeführt sein. Die Stützstrebe kann in ihrer Länge eingestellt werden. Insbesondere kann die Stützstrebe eine Teleskopstange sein. Die Stützstrebe kann dazu ausgeführt sein, einen Teil der Gewichtskraft der Person ausgehend von ihrem mit dem ersten Versteifungselement verbundenen zweiten Ende direkt zum zweiten Krafteinleitungselement zu übertragen.
Die Versteifungselemente, die Stützstrebe sowie die Krafteinleitungselemente können aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, aus glasfaserverstärktem Kunststoff, aus Polyethylen oder aus Bambusholz gefertigt sein. Auch Kombinationen dieser Materialien sind möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine Arretiervorrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, eine relative Ausrichtung zwischen dem ersten Versteifungselement und dem zweiten Versteifungselement zu arretieren, um somit den Oberschenkel der Person gegenüber dem Unterschenkel zu stabilisieren.
Beispielsweise kann das zweite Ende der Stützstrebe entlang des ersten Versteifungselements verschoben werden, bis ein gewünschter Winkel zwischen erstem und zweitem Versteifungselement eingestellt ist. Anschließend kann dieser Winkel zwischen dem ersten Versteifungselement und dem zweiten Versteifungselement arretiert werden. Die Arretierung kann beispielsweise durch eine lösbare Stiftverbindung oder Bolzenverbindung zwischen Stützstrebe und erstem Versteifungselement im Bereich des zweiten Endes der Stützstrebe erfolgen. Die Arretiervorrichtung kann jedoch auch eine Schraubverbindung oder eine Bajonettverbindung aufweisen. Durch die Arretiervorrichtung kann das Gleiten des zweiten Endes der Stützstrebe entlang des ersten Versteifungselements wahlweise unterbunden werden. Zur Einstellung eines neuen Winkels zwischen erstem und zweitem Versteifungselement kann die Arretierung gelöst werden, der Winkel neu eingestellt werden, in dem das zweite Ende der Stützstrebe entlang des ersten Versteifungselements gleitet, und der neu eingestellte Winkel wieder arretiert werden mittels der beschriebenen Arretiervorrichtungen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine Dämpfungseinheit zum Dämpfen einer Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement und dem zweiten Versteifungselement auf.
Dabei kann durch die Dämpfungseinheit beispielsweise eine Bewegung zur Verkleinerung des Winkels zwischen erstem Versteifungselement und zweitem Versteifungselement dämpfen.
Die Dämpfungseinheit kann beispielsweise einen Federdämpfer oder eine Luftfeder umfassen. Ebenso kann eine hydraulische Dämpfungseinheit vorgesehen sein. Die Dämpfungseinheit ist vorzugsweise in der Stützstrebe angeordnet, so dass eine Dämpfung bezüglich einer Längsachse der Stützstrebe erfolgt. Jedoch kann die Dämpfungseinheit auch im ersten Gelenk angeordnet sein, welches die gelenkige Verbindung zwischen erstem Versteifungselement und erstem Krafteinleitungselement bildet. In diesem Fall kann eine Drehbewegung des ersten Versteifungselements bezüglich des ersten Krafteinleitungselements gedämpft werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine Sensoreinheit zum Erfassen einer Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement und dem zweiten Versteifungselement auf. Ferner weist die Vorrichtung eine Steuerungseinheit auf, die dazu ausgeführt ist, in Abhängigkeit der erfassten Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement und dem zweiten Versteifungselement die Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement und dem zweiten Versteifungselement zu unterstützen.
Die Sensoreinheit kann beispielsweise ein optisches System zum Messen eines Winkels zwischen dem ersten und zweiten Versteifungselement sein. Die Sensoreinheit kann jedoch auch in Form eines Magnetfeldsensors ausgebildet sein, um die Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement und dem zweiten Versteifungselement und damit einen sich zwischen diesen beiden Elementen einstellenden Winkel zu erfassen.
Die Sensoreinheit kann auch dazu ausgeführt sein, einen Winkel zwischen dem Ober- und dem Unterschenkel zu erfassen, so dass anschließend die Ausrichtung, das heißt Winkeleinstellung, des mit dem Oberschenkel verbundenen ersten Versteifungselements bezüglich des mit dem Unterschenkel verbundenen zweiten Versteifungselements aktiv durch die Steuerungseinheit unterstützt bzw. eingestellt werden kann.
Die Steuerungseinheit kann beispielswiese einen Aktuator bzw. einen Motor, insbesondere einen Elektromotor aufweisen, mit dem die Einstellung des Winkels zwischen dem ersten und zweiten Versteifungselement aktiv gesteuert und eingestellt werden kann. Somit kann eine Bewegung der Person, bei der die Person den Unterschenkel gegenüber dem Oberschenkel anwinkelt oder bei der sich die Person aus einer gehockten Stellung nach vorne beugt, aktiv unterstützt werden.
Die Steuerungseinheit kann dabei in dem ersten Gelenk angeordnet sein, welches die gelenkige Verbindung von dem ersten Versteifungselement und dem ersten Krafteinleitungselement bildet. Dabei kann das Gelenk derart angesteuert bzw. angetrieben werden, dass ein gewünschter Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Versteifungselement aktiv eingestellt wird. Die Steuerungseinheit kann jedoch auch in der Stützstrebe angeordnet sein, wobei durch die Steuerungseinheit das zweite Ende der Stützstrebe aktiv entlang des ersten Versteifungselement verfahren wird, um somit den Winkel zwischen erstem und zweitem Versteifungselement einzustellen. Diese Winkeleinstellung kann durch die Steuerungseinheit auch über eine aktiv angesteuerte Längenverstellung der Stützstrebe realisiert sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner ein weiteres, erstes Versteifungselement sowie ein weiteres, über ein Gelenk mit dem weiteren, ersten Versteifungselement verbundenes Krafteinleitungselement aufweisen, so dass die zuvor beschriebenen Merkmale der Vorrichtung auch für das zweite Bein der Person gelten. Insbesondere kann die Vorrichtung an der Person befestigt werden, so dass beide Knie in der Schwebe gehalten werden können. Die zuvor anhand eines Versteifungselements beschriebene Vorrichtung kann somit auch auf das zweite Bein der Person angewendet werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Kleidungsstück mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben. Dabei ist zumindest das erste Versteifungselement an dem Kleidungsstück befestigt oder in dieses integriert. Ferner kann auch das zweite Versteifungselement an dem Kleidungsstück befestigt oder in dieses integriert sein. Auch die Befestigungselemente der Befestigungseinheit können an dem Kleidungsstück befestigt sein oder sogar durch das Kleidungsstück selbst gebildet sein. Beispielsweise können die Befestigungselemente an einem Hosenbein einer Hose befestigt sein.
Figurenliste

1 zeigt eine stehende Person mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine Person in gehockter Stellung mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3A zeigt eine schematische Darstellung eines Beins einer stehenden Person mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3B zeigt eine schematische Darstellung eines Beins einer Person in kniender Körperhaltung mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3C zeigt eine schematische Darstellung eines Beins einer Person in gehockter Stellung mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4A zeigt eine schematische Darstellung eines Beins einer stehenden Person mit einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4B zeigt eine schematische Darstellung eines Beins einer Person in kniender Körperhaltung mit einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4C zeigt eine schematische Darstellung eines Beins einer Person in gehockter Stellung mit einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5A zeigt ein Kleidungsstück mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5B zeigt eine bionische Struktur mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
6 zeigt eine Vorrichtung mit Versteifungselementen, welche mehrere Teleskopstangen aufweisen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7A zeigt eine Seitenansicht einer Person mit einer Vorrichtung und einem daran angebundenen Oberkörperexoskelett gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7B zeigt eine Rückansicht einer Person mit einer Vorrichtung und einem daran angebundenen Oberkörperexoskelett gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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 Vorrichtung 10 zum Stabilisieren einer Körperhaltung einer Person 1. Die Vorrichtung weist ein erstes Versteifungselement 11 mit einem ersten Ende 11a und einem zweiten Ende 11b auf. Die Vorrichtung 10 weist ferner ein erstes Krafteinleitungselement 13 zum Einleiten zumindest eines Teils einer Gewichtskraft der Person 1 in einen Untergrund 2 auf. Die Vorrichtung 10 weist weiterhin eine Befestigungseinheit 20 mit mehreren Befestigungselementen 21, 22, 23 auf. Insbesondere weist die Vorrichtung 10 ein erstes Befestigungselement 21 zum Befestigen einer Hüfte 3 der Person 1 an dem ersten Ende 11a des ersten Versteifungselements 11 auf. Das erste Krafteinleitungselement 13 ist mittels eines Gelenks 15 mit dem zweiten Ende 11b des ersten Versteifungselements 11 verbunden. Das erste Versteifungselement 11 erstreckt sich in dem in 1 dargestellten befestigten Zustand, in dem die Hüfte 3 der Person 1 durch das erste Befestigungselement 21 an dem ersten Ende 11a des ersten Versteifungselements 11 befestigt ist, entlang eines Oberschenkels 4 der Person 1. In dem befestigten Zustand ist ferner das zweite Befestigungselement 22 am zweiten Ende 11b des ersten Versteifungselements befestigt. Über das zweite Befestigungselement 22 ist der Oberschenkel 4 der Person 1 an dem zweiten Ende 11b des Versteifungselements 11 befestigt. Das zweite Ende 11b des ersten Versteifungselements 11 befindet sich dabei in etwa auf Höhe des Knies 6 der Person 1.
Am zweiten Ende 11b des ersten Versteifungselements 11 ist ein Vorsprung 20a vorgesehen, der senkrecht aus dem ersten Versteifungselement 11 herausragt und an dem das zweite Befestigungselement 22 angebracht ist. Der Vorsprung 20a weist drei Abschnitte auf. Der erste Abschnitt ragt senkrecht aus dem ersten Versteifungselement 11 heraus. Der zweite Abschnitt schließt sich an den ersten an und verläuft senkrecht zum ersten Abschnitt und senkrecht zur Längsachse des ersten Versteifungselements 11. Der dritte Abschnitt schließt sich an den zweiten an und verläuft wiederum parallel zur Längsachse des ersten Versteifungselements 11. Vorliegend ist das zweite Befestigungselement 22 am dritten Abschnitt des Vorsprungs 20a angebracht.
1 zeigt die Person 1 im stehenden Zustand. Hierbei ist eine Längsachse des ersten Krafteinleitungselements 13 gegenüber einer Längsachse des ersten Versteifungselement 11 angewinkelt. Insbesondere ist das dritte Befestigungselement 23 im befestigten Zustand an dem Krafteinleitungselement 13 oder am zweiten Ende 11b des ersten Versteifungselements 11 befestigt, so dass das Krafteinleitungselement 13 durch die Bewegung eines Unterschenkels 5 der Person 1 geführt werden kann.
Das Scharniergelenk 15 sorgt für eine schwenkbare Bewegung des Krafteinleitungselements 13 gegenüber dem ersten Versteifungselement 11. Das Krafteinleitungselement 13 stellt somit einen Abstützfuß 17 der gesamten Vorrichtung 10 auf dem Untergrund 2 dar. Das Krafteinleitungselement 13 bzw. der Abstützfuß 17 weist ebenfalls einen länglichen Vorsprung 17a auf, der sich etwa parallel zur Rotationsachse des Gelenks 15 erstreckt.
Am ersten Ende 11a des ersten Versteifungselements 11 ist ein weiteres Gelenk 16 vorgesehen, welches das erste Versteifungselement 11 mit dem ersten Befestigungselement 21 verbindet. Dabei ist ein Anschlusselement 18 rotierbar, beispielswiese über ein Kugelgelenk 16, mit dem ersten Ende 11a des ersten Versteifungselement 11 gekoppelt. An dem Anschlusselement 18 ist wiederum das erste Befestigungselement 21 angebracht. Ferner bildet das Anschlusselement 18 eine Schnittstelle zu einem nicht dargestellten Oberkörperexoskelett. Insbesondere bildet das Anschlusselement 18 eine Befestigung für eine Halterung zur Abstützung des Oberkörpers der Person 1 an dem ersten Versteifungselement 11.
2 zeigt die Person 1 mit angewinkeltem Unterschenkel 5. Dabei überträgt das erste Versteifungselement 11 im befestigten Zustand der Vorrichtung 10 zumindest einen Teil der Gewichtskraft der Person 1 über das erste Versteifungselement 11 und über das mit dem ersten Versteifungselement 11 verbundene Krafteinleitungselement 13 in den Untergrund 2, da der Unterschenkel 5 der Person 1 gegenüber dem Oberschenkel 4 der Person 1 angewinkelt ist und sich das Knie 6 der Person 1 in einem Schwebezustand 7 befindet. Hier wird nun ein Teil der Gewichtskraft der Person 1 durch die Befestigung der Hüfte 3 der Person 1 mittels des ersten Befestigungselements 21 in das erste Versteifungselement 11 und schließlich über das Krafteinleitungselement 13 in den Untergrund 2 eingeleitet. Somit kann das Knie 6 der Person erheblich entlastet werden. Es ist auch deutlich zu erkennen, dass in dem 2 gezeigten befestigten Zustand der Oberschenkel 4 der Person 1 über das zweite Befestigungselement 22 an dem ersten Versteifungselement 11 befestigt ist. Das dritte Befestigungselement 23 ist in der 2 durch das erste Versteifungselement 11 verdeckt. Es ist erkennbar, dass der Vorsprung 17a des Abstützfußes 17 des Krafteinleitungselements 13 linienartig auf dem Boden 2 aufliegt und somit ein seitliches Verkippen der Vorrichtung 10 und damit der Person 1 verhindert.
Die Befestigungselemente 21, 22, 23 sind als Gurte ausgebildet. Dabei kann das erste Befestigungselement 21 einen ersten Gurt aufweisen, der im befestigten Zustand um die gesamte Hüfte 3 der Person 1 herumgeschlungen bzw. herumgewunden ist. Das erste Befestigungselement 21 kann einen zweiten Gurt aufweisen, der im befestigten Zustand um den Oberschenkel 4 der Person herumgeschlungen ist. Das zweite Befestigungselement 22 weist einen Gurt auf, der ebenfalls um den Oberschenkel 4 herumgeschlungen ist. Das dritte Befestigungselement 23 weist einen Gurt auf, der im befestigten Zustand um den Unterschenkel 5 herumgeschlungen ist. Zudem sind in 2 die Gelenke 15, 16 sowie das Anschlusselement 18 zu erkennen.
Die 3A bis 3C zeigen einen möglichen Bewegungsablauf einer Person 1 mit einer Vorrichtung 10 im befestigten Zustand.
3A zeigt eine stehende Person 1 mit der Vorrichtung 10, wobei im stehenden Zustand eine Längsachse 11c des ersten Versteifungselements 11 gegenüber einer Längsachse 13c des Krafteinleitungselements 1 angewinkelt ist, da der Unterschenkel 5 der Person 1 im stehenden Zustand das Krafteinleitungselement 13 nach vorn drückt. Somit kann sichergestellt werden, dass das Krafteinleitungselement 13 bzw. der Abstützfuß 17 im stehenden oder gehenden Zustand die Person 1 nicht behindert. Die Vorrichtung 10 kann somit durch das Arbeitspersonal problemlos umhergetragen werden. Es sind wiederum das Gelenk 15 am zweiten Ende 11b und das Gelenk 16 am ersten Ende 11a des ersten Versteifungselements 11 zu erkennen.
In 3B befindet sich die Person in einer knienden Körperhaltung, ohne dass das Knie 6 der Person 1 mit dem Boden 2 in Kontakt kommt. Das Knie 6 befindet sich daher in einem Schwebezustand 7. Die Gewichtskraft der Person 1 wird nun zumindest teilweise direkt durch die Vorrichtung 10 in die Hüfte 3 der Person 1 eingeleitet. Ein großer Teil der Gewichtskraft wird dabei durch die Vorrichtung 10, insbesondere durch das erste Versteifungselement 11 und das erste Befestigungselement 21 in die Hüfte 3 der Person 1 eingeleitet. Ein geringerer Teil der Gewichtskraft wird dagegen über das zweite Befestigungselement 22 in den Oberschenkel 4 der Person 1 eingeleitet. Ein anderer geringerer Teil der Gewichtskraft kann über das in den 3A bis 3C nicht dargestellte dritte Befestigungselement 23 in den Unterschenkel 5 der Person 1 eingeleitet werden. Jedenfalls ist das Knie 6 der Person 1 durch den Schwebezustand 7 vollkommen entlastet. In diesem Zustand verlaufen die Längsachse 11c des ersten Versteifungselements 11 und die Längsachse 13c des Krafteinleitungselements 13 im Wesentlichen parallel bzw. fluchtend zueinander. Es ist möglich, dass mittels des Gelenks 15 diese Ausrichtung arretiert werden kann.
In 3C befindet sich die Person 1 in einer gehockten Körperhaltung. Dabei sind die Längsachse 11c und die Längsachse 13c wiederum zueinander angewinkelt. Auch hier kann, wie in 3B dargestellt, ein großer Teil der Gewichtskraft durch die Vorrichtung 10, insbesondere durch das erste Versteifungselement 11 und das erste Befestigungselement 21 in die Hüfte 3 der Person 1 eingeleitet werden. Ein geringerer Teil der Gewichtskraft wird über das zweite Befestigungselement 22 in den Oberschenkel 4 der Person 1 eingeleitet. Das Knie 6 befindet sich im Schwebezustand 7.
Durch eine in 3C dargestellte Arretiervorrichtung 40 kann eine relative Ausrichtung, insbesondere ein Winkel zwischen der Längsachse 11c des ersten Versteifungselements 11 und der Längsachse 13c des Krafteinleitungselements 13 arretiert werden, um somit den Oberschenkel 4 der Person 1 gegenüber dem Unterschenkel 5 zu stabilisieren. Ferner kann ein eine Dämpfungseinheit 50 zum Dämpfen einer Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement 11 und dem Krafteinleitungselement 13 vorgesehen sein, um eine nach hinten oder eine nach vorn gerichtete Bewegung des Oberkörpers und damit des Oberschenkels 4 der Person 1 abzufedern. Die Relativbewegung beschränkt sich dabei auf eine Rotation um das Gelenk 15. Wie auch in 3B liegt der Abstützfuß 17 in dem in 3C dargestellten Zustand fest auf dem Untergrund 2 auf.
3A zeigt noch eine Sensoreinheit 60 sowie eine Steuerungseinheit 70, welche hier an dem ersten Versteifungselement 11 vorgesehen sind. Diese Einheiten 60, 70 können jedoch an jeder beliebigen anderen Stelle an der Vorrichtung angebracht sein. Die Sensoreinheit 60 erfasst die Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement 11 und dem Krafteinleitungselement 13 und die Steuerungseinheit 70 unterstützt in Abhängigkeit der erfassten Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement 11 und dem Krafteinleitungselement 13 die Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement 11 und dem Krafteinleitungselement 13. Die Steuerungseinheit 70 kann einen nicht dargestellten Aktuator in Form eines Elektromotors ansteuern, der die Bewegungen der Person 1 unterstützt.
Die 4A bis 4C zeigen ein Bein einer Person 1 mit einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung 10, welche ein zweites Versteifungselement 12 mit einem ersten Ende 12a und einem zweiten Ende 12b aufweist. Das zweite Versteifungselement 12 ist über das Gelenk 15 am zweiten Ende 12b des zweiten Versteifungselements 12 mit dem zweiten Ende 11b des ersten Versteifungselements 11 verbunden. Im befestigten Zustand, in dem die Hüfte 3 der Person 1 durch das erste Befestigungselement 21 an dem ersten Ende 11a des ersten Versteifungselements 11 befestigt ist und in dem der Unterschenkel 5 der Person 1 über ein weiteres, viertes Befestigungselement 24 an dem zweiten Versteifungselement 12 befestigt ist, erstreckt sich das zweite Versteifungselement 12 entlang des Unterschenkels 5 der Person 1, während sich das erste Versteifungselement 11 entlang des Oberschenkels 4 der Person 1 erstreckt. Dabei befestigt das erste und zweite Befestigungselement 21, 22 das erste Versteifungselement 11 an dem Oberschenkel 4, während das dritte und das vierte Befestigungselement 23, 24 das zweite Versteifungselement 12 am Unterschenkel 5 befestigen.
Wie in den 4A bis 4C erkennbar ist, weist die Vorrichtung 10 eine Stützstrebe 30 sowie ein zweites Gelenk 19 auf, welches die Stützstrebe 30 gelenkig mit dem zweiten Versteifungselement 12 verbindet. Die Vorrichtung 10 weist auch ein zweites Krafteinleitungselement 14 auf, welches am ersten Ende 12a des zweiten Versteifungselements 12 angebracht ist.
Die Stützstrebe 30 weist ein erstes Ende 30a und ein zweites Ende 30b auf, wobei die Stützstrebe 30 mit ihrem erste Ende 30a über das Gelenk 19 am ersten Ende 12a des zweiten Versteifungselements 12 befestigt ist. Die Stützstrebe 30 ist mit ihrem zweiten Ende 30b gleitend, beispielsweise mittels einer Linearführung an dem ersten Versteifungselement 11 gelagert, so dass das zweite Ende 30b der Stützstrebe 30 zumindest abschnittsweise zwischen dem ersten Ende 11a und dem zweiten Ende 11b des ersten Versteifungselements 11 entlang des ersten Versteifungselements 11 verschiebbar ist. Dies ist in den 4A bis 4C deutlich zu erkennen. In dem in 4A dargestellten Fall, wenn die Person 1 steht, befindet sich das zweite Ende 30b der Stützstrebe 30 am zweiten Ende 11b des ersten Versteifungselements 11, das heißt am ersten Gelenk 15. Winkelt die Person 1 nun den Unterschenkel 5 gegenüber dem Oberschenkel 4 an, so verschiebt sich das zweite Ende 30b der Stützstrebe 30 in Richtung des ersten Endes 11a des ersten Versteifungselements 11, wie dies in 4B dargestellt ist. Dabei wird also das zweite Ende 30b der Stützstrebe 30 entlang des ersten Versteifungselements 11 in Richtung des ersten Endes 11a des ersten Versteifungselements 11 geführt bzw. verschoben, bis das zweite Ende 30b der Stützstrebe 30 schließlich am ersten Ende 11a des ersten Versteifungselements 11 in einer Stoppposition angekommen ist, wie dies in 4C zu dargestellt ist. Mittels der Arretiervorrichtung 40 kann die Stützstrebe 30 nun in dieser Stoppposition arretiert werden, so dass die Person 1 nun ihre Arbeitstätigkeit in der in 4C dargestellten gehockten Position durchführen kann.
Durch die Arretiervorrichtung 40 kann eine beliebige relative Ausrichtung zwischen dem ersten Versteifungselement 11 und dem zweiten Versteifungselement 12 arretiert werden, um somit den Oberschenkel 4 der Person 1 gegenüber dem Unterschenkel 5 zu stabilisieren. Dazu kann das zweite Ende 30b der Stützstrebe 30, beispielswiese mittels einer Stiftverbindung, an einer beliebigen Position zwischen dem ersten Ende 11a und dem zweiten Ende 11b des ersten Versteifungselements 11 arretiert werden. Eine solche Arretierposition, bei welcher der Unterschenkel 5 und der Oberschenkel 4 in etwa 90° zueinander angewinkelt sind, ist zum Beispiel in 4B gezeigt. So kann sich die Person in dem in 4B dargestellten Fall zurück in eine Sitztasche 21a lehnen, wobei der Oberschenkel 4 der Person 1 gegenüber dem Unterschenkel 5 stabilisiert ist.
Das erste Befestigungselement 21 weist also eine Sitztasche 21a auf, welche der Person 1 ein Anlehnen bzw. eine angelehnte Sitzposition ermöglicht. In den 4B und 4C ist zu erkennen, dass die Gewichtskraft der Person 1 nun zumindest teilweise lediglich noch über die beiden Krafteinleitungselemente 13, 14 in den Untergrund 2 eingeleitet wird. Weiterhin ist zu erkennen, dass sich das Knie 6 der Person 1 im Schwebezustand 7 befindet, da die Gewichtskraft der Person und etwaiger anderer Gegenstände nunmehr über die Befestigungselemente 21, 22, 23, 24 in das erste und zweite Versteifungselement 11, 12 und damit in die Krafteinleitungselemente 13, 14 übertragen wird.
Optional können Auflagekissen unter die auf dem Boden 2 stehende Vorrichtung 10 gelegt werden, um einen Teil der Gewichtskraft auf die Auflagekissen aufzuteilen. Solche Auflagekissen sind in 4C ebenfalls anhand der gestrichelten Linie dargestellt.
Eine Dämpfungseinheit 50 der Vorrichtung kann entweder am Gelenk 15 oder an der Stützstrebe 30 angeordnet sein. Falls die Dämpfungseinheit 50 an der Stützstrebe 30 vorgesehen ist, kann beispielsweise ein Federdämpfer oder ein Luftdämpfer als Dämpfungseinheit 50 vorgesehen sein. Dieser Dämpfer 50 kann eine Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement 11 und dem zweiten Versteifungselement 12 dämpfen.
Zur besseren Übersicht ist die Sensoreinheit 60 und die Steuerungseinheit 70 lediglich in der 4A dargestellt. Die Sensoreinheit 60 kann eine Relativbewegung, insbesondere einen Winkel zwischen dem ersten Versteifungselement 11 und dem zweiten Versteifungselement 12 erfassen. Die Sensoreinheit 60 kann aber auch eine Relativbewegung, insbesondere einen Winkel zwischen dem Oberschenkel 4 und dem Unterschenkel 5 der Person 1 erfassen. Die erfassten Daten können von der Steuerungseinheit 70, welche beispielsweise eine Recheneinheit, das heißt einen Computer, und einen Aktuator aufweist, verwendet werden, um die Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement 11 und dem zweiten Versteifungselement 12 und damit die Relativbewegung zwischen dem Oberschenkel 4 und dem Unterschenkel 5 aktiv zu steuern bzw. zu unterstützen.
5A zeigt ein Kleidungsstück 100 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, wie sie in den 1 bis 3C dargestellt ist. Es sei verstanden, dass das Kleidungsstück 100 jedoch auch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, wie sie in den 4A bis 4C dargestellt ist, kombiniert werden kann. Das erste Versteifungselement 11 ist an dem Kleidungsstück 100, beispielsweise über Laschen 110 befestigt. Ebenso sind die Gurte der ersten und/oder des nicht dargestellten zweiten Befestigungselements 21, 22 an dem Kleidungsstück befestigt. Die Gurte können dabei in das Kleidungsstück eingearbeitet bzw. eingenäht sein.
5B zeigt eine bionische Struktur mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, wobei die bionische Struktur ein erstes Versteifungselement 11 mit mehreren Stützstreben und ein zweites Versteifungselement 12 ebenfalls mit mehreren Stützstreben aufweist. Über ein nicht näher gezeigtes Gelenk sind das erste und das zweite Versteifungselement 11, 12 miteinander gelenkig verbunden. Über dieses Gelenk kann auch das Krafteinleitungselement 13 an das erste und zweite Versteifungselement 11, 12 angebunden sein, wobei auch das Krafteinleitungselement 13 mehrere Stützstreben aufweist. Die bionische Struktur kann ein flexibles Material 100, beispielsweise einen durch die schrägen Linien in 5B angedeuteten Schaumstoff oder einen Textilstoff aufweisen, in welchen die Stützstreben eingebettet sind. Das flexible Material 100 kann sich in dessen Form dabei an die jeweilige Körperhaltung der Person 1, insbesondere an einen bestimmten Winkel zwischen erstem und zweitem Versteifungselement 11, 12 anpassen. Es ist möglich, dass das flexible Material 100 ein Kleidungsstück, insbesondere eine Hose ist, wobei die Stützstreben der jeweiligen Komponenten in das flexible Material bzw. in das Kleidungsstück integriert sind, um die bionische Struktur zu bilden. Die in 5B gezeigte Konfiguration kann somit eine Art Knieexoskeletthose sein. Diese Stützstreben können in Form von längenveränderlichen Teleskopstangen ausgeführt sein, um die Länge dieser Stützstreben an die anatonmische Eigenschaften der jeweiligen Person 1 anzupassen.
6 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10, wobei in diesem Ausführungsbeispiel das erste und das zweite Versteifungselement 11, 12 jeweils mehrere parallel angeordnete Teleskopstangen aufweisen. Die einzelnen Teleskopstangen eines Versteifungselements 11, 12 können im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Die Teleskopstangen des ersten Versteifungselements 11 sind wiederum über das Gelenk 15 im Kniebereich mit den Teleskopstangen des zweiten Versteifungselements 12 verbunden. Hierbei kann das Gelenk 15 mehrere Einzelgelenke aufweisen, die gegenüberliegende Teleskopstangen des ersten und zweiten Versteifungselements 11, 12 jeweils miteinander gelenkig verbinden. Die Teleskopstangen des ersten Versteifungselements 11 sind wieder über das Gelenk 16 mit dem ersten Befestigungselement 21 im Bereich der Hüfte 3 der Person 1 gekoppelt und die Teleskopstangen des zweiten Versteifungselements 12 sind mit dem Gelenk 19 im Bereich des Fußgelenks der Person 1 miteinander gekoppelt. Das erste Krafteinleitungselement 13 ist über das Gelenk 15 mit den Versteifungselementen 11, 12 gekoppelt und das zweite Krafteinleitungselement 14 ist über das Gelenk 19 an das zweite Versteifungselement 12 gekoppelt. Die Funktionsweise des in 6 dargestellten Ausführungsbeispiels ist dabei dieselbe wie beim Ausführungsbeispiel gemäß den 4A bis 4C, wobei die Stützstrebe 30 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
Die Teleskopstangen können in eine in 6 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte flexible Struktur oder in ein flexibles Netz eingebettet sein. Die flexible Struktur kann beispielsweise eine Schaumstoffstruktur sein, so dass die Teleskopstangen gemeinsam mit der Schaumstoffstruktur eine Art bionische Struktur bilden. So kann eine Körperhaltung der Person 1 durch die Vorrichtung 10 gestützt werden und gleichzeitig auch gegen äußere Einflüsse geschützt werden. Ebenso kann durch die flexible Struktur eine Polsterung der mit der Vorrichtung 10 in Berührung stehenden Gliedmaßen bereitgestellt werden.
Die 7A zeigt eine Seitenansicht der Person 1 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 und einem daran angebundenen Oberkörperexoskelett 80, welches ein Armexoskelett 82 aufweist. Dabei ist das Oberkörperexoskelett 80 über das Anschlusselement 18 an die erfindungsgemäße Vorrichtung 10, das heißt an das Beinexoskelett, angebunden. Das Anschlusselement 18 befindet sich mit Bereich des Gelenks 16, das heißt im Hüftbereich der Person 1. Dabei verbindet eine Strebe 86, ein Kugelgelenk 85 und eine weitere Strebe 83 das Oberkörperexoskelett mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Das Kugelgelenk 85 kann insbesondere eine Halbschale 84 mit einer darin gelagerten Kugel aufweisen, wie dies in der 7A gezeigt ist. Die Streben 86, 83 und das Kugelgelenk 85 können dabei ein Teil des Anschlusselements 18 sein.
7B zeigt eine Rückansicht eines in 7A dargestellten Oberkörperexoskeletts 80, welches an die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 angebunden ist. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass die Vorrichtung 10 insbesondere für jedes Bein der Person 1 ein eigenes erstes und zweites Versteifungselement 11, 12 aufweist, wobei die ersten und zweiten Versteifungselemente 11, 12 jeweils durch die Gelenke 15 miteinander verbunden sind und wobei das Anschlusselement 18 das Oberkörperexoskelett 80 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 verbindet. Das Anschlusselement 18 weist dabei zwei Streben 86 auf, welche die Gelenke 16 der Vorrichtung 10 über das Kugelgelenk 85 mit dem Oberkörperexoskelett verbinden. Beispielsweise hat das Oberkörperexoskelett ein Gewicht von maximal 10 kg oder maximal 5 kg.
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
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014117432 A1 [0003]
DE 102015101329 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (10) zum Stabilisieren einer Körperhaltung einer Person (1), aufweisend: ein erstes Versteifungselement (11) mit einem ersten Ende (11a) und einem zweiten Ende (11b); ein Krafteinleitungselement (13) zum Einleiten zumindest eines Teils einer Gewichtskraft der Person (1) in einen Untergrund (2); eine Befestigungseinheit (20) mit einem ersten Befestigungselement (21) zum Befestigen einer Hüfte (3) der Person (1) an dem ersten Ende (11a) des ersten Versteifungselements (11); wobei das Krafteinleitungselement (13) über ein Gelenk (15) mit dem zweiten Ende (11b) des ersten Versteifungselements (11) verbunden ist; wobei das erste Versteifungselement (11) dazu ausgebildet ist, sich in einem befestigten Zustand, in dem die Hüfte (3) der Person (1) durch das erste Befestigungselement (21) der Befestigungseinheit (20) an dem ersten Ende (11a) des ersten Versteifungselements (11) befestigt ist, entlang eines Oberschenkels (4) der Person (1) zu erstrecken; wobei das erste Versteifungselement (11) dazu ausgebildet ist, im befestigten Zustand zumindest einen Teil der Gewichtskraft der Person (1) über das erste Versteifungselement (11) und über das mit dem ersten Versteifungselement (11) verbundene Krafteinleitungselement (13) in den Untergrund (2) zu übertragen, wenn ein Unterschenkel (5) der Person (1) gegenüber dem Oberschenkel (4) der Person (1) angewinkelt ist, so dass sich ein Knie (6) der Person (1) in einem Schwebezustand (7) befindet.
Vorrichtung (10) nach Anspruchs 1, wobei die Befestigungseinheit (20) ein zweites Befestigungselement (22) zum Befestigen des Oberschenkels (4) der Person (1) im Bereich des zweiten Endes (11b) des erstes ersten Versteifungselements (11) aufweist, so dass zumindest ein Teil der Gewichtskraft der Person (1) über das erste Befestigungselement (21) und das zweite Befestigungselement (22) in das erste Versteifungselement (11) und das mit dem ersten Versteifungselement (11) verbundene Krafteinleitungselement (13) in den Untergrund (2) übertragbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungseinheit (20) ein drittes Befestigungselement (23) zum Befestigen des Unterschenkels (4) der Person (1) im Bereich des zweiten Endes (11b) des ersten Versteifungselements (11) aufweist, so dass zumindest ein Teil der Gewichtskraft der Person (1) über das erste Befestigungselement (21), das zweite Befestigungselement (22) und das dritte Befestigungselement (23) in das erste Versteifungselement (11) und das damit verbundene Krafteinleitungselement (13) in den Untergrund (2) übertragbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Krafteinleitungselement (13) eine Längsachse (13c) aufweist, welche in einem stehenden Zustand der Person (1) gegenüber einer Längsachse (11c) des ersten Versteifungselements (11) angewinkelt ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Länge des ersten Versteifungselements (11) einstellbar ist; und/oder wobei das Krafteinleitungselement (13) in Form eines starren Abstützfußes mit einem freien Ende (17) ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: ein Anschlusselement (18), welches an dem ersten Ende (11a) des ersten Versteifungselements (11) angebracht ist und dazu ausgeführt ist, eine Halterung zur Abstützung eines Oberkörpers der Person (1) an dem ersten Versteifungselement (11) zu befestigen.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: ein zweites Versteifungselement (12) mit einem ersten Ende (12a) und einem zweiten Ende (12b); wobei das zweite Versteifungselement (12) über ein Gelenk (15) am zweiten Ende (12b) des zweiten Versteifungselements (12) mit dem zweiten Ende (11b) des ersten Versteifungselements (11) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, sich im befestigten Zustand, in dem die Hüfte (3) der Person (1) durch das erste Befestigungselement (21) der Befestigungseinheit (20) an dem ersten Ende (11a) des ersten Versteifungselements (11) befestigt ist und in dem der Unterschenkel (5) der Person (1) über ein weiteres Befestigungselement (24) der Befestigungseinheit (20) an dem zweiten Versteifungselement (12) befestigt ist, entlang des Unterschenkels (5) der Person (1) zu erstrecken, während sich das erste Versteifungselement (11) entlang des Oberschenkels (4) der Person (1) erstreckt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, aufweisend: ein zweites Krafteinleitungselement (14) zum Einleiten zumindest eines Teils der Gewichtskraft der Person (1) in den Untergrund (2), wobei das zweite Krafteinleitungselement (14) am ersten Ende (12a) des zweiten Versteifungselements (12) angebracht ist; eine Stützstrebe (30) mit einem ersten Ende (30a) und einem zweiten Ende (30b); wobei die Stützstrebe (30) mit ihrem ersten Ende (30a) über ein zweites Gelenk (19) am ersten Ende (12a) des zweiten Versteifungselements (12) befestigt ist; wobei die Stützstrebe (30) mit ihrem zweiten Ende (30b) gleitend an dem ersten Versteifungselement (11) gelagert ist, so dass das zweite Ende (30b) der Stützstrebe (30) zumindest abschnittsweise zwischen dem ersten Ende (11a) und dem zweiten Ende (11b) des ersten Versteifungselements (11) entlang des ersten Versteifungselements (11) verschiebbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, aufweisend: eine Arretiervorrichtung (40), welche dazu ausgebildet ist, eine relative Ausrichtung zwischen dem ersten Versteifungselement (11) und dem zweiten Versteifungselement (12) zu arretieren, um somit den Oberschenkel (4) der Person (1) gegenüber dem Unterschenkel (5) zu stabilisieren.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, aufweisend: eine Dämpfungseinheit (50) zum Dämpfen einer Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement (11) und dem zweiten Versteifungselement (12).
Vorrichtung (10) nach einem Ansprüche 7 bis 10, aufweisend: eine Sensoreinheit (60) zum Erfassen einer Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement (11) und dem zweiten Versteifungselement (12); eine Steuerungseinheit (70), die dazu ausgeführt ist, in Abhängigkeit der erfassten Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement (11) und dem zweiten Versteifungselement (12) die Relativbewegung zwischen dem ersten Versteifungselement (11) und dem zweiten Versteifungselement (12) zu unterstützen.
Kleidungsstück (100) mit einer Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest das erste Versteifungselement (11) an dem Kleidungsstück (100) befestigt ist.