DE102018108234A1 - Exoskelettvorrichtung zur Rehabilitation von Gliedmaßen - Google Patents

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Abstract

Eine Exoskelettvorrichtung umfasst eine Basiseinheit (1), eine Trageeinheit (2) und eine Oberarm- und eine Unterarmeinheit (3, 4). Die Trageeinheit (2) ist relativ zu der Basiseinheit (1) um eine vertikale erste Achse (L1) drehbar. Die Oberarmeinheit (3) umfasst eine Verknüpfungsachse (313), einen Hauptarm (31), bei dem ein Verbindungsende (311) um eine horizontale zweite Achse (L2) drehbar ist, und einen Verknüpfungsmechanismus (32) zum Drehen der Verknüpfungsachse (313) relativ zu dem Hauptarm (31) um eine horizontale dritte Achse (L3). Die Unterarmeinheit (4) ist relativ zu der Oberarmeinheit (3) drehbar und umfasst einen Unterarmsatz (10), der gemeinsam drehbar mit der Verknüpfungsachse (313) gekoppelt ist, eine Handaufnahmeauflage (30), die drehbar mit dem Unterarmsatz (10) verbunden ist, und eine Unterarmaufnahmeauflage (50), die mit der Handaufnahmeauflage (30) verbunden ist, und ein Antriebsbauglied (40) zum Drehen der Handaufnahmeauflage (30) um eine horizontale vierte Achse (L4).

Description

  • Die Offenbarung bezieht sich auf eine Exoskelettvorrichtung und insbesondere auf eine Exoskelettvorrichtung zur Rehabilitation von Gliedmaßen.
  • Eine herkömmliche Exoskelettvorrichtung zur Rehabilitation von Gliedmaßen, wie in US9017271 B2 offenbart ist, umfasst eine Wand, einen sich horizontal erstreckenden Balken, der an der Wand montiert ist, einen ersten Motor, der an einem Ende des Balkens angeordnet ist, einen horizontalen Stab, der durch den ersten Motor dahin gehend angetrieben wird, sich relativ zu dem Balken um eine vertikale erste Achse zu drehen, ein sich vertikal erstreckendes eingehängtes Element, das schwenkbar mit einem Ende des horizontalen Stabes verbunden ist, einen zweiten Motor, der an einem Unterseitenabschnitt des eingehängten Elementes angeordnet ist, ein Tragebauglied, das durch den zweiten Motor dahin gehend angetrieben wird, sich relativ zu dem eingehängten Element um eine horizontale zweite Achse zu drehen, die zu der ersten Achse senkrecht ist, ein Gleitbauglied, das dahin gehend angeordnet ist, in einer Längsrichtung des Tragebaugliedes bewegbar zu sein, einen C-förmigen Rahmen, der mit dem Gleitbauglied verbunden ist, einen dritten Motor zum Antreiben einer Drehung des C-förmigen Rahmens, ein Unterarmpositionierbauglied, das schwenkbar mit dem C-förmigen Rahmen verbunden ist, und einen vierten Motor zum Antreiben einer Drehung des Unterarmpositionierbaugliedes. Die herkömmliche Exoskelettvorrichtung ist dazu in der Lage, einen Exoskelettmechanismus mit sechs Freiheitsgraden zu Rehabilitationszwecken bereitzustellen. Da jedoch der Balken, der horizontale Stab und das eingehängte Element über dem Schulterblatt, dem Oberarmknochen und dem Schultergelenk eines Benutzers angeordnet sind, können die oben erwähnten Komponenten der herkömmlichen Exoskelettvorrichtung ungewünschterweise eine Armbewegung des Benutzers während einer Rehabilitation behindern. Außerdem müssen die Positionen der Komponenten der herkömmlichen Exoskelettvorrichtung präzise ausgerichtet werden, um zu Benutzern mit unterschiedlichen Körpergrößen zu passen.
  • Eine weitere herkömmliche Exoskelettvorrichtung, wie in WO2013186705A2 offenbart ist, ist tragbar und kann von einem Benutzer als Rucksack getragen werden. Diese herkömmliche Exoskelettvorrichtung umfasst einen Mehrfachverknüpfungsmechanismus, der ein Schultergelenk nachahmt, der durch einen Motor angetrieben wird und der einen Exoskelettmechanismus mit vier Freiheitsgraden zu Rehabilitationszwecken bereitstellt. Jedoch ist die Armlänge einer herkömmlichen Exoskelettvorrichtung festgesetzt und kann nicht für Benutzern mit unterschiedlichen Körpergrößen von angepasst werden, und der Mehrfachverknüpfungsmechanismus weist eine relativ komplexe Struktur auf und kann nicht für eine Benutzung mit einem linken Arm und einen rechten Arm angepasst werden.
  • Noch eine weitere herkömmliche Exoskelettvorrichtung, wie in W02015048688 A1 offenbart ist, umfasst eine Montageauflage, einen horizontalen Stab, der mit der Montageauflage verbunden ist, einen ersten Motor zum Antreiben einer Drehung des horizontalen Stabes relativ zu der Montageauflage, einen vertikalen Stab, der mit dem horizontalen Stab verbunden ist, einen zweiten Motor zum Antreiben einer Oben-Unten-Schwingbewegung des vertikalen Stabes relativ zu dem horizontalen Stab, einen inneren Verknüpfungsstab, der mit dem vertikalen Stab verbunden ist, und einen äußeren Verknüpfungsstab, der schwenkbar mit dem inneren Verknüpfungsstab verbunden ist. Obwohl solch eine herkömmliche Exoskelettvorrichtung einen Exoskelettmechanismus mit drei Freiheitsgraden bereitstellen kann, ist die herkömmliche Exoskelettvorrichtung hinsichtlich der Größe relativ sperrig, da der Abstand zwischen dem Drehzentrum der Vorrichtung und dem Drehzentrum des Schultergelenkes eines Benutzers relativ groß ist. Außerdem ist der äußere Verknüpfungsstab mit einem Handgriff versehen, der einen Mechanismus mit zwei Freiheitsgraden an einem Ende desselben bereitstellt, wodurch die exakte Position der Hand und des Armes des Benutzers nicht bestimmt werden kann.
  • Daher besteht eine Aufgabe der Offenbarung darin, eine Exoskelettvorrichtung zu schaffen, die zumindest einen der Nachteile des Standes der Technik mindern kann.
  • Gemäß der Offenbarung umfasst die Exoskelettvorrichtung zur Rehabilitation von Gliedmaßen eine Basiseinheit, eine Trageeinheit, eine Oberarmeinheit und eine Unterarmeinheit.
  • Die Basiseinheit umfasst eine Basis und ein erstes Antriebsbauglied, das auf der Basis angeordnet ist.
  • Die Trageeinheit wird durch das erste Antriebsbauglied dahin gehend angetrieben, sich relativ zu der Basis um eine vertikale erste Achse zu drehen, und umfasst eine Tragevorrichtung, die schwenkbar mit der Basis verbunden ist, und eine Positionierauflage, die mit der Tragevorrichtung verbunden ist, die über der Basis angeordnet ist, und die mit einem zweiten Antriebsbauglied und einem dritten Antriebsbauglied versehen ist.
  • Die Oberarmeinheit umfasst eine Verknüpfungsachse, einen Hauptarm und einen Verknüpfungsmechanismus. Der Hauptarm weist ein Verbindungsende, das drehbar mit der Positionierauflage verbunden ist und durch das zweite Antriebsbauglied dahin gehend angetrieben wird, sich um eine horizontale zweite Achse zu drehen, die senkrecht zu der ersten Achse ist, und ein Verknüpfungsende auf, das dem Verbindungsende gegenüberliegt und mit der Verknüpfungsachse verbunden ist. Der Verknüpfungsmechanismus ist auf einer Seite des Hauptarmes angeordnet, ist zwischen der Positionierauflage und dem Verknüpfungsende des Hauptarmes angebracht und wird durch das dritte Antriebsbauglied dahin gehend angetrieben, die Verknüpfungsachse relativ zu dem Verknüpfungsende des Hauptarmes um eine horizontale dritte Achse zu drehen, die parallel zu der zweiten Achse ist.
  • Die Unterarmeinheit wird durch den Verknüpfungsmechanismus dahin gehend angetrieben, sich relativ zu der Oberarmeinheit zu drehen, und umfasst einen Unterarmsatz, der fest und gemeinsam drehbar mit der Verknüpfungsachse gekoppelt ist, eine Handaufnahmeauflage, die drehbar mit dem Unterarmsatz verbunden ist und die zum Aufnehmen einer Hand angepasst ist, und eine Unterarmaufnahmeauflage, die mit der Handaufnahmeauflage verbunden ist, die auf einer Seite des Unterarmsatzes angeordnet ist und die zum Aufnehmen eines Unterarmes angepasst ist. Der Unterarmsatz ist mit einem vierten Antriebsbauglied zum Drehen der Handaufnahmeauflage um eine horizontale vierte Achse versehen, die senkrecht zu der ersten und der zweiten Achse ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung des Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, bei denen:
    • 1 eine Perspektivansicht ist, die ein Ausführungsbeispiel einer Exoskelettvorrichtung gemäß der Offenbarung veranschaulicht;
    • 2 eine Teilperspektivansicht des Ausführungsbeispiels ist, die eine Trageeinheit, eine Oberarmeinheit und eine Unterarmeinheit veranschaulicht;
    • 3 eine teilweise auseinandergezogene Teilperspektivansicht des Ausführungsbeispiels ist, die eine Positionierauflage der Trageeinheit, die Oberarmeinheit und einen Abschnitt der Unterarmeinheit veranschaulicht;
    • 4 eine teilweise auseinandergezogene Perspektivansicht der Unterarmeinheit ist;
    • 5 eine schematische Teilseitenansicht des Ausführungsbeispiels ist;
    • 6 eine schematische Draufsicht des Ausführungsbeispiels ist;
    • 7 eine Schnittansicht bei Betrachtung entlang einer Linie VII-VII aus 6 ist, die die Unterarmeinheit veranschaulicht;
    • 8 eine schematische Ansicht ist, die einen Betrieb des Ausführungsbeispiels veranschaulicht;
    • 9 eine weitere schematische Ansicht ist, die einen Betrieb des Ausführungsbeispiels veranschaulicht;
    • 10 ein schematisches Diagramm ist, das die Winkel, die zwischen Ober- und einem Unterarmen unterschiedlicher Benutzer gebildet werden, und deren mathematische Beziehung veranschaulicht;
    • 11 eine schematische Ansicht ist, die einen Betrieb des Ausführungsbeispiels zur Nutzung mit einem rechten Arm veranschaulicht;
    • 12 eine weitere schematische Ansicht ist, die einen Betrieb des Ausführungsbeispiels zur Nutzung mit einem linken Arm veranschaulicht; und
    • 13 eine Perspektivansicht ist, die eine Modifizierung eines Handgriffes der Unterarmeinheit veranschaulicht.
  • Unter Bezugnahme auf 1 und 2 umfasst ein Ausführungsbeispiel eine Exoskelettvorrichtung zur Rehabilitation von Gliedmaßen, eine Basiseinheit 1, eine Trageeinheit 2, eine Oberarmeinheit 3 und eine Unterarmeinheit 4.
  • Die Basiseinheit 1 umfasst eine Basis 101, eine Mehrzahl von Rädern 102, die an einem Unterseitenabschnitt der Basis 101 montiert sind, ein erstes Antriebsbauglied 103, das auf der Basis 101 angeordnet ist, und ein Hubbauglied 104, das dahin gehend betriebsfähig ist, das erste Antriebsbauglied 103, die Trageeinheit 2 und die Ober- und Unterarmeinheit 3, 4 relativ zu der Basis 101 zu heben und zu senken. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Antriebsbauglied 103 ein Servomotor und das Hubbauglied 104 und ein hydraulischer Zylinder (z. B. ölzylinder).
  • Die Trageeinheit 2 wird durch das erste Antriebsbauglied 103 dahin gehend angetrieben, sich relativ zu der Basis 101 um eine vertikale erste Achse (L1) zu drehen, und umfasst eine Tragevorrichtung 201 und eine Positionierauflage 202, die mit einem Oberseitenabschnitt der Tragevorrichtung 201 verbunden ist und über und an einer Seite der Basis 101 angeordnet ist.
  • Die Tragevorrichtung 201 ist gekrümmt und erstreckt sich im Allgemeinen von der Basis 101 nach oben, ist schwenkbar mit der Basis 101 verbunden und umfasst eine Positionierplatte 206 und ein Sicherungsbauglied 207. Die Positionierplatte 206 ist auf einer Seite der Positionierauflage 202 angeordnet und weist ein erstes Ineingriffnahmeloch 206' und ein zweites Ineingriffnahmeloch 206" auf, die voneinander beabstandet sind. Das Sicherungsbauglied 207 erstreckt sich lösbar in die Positionierauflage 202 und ist in einem ausgewählten des ersten und des zweiten Ineingriffnahmeloches 206', 206" in Eingriff bringbar, um die Positionierauflage 202 relativ zu der Tragevorrichtung 201 zu positionieren.
  • Die Positionierauflage 202 ist mit einem zweiten Antriebsbauglied 203, einem dritten Antriebsbauglied 204, das an einer Seite des zweiten Antriebsbaugliedes 203 angeordnet ist, und einer ersten und einer zweiten Antriebsachse 205, 205' versehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind das zweite und das dritte Antriebsbauglied 203, 204 Servomotoren, die eine Drehung der ersten beziehungsweise zweiten Antriebsachse 205, 205' antreiben.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 3 und 5 umfasst die Oberarmeinheit 3 eine Verknüpfungsachse 313, einen Hauptarm 31 und einen Verknüpfungsmechanismus 32. Der Hauptarm 31 weist ein Verbindungsende 311 und ein Verknüpfungsende 312 auf. Das Verbindungsende 311 ist drehbar mit der Positionierauflage 202 verbunden, ist gemeinsam drehbar mit der ersten Antriebsachse 205 gekoppelt und wird durch das zweite Antriebsbauglied 203 dahin gehend angetrieben, sich um eine horizontale zweite Achse (L2) zu drehen, die senkrecht zu der ersten Achse (L1) ist. Das Verknüpfungsende 312 liegt dem Verbindungsende 311 gegenüber und ist mit der Verknüpfungsachse 313 verbunden.
  • Der Verknüpfungsmechanismus 32 ist auf einer Seite des Hauptarmes 31 angeordnet, ist zwischen der zweiten Antriebsachse 205' der Positionierauflage 202 und dem Verknüpfungsende 312 des Hauptarmes 31 angebracht und wird durch das dritte Antriebsbauglied 204 dahin gehend angetrieben, die Verknüpfungsachse 313 relativ zu dem Verknüpfungsende 312 des Hauptarmes 31 um eine horizontale dritte Achse (L3) zu drehen, die parallel zu der zweiten Achse (L2) ist.
  • Der Verknüpfungsmechanismus 32 umfasst eine Verbindungsplatte 321, die mit der zweiten Antriebsachse 205' der Positionierauflage 202 verbunden ist und die durch das dritte Antriebsbauglied 204 dahin gehend angetrieben wird, sich um die zweite Achse (L2) zu drehen, eine erste Verknüpfungsvorrichtung 322 bei der ein Ende schwenkbar mit der Verbindungsplatte 321 verbunden ist, eine zweite Verknüpfungsvorrichtung 323 bei der ein Ende schwenkbar mit dem anderen Ende der ersten Verknüpfungsvorrichtung 322 verbunden ist, eine dritte Verknüpfungsvorrichtung 324 bei der ein Ende schwenkbar mit dem anderen Ende der zweiten Verknüpfungsvorrichtung 323 verbunden ist und zwischen der zweiten Verknüpfungsvorrichtung 323 und dem Verknüpfungsende 312 des Hauptarmes 31 angeordnet ist und bei der das andere Ende fest und gemeinsam drehbar mit der Verknüpfungsachse 313 gekoppelt ist, und eine vierte Verknüpfungsvorrichtung 325 bei der ein Ende schwenkbar mit der ersten Verknüpfungsvorrichtung 322 und der zweiten Verknüpfungsvorrichtung 323 verbunden ist und das andere Ende schwenkbar mit dem Verknüpfungsende 312 des Hauptarmes 31 verbunden ist. Die Verknüpfungsachse 313 erstreckt sich entlang der dritten Achse (L3).
  • Unter Bezugnahme auf 3, 4 und 6 wird die Unterarmeinheit 4 durch den Verknüpfungsmechanismus 32 dahin gehend angetrieben, sich relativ zu der Oberarmeinheit 3 zu drehen, und umfasst einen Unterarmsatz 10, eine Kopplungsauflage 20, eine Handaufnahmeauflage 30, eine Unterarmaufnahmeauflage 50, eine Unterarmaufnahmeauflage 50, und ein elastisches Bauglied 60.
  • Der Unterarmsatz 10 ist fest und gemeinsam drehbar mit der Verknüpfungsachse 313 gekoppelt. Der Unterarmsatz 10 ist mit einem vierten Antriebsbauglied 40 versehen, das in der Kopplungsauflage 20 zum Drehen der Handaufnahmeauflage 30 um eine horizontale vierte Achse (L4) bereitgestellt ist, die senkrecht zu der ersten und der zweiten Achse (L1, L2) ist. Der Unterarmsatz 10 umfasst ein Hauptteil 11, das fest mit der Verknüpfungsachse 313 gekoppelt ist, ein Vorderteil 12, das mit dem Hauptteil 11 verbunden ist und relativ zu dem Hauptteil 11 um eine horizontale fünfte Achse (L5) drehbar ist, die parallel zu der vierten Achse (L4) ist, und zwei Verriegelungsstücke 13, 13' zum Fixieren winkliger Positionen des Vorderteils 12 in Bezug auf das Hauptteil 11. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Vorderteil 12 des Unterarmsatzes 10 relativ zu dem Hauptteil 11 um 180 Grad drehbar, eines der Verriegelungsstücke 13, 13' ist ein Bolzen und das andere der Verriegelungsstücke 13, 13' ist eine Schraube. Alternativ dazu kann der Unterarmsatz 10 nur eines der Verriegelungsstücke 13, 13' umfassen.
  • Das Vorderteil 12 des Unterarmsatzes 10 umfasst eine erste Platte 121, die sich entlang einer Richtung parallel zu der dritten Achse (L3) erstreckt, eine zweite Platte 122, die sich entlang einer Richtung parallel zu der fünften Achse (L5) erstreckt und die mit einem Ende der ersten Platte 121 an einem Ende derselben verbunden ist, und eine Verbindungsvorrichtung 123, die an dem anderen Ende der zweiten Platte 122 angeordnet ist. Die zweite Platte 122 des Unterarmsatzes 10 weist einen Gleitschlitz 124, der sich in einer Längsrichtung derselben erstreckt, und eine Gleitvorrichtung 125 auf, die in dem Schlitz 124 bewegbar ist.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 7 ist die Kopplungsauflage 20 zwischen der zweiten Platte 122 und der Handaufnahmeauflage 30 angebracht und ist relativ zu der Verbindungsvorrichtung 123 um eine horizontale sechste Achse (L6) drehbar, die parallel zu der dritten Achse (L3) ist. Die Kopplungsauflage 20 weist einen Auflagekörper 21, eine Mehrzahl von äußeren Rollen 22, die drehbar auf dem Auflagekörper 21 montiert sind, und eine Mehrzahl von inneren Rollen 23, die drehbar auf dem Auflagekörper 21 montiert sind und von den äußeren Rollen 22 beabstandet sind und denselben jeweils hinsichtlich der Position entsprechen, so dass die inneren und äußeren Rollen 22 zusammenwirken, um eine bogenförmige Führung 24 auszubilden.
  • Die Handaufnahmeauflage 30 ist drehbar mit dem Unterarmsatz 10 verbunden und ist zum Aufnehmen einer Hand angepasst, und umfasst einen bogenförmigen Rahmen 301, der gleitfähig auf der bogenförmigen Führung 24 angeordnet ist, so dass der bogenförmige Rahmen 301 um die inneren Rollen 23 angeordnet ist und von den äußeren Rollen 22 umgeben ist, und einen Handgriff 302, der mit bogenförmigen Rahmen 301 verbunden ist und dazu angepasst ist, dass eine Hand denselben hält. Der bogenförmige Rahmen 301 wird durch das vierte Antriebsbauglied 40 dahin gehend angetrieben, sich um die vierte Achse (L4) zu drehen, und weist eine Innenoberfläche 304, die einen Einführungsraum 303 definiert, der zum Einführen einer Hand in denselben angepasst ist, und eine Außenoberfläche 305 auf, die der Innenoberfläche 304 gegenüberliegt und die konvex ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Handgriff 302 stabförmig und weist zwei Enden auf, die jeweils mit gegenüberliegenden Enden des bogenförmigen Rahmens 301 verbunden sind. Wie in 6 und 7 gezeigt ist, weist der Handgriff 302 der Handaufnahmeauflage 30 ein Drehzentrum auf, das auf der sechsten Achse (L6) liegt.
  • Das vierte Antriebsbauglied 40 weist einen Motor 41, der an der Kopplungsauflage 20 montiert ist, eine Riemenscheibe 42, die durch den Motor 41 dahin gehend angetrieben wird, sich zu drehen, zwei Spannrollen 43, die auf einer Seite der äußeren Rollen 22 angeordnet sind, und einen Steuerriemen 44 auf, der an dem bogenförmigen Rahmen 301 befestigt ist und die Riemenscheibe 42 und die Spannrollen 43 umläuft, um eine Drehung der Handaufnahmeauflage 30 um die vierte Achse (L4) zu ermöglichen.
  • Die Unterarmaufnahmeauflage 50 ist mit der Handaufnahmeauflage 30 und der Kopplungsauflage 20 verbunden, ist auf einer Seite des Unterarmsatzes 10 angeordnet, um hinsichtlich der Position dem Einführungsraum 303 des bogenförmigen Rahmens 301 zu entsprechen, und ist zum Aufnehmen eines Unterarmes angepasst. Die Unterarmaufnahmeauflage 50 weist eine Mehrzahl von beabstandeten Befestigungsbaugliedern 51 auf, die dazu ausgebildet sind, dahin gehend befestigt zu werden, einen Arm eines Benutzers an einer entsprechenden Stelle zu positionieren.
  • Das elastische Bauglied 60 weist ein Ende auf, das mit der Gleitvorrichtung 125 der zweiten Platte 122 verbunden ist, und das andere Ende auf, das mit der Verbindungsvorrichtung 123 verbunden ist, und ist mit der Kopplungsauflage 20 derart verbunden, dass das elastische Bauglied 60 während einer Drehung der Kopplungsauflage 20 relativ zu der zweiten Platte 122 eine Dämpfungskraft erzeugt und eine Rückstellkraft bereitstellt, um die Kopplungsauflage 20 nach einer Drehung zu einer ursprünglichen Winkelposition zurückzuführen. Das elastische Bauglied 60 kann als eine Spannfeder ausgebildet sein oder kann aus Polyurethan bestehen.
  • Unter Bezugnahme auf 1 und 11 kann ein Physiotherapeut, nachdem ein auf einem Rollstuhl oder einem Sitz sitzender Benutzer/Patient gut positioniert ist, die Position der Exoskelettvorrichtung anpassen, die Exoskelettvorrichtung einschalten und dann die physiologischen Parameter des Patienten eingeben, um die Exoskelettvorrichtung zurückzusetzen, um zu den Anforderungen des Patienten zu passen. Danach kann die Exoskelettvorrichtung beispielsweise in die Nähe eines rechten Armes des Patienten gebracht werden und die Höhe der Positionierauflage 202 kann durch Verwendung des Hubbaugliedes 104 angepasst werden, um hinsichtlich der Position dem Schultergelenk des Patienten zu entsprechen. Zu diesem Zeitpunkt kann der Patient seinen Arm auf die Unterarmaufnahmeauflage 50 platziert haben, wobei die Befestigungsbauglieder 51 befestigt sind, und kann den Handgriff 302 mit seiner Hand halten.
  • Der Physiotherapeut kann an dieser Stelle den Arm des Patienten zu Rehabilitationszwecken mit einer Steuereinheit (nicht gezeigt) der Exoskelettvorrichtung bewegen, wobei die Bewegung dort entlang aufgezeichnet wird. Da die Konfiguration der Steuereinheit nicht zum Wesen der vorliegenden Offenbarung gehört, werden weitere Details derselben hierin der Kürze halber nicht genannt. Die Komponenten der Exoskelettvorrichtung können die durch die Steuereinheit aufgezeichnete Bewegung exakt ausführen, nachdem der Physiotherapeut eine Taste (nicht gezeigt) zum Starten des Trainingsprogrammes gedrückt hat. Die Bewegung wird für einen voreingestellten Zeitraum wiederholt und danach kehren die Komponenten der Exoskelettvorrichtung zu einer ursprünglichen Position zurück. Zu diesem Zeitpunkt ist das Training abgeschlossen und die Befestigungsbauelemente 51 können gelöst werden, um den Arm des Patienten zu befreien.
  • Der detaillierte Betrieb der Exoskelettvorrichtung wird im Folgenden beschrieben. 1, 2 und 5 veranschaulichen, dass sich die Komponenten der Exoskelettvorrichtung an deren ursprünglicher Position befinden, wobei die Oberarmeinheit 3 im Wesentlichen vertikal und parallel zu der ersten Achse (L1) ist und die Unterarmeinheit 4 im Wesentlichen horizontal und senkrecht zu der Oberarmeinheit 3 ist.
  • Wenn das Rehabilitationstraining beginnt, kann die Exoskelettvorrichtung dahin gehend bedient werden, sich auf folgende Weise zu bewegen:
  • Das erste Antriebsbauglied 103 steuert eine Drehung der Oberarmeinheit 3 nach außen oder nach innen zu dem Körper des Patienten hin, wie in 1 und 6 gezeigt ist. Im Einzelnen treibt das erste Antriebsbauglied 103 eine Drehung der Trageeinheit 2, der Oberarmeinheit 3 und der Unterarmeinheit 4 als eine integrale Einheit dahin gehend an, sich um die vertikale erste Achse (L1) zu drehen.
  • Das zweite Antriebsbauglied 203 steuert die Oberarmeinheit 3 dahin gehend, sich nach vorne und nach oben zu bewegen oder sich nach hinten und nach unten zu bewegen, wie in 5 bis 9 gezeigt ist. Wenn das zweite Antriebsbauglied 203 die erste Antriebsachse 205 dahin gehend antreibt, sich zu drehen, wird das Verknüpfungsende 312 des Hauptarmes 31 dahin gehend angetrieben, sich um die horizontale zweite Achse (L2) zu drehen. Auf diese Weise kann der Patient seinen oberen Arm nach vorne und nach hinten schwingen, wobei das Schultergelenk des Patienten ein Schwenkpunkt ist.
  • Das dritte Antriebsbauglied 204 steuert die Unterarmeinheit 4 dahin gehend, sich nach oben oder unten zu bewegen. Wenn das dritte Antriebsbauglied 204 die zweite Antriebsachse 205' dahin gehend antreibt, sich zu drehen, wird die Verbindungsplatte 321 des Verknüpfungsmechanismus 32 dahin gehend angetrieben, sich um die zweite Achse (L2) zu drehen, um Bewegungen der ersten, zweiten, dritten und vierten Verknüpfungsvorrichtung 322, 323, 324, 325 relativ zu dem Verknüpfungsende 312 des Hauptarmes 31 anzutreiben. In der Zwischenzeit treibt die dritte Verknüpfungsvorrichtung 324 eine Drehung der Verknüpfungsachse 313 um die dritte Achse (L3) an, so dass die Unterarmeinheit 4 relativ zu der Oberarmeinheit 3 gedreht wird und der Patient seinen Unterarm nach oben und nach unten schwingen kann, wobei der Ellbogen des Patienten ein Schwenkpunkt ist.
  • Das vierte Antriebsbauglied 40 steuert eine Drehbewegung der Unterarmeinheit 4. Wie in 7 gezeigt ist, treibt der Motor 41, wenn das vierte Antriebsbauglied 40 betätigt wird, eine Drehung der Riemenscheibe 42 dahin gehend an, den Steuerriemen 44 zu bewegen, so dass die Handaufnahmeauflage 30 durch den Steuerriemen 44 dahin gehend angetrieben wird, sich um die vierte Achse (L4) zu drehen, wodurch der Unterarm des Patienten relativ zu dem Oberarm gedreht wird.
  • Wie in 6 und 7 gezeigt ist, sind zusätzlich dazu die Kopplungsauflage 20, die Handaufnahmeauflage 30 und die Unterarmaufnahmeauflage 50 als eine integrale Einheit gebildet, die sich relativ zu dem Unterarmsatz 10 um die sechste Achse (L6) für eine Schwingbewegung des Handgelenkes des Patienten drehen kann. Aufgrund der Konfiguration des flexiblen Baugliedes 60 und der Gestaltung des Handgriffes 302 der Handaufnahmeauflage 30 mit einem Drehzentrum, das auf der sechsten Achse (L6) liegt, ist die Unterarmeinheit 4 ergonomisch gestaltet, um zu dem Handgelenk eines Patienten zu passen.
  • Wie in 11 gezeigt ist, ist das Sicherungsbauglied 207 in das erste Ineingriffnahmeloch 206' eingeführt, so dass sich die Positionierauflage 202 an einer Position befindet, die zur Rehabilitation eines rechten Armes eines Patienten geeignet ist. Wenn das Sicherungsbauglied 207 aus dem ersten Ineingriffnahmeloch 206' entfernt wird und die Positionierauflage 202 relativ zu der Tragevorrichtung 201 zu einer Position gedreht wird, bei der das Sicherungsbauglied 207 in das zweite Ineingriffnahmeloch 206" eingeführt werden kann, befindet sich die Positionierauflage 202 an einer Position, die zur Rehabilitation eines linken Armes eines Patienten geeignet ist, wie in 12 gezeigt ist. Wenn zwischen einer Nutzung für einen rechten Arm und einer Nutzung für einen linken Arm gewechselt wird, können die Verriegelungsstücke 13, 13' dahin gehend betrieben werden, das Vorderteil 12 des Unterarmsatzes 10 nach einer Drehung des Vorderteils 12 relativ zu dem Hauptteil 11 an einer entsprechenden Stelle in Bezug auf das Hauptteil 11 zu positionieren.
  • Es ist zu beachten, dass der Handgriff 302 der Handaufnahmeauflage 30 modifiziert werden kann, um zu unterschiedlichen Rehabilitationsanforderungen zu passen. Wie in 13 gezeigt ist, weist ein modifizierter Handgriff 302' einen Handflächeaufnahmeabschnitt 306', der einen U-förmigen Querschnitt aufweist und der zum Aufnehmen einer Handfläche des Patienten angepasst ist, und zwei Bänder 307' auf, die zum Befestigen der Handfläche des Patienten an einer entsprechenden Stelle angepasst sind.
  • Zusammenfassend weist die Exoskelettvorrichtung der Offenbarung die folgenden Vorteile auf:
    1. 1. Aufgrund der Zusammenwirkung zwischen der Basiseinheit 1, der Trageeinheit 2 sowie der Ober- und Unterarmeinheit 3, 4 stellt die Exoskelettvorrichtung eine dreidimensionale Bewegung zu Rehabilitationszwecken bereit.
    2. 2. In den Gleichungen in 10 gibt H0 die Länge des Oberarmes eines Benutzers H an, H1 gibt die Länge des Unterarmes des Nutzers H an, R0 gibt die Länge des Oberarmes eines Nutzers R an und R1 gibt die Länge des Unterarmes des Nutzers R an. Unter der Bedingung, dass der Abstand zwischen der ersten Antriebsachse 205 und dem Handgriff 302 festgelegt ist (R2=H2), berechnet und bestimmt die Steuereinheit der Exoskelettvorrichtung, wenn die physiologischen Parameter des Patienten eingegeben werden, den Winkel (θH2 , θR2 ) zwischen dem Ober- und Unterarm jedes Benutzers H, R, und der Winkel zwischen der Ober- und Unterarmeinheit 3, 4 kann entsprechend angepasst werden, um zu den Benutzern H, R mit unterschiedlichen Körpergrößen (d. h. unterschiedlichen Armlängen) zu passen, wie in 8 und 9 gezeigt ist.
    3. 3. Die Komponenten der Exoskelettvorrichtung werden einer Armbewegung des Patienten während einer Rehabilitation nicht behindern, wodurch ein reibungsloser Ablauf des Trainings verbessert wird.
    4. 4. Die Exoskelettvorrichtung ist für eine Nutzung mit einem linken Arm und für eine Nutzung mit einem rechten Arm geeignet und ein Wechsel zwischen einem linken und einem rechten Arm ist relativ einfach durchzuführen.
  • In der oben genannten Beschreibung wurden zu Erklärungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis des Ausführungsbeispiels bereitzustellen. Es ist Fachleuten jedoch ersichtlich, dass eines oder mehrere andere Ausführungsbeispiele ohne einige dieser spezifischen Details genutzt werden können. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass die Bezugnahme in dieser Beschreibung auf „ein Ausführungsbeispiel“, ein Ausführungsbeispiel mit einer Anzeige einer Ordnungszahl usw. bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder eine Eigenschaft in der Nutzung der Offenbarung umfasst ist. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass in der Beschreibung mehrere Merkmale manchmal in einem einzelnen Ausführungsbeispiel, einer Figur oder Beschreibung derselben mit dem Ziel zusammengefasst sind, die Offenbarung zu straffen und das Verständnis mehrerer erfinderischer Aspekte zu unterstützen, und dass eines oder mehrere der Merkmale oder spezifischen Details aus einem Ausführungsbeispiel gemeinsam mit einem oder mehreren Merkmalen oder Details aus einem anderen Ausführungsbeispiel je nach Eignung in der Anwendung der Offenbarung genutzt werden können
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 9017271 B2 [0002]
    • WO 2013186705 A2 [0003]
    • WO 2015048688 A1 [0004]

Claims (11)

  1. Eine Exoskelettvorrichtung zur Rehabilitation von Gliedmaßen, die eine Basiseinheit (1), eine Trageeinheit (2), eine Oberarmeinheit (3) und eine Unterarmeinheit (4) umfasst, wobei die Exoskelettvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Basiseinheit (1) eine Basis (101) und ein erstes Antriebsbauglied (103) umfasst, das auf der Basis (101) angeordnet ist; die Trageeinheit (2) durch das erste Antriebsbauglied (103) dahin gehend angetrieben wird, sich relativ zu der Basis (101) um eine vertikale erste Achse (L1) zu drehen, und eine Tragevorrichtung (201), die schwenkbar mit der Basis (101) verbunden ist, und eine Positionierauflage (202) umfasst, die mit der Tragevorrichtung (201) verbunden ist, die über der Basis (101) angeordnet ist und die mit einem zweiten Antriebsbauglied (203) und einem dritten Antriebsbauglied (204) versehen ist; wobei die Oberarmeinheit (3) Folgendes umfasst: eine Verknüpfungsachse (313), einen Hauptarm (31), der ein Verbindungsende (311), das drehbar mit der Positionierauflage (202) verbunden ist und durch das zweite Antriebsbauglied (203) dahin gehend angetrieben wird, sich um eine horizontale zweite Achse (L2) zu drehen, die senkrecht zu der ersten Achse (L1) ist, und ein Verknüpfungsende (312) aufweist, das dem Verbindungsende (311) gegenüberliegt und mit der Verknüpfungsachse (313) verbunden ist, und einen Verknüpfungsmechanismus (32), der auf einer Seite des Hauptarmes (31) angeordnet ist, der zwischen der Positionierauflage (202) und dem Verknüpfungsende (312) des Hauptarmes (31) angebracht ist und der durch das dritte Antriebsbauglied (204) dahin gehend angetrieben wird, die Verknüpfungsachse (313) relativ zu dem Verknüpfungsende (312) des Hauptarmes (31) um eine horizontale dritte Achse (L3) zu drehen, die parallel zu der zweiten Achse (L2) ist; und wobei die Unterarmeinheit (4) durch den Verknüpfungsmechanismus (32) dahin gehend angetrieben wird, sich relativ zu der Oberarmeinheit (3) zu drehen, und einen Unterarmsatz (10), der fest und gemeinsam drehbar mit der Verknüpfungsachse (313) gekoppelt ist, eine Handaufnahmeauflage (30), die drehbar mit dem Unterarmsatz (10) verbunden ist und zum Aufnehmen einer Hand angepasst ist, und eine Unterarmaufnahmeauflage (50) umfasst, die mit der Handaufnahmeauflage (30) verbunden ist, die auf einer Seite des Unterarmsatzes (10) angeordnet ist und die zum Aufnehmen eines Unterarmes angepasst ist, wobei der Unterarmsatz (10) mit einem vierten Antriebsbauglied (40) zum Drehen der Handaufnahmeauflage (30) um eine horizontale vierte Achse (L4) versehen ist, die senkrecht zu der ersten und der zweiten Achse (L1, L2) ist.
  2. Die Exoskelettvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Basiseinheit (1) ein Hubbauglied (104) umfasst, das zum Heben und Senken des ersten Antriebsbaugliedes (103), der Trageeinheit (2) und der Ober- und Unterarmeinheit (3, 4) relativ zu der Basis (101) betriebsfähig ist.
  3. Die Exoskelettvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass der Verknüpfungsmechanismus (32) eine Verbindungsplatte (321), die mit der Positionierauflage (202) verbunden ist und um die zweite Achse (L2) drehbar ist, eine erste Verknüpfungsvorrichtung (322) bei der ein Ende schwenkbar mit der Verbindungsplatte (321) verbunden ist, eine zweite Verknüpfungsvorrichtung (323) bei der ein Ende schwenkbar mit dem anderen Ende der ersten Verknüpfungsvorrichtung (322) verbunden ist, eine dritte Verknüpfungsvorrichtung (324) bei der ein Ende schwenkbar mit dem anderen Ende der zweiten Verknüpfungsvorrichtung (323) verbunden ist und zwischen der zweiten Verknüpfungsvorrichtung (323) und dem Verknüpfungsende (312) des Hauptarmes (31) angeordnet ist und bei der das andere Ende gemeinsam drehbar mit der Verknüpfungsachse (313) gekoppelt ist, und eine vierte Verknüpfungsvorrichtung (325) umfasst, bei der ein Ende schwenkbar mit der ersten Verknüpfungsvorrichtung (322) und der zweiten Verknüpfungsvorrichtung (323) verbunden ist und bei der das andere Ende schwenkbar mit dem Verknüpfungsende (312) des Hauptarmes (31) verbunden ist, wobei sich die Verknüpfungsachse (313) entlang der dritten Achse (L3) erstreckt.
  4. Die Exoskelettvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass der Unterarmsatz (10) der Unterarmeinheit (4) ein Hauptteil (11), das fest mit der Verknüpfungsachse (313) gekoppelt ist, ein Vorderteil (12), das mit dem Hauptteil (11) verbunden ist und relativ zu dem Hauptteil (11) um eine horizontale fünfte Achse (L5) drehbar ist, die parallel zu der vierten Achse (L4) ist, und zumindest ein Verriegelungsstück (13, 13') zum Fixieren von Winkelpositionen des Vorderteils (12) in Bezug auf das Hauptteil (11) umfasst.
  5. Die Exoskelettvorrichtung gemäß Anspruch 4, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass das Vorderteil (12) des Unterarmsatzes (10) relativ zu dem Hauptteil (11) um 180 Grad drehbar ist.
  6. Die Exoskelettvorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, die ferner dadurch gekennzeichnet ist: das Vorderteil (12) des Unterarmsatzes (10) eine erste Platte (121), die sich entlang einer Richtung parallel zu der dritten Achse (L3) erstreckt, eine zweite Platte (122), die sich entlang einer Richtung parallel zu der fünften Achse (L5) erstreckt und die mit einem Ende der ersten Platte (121) an einem Ende derselben verbunden ist, und eine Verbindungsvorrichtung (123) umfasst, die an dem anderen der zweiten Platte (122) angeordnet ist; und die Unterarmeinheit (4) ferner Folgendes umfasst: eine Kopplungsauflage (20), die zwischen der zweiten Platte (122) und der Handaufnahmeauflage (30) angebracht ist und relativ zu der Verbindungsvorrichtung (123) um eine horizontale sechste Achse (L6) drehbar ist, die parallel zu der dritten Achse (L3) ist, und ein flexibles Bauglied (60), das zwischen der zweiten Platte (122) und der Verbindungsvorrichtung (123) angebracht ist, wobei dasselbe während einer Drehung der Kopplungsauflage (20) relativ zu der zweiten Platte (122) eine Dämpfkraft erzeugt und eine Rückstellkraft bereitstellt, um die Kopplungsauflage (20) nach einer Drehung zu einer ursprünglichen Winkelposition zurückzuführen.
  7. Die Exoskelettvorrichtung gemäß Anspruch 6, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die zweite Platte (122) des Unterarmsatzes (10) einen Seitenschlitz (124), der sich in einer Längsrichtung derselben erstreckt, und eine Gleitvorrichtung (125) aufweist, die mit einem Ende des flexiblen Baugliedes (60) verbunden ist und in dem Schlitz (124) bewegbar ist.
  8. Die Exoskelettvorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Kopplungsauflage (20) der Unterarmeinheit (4) einen Auflagekörper (21), eine Mehrzahl von äußeren Rollen (22), die drehbar auf dem Auflagekörper (21) montiert sind, eine Mehrzahl von inneren Rollen (23) aufweist, die drehbar auf dem Auflagekörper (21) montiert sind und von den äußeren Rollen (22) beabstandet sind und denselben jeweils hinsichtlich der Position entsprechen, so dass die inneren und äußeren Rollen (22) zusammenwirken, um eine bogenförmige Führung (24) auszubilden; die Handaufnahmeauflage (30) einen bogenförmigen Rahmen (301), der gleitfähig auf der bogenförmigen Führung (24) angeordnet ist, so dass der bogenförmige Rahmen (301) um die inneren Rollen (23) angeordnet ist und von den äußeren Rollen (22) umgeben ist, und einen Handgriff (302) umfasst, der mit dem bogenförmigen Rahmen (301) verbunden ist und dazu angepasst ist, dass eine Hand denselben hält; und wobei der bogenförmige Rahmen (301) durch das vierte Antriebsbauglied (40) dahin gehend angetrieben wird, sich um die vierte Achse (L4) zu drehen.
  9. Die Exoskelettvorrichtung gemäß Anspruch 8, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass das vierte Antriebsbauglied (40) einen Motor (41), der an die Kopplungsauflage (20) montiert ist, eine Riemenscheibe (42), die durch den Motor (41) dahin gehend angetrieben wird, sich zu drehen, zwei Spannrollen (43), die auf einer Seite der äußeren Rollen (22) angeordnet sind, und einen Steuerriemen (44) aufweist, der an dem bogenförmigen Rahmen (301) befestigt ist und die Riemenscheibe (42) und die Spannrollen (43) umläuft, um eine Drehung der Handaufnahmeauflage (30) um die vierte Achse (L4) zu ermöglichen.
  10. Die Exoskelettvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der die Handaufnahmeauflage (30) ein Drehzentrum aufweist, das auf der sechsten Achse (L6) liegt.
  11. Die Exoskelettvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Tragevorrichtung (201) der Trageeinheit (2) Folgendes umfasst: eine Positionierplatte (206), die auf einer Seite der Positionierauflage (202) angeordnet ist und ein erstes Ineingriffnahmeloch (206') und ein zweites Ineingriffnahmeloch (206") aufweist, die voneinander beabstandet sind, und ein Sicherungsbauglied (207), das sich lösbar in die Positionierauflage (202) erstreckt und in einem ausgewählten des ersten und des zweiten Ineingriffnahmeloches (206', 206") in Eingriff bringbar ist, um die Positionierauflage (202) relativ zu der Tragevorrichtung (201) zu positionieren.
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