DE102019135836A1

DE102019135836A1 - Exoskeleton and connection construction and movement methods

Info

Publication number: DE102019135836A1
Application number: DE102019135836.1A
Authority: DE
Inventors: Detlef Riemer; Michael Sanne; Robert Wedermann; Frank Schmidt
Original assignee: Htwk Leipzig Hochschule fur Technik Wirtsch und Kultur Leipzig; Htwk Leipzig Hochschule fur Technik wirtschaft und Kultur Leipzig
Current assignee: Htwk Leipzig Hochschule fur Technik Wirtsch und Kultur Leipzig; Htwk Leipzig Hochschule fur Technik wirtschaft und Kultur Leipzig
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2021-07-01

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Exoskelett (10) bereitgestellt, mit dem der Bewegungsablauf in Gelenken von Menschen und Tieren gezielt unterstützt werden kann. Das erfindungsgemäße Exoskelett (10) ist vor allem im Rahmen einer Rehabilitation hervorragend anwendbar. Insbesondere bei mehreren hintereinander angeordneten Gelenken, wie es bei Fingern der Fall ist, kann ein sehr gut kontrollierter Bewegungsablauf erfolgen, so dass eine Wiederherstellung des natürlichen Bewegungsraumes der Finger ermöglicht wird, die durch eine Kontrakturart eingeschränkt sind, wobei dennoch eine Überlastung von kranken Gelenken vermieden wird.The present invention provides an exoskeleton (10) with which the sequence of movements in the joints of humans and animals can be specifically supported. The exoskeleton (10) according to the invention is particularly suitable for use in rehabilitation. In particular with several joints arranged one behind the other, as is the case with fingers, a very well-controlled movement sequence can take place, so that a restoration of the natural range of motion of the fingers, which are restricted by a type of contracture, is possible, while overloading diseased joints is avoided becomes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Exoskelett nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Verbindungskonstruktion nach dem Oberbegriff von Anspruch 11 und ein Bewegungsverfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 12.The present invention relates to an exoskeleton according to the preamble of claim 1, a connecting structure according to the preamble of claim 11 and a movement method according to the preamble of claim 12.

Exoskelette sind äußere Stützstrukturen für Organismen. Künstliche Exoskelette werden vor allem als Orthesen für Menschen und Tiere verwendet, um entsprechende Körperbereiche zu schützen oder auch den Bewegungsablauf zu unterstützen oder zu verstärken.Exoskeletons are external support structures for organisms. Artificial exoskeletons are mainly used as orthotics for humans and animals, in order to protect corresponding areas of the body or to support or strengthen the sequence of movements.

Es sind zwar auch schon Exoskelette bekannt, bei denen die Gelenke mit Servomotoren ausgerüstet sind und bewegt werden, allerdings sind solche Exoskelette sehr voluminös und können dadurch nur eingeschränkt für die Fingerrehabilitation verwendet werden. Außerdem sind diese durch ihren Mechanismus nur bedingt in der Lage, eine Kontrakturbehandlung durchzuführen.Exoskeletons are already known in which the joints are equipped with servomotors and are moved, but such exoskeletons are very voluminous and can therefore only be used to a limited extent for finger rehabilitation. In addition, due to their mechanism, they are only able to perform contracture treatment to a limited extent.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Exoskelett bereitzustellen, mit dem der Bewegungsablauf in Gelenken von Menschen und Tieren gezielt unterstützt werden kann. Dies soll vor allem im Rahmen einer Rehabilitation Anwendung finden. Insbesondere soll dabei bei mehreren hintereinander angeordneten Gelenken, wie es bei Fingern der Fall ist, ein kontrollierter Bewegungsablauf erfolgen, so dass eine Wiederherstellung des natürlichen Bewegungsraumes der Finger ermöglicht wird, die durch eine Kontrakturart eingeschränkt sind, wobei dennoch eine Überlastung von kranken Gelenken vermieden wird.The object of the present invention is to provide an exoskeleton with which the movement sequence in the joints of humans and animals can be specifically supported. This should mainly be used in the context of rehabilitation. In particular, with several joints arranged one behind the other, as is the case with fingers, a controlled sequence of movements is intended, so that a restoration of the natural range of motion of the fingers that are restricted by a type of contracture is made possible, while overloading diseased joints is nevertheless avoided .

Diese Aufgabe wird gelöst mit dem erfindungsgemäßen Exoskelett nach Anspruch 1, der erfindungsgemäßen Verbindungskonstruktion nach Anspruch 11 und dem erfindungsgemäßen Bewegungsverfahren nach Anspruch 12. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den Figuren angegeben.This object is achieved with the exoskeleton according to the invention according to claim 1, the connecting structure according to the invention according to claim 11 and the movement method according to the invention according to claim 12. Advantageous developments are given in the subclaims and in the following description together with the figures.

Erfinderseits wurde erkannt, dass diese Aufgabe in überraschender Art und Weise dadurch besonders einfach gelöst werden kann, wenn ein Antrieb bzgl. eines Gelenks des Exoskeletts, das zwei Teilabschnitte miteinander beweglich verbindet, an der Basis angeordnet ist, an der auch der eine Teilabschnitt angeordnet ist, wobei der Antrieb eine Kraft in den zweiten Teilabschnitt einleitet. Dann können die Exoskelette sehr schlank ausgebildet werden, weil der Antrieb nicht mehr in dem Gelenk selbst angeordnet ist, wodurch auch die natürliche Bewegung der Glieder und Körpergelenke nicht eingeschränkt wird.On the part of the invention it was recognized that this object can be achieved in a surprising manner particularly easily if a drive or a joint of the exoskeleton that movably connects two sections to one another is arranged on the base on which the one section is also arranged , wherein the drive introduces a force into the second section. The exoskeletons can then be made very slim because the drive is no longer located in the joint itself, which also does not restrict the natural movement of the limbs and body joints.

Das erfindungsgemäße Exoskelett, mit zumindest einem ersten Teil, der angepasst ist, zwei über ein erstes Körpergelenk mit einer Körpergelenkachse verbundene erste und zweite Glieder eines Menschen oder eines Tieres zu halten und zu bewegen, wobei der erste Teil einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt aufweist, wobei der erste Teilabschnitt dem ersten Glied und der zweite Teilabschnitt dem zweiten Glied zugeordnet ist, wobei der erste Teilabschnitt an einer Basis des Exoskeletts angeordnet ist und der zweite Teilabschnitt des ersten Teils über ein erstes Exoskelettgelenk, das eine Exoskelettgelenkachse aufweist, mit dem ersten Teilabschnitt des ersten Teils verbunden ist, zeichnet sich dadurch aus, dass ein erster Antrieb an der Basis angeordnet ist, der eine Kraft in den zweiten Teilabschnitt des ersten Teils so einleiten kann, dass der zweite Teilabschnitt des ersten Teils gegenüber dem ersten Teilabschnitt des ersten Teils um die Exoskelettgelenkachse des ersten Exoskelettgelenks des ersten Teils verschwenkt wird.The exoskeleton according to the invention, with at least a first part which is adapted to hold and move two first and second limbs of a human or an animal connected via a first body joint to a body joint axis, the first part having a first section and a second section , wherein the first section is assigned to the first member and the second section is assigned to the second member, wherein the first section is arranged on a base of the exoskeleton and the second section of the first part via a first exoskeleton joint, which has an exoskeleton joint axis, with the first section of the first part is connected, is characterized in that a first drive is arranged on the base, which can introduce a force into the second section of the first part so that the second section of the first part relative to the first section of the first part the exoskeletal joint axis of the first E. xoskeletal joint of the first part is pivoted.

Das Exoskelett ist bevorzugt eine Orthese, die insbesondere für die Finger- und/oder Handrehabilitation einsetzbar ist. Die erfindungsgemäße Exoskelett ist aber auch für andere Glieder vorteilhaft einsetzbar, beispielsweise für den Arm mit dem Schulter-, dem Ellenbogen- und dem Handgelenk, sowie für die Beine mit dem Hüft-, dem Knie- und dem Fußgelenk.The exoskeleton is preferably an orthosis that can be used in particular for finger and / or hand rehabilitation. The exoskeleton according to the invention can also be used advantageously for other limbs, for example for the arm with the shoulder, elbow and wrist, as well as for the legs with the hip, knee and ankle.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest ein zweiter Teil besteht, der angepasst ist, zwei über ein zweites Körpergelenk mit einer Körpergelenkachse verbundene dritte und vierte Glieder des Menschen oder des Tieres zu halten und zu bewegen, wobei der zweite Teil einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt aufweist, wobei der erste Teilabschnitt dem dritten Glied und der zweite Teilabschnitt dem vierten Glied zugeordnet ist, wobei der erste Teilabschnitt des zweiten Teils an der Basis des Exoskeletts angeordnet ist und der zweite Teilabschnitt des zweiten Teils über ein erstes Exoskelettgelenk, das eine Exoskelettgelenkachse aufweist, mit dem ersten Teilabschnitt des zweiten Teils verbunden ist, wobei bevorzugt ein zweiter Antrieb an der Basis angeordnet ist, der eine Kraft in den zweiten Teilabschnitt des zweiten Teils so einleiten kann, dass der zweite Teilabschnitt des zweiten Teils gegenüber dem ersten Teilabschnitt des zweiten Teils um die Exoskelettgelenkachse des ersten Exoskelettgelenks des zweiten Teils verschwenkt wird. Dann können mehrere Gelenke unterschiedlicher Glieder des Menschen oder das Tieres gleichzeitig unterstützt und bewegt werden.In a preferred development it is provided that there is at least a second part which is adapted to hold and move two third and fourth limbs of the human or animal connected via a second body joint to a body joint axis, the second part having a first section and having a second section, wherein the first section is associated with the third member and the second section is associated with the fourth member, wherein the first section of the second part is arranged at the base of the exoskeleton and the second section of the second part via a first exoskeleton joint, the one Exoskeleton joint axis, is connected to the first section of the second part, wherein a second drive is preferably arranged on the base, which can introduce a force into the second section of the second part so that the second section of the second part opposite the first section of the second part about the ex oskelett jointachse of the first exoskeleton joint of the second part is pivoted. Then several joints of different limbs of humans or animals can be supported and moved at the same time.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Antrieb ein Linearantrieb ist. Dadurch kann die Krafteinleitung sehr kontrolliert und gezielt erfolgen. „Linearantriebe“ im Sinne der vorliegenden Erfindung sind dabei vor allem Antriebe, die keine Rotationsbewegung einleiten, sondern eine Translationsbewegung, insbesondere im Sinne einer Schubbewegung.In a preferred development it is provided that the drive is a linear drive. This allows the introduction of force to be very controlled and be done in a targeted manner. “Linear drives” in the sense of the present invention are above all drives that do not initiate a rotational movement, but a translational movement, in particular in the sense of a pushing movement.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Antrieb ein Antriebsmittel aufweist, wobei das Antriebsmittel an dem ersten Teilabschnitt angeordnet ist. Dadurch erfolgt die Krafteinleitung besonders kontrolliert und ermöglicht eine Bewegung auch wenn Gelenke zwischendurch „steif“ sind.In a preferred development it is provided that the drive has a drive means, the drive means being arranged on the first subsection. As a result, the application of force is particularly controlled and enables movement even if the joints are "stiff" in between.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Antriebsmittel eine Längserstreckung besitzt und in Längsrichtung nicht verformbar und in zumindest einer Richtung quer zur Längsrichtung verformbar, insbesondere elastisch verformbar ausgebildet ist. Dadurch erfolgt die Krafteinleitung ausschließlich durch eine Schubbewegung, wodurch die Krafteinleitung ebenfalls sehr kontrolliert erfolgt und eine Bewegung auch dann möglich ist, wenn zwischenliegende Gelenke steif sind.In a preferred development it is provided that the drive means has a longitudinal extent and is not deformable in the longitudinal direction and is deformable, in particular elastically deformable, in at least one direction transverse to the longitudinal direction. As a result, the force is introduced exclusively by a pushing movement, whereby the force is also introduced in a very controlled manner and a movement is also possible when the joints between them are stiff.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Antriebsmittel in Richtung parallel der Verschränkungsrichtung des Teils ein geringeres Biegewiderstandsmoment aufweist als quer zur Biegerichtung und quer zur Längsrichtung des Antriebsmittels. Dadurch erfolgt die elastische Verformung des Antriebsmittels gezielt nur in Verschränkungsrichtung. Um diese Biegemomentverteilung so einzustellen, kann das Antriebsmittel beispielsweise mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet sein, dessen Höhe geringer, bevorzugt kleiner gleich halb so groß, insbesondere kleiner gleich ein Viertel so groß wie die Breite ist, wobei die Breite quer zur Verschränkungsrichtung des Teils und die Höhe parallel zur Verschränkungsrichtung angeordnet ist.In a preferred development it is provided that the drive means has a lower bending resistance moment in the direction parallel to the twisting direction of the part than transversely to the bending direction and transversely to the longitudinal direction of the drive means. As a result, the elastic deformation of the drive means takes place specifically only in the twisting direction. In order to set this bending moment distribution, the drive means can be designed, for example, with a rectangular cross section, the height of which is less, preferably less than or equal to half as large, in particular less than or equal to a quarter as large as the width, the width being transverse to the twisting direction of the part and Height is arranged parallel to the twisting direction.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Antriebsmittel eine Gleit- oder Loslagerung aufweist. Dadurch lässt sich die Einleitung der Kraft durch eine Schubbewegung sehr einfach umsetzen. Außerdem kann die Kraft sehr einfach über ein oder mehrere Verschwenkungsstellen hinweg, beispielsweise in die Fingerspitzen eingeleitet werden.In a preferred development it is provided that the drive means has a sliding or floating bearing. As a result, the introduction of the force can be implemented very easily by a pushing movement. In addition, the force can be introduced very easily across one or more pivot points, for example into the fingertips.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Antriebsmittel nur mit der Basis und einem Teilabschnitt fest verbunden ist, jedoch nicht mit zumindest einem, bevorzugt allen Exoskelettgelenken, die sich zwischen Basis und Teilabschnitt befinden. Dadurch kann eine Bewegung einzelner Körpergelenke auch dann erfolgen, wenn ein oder mehrere Körpergelenke in ihrer Bewegung gehemmt bzw. eingeschränkt sind.In a preferred development, it is provided that the drive means is only firmly connected to the base and a section, but not to at least one, preferably all, exoskeletal joints that are located between the base and section. As a result, individual body joints can also move when one or more body joints are inhibited or restricted in their movement.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Antriebsmittel ein Schubband, einen Schubdraht, einen Schubzylinder, eine Schubkette oder dgl. ist. Dadurch lässt sich die Schubbwegung über das Exoskelettgelenk hinweg sehr einfach verwirklichen, wobei dennoch auch eine Zugbewegung ermöglicht wird.In a preferred development it is provided that the drive means is a push belt, a push wire, a push cylinder, a push chain or the like. As a result, the pushing movement over the exoskeletal joint can be implemented very easily, while a pulling movement is nevertheless also made possible.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Antriebsmittel in einer druckfesten Hülle verläuft, wobei die Hülle bevorzugt mit den Teilabschnitten des Teils fest verbunden ist, insbesondere fester Bestandteil der Teilabschnitte des Teils ist. Dabei könnte es sich beispielsweise um einen Bowdenzug oder dgl. handeln.In a preferred development, it is provided that the drive means runs in a pressure-resistant casing, the casing preferably being firmly connected to the subsections of the part, in particular being an integral part of the subsections of the part. This could, for example, be a Bowden cable or the like.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Gleit- bzw. Loslagerung in einem Abstand zur Drehachse des Exoskelettgelenks verläuft. Dadurch werden die Biegeradien groß gehalten und es lässt sich die Verschwenkung der Exoskelettgelenke sehr kraftsparend durchführen, so dass ein Knicken des Antriebsmittels wirksam verhindert wird.In a preferred development it is provided that the sliding or floating bearing runs at a distance from the axis of rotation of the exoskeletal joint. As a result, the bending radii are kept large and the swiveling of the exoskeletal joints can be carried out in a very energy-saving manner, so that kinking of the drive means is effectively prevented.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Gleit- bzw. Loslagerung über jedem Exoskelettgelenk des Teils besteht und das Antriebsmittel nur an dem zweiten Teilabschnitt fixiert ist und an dem ersten Teilabschnitt antreibbar angeordnet ist. Dadurch erfolgt die Krafteinleitung so, dass alle Exoskelettgelenke verschwenkbar sind, ohne das einzelne Exoskelettgelenke andere blockieren können.In a preferred further development it is provided that the sliding or loose mounting exists over each exoskeleton joint of the part and the drive means is only fixed on the second section and is arranged drivably on the first section. As a result, the force is introduced in such a way that all exoskeletal joints can be pivoted without the individual exoskeletal joints being able to block others.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Abdeckmittel besteht, das den sich bei dem Verschwenken des einen Teilabschnitts gegenüber dem anderen Teilabschnitt um das dazwischen angeordnete Exoskelettgelenk ergebenden Spalt zwischen den beiden Teilabschnitten so überdeckt, dass ein Heraustreten des Antriebsmittel aus dem Spalt verhindert wird. Dadurch wird verhindert, dass das Antriebsmittel heraustritt und dadurch im Extremfall keine Kraft mehr übertragen werden kann. Außerdem wird ein Knicken des Antriebsmittels unterbunden, so dass das Exoskelett besonders langlebig ausgebildet ist. Ein solches Abdeckmittel kann als Schuppe oder dgl. bestehen, die an einem der beiden Teilabschnitte angeordnet ist. Das Abdeckmittel kann auch als Teil eines Handschuhs, das an dem Exoskelettkörper befestigt ist, bestehen. Oder das Abdeckmittel kann als flexibles Element, beispielsweise in Form eines Ziehharmonika-Abschnitts zwischen den beiden Teilabschnitten bestehen.In a preferred development it is provided that there is a covering means which covers the gap between the two sub-sections resulting when one section is pivoted relative to the other section around the exoskeletal joint arranged between the two sub-sections in such a way that the drive means is prevented from stepping out of the gap. This prevents the drive means from emerging and, as a result, no more force can be transmitted in extreme cases. In addition, kinking of the drive means is prevented, so that the exoskeleton is particularly durable. Such a covering means can consist of a scale or the like, which is arranged on one of the two subsections. The covering means can also consist of part of a glove which is attached to the exoskeletal body. Or the covering means can exist as a flexible element, for example in the form of an accordion section, between the two subsections.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest ein dritter Teilabschnitt des Teils besteht, der zwischen dem ersten Exoskelettgelenk des Teils und dem zweiten Teilabschnitt des Teils angeordnet ist, wobei ein zweites Exoskelettgelenk des Teils zwischen dem dritten Teilabschnitt des Teils und dem zweiten Teilabschnitt des Teils angeordnet ist. Dadurch lassen sich beliebige Teilabschnitte sehr kontrolliert bewegen, wobei immer die Krafteinleitung in den vordersten Teilabschnitt erfolgt und die dazwischenliegenden Teilabschnitte zwangsbewegt werden. Diese Zwangsbewegung berücksichtigt allerdings die Widerstände in den einzelnen Gelenken, so dass es nicht zu einer Überlastung der Gelenke mit höheren Widerstand kommen kann, da immer erst die Gelenke mit geringerem Widerstand verschwenkt werden.In a preferred development it is provided that there is at least a third sub-section of the part, which is arranged between the first exoskeletal joint of the part and the second sub-section of the part, with a second Exoskeletal joint of the part is arranged between the third section of the part and the second section of the part. As a result, any subsections can be moved in a very controlled manner, the introduction of force always taking place in the foremost subsection and the subsections in between being forced to move. However, this forced movement takes into account the resistance in the individual joints so that the joints with higher resistance cannot be overloaded, since the joints with lower resistance are always pivoted first.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Teilabschnitte des Teils und/oder die Exoskelettgelenke des Teils zumindest bereichsweise angepasst sind, die zugeordneten Glieder zumindest teilweise zu umfassen. Dadurch erfolgt eine sehr gute Abstützung der Glieder und zugeordneten Gelenke des Menschen oder das Tieres.In a preferred development it is provided that the subsections of the part and / or the exoskeletal joints of the part are adapted, at least in some areas, to at least partially encompass the associated limbs. This provides very good support for the limbs and associated joints of the person or animal.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest ein Exoskelettgelenk eines Teils ein Exoskelettgelenk eines anderen Teils übergreift, wobei das Übergreifen bevorzugt durch einen Bügel erfolgt, wobei ein erstes Ende des Bügels an dem Exoskelettgelenk des einen Teils angeordnet ist und ein zweites Ende des Bügels in Bezug auf des Exoskelettgelenk des einen Teils hinter dem Exoskelettgelenk des anderen Teils gelenkig angeordnet ist, wobei das zweite Ende insbesondere an der Basis gelenkig angeordnet ist. Dadurch kann das Exoskelett bei mehreren parallel liegenden Gliedern, wie es z.B. bei Händen der Fall ist, sehr schlank bleiben und die Glieder können leicht unabhängig voneinander bewegt werden. Vorteilhaft ist dabei die Drehachse bzw. der Drehpunkt des entsprechenden Exoskelettgelenks so nach außen verschoben, dass der die Drehachse bzw. der Drehpunkt außerhalb der Hand aber dennoch auf der Gelenkachse des betreffenden Körpergelenks liegt, weil dann der natürliche Bewegungsablauf des Körpergelenks erhalten bleibt. Wenn das Exoskelettgelenk nur einseitig gelagert ist, dann bleibt eine Grundflexibilität gegenüber einem Seitwärtsverschwenken des Körpergelenks erhalten. Dies ist vor allem beim vollständigen Faustschluss der Finger erforderlich, weil dabei die Finger auf einer kreisähnlichen Bahn bewegt werden.In a preferred development it is provided that at least one exoskeletal joint of one part overlaps an exoskeletal joint of another part, the overlapping preferably being carried out by a bracket, a first end of the bracket being arranged on the exoskeletal joint of one part and a second end of the bracket in With respect to the exoskeletal joint of the one part is articulated behind the exoskeletal joint of the other part, the second end being articulated in particular on the base. As a result, the exoskeleton can remain very slim with several parallel limbs, such as is the case with hands, and the limbs can easily be moved independently of one another. The axis of rotation or the point of rotation of the corresponding exoskeletal joint is advantageously shifted outward so that the axis of rotation or the point of rotation outside the hand is still on the joint axis of the body joint in question, because the natural movement of the body joint is then retained. If the exoskeleton joint is only supported on one side, then a basic flexibility is retained against a sideways pivoting of the body joint. This is especially necessary when the fingers are completely closed with a fist, because the fingers are moved on a circle-like path.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Exoskelett so dimensioniert ist, dass die Exoskelettgelenkachse zumindest eines Exoskelettgelenks identisch mit der Körpergelenkachse eines dem Exoskelettgelenk zugeordneten Körpergelenks verläuft. Dadurch erfolgt die Krafteinleitung in die Gelenke sehr schonend und insbesondere ohne Scherbewegungen.In a preferred development it is provided that the exoskeleton is dimensioned in such a way that the exoskeletal joint axis of at least one exoskeletal joint runs identically to the body joint axis of a body joint assigned to the exoskeletal joint. As a result, the force is introduced into the joints very gently and, in particular, without shear movements.

Die vorliegende Erfindung kann allerdings nicht nur im medizinischen Bereich für Exoskelette eingesetzt werden, sondern allgemein für beliebige Verbindungskonstruktionen, beispielsweise in der Robotik.The present invention can, however, not only be used in the medical field for exoskeletons, but also generally for any connection constructions, for example in robotics.

Unabhängiger Schutz wird daher beansprucht für die erfindungsgemäße Verbindungskonstruktion mit zumindest einem ersten Teil, der einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt aufweist, wobei der erste Teilabschnitt an einer Basis angeordnet ist und der zweite Teilabschnitt des ersten Teils über ein erstes Gelenk, das eine Gelenkachse aufweist, mit dem ersten Teilabschnitt des ersten Teils verbunden ist, die sich dadurch auszeichnet, dass ein erster Antrieb an der Basis angeordnet ist, der eine Kraft in den zweiten Teilabschnitt des ersten Teils so einleiten kann, dass der zweite Teilabschnitt des ersten Teils gegenüber dem ersten Teilabschnitt des ersten Teils um die Gelenkachse des ersten Gelenks des ersten Teils verschwenkt wird.Independent protection is therefore claimed for the connection structure according to the invention with at least a first part that has a first section and a second section, the first section being arranged on a base and the second section of the first part via a first joint having a hinge axis , is connected to the first section of the first part, which is characterized in that a first drive is arranged on the base, which can introduce a force into the second section of the first part so that the second section of the first part opposite the first Section of the first part is pivoted about the joint axis of the first joint of the first part.

Für diese Verbindungskonstruktion sind sämtliche vorteilhaften Weiterbildungen hinsichtlich des Exoskeletts ebenfalls verwendbar, wobei jeweils „Gelenkachse“ mit „Exoskelettgelenkachse“ und „Gelenk“ mit „Exoskelettgelenk“ gleichzusetzen ist.For this connection construction, all advantageous developments with regard to the exoskeleton can also be used, whereby “joint axis” is to be equated with “exoskeletal joint axis” and “joint” with “exoskeletal joint”.

Außerdem wird unabhängiger Schutz beansprucht für das erfindungsgemäße Verfahren zum Bewegen einer Verbindungskonstruktion mit zumindest einem ersten Teil, der einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt aufweist, wobei der erste Teilabschnitt an einer Basis angeordnet ist und der zweite Teilabschnitt des ersten Teils über ein erstes Gelenk, das eine Gelenkachse aufweist, mit dem ersten Teilabschnitt des ersten Teils verbunden ist, das sich dadurch auszeichnet, dass ein erster Antrieb an der Basis angeordnet wird, der eine Kraft in den zweiten Teilabschnitt des ersten Teils so einleiten kann, dass der zweite Teilabschnitt des ersten Teils gegenüber dem ersten Teilabschnitt des ersten Teils um die Gelenkachse des ersten Gelenks des ersten Teils verschwenkt wird.In addition, independent protection is claimed for the method according to the invention for moving a connecting structure with at least a first part, which has a first section and a second section, the first section being arranged on a base and the second section of the first part via a first joint, which has a hinge axis, is connected to the first section of the first part, which is characterized in that a first drive is arranged on the base, which can introduce a force into the second section of the first part so that the second section of the first Part is pivoted relative to the first section of the first part about the joint axis of the first joint of the first part.

Die Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren deutlich werden. Dabei zeigen rein schematisch:

1 das erfindungsgemäße Exoskelett in einer perspektivischen Ansicht,
2 das erfindungsgemäße Exoskelett nach 1 in einer seitlichen Schnittansicht,
3 das erfindungsgemäße Exoskelett nach 1 in einer ersten Detailansicht A,
4 das erfindungsgemäße Exoskelett nach 1 in einer Draufsicht von oben,
5 das erfindungsgemäße Exoskelett nach 1 in einer Draufsicht von unten,
6 das erfindungsgemäße Exoskelett nach 1 in einer zweiten Detailansicht B,
7 das erfindungsgemäße Exoskelett nach 1 in einer dritten Detailansicht C und
8 das Exoskelett nach 1 in Zusammenwirkung mit einer menschlichen Hand in einer teilweisen Schnittansicht.

The features and further advantages of the present invention will become clear in the following on the basis of the description of a preferred exemplary embodiment in connection with the figures. Purely schematically show:

1 the exoskeleton according to the invention in a perspective view,
2 the exoskeleton according to the invention 1 in a side sectional view,
3 the exoskeleton according to the invention 1 in a first detailed view A,
4th the exoskeleton according to the invention 1 in a top view from above,
5 the exoskeleton according to the invention 1 in a top view from below,
6th the exoskeleton according to the invention 1 in a second detailed view B,
7th the exoskeleton according to the invention 1 in a third detailed view C and
8th the exoskeleton after 1 in cooperation with a human hand in a partial sectional view.

In den 1 bis 8 ist das erfindungsgemäße Exoskelett 10 in verschiedenen Ansichten gezeigt. 2 zeigt einen Schnitt. 3 zeigt das Detail A aus 2. 6 zeigt das Detail B aus 5 und 7 zeigt das Detail C aus 5, wobei das Exoskelett 10 in 5 und 8 der Übersichtlichkeit halber nicht vollständig gezeigt ist.In the 1 to 8th is the exoskeleton of the invention 10 shown in different views. 2 shows a section. 3 shows detail A. 2 . 6th shows detail B. 5 and 7th shows the detail C. 5 , being the exoskeleton 10 in 5 and 8th is not shown in full for the sake of clarity.

Das Exoskelett 10 wird als Orthese für Rehabilitation der Hand (nicht gezeigt) eines Patienten verwendet. Das Exoskelett 10 besteht hauptsächlich aus einem Thermoplast, wie PLA (Polyactide), kann aber auch aus Metall, Keramik, einem Sinterwerkstoff und Kombinationen daraus bestehen. Vorteilhaft ist das gewählte Material 3D-druckbar, weil dadurch sehr genaue Anpassungen an die exakten Dimensionen der Körperglieder vornehmbar sind.The exoskeleton 10 is used as an orthosis for rehabilitation of a patient's hand (not shown). The exoskeleton 10 consists mainly of a thermoplastic such as PLA (polyactide), but can also consist of metal, ceramic, a sintered material and combinations thereof. The selected material can advantageously be 3D printed because it enables very precise adjustments to be made to the exact dimensions of the limbs.

Es ist zu erkennen, dass das Exoskelett 10 einen Exoskelettkörper 11 mit einer Basis 12 aufweist, an der fünf Antriebe 14a, 14b, 14c, 14d, 14e angeordnet sind. Zusätzlich sind an der Basis 12 fünf erste Teilabschnitte 16 gebildet, die jeweils fünf unterschiedlichen Teilen 18a, 18b, 18c, 18d, 18e zugeordnet sind (der Übersichtlichkeit halber ist in 5 der fünfte Teil 18e nicht vollständig gezeigt). Die ersten Teilabschnitte 16 überdecken die Mittelhandknochen und sind fest miteinander verbunden als Bestandteile der Basis 12.It can be seen that the exoskeleton 10 an exoskeletal body 11 with a base 12th has, on the five drives 14a , 14b , 14c , 14d , 14e are arranged. Additionally are at the base 12th five first sections 16 formed, each with five different parts 18a , 18b , 18c , 18d , 18e are assigned (for the sake of clarity, in 5 the fifth part 18e not shown in full). The first sections 16 cover the metacarpal bones and are firmly connected as part of the base 12th .

Zwischen den ersten Teilabschnitten 16 und den zweiten Teilabschnitten 20a, 20b, 20c, 20d, 20e der fünf Teile 18a, 18b, 18c, 18d, 18e bestehen jeweils dritte Teilabschnitte 22a, 22b, 22c, 22d, 22e und hinsichtlich der Teile 18a, 18b, 18c und 18d, die den Fingern zugeordnet sind, bestehen auch vierte Teilabschnitt 24a, 24b, 24c, 24d.Between the first sections 16 and the second subsections 20a , 20b , 20c , 20d , 20e of the five parts 18a , 18b , 18c , 18d , 18e there are third sections 22a , 22b , 22c , 22d , 22e and in terms of parts 18a , 18b , 18c and 18d , which are assigned to the fingers, also consist of a fourth subsection 24a , 24b , 24c , 24d .

Zwischen den ersten Teilabschnitten 16 und den vierten Teilabschnitten 24a, 24b, 24c, 24d bzw. zwischen dem ersten Teilabschnitt 16 für den Daumen und dem dritten Teilabschnitt 22e für den Daumen bestehen erste Exoskelettgelenke 26a, 26b, 26c, 26d, 26e.Between the first sections 16 and the fourth subsections 24a , 24b , 24c , 24d or between the first section 16 for the thumb and the third section 22e first exoskeletal joints exist for the thumb 26a , 26b , 26c , 26d , 26e .

Zwischen den zweiten Teilabschnitten 20a, 20b, 20c, 20d, 20e und den dritten Teilabschnitten 22a, 22b, 22c, 22d, 22e bestehen zweite Exoskelettgelenke 28a, 28b, 28c, 28d, 28e.Between the second sections 20a , 20b , 20c , 20d , 20e and the third subsections 22a , 22b , 22c , 22d , 22e there are second exoskeletal joints 28a , 28b , 28c , 28d , 28e .

Zwischen den dritten Teilabschnitten 22a, 22b, 22c, 22d für die Finger und den vierten Teilabschnitten 24a, 24b, 24c, 24d für die Finger bestehen dritte Exoskelettgelenke 30a, 30b, 30c, 30d.Between the third sections 22a , 22b , 22c , 22d for the fingers and the fourth subsections 24a , 24b , 24c , 24d there are third exoskeletal joints for the fingers 30a , 30b , 30c , 30d .

Die an den dritten Teilabschnitten 22a, 22b, 22c, 22d, 22e angeordneten Exoskelettgelenke 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 30a, 30b, 30c, 30d, 26e weisen jeweils beidseits einen Gelenkkopf 32 auf, der in einer entsprechenden Gelenkgabel 34 geführt wird, wobei an den dritten Teilabschnitten 22a, 22b, 22c, 22d, 22e jeweils die Gelenkköpfe 32 angeordnet sind, wodurch die Teile 18a, 18b, 18c, 18d, 18e in diesem Bereich sehr schlank gehalten werden können. Es besteht somit kein Aufbau der Gelenke oberhalb der Körperglieder.The ones on the third sections 22a , 22b , 22c , 22d , 22e arranged exoskeletal joints 28a , 28b , 28c , 28d , 28e , 30a , 30b , 30c , 30d , 26e each have a joint head on both sides 32 on that in a corresponding joint fork 34 is performed, with the third subsections 22a , 22b , 22c , 22d , 22e each the rod ends 32 are arranged, making the parts 18a , 18b , 18c , 18d , 18e can be kept very slim in this area. There is therefore no structure of the joints above the limbs.

Das erste Exoskelettgelenk 26a des ersten Teils 18a und das erste Exoskelettgelenk 26d des vierten Teils 18d sind jeweils nur einseitig gelagert, d.h., dass hier nur ein Gelenkkopf 36 besteht, der in einer Gelenkgabel 38 gelagert ist, wobei jeweils der Gelenkkopf 36 an dem ersten Teilabschnitt 16 und damit an der Basis 12 angeordnet ist.The first exoskeletal joint 26a of the first part 18a and the first exoskeletal joint 26d of the fourth part 18d are only supported on one side, which means that there is only one joint head 36 consists in a joint fork 38 is mounted, in each case the joint head 36 on the first section 16 and thus at the base 12th is arranged.

Das erste Exoskelettgelenk 26b des zweiten Teils 18b und das erste Exoskelettgelenk 26c des dritten Teils 18c sind jeweils nur einseitig gelagert, d.h., dass hier nur ein Gelenkkopf 40 besteht, der in einer Gelenkgabel 42 gelagert ist, wobei jeweils der Gelenkkopf 40 an dem ersten Teilabschnitt 16 und damit an der Basis 12 angeordnet ist. Dabei ist der Gelenkkopf 42 jeweils an einem Gelenkbügel 44, 44' angeordnet, der fest mit dem vierten Teilabschnitt 24b, 24c verbunden ist. Der Gelenkbügel 44 des zweiten Teils 18b übergreift das erste Exoskelettgelenk 26a des ersten Teils 18a und der Gelenkbügel 44' des dritten Teils 18c übergreift das vierte Exoskelettgelenk 26d des vierten Teils 18d.The first exoskeletal joint 26b of the second part 18b and the first exoskeletal joint 26c of the third part 18c are only supported on one side, which means that there is only one joint head 40 consists in a joint fork 42 is mounted, in each case the joint head 40 on the first section 16 and thus at the base 12th is arranged. Here is the joint head 42 each on a hinge bracket 44 , 44 ' arranged, which is fixed to the fourth section 24b , 24c connected is. The hinge bracket 44 of the second part 18b encompasses the first exoskeletal joint 26a of the first part 18a and the hinge bracket 44 ' of the third part 18c overlaps the fourth exoskeletal joint 26d of the fourth part 18d .

Durch diese Ausbildung mit einseitig gelagerten ersten Exoskelettgelenken 26a, 26b, 26c, 26d, wobei die einseitige Lagerung der mittleren ersten Exoskelettgelenke 26b, 26c jeweils über Gelenkbügel 44, 44' nach außen verlagert ist, kann das gesamte Exoskelett 10 sehr schlank gehalten werden, so dass die darin aufgenommene Hand 64 sehr ergonomisch und komfortabel unterstützt wird. Außerdem benötigt dieser Aufbau fast keinen Bauraum zwischen den Fingern 68, so dass ein vollständiger Faustschluss möglich ist, ohne dass ein Aufbau oberhalb der Körperglieder vorliegt.Through this training with one-sided first exoskeletal joints 26a , 26b , 26c , 26d , whereby the unilateral positioning of the middle first exoskeletal joint 26b , 26c each via hinge bracket 44 , 44 ' is shifted outwards, the entire exoskeleton can 10 be held very slim, so that the hand contained in it 64 is supported very ergonomically and comfortably. In addition, this structure requires almost no space between the fingers 68 so that a complete fist is possible without a build-up above the limbs.

In 4 sind die Bezugszeichen für die Exoskelettgelenke 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 30a, 30b, 30c, 30d der besseren Übersichtlichkeit halber den Lagen dieser Exoskelettgelenke 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 30a, 30b, 30c, 30d zugeordnet, nicht jedoch den tatsächlichen Gelenkköpfen 32, 36, 40 und Gelenkgabeln 34, 38, 42.In 4th are the reference numerals for the exoskeletal joints 26a , 26b , 26c , 26d , 26e , 28a , 28b , 28c , 28d , 28e , 30a , 30b , 30c , 30d for the sake of clarity, the positions of these exoskeletal joints 26a , 26b , 26c , 26d , 26e , 28a , 28b , 28c , 28d , 28e , 30a , 30b , 30c , 30d assigned, but not the actual rod ends 32 , 36 , 40 and articulated forks 34 , 38 , 42 .

Die Antriebe 14a, 14b, 14c, 14d, 14e sind jeweils Linearantriebe, die ein Antriebsmittel 46 in Form eines Schubbandes aufweisen, das jeweils in Führungskanälen 48 der Teilabschnitte 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 24a, 24b, 24c, 24d geführt wird.The drives 14a , 14b , 14c , 14d , 14e are each linear drives, which are a drive means 46 have in the form of a push belt, each in guide channels 48 of the subsections 20a , 20b , 20c , 20d , 20e , 22a , 22b , 22c , 22d , 22e , 24a , 24b , 24c , 24d to be led.

Diese Führungskanäle 48 sind selbst nicht flexibel ausgebildet und bilden somit eine Lose- und Gleitlagerung für das Schubband 46, das jeweils an dem zweiten Teilabschnitt 20a, 20b, 20c, 20d, 20e befestigt ist. Dadurch bestehen Zwangsführungen 50 für die jeweiligen Schubbänder 46.These guide channels 48 are themselves not designed to be flexible and thus form a loose and sliding bearing for the push belt 46 , each on the second section 20a , 20b , 20c , 20d , 20e is attached. As a result, there are constrained guides 50 for the respective push belts 46 .

Die Schubbänder 46 sind in Schub- bzw. Zugrichtung, also entlang der Längserstreckung der Schubbänder, und auch quer zur Längserstreckung, d.h. parallel zur Breite der Führungskänale 48 unflexibel ausgebildet. Quer zur Längserstreckung in Richtung der Höhe der Führungskanäle 48 sind die Schubbänder elastisch biegsam, um bei einem Verschwenken der einzelnen Exoskelettgelenke 26a, 26b, 26c, 26d, 26e eine entsprechende Formanpassung der Schubbänder 46 zu ermöglichen ohne dadurch deren plastische Verformung zu bewirken. Das Material, beispielsweise ein Polyamid, wie PA66 (Nylon), oder ein Federstahl, ist dabei in Biegerichtung so elastisch, dass eine plastische Verformung erst bei einem Biegewinkel (a) von größer gleich 110° bei einem Biegeradius (r_i)von 5mm vorliegt. vorliegt.The push belts 46 are in the pushing or pulling direction, that is, along the longitudinal extension of the pushing belts, and also transversely to the longitudinal extension, ie parallel to the width of the guide channels 48 inflexibly trained. Transversely to the longitudinal extension in the direction of the height of the guide channels 48 the push belts are elastically pliable to allow the individual exoskeletal joints to pivot 26a , 26b , 26c , 26d , 26e a corresponding adaptation of the shape of the push belts 46 to enable without causing their plastic deformation. The material, for example a polyamide such as PA66 (nylon) or a spring steel, is so elastic in the bending direction that plastic deformation only occurs at a bending angle (a) greater than or equal to 110 ° with a bending radius (r _i ) of 5mm . is present.

Die Antriebe 14a, 14b, 14c, 14d, 14e weisen beliebige Antriebsmechanismen auf, die in der Lage sind, auf die Schubbänder 46 eine Schub- und Zugbewegung zu übertragen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um Antriebsmotoren 52, beispielsweise Schritt- oder Servomotoren 52, die das Schubband 46 um eine Achse 54 auf einem Antriebsrad 55 ab- oder aufwickeln und dadurch ein Schieben bzw. Ziehen am Schubband 46 bewirken. Die Schubbänder 46 sind dabei in Gehäusen 56 gelagert, die von einem Deckel 58 verschlossen wird, wobei der Deckel nicht nur am Gehäuse 56, sondern auch an einem Befestigungspunkt 60 des Führungskanals 48 befestigt ist.The drives 14a , 14b , 14c , 14d , 14e have any drive mechanism that is able to act on the push belts 46 to transmit a pushing and pulling movement. In the exemplary embodiment shown, these are drive motors 52 , for example stepper or servo motors 52 who have favourited the push belt 46 around an axis 54 on a drive wheel 55 unwinding or winding up and thereby pushing or pulling on the pusher belt 46 cause. The push belts 46 are in housings 56 stored by a lid 58 is closed, the lid not only on the housing 56 , but also at an attachment point 60 of the guide channel 48 is attached.

Durch die Linearbewegung der Schubbänder 46 kommt es zu einem Ausschieben bzw. Einziehen der Schubbänder 46 gegenüber dem jeweiligen Führungskanal 48. Dadurch, dass nun der Führungskanal 48 beabstandet vom Drehpunkt der jeweiligen Exoskelettgelenke 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 30a, 30b, 30c, 30d verläuft, führt dieses Ausschieben bzw. Einziehen der Schubbänder 46 zu einer Momenteneinleitung in die Exoskelettgelenke 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 30a, 30b, 30c, 30d, wodurch diese Exoskelettgelenke 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 30a, 30b, 30c, 30d verschwenkt werden, d.h. dass die mit den jeweiligen Exoskelettgelenke 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 30a, 30b, 30c, 30d verbundenen Teilabschnitte 16, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 24a, 24b, 24c, 24d gegeneinander verschwenkt werden.Due to the linear movement of the pusher belts 46 the push belts are pushed out or drawn in 46 opposite the respective guide channel 48 . Because now the guide channel 48 at a distance from the pivot point of the respective exoskeletal joints 26a , 26b , 26c , 26d , 26e , 28a , 28b , 28c , 28d , 28e , 30a , 30b , 30c , 30d runs, this pushing out or pulling in the push belts 46 to a moment introduction into the exoskeletal joints 26a , 26b , 26c , 26d , 26e , 28a , 28b , 28c , 28d , 28e , 30a , 30b , 30c , 30d making these exoskeletal joints 26a , 26b , 26c , 26d , 26e , 28a , 28b , 28c , 28d , 28e , 30a , 30b , 30c , 30d be pivoted, ie that with the respective exoskeletal joints 26a , 26b , 26c , 26d , 26e , 28a , 28b , 28c , 28d , 28e , 30a , 30b , 30c , 30d connected subsections 16 , 20a , 20b , 20c , 20d , 20e , 22a , 22b , 22c , 22d , 22e , 24a , 24b , 24c , 24d be pivoted against each other.

Durch die Zweipunktfixierung der Schubbänder 46 an den ersten Teilabschnitten 16 bzw. der Basis 12 auf der einen Seite und den zweiten Teilabschnitten 20a, 20b, 20c, 20d, 20e auf der anderen Seite der Schubbänder 46 und die Zwangsführung 50 der Schubbänder 46 können sämtliche Exoskelettgelenke 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 30a, 30b, 30c, 30d der jeweiligen Teile 18a, 18b, 18c, 18d, 18e gleichzeitig verschwenkt werden.Due to the two-point fixing of the push belts 46 on the first sections 16 or the base 12th on one side and the second subsections 20a , 20b , 20c , 20d , 20e on the other side of the push belts 46 and the forced guidance 50 the push belts 46 can all exoskeletal joints 26a , 26b , 26c , 26d , 26e , 28a , 28b , 28c , 28d , 28e , 30a , 30b , 30c , 30d of the respective parts 18a , 18b , 18c , 18d , 18e be pivoted at the same time.

Dadurch erfolgt im Anwendungsfall dann tatsächlich eine Verschwenkung derjenigen Exoskelettgelenke 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 30a, 30b, 30c, 30d zuerst, deren zugeordnete menschliche Körpergelenke den geringsten Widerstand aufweisen. Es werden somit zuerst die „gesunden“ Körpergelenke verschwenkt, bevor die Kraft in die „kranken“ Körpergelenke eingeleitet wird.This then actually results in a pivoting of those exoskeletal joints in the application 26a , 26b , 26c , 26d , 26e , 28a , 28b , 28c , 28d , 28e , 30a , 30b , 30c , 30d first, whose associated human body joints show the least resistance. The “healthy” body joints are thus swiveled first before the force is introduced into the “sick” body joints.

Das Exoskelett 10 weist einen um den Exoskelettkörper 11 fixierten Stoffhandschuh 62 (in 8 teilweise dargestellt)auf, in dem die menschliche Hand 64 eines Patienten aufgenommen werden kann. Genauer gesagt besitzt der Handschuh einen üblichen Aufnahmeraum 66 für die Hand 64 des Patienten, wobei dieser Aufnahmeraum möglichst passgenau ist, um eine genaue Führung der Finger 68 zu ermöglichen. Oberhalb der Oberseite des Aufnahmeraums 66 besteht ein Anordnungsraum 70 für den Exoskelettkörper 11 auf, so dass der Exoskelettkörper 11 vollständig im Handschuh 62 verborgen ist.The exoskeleton 10 exhibits one around the exoskeletal body 11 fixed fabric glove 62 (in 8th partially shown) on which the human hand 64 of a patient can be included. More precisely, the glove has a usual receiving space 66 for the hand 64 of the patient, this receiving space being as precise as possible in order to precisely guide the fingers 68 to enable. Above the top of the recording room 66 there is an arrangement room 70 for the exoskeletal body 11 on so that the exoskeletal body 11 completely in the glove 62 is hidden.

Durch den Handschuh 62 und durch das teilweise Umgreifen der Finger 66 der menschlichen Hand durch die Stege 72, 74 der Exoskelettgelenke 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 30a, 30b, 30c, 30d werden die Finger 66 sehr gut stabilisiert, so dass eine kontrollierte Krafteinleitung erfolgen kann. Zudem sind die Stege 72, 74 so dimensioniert, dass die Drehachsen der Exoskelettgelenke 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 30a, 30b, 30c, 30d mit den Drehachsen der zugeordneten menschlichen Körpergelenke zusammenfallen.Through the glove 62 and by partially grasping the fingers 66 the human hand through the bridges 72 , 74 the exoskeletal joints 26a , 26b , 26c , 26d , 26e , 28a , 28b , 28c , 28d , 28e , 30a , 30b , 30c , 30d become the fingers 66 very well stabilized so that a controlled introduction of force can take place. In addition, the bridges are 72 , 74 Dimensioned so that the axes of rotation of the exoskeletal joints 26a , 26b , 26c , 26d , 26e , 28a , 28b , 28c , 28d , 28e , 30a , 30b , 30c , 30d coincide with the axes of rotation of the associated human body joints.

In 3 ist beispielhaft eine Schuppe 76 eingezeichnet, die als Abdeckmittel den sich bei dem Verschwenken des einen Teilabschnitts 22b gegenüber dem anderen Teilabschnitt 24b um das dazwischen angeordnete Exoskelettgelenk 30b ergebenden Spalt 78 zwischen den beiden Teilabschnitten 22b, 24b so überdeckt, dass ein Heraustreten des Antriebsmittel 46 aus dem Spalt verhindert wird. Dadurch erfolgt eine kontinuierliche Kraftübertragung durch das Antriebsmittel 46 ohne dass die Gefahr eines Knickens des Antriebsmittels 46 besteht.In 3 is an example of a scale 76 shown, which are used as the covering means when pivoting one subsection 22b compared to the other section 24b around the exoskeletal joint located in between 30b resulting gap 78 between the two sections 22b , 24b covered in such a way that the Drive means 46 from the gap is prevented. This results in a continuous power transmission through the drive means 46 without the risk of kinking the drive means 46 consists.

Aus der vorstehenden Darstellung ist deutlich geworden, dass mit der vorliegenden Erfindung ein Exoskelett 10 bereitgestellt wird, mit dem der Bewegungsablauf in Körpergelenken von Menschen und Tieren gezielt unterstützt und geführt werden kann. Das erfindungsgemäße Exoskelett 10 ist vor allem im Rahmen einer Rehabilitation aber auch in der Kontrakturprofilaxe bzw. zur Bewegungsunterstützung hervorragend anwendbar. Insbesondere bei mehreren hintereinander angeordneten Gelenken, wie es bei Fingern der Fall ist, kann ein sehr gut kontrollierter Bewegungsablauf erfolgen, so dass eine Wiederherstellung des natürlichen Bewegungsraumes der Finger ermöglicht wird, die durch eine Kontrakturart eingeschränkt sind, wobei dennoch eine Überlastung von kranken Körpergelenken vermieden wird.From the above illustration it has become clear that an exoskeleton with the present invention 10 is provided, with which the movement sequence in the body joints of humans and animals can be specifically supported and guided. The exoskeleton of the invention 10 is particularly suitable for rehabilitation, but also for contracture profiling or for movement support. In particular with several joints arranged one behind the other, as is the case with fingers, a very well-controlled sequence of movements can take place, so that a restoration of the natural range of motion of the fingers, which are restricted by a type of contracture, is possible, whereby an overload of diseased body joints is nevertheless avoided becomes.

Soweit nichts anders angegeben ist, können sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung frei miteinander kombiniert werden. Auch die in der Figurenbeschreibung beschriebenen Merkmale können, soweit nichts anderes angegeben ist, als Merkmale der Erfindung frei mit den übrigen Merkmalen kombiniert werden. Eine Beschränkung einzelner Merkmale des Ausführungsbeispiels auf die Kombination mit anderen Merkmalen des Ausführungsbeispiels ist dabei ausdrücklich nicht vorgesehen. Außerdem können gegenständliche Merkmale umformuliert auch als Verfahrensmerkmale Verwendung finden und Verfahrensmerkmale umformuliert als gegenständliche Merkmale. Eine solche Umformulierung ist somit automatisch mit offenbart.Unless stated otherwise, all of the features of the present invention can be freely combined with one another. Unless otherwise stated, the features described in the description of the figures can also be freely combined with the other features as features of the invention. A restriction of individual features of the exemplary embodiment to the combination with other features of the exemplary embodiment is expressly not intended. In addition, objective features, reformulated, can also be used as process features and process features, reformulated, as objective features. Such a reformulation is therefore automatically disclosed.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: erfindungsgemäßes Exoskelettexoskeleton according to the invention
1111: ExoskelettkörperExoskeletal body
1212th: BasisBase
14a, 14b, 14c, 14d, 14e14a, 14b, 14c, 14d, 14e: Antriebe, beispielsweise mit LinearmotorenDrives, for example with linear motors
1616: erste Teilabschnittefirst sections
18a, 18b, 18c, 18d, 18e18a, 18b, 18c, 18d, 18e: TeileParts
20a, 20b, 20c, 20d, 20e20a, 20b, 20c, 20d, 20e: zweite Teilabschnittesecond sections
22a, 22b, 22c, 22d, 22e22a, 22b, 22c, 22d, 22e: dritte Teilabschnittethird sections
24a, 24b, 24c, 24d24a, 24b, 24c, 24d: vierte Teilabschnittefourth subsections
26a, 26b, 26c, 26d, 26e26a, 26b, 26c, 26d, 26e: erste Exoskelettgelenkefirst exoskeletal joints
28a, 28b, 28c, 28d, 28e28a, 28b, 28c, 28d, 28e: zweite Exoskelettgelenkesecond exoskeletal joints
30a, 30b, 30c, 30d30a, 30b, 30c, 30d: dritte Exoskelettgelenkethird exoskeletal joints
3232: GelenkkopfSwivel head
3434: GelenkgabelArticulated fork
3636: GelenkkopfSwivel head
3838: GelenkgabelArticulated fork
4040: GelenkkopfSwivel head
4242: GelenkgabelArticulated fork
44, 44'44, 44 ': GelenkbügelHinge bracket
4646: Antriebsmittel, SchubbandDrive means, push belt
4848: Führungskanäle der Teilabschnitte 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 24a, 24b, 24c, 24d, Lose- und Gleitlagerung für das Schubband 46 Guide channels of the subsections 20a , 20b , 20c , 20d , 20e , 22a , 22b , 22c , 22d , 22e , 24a , 24b , 24c , 24d , Loose and sliding bearings for the push belt 46
5050: Zwangsführung für das jeweilige Schubband 46 Forced guidance for the respective push belt 46
5252: AntriebsmotorenDrive motors
5454: Achseaxis
5555: Antriebsraddrive wheel
5656: Gehäusecasing
5858: Deckelcover
6060: Befestigungspunkt des Führungskanals 48 Attachment point of the guide channel 48
6262: StoffhandschuhCloth glove
6464: menschliche Handhuman hand
6666: Aufnahmeraum für die Hand 64 Holding space for the hand 64
6868: Fingerfinger
7070: Anordnungsraum für den Exoskelettkörper 11 Arrangement space for the exoskeletal body 11
72, 7472, 74: Stege der Exoskelettgelenke 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 30a, 30b, 30c, 30d Bars of the exoskeletal joints 26a , 26b , 26c , 26d , 26e , 28a , 28b , 28c , 28d , 28e , 30a , 30b , 30c , 30d
7676: SchuppeDandruff
7878: Spalt zwischen Teilabschnitten 22b, 24b Gap between sections 22b , 24b

Claims

Exoskeleton (10), with at least a first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e), which is adapted, two first (68) and second limbs (68) of a human being (64) connected to a body joint axis via a first body joint or to hold and move an animal, the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) having a first section (16) and a second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e), the first Section (16) is assigned to the first member (68) and the second section to the second member (68), the first section (16) being arranged on a base (12) of the exoskeleton (10) and the second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) via a first exoskeletal joint (26a, 26b, 26c, 26d, 26e), which has an exoskeletal joint axis, with the first section (16) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e), characterized in that a first drive (14a, 14b, 14c, 14d, 14e) is connected to d he base (12) is arranged, which can introduce a force into the second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) so that the second section (20a , 20b, 20c, 20d, 20e) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) opposite the first section (16) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) around the exoskeletal joint axis of the first exoskeletal joint (26a, 26b, 26c, 26d, 26e) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) is pivoted.

Exoskeleton (10) Claim 1 , characterized in that there is at least a second part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) which is adapted to include two third (68) and fourth limbs (68) of the human being (64) connected to a body joint axis via a second body joint or to hold and move the animal, the second part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) having a first section (16) and a second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e), the first Sub-section (16) is assigned to the third link (68) and the second sub-section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) is assigned to the fourth link (68), the first sub-section (16) of the second part (18a, 18b, 18c , 18d, 18e) is arranged on the base (12) of the exoskeleton (10) and the second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) of the second part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) via a first Exoskeletal joint, which has an exoskeletal joint axis (26a, 26b, 26c, 26d, 26e), connected to the first section (16) of the second part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) den, wherein a second drive (14a, 14b, 14c, 14d, 14e) is preferably arranged on the base (12), which applies a force to the second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) of the second part ( 18a, 18b, 18c, 18d, 18e) so that the second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) of the second part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) opposite the first section (16) of the second part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) is pivoted about the exoskeletal joint axis of the first exoskeletal joint (26a, 26b, 26c, 26d, 26e) of the second part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e).

Exoskeleton (10) Claim 1 or 2 , characterized in that the drive (14a, 14b, 14c, 14d, 14e) is a linear drive and / or that the exoskeleton (10) is an orthosis, preferably for finger or hand rehabilitation.

Exoskeleton (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive (14a, 14b, 14c, 14d, 14e) has a drive means (46), the drive means (46) being arranged on the first section (16), and / or wherein the drive means (46) has a longitudinal extension and is non-deformable in the longitudinal direction and deformable, in particular elastically deformable, in at least one direction transverse to the longitudinal direction, and / or wherein the drive means (46) has a sliding or floating bearing.

Exoskeleton (10) Claim 4 , characterized in that the drive means is a push belt (46), a push wire, a push cylinder, a push chain or the like. And / or that the drive means (46) runs in a pressure-resistant casing, the casing preferably with the sections of the part ( 18a, 18b, 18c, 18d, 18e) is firmly connected, in particular an integral part of the subsections of the part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e).

Exoskeleton (10) according to one of the Claims 4 or 5 , characterized in that the sliding or floating bearing extends at a distance from the axis of rotation of the exoskeletal joint (26a, 26b, 26c, 26d, 26e) and / or that the sliding or floating bearing extends over each exoskeletal joint (26a, 26b, 26c, 26d, 26e) of the part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) and the drive means (46) is only fixed to the second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) and to the first section (16) is arranged drivable.

Exoskeleton (10) according to one of the preceding claims, characterized in that there is at least a third section (22a, 22b, 22c, 22d, 22e) of the part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) which is between the first exoskeleton joint ( 26a, 26b, 26c, 26d, 26e) of the part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) and the second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) of the part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) is arranged, with a second exoskeleton joint of the part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) between the third section (22a, 22b, 22c, 22d, 22e) of the part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) and the second subsection (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) of the part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) is arranged.

Exoskeleton (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the subsections of the part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) and / or the exoskeleton joints (26a, 26b, 26c, 26d, 26e) of the part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) are at least partially adapted to at least partially encompass the associated links (68).

Exoskeleton (10) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one exoskeleton joint of one part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) overlaps an exoskeleton joint of another part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e), wherein the Reaching over is preferably carried out by a bracket (44, 44 '), a first end of the bracket (44, 44') being arranged on the exoskeletal joint of one part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) and a second end of the bracket (44, 44 ') is articulated with respect to the exoskeletal joint of one part behind the exoskeletal joint of the other part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e), the second end being articulated in particular on the base (12).

Exoskeleton (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the exoskeleton (10) is dimensioned such that the exoskeletal joint axis of at least one exoskeletal joint (26a, 26b, 26c, 26d, 26e) is identical to the body joint axis of one of the exoskeletal joints (26a, 26b, 26c, 26d, 26e) associated body joint and / or that a cover means (76) exists, which opens the gap (78) resulting from the pivoting of one section relative to the other section around the exoskeleton (10) arranged in between covers both subsections in such a way that the drive means (46) is prevented from emerging from the gap (78).

Connecting structure (10) with at least a first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) which has a first section (16) and a second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e), the first section ( 16) is arranged on a base (12) and the second partial section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) via a first joint (26a, 26b, 26c, 26d, 26e), which has a hinge axis, is connected to the first section (16) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e), characterized in that a first drive (14a, 14b, 14c, 14d, 14e) is arranged on the base (12), which can introduce a force into the second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) so that the second Section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) opposite the first section (16) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) around the joint axis of the first joint (26a, 26b, 26c, 26d, 26e) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) is pivoted.

Method for moving a connecting structure (10) with at least a first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) which has a first section (16) and a second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e), wherein the first section (16) is arranged on a base (12) and the second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) via a first joint, the one Having joint axis, is connected to the first section (16) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e), characterized in that a first drive (14a, 14b, 14c, 14d, 14e) on the base (12 ) is arranged, which can introduce a force into the second section (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) so that the second section (20a, 20b, 20c , 20d, 20e) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) opposite the first section (16) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) around the joint axis of the first joint (26 a, 26b, 26c, 26d, 26e) of the first part (18a, 18b, 18c, 18d, 18e) is pivoted.