DE102021130308A1

DE102021130308A1 - Exoskelett mit einer automatischen Stelleinheit zur Größenverstellung und dazugehörige Verfahren

Info

Publication number: DE102021130308A1
Application number: DE102021130308.7A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Biehler; Bernhard Richter; Andreas Preschl
Original assignee: German Bionic Systems GmbH
Current assignee: German Bionic Systems GmbH
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-05-25
Also published as: WO2023088669A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Exoskelett (1B, 1C) zur halb- oder vollautomatischen Größenanpassung eines Grundgerüsts (2) in der Breite (Seitenverstellung) und/oder Höhe (Höhenverstellung) und dazugehörige Verfahren. Hierdurch können Rüstzeiten beim An- und Ablegen verkürzt und der Tragekomfort erhöht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Exoskelett zur automatischen Größenanpassung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie entsprechende Verfahren gemäß den Ansprüchen 13 und 14.
Exoskelette sind künstlich von außen an einen Körper eines Trägers angelegte mechanische Stützstrukturen zur Entlastung oder Unterstützung einer Körpermuskulatur eines Trägers. Als aktive Exoskelette - d.h. Exoskelette mit aktiven, zumeist elektromotorischen, Aktuatoren - oder passive Exoskelette - d.h. Exoskeletten mit passiven Aktuatoren, z.B. Federspeichern - finden sie beispielsweise Verwendung in der Unterstützung von Geh- oder Beugebewegungen und müssen hierzu Kräfte bzw. Momente zwischen Gliedmaßen und dem Rumpf des Trägers übertragen bzw. einleiten.
Hierzu müssen Exoskelette kraftleitend, d.h. mechanisch, mit dem Träger gekoppelt werden. Kraftleitende Verbindungen erfolgen üblicherweise durch Befestigung des Exoskeletts über in das Exoskelett integrierte Gurte und/oder Tragegeschirre am Körper des Trägers. Das Exoskelett wird z.B. über rucksackähnliche Tragegeschirre sowie zusätzliche Beinanbindungen und/oder Armanbindungen an den Extremitäten und an dem Torso des Trägers befestigt. Die Position von Gurten und Tragegeschirr müssen nach Anlage des Exoskeletts regelmäßig nachjustiert, an den richtigen Stellen positioniert und gegebenenfalls manuell verstellt werden. Insbesondere, wenn dasselbe Exoskelett von unterschiedlichen Trägern mit unterschiedlichen Körpermaßen genutzt werden soll, ist die Rüstzeit zur Einstellung des Exoskeletts mit erheblichem Einstellungsaufwand verbunden. Aber auch wenn das Exoskelett nur einen Nutzer besitzt, ist das An- und Ablegen mit Lösen und Festzurren der Gurte zeitintensiv.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Rückenplatten und Beckenrahmen eines Exoskeletts an einen Nutzer anpassen zu können. Dies erfolgt manuell, wobei eine Arretierung von Hand gelöst, die Rückenplatte oder der Beckenrahmen von Hand verschoben und wieder arretiert werden muss. Dies ist zeitaufwendig. Derartige Verstellsysteme sind bspw. aus der WO 2018 218 228 A1 bekannt.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung ein nutzerfreundliches Exoskelett anzugeben, welches geringe Rüstzeiten und einen erhöhten Tragekomfort aufweist.
Die Aufgabe wird u.a. gelöst durch ein Exoskelett mit einem Grundgerüst, das insb. eine starre Rückenplatte und/oder einen starren Beckenrahmen (Hüftrahmen) aufweist, wobei das Exoskelett eine Stelleinheit zur automatischen Größenverstellung des Grundgerüsts aufweist.
Unter Stelleinheit zur automatischen Größenverstellung ist - im Gegensatz zu einer manuellen Größenverstellung - ein System zu verstehen, über das eine Größenverstellung des Grundgerüsts halbautomatisch, beispielsweise auf Knopfdruck, oder vollautomatisch, beispielsweise über im Exoskelett hinterlegte und automatisch abgerufene Nutzerdaten, erfolgt. Hierfür kann in der Stelleinheit ein Elektromotor oder ein anderes, geeignetes Stellglied vorgesehen sein. Der Nutzer muss zur Größenverstellung also keine eigene Kraft aufbringen. Die erfindungsgemäße Stelleinheit ermöglicht dadurch eine schnelle Größenanpassung des Grundgerüsts an den Nutzer. Die Stelleinheit kann eine Steuereinheit zur Regelung und Steuerung des Stellglieds der Stelleinheit umfassen.
Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die die Stelleinheit als Höhenverstellung zur Anpassung einer Höhe der Rückenplatte oder einem Anbindungspunkt (Kopplungsteil) in der Rückenplatte und/oder als Seitenverstellung zur Anpassung einer Breite des Beckenrahmens ausgebildet.
Über eine Höhenverstellung kann beispielsweise eine Drehachse eines Hüftaktuators des Exoskeletts mit dem anatomischen Drehpunkt eines Hüftgelenks des Nutzers abgeglichen werden. Übereinstimmende Drehpunkte von Hüftaktuator und Hüftgelenk vermeiden nichtlineare Kraftübertragungscharakteristiken, die andernfalls infolge veränderlicher Dreharme entstehen, vereinfachen hierdurch die Ansteuerung des Hüftaktuators und erhöhen gleichzeitig den Tragekomfort für den Nutzer.
Über eine Seitenverstellung können Krafteinleitungspunkte näher an den Nutzer herangeführt werden, was eine direktere Kraftübertragung ermöglicht und die Verwindungen von mechanischen Leitstütz-Strukturen wie bspw. einem Beckenrahmen reduziert. Außerdem kann die Gesamtbreite eines Exoskeletts minimiert werden. Dies verbessert die Mobilität des Nutzers gerade bei beengten Platzverhältnissen, die etwa in einem Lager mit schmalen Gassen vorherrschen, und erhöht die Wendigkeit aufgrund geringerer Massenträgheitsmomente (Drehmassen).
Zweckmäßig weist die oder eine Steuereinheit des Exoskeletts eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfangen von Datensätzen von einem Nutzer zugeordneten Größeneinstellungen auf. Die Steuereinheit kann die Größeneinstellung nach Maßgabe der empfangenen Datensätze steuern. Nutzerspezifische Datensätze mit Größeneinstellungen können dabei einmalig übertragen und für den zukünftigen Gebrauch in einem internen Speicher der Steuereinheit hinterlegt werden. Sie können jedoch auch jedes Mal in Echtzeit an das Exoskelett übermittelt werden.
Bei der Kommunikationsschnittstelle kann es sich um ein klassisches, am Exoskelett angeordnetes Bedienelement, wie bspw. einem berührungsempfindlichen Bildschirm und entsprechender Software zur Eingabe der nutzerspezifischen Größeneinstellungen (Größe des Nutzers, Schulterhöhe, Bauch- und Hüftumfang, Hüftbreite etc.) direkt am Exoskelett, handeln. Möglich ist jedoch auch eine nutzergeführte Größenanpassung, bei der die Stelleinheit über Bedienelemente solange verstellt wird, bis eine für den Nutzer gewünschte Größeneinstellung vorliegt, und Abspeichern dieser Werte als einem Nutzer zugeordneten Datensatz in einem Speicher der Steuereinheit. Die abgespeicherten Werte können beispielsweise über Schnellbelegungstasten wieder abgerufen werden.
Vorzugsweise ist die Kommunikationsschnittstelle jedoch drahtlos als Nahkommunikationsschnittstelle (Bluetooth, RFID, NFC) oder Fernkommunikationsschnittstelle (WLAN) ausgeführt, so dass nutzerspezifische Größeneinstellungen insbesondere ohne aktive Handlung des Nutzers an die Steuereinheit übertragen werden können. Die Größeneinstellungen können beispielsweise in einem dem Nutzer zugeordneten, mobilen Endgerät (Smartphone etc.) oder einem dem Nutzer zugeordneten RFID-Chip hinterlegt sein, die sich automatisch über die Kommunikationsschnittstelle mit dem Exoskelett koppeln bzw. von dem Exoskelett erkannt werden.
Geeignete Parameter für die Größeneinstellung stellen Körpermaße des Nutzers wie Größe, Schulter- oder Hüfthöhe und Hüftbreite oder von dem Nutzer zuvor bestimmte Einstellcharakteristika wie gewünschter Höhe einer Rückenplatte oder gewünschte Breite eines Beckenrahmens dar.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Exoskelett zumindest eine Detektionseinheit auf, die einen mechanischen Kopplungszustand einer Kupplung des Exoskeletts mit einem Nutzer automatisch detektiert, die Stelleinheit in Abhängigkeit des Kopplungszustands aktiviert oder deaktiviert, und insbesondere auch verstellt. Mögliche Kopplungszustände sind insb. eine vorliegende Kopplung, bei der der Nutzer das Exoskelett zumindest teilweise oder vollständig angelegt hat, und eine nicht vorliegende Kopplung, bei der das Exoskelett mechanisch (noch) nicht mit dem Nutzer verbunden ist. Die Stelleinheit einer Höhenverstellung kann etwa aktiviert und insb. verstellt werden, wenn eine erfolgreiche Kopplung mit einem Beckenanbindungssystem detektiert wurde oder vice versa. Die Stelleinheit einer Seitenverstellung kann z.B. deaktiviert und insb. eine Verstellung gestoppt werden, wenn eine erfolgreiche Kopplung eines Beckenanbindungssystems detektiert wurde.
Die Detektionseinheit kann beispielsweise in einem optischen Näherungssensor, einem Drucksensor oder einem Kontaktschalter, einem RFID-Chip oder einem Aktivierungszustand einer Schnellkupplung, etwa der Ermittlung einer Stellung einer Rastklinke, dem Schließen einer Schnalle oder der Verbindung eines magnetischen Schnellverschlusses, bestehen. Auch eine Kombination mehrerer Sensoren für eine Detektionseinheit ist möglich.
Beispielsweise kann über die Detektionseinheit das Schließen einer Gurtschnalle eines Oberkörperanbindungssystems des Exoskeletts detektiert werden - was bedeutet, dass das Exoskelett zumindest fest mit dem Oberkörper des Trägers gekoppelt ist - woraufhin eine Anpassung der Hüftbreite, d.h. eine Seitenverstellung, vollautomatisch erfolgt.
Bei Bedarf kann auch vorgesehen sein, dass das Exoskelett mehrere Detektionseinheiten zur Ermittlung von unterschiedlichen Kopplungszuständen von unterschiedlichen Kupplungen an unterschiedlichen Stellen des Exoskeletts aufweist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Höhenverstellung und eine Seitenverstellung in zeitlich gestaffelter Reihenfolge erfolgen soll.
Vorteilhaft umfasst das Exoskelett ferner auch ein Kalibrierungssystem zur Ermittlung einer absoluten und/oder einer relativen Position der Stelleinheit. Das Kalibrierungssystem kann beispielsweise einen Kontaktschalter zur Ermittlung eines Endanschlags der Stelleinheit aufweisen, über die eine absolute Nullposition ermittelt werden kann. Eine relative Verstellung der Stelleinheit gegenüber der Nullposition kann, in Kenntnis eines Übersetzungsverhältnisses eines allfällig eingesetzten Getriebes, dann z.B. indirekt über die Ermittlung von Umdrehungen eines Elektromotors (oder eines anderen Stelltriebs) ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Position der Stelleinheit jedoch auch unmittelbar, z.B. über einen Schleifkontakt (Widerstandsmessung) oder einen Weggeber, der z.B. optisch oder magnetisch ausgelesen wird, ermittelt werden.
Die Stelleinheit weist in einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung eine Überlastsicherung auf, über die der Stelltrieb bei Überlast automatisch abgeschaltet werden kann. Eine Überlastsicherung kann bspw. über die Messung einer Stromaufnahme des Stelltriebs realisiert werden. Eine Überlastsicherung kann jedoch auch in Form von Kontaktschaltern (Endanschlagsschaltern), Rutschkupplungen oder anderen geeigneten Maschinenelementen bestehen.
In einer technisch vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Höhenverstellung einen in einer Rückenplatte des Grundgerüsts gelagerten, höhenverstellbaren Schlitten, der eine mechanische Schnittstelle zur Verbindung mit einem mit einem Nutzer koppelbaren Tragesystem aufweist. Bei der mechanischen Schnittstelle kann es sich bspw. um ein exoskelettseitiges Kupplungsteil eines Schnellkupplungssystems handelt, welches mit einem nutzerseitigen Kupplungsteil des Schnellkupplungssystems koppelbar ist. Das nutzerseitige Kupplungsteil kann dabei in einer vom Nutzer vorzugsweise ständig getragenen Weste integriert sein. Die Weste mit dem nutzerseitigen Kupplungsteil stellt ein mögliches Tragesystem dar. Das Schnellkupplungssystem kann als elektroaktive (z.B. elektromagnetisch oder elektro adhäsiv) oder mechanische Schnellkupplung ausgebildet sein, wie es in der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 10 2021 109 665.0 vom 16. April 2021 desselben Anmelders näher beschrieben ist. Der Offenbarungsgehalt der Patentanmeldung 10 2021 109 665.0 wird qua Verweis in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung vollständig mit einbezogen. Andere Ausgestaltungen der mechanischen Schnittstelle sind möglich.
Die weiter oben angeführte Detektionseinheit zur Ermittlung eines Kopplungszustands der Kupplung kann im Falle einer elektroaktiven Kupplung auch in einem Aktivierungszustand der elektroaktiven Schnellkupplung (strom- bzw. spannungsbeaufschlagt = gekoppelt; strom- bzw. spannungslos = nicht gekoppelt) bestehen.
Vorzugsweise weist der Schlitten neben einer mechanischen Schnittstelle auch eine elektronische Schnittstelle auf, über die elektrische Leistung und/oder Signale zwischen dem Exoskelett und dem Tragesystem übertragen werden können. Über die elektronische Schnittstelle können beispielsweise Messsignale von in eine Weste oder einem Tragesystem integrierten Sensoren (Drucksensoren, Pulssensoren, etc. pp.) an das Exoskelett zur weiteren Anpassung einer Unterstützungsleistung oder einer anderweitigen Auswertung und/oder Verarbeitung der Daten weitergegeben werden.
In einer konkretisierten Ausführungsform der Erfindung ist der Schlitten über eine Linearführung höhenverstellbar gelagert und über einen elektromotorisch angetriebenen Spindeltrieb oder einen elektromotorisch angetriebenen Riementrieb verstellbar.
Ein Spindeltrieb hat den Vorteil, dass eine Höhenverstellung sehr feinfühlig, d.h. nahezu stufenlos, verstellbar ist und außerdem nur sehr geringe Stellmomente zur Höhenverstellung des Schlittens benötigt. Der elektromotorisch ausgeführte Stelltrieb kann damit klein und raumsparend ausgeführt werden.
Im Falle eines Riementriebs ist dieser zur Vermeidung von Schlupf vorzugsweise als Zahnriementrieb ausgeführt. Ein zahnloser Riementrieb ist jedoch auch möglich, wobei ein zahnloser Riementrieb durch Einstellung einer Vorspannung des Riemens gleichzeitig auch als Rutschkupplung und damit als Überlastsicherung eingesetzt werden kann.
Für eine weitergehende Miniaturisierung des Elektromotors ist es ferner vorteilhaft, wenn zwischen dem Elektromotor und dem Spindel- bzw. Riementrieb ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen ist. Dies ermöglicht den Einsatz von drehmomentschwachen und hochdrehenden Elektromotoren mit geringem Platzbedarf.
In einer konkretisierten, vorteilhaften Ausführung der Seitenverstellung umfasst diese zwei über Linearführungen gegenüber der Rückenplatte gelagerte Beckenbügel, die gegenüber der Rückenplatte nach lateral außen oder innen verfahrbar sind. Die Beckenbügel bilden zusammen mit einem unteren Abschnitt der Rückenplatte einen im Wesentlichen dreiteiligen Beckenrahmen aus. Durch eine Seitenverstellung der Beckenbügel kann die „Spurweite“ des Exoskeletts, d.h. die Breitenerstreckung, eingestellt und vorteilhaft minimiert werden.
Die Seitenverstellung ist in ein einer vorteilhaften Ausführung als zweiseitig wirkender Spindeltrieb ausgeführt, wobei der Spindeltrieb vorzugsweise eine linke Gewindespindel mit einem Rechtsgewinde und eine rechte Gewindespindel mit einem Linksgewinde aufweist, die in der Rückenplatte gelagert sind. Die Gewindespindeln wechselwirken dabei mit korrespondierenden, mit den Beckenbügeln fest verbundenen Spindelmuttern. Hierdurch können beide Beckenbügel gegengleich verfahren werden, d, so dass ein einziger Elektromotor zur Seitenverstellung beider Beckenbügel ausreichend ist. Ferner ermöglicht ein Spindeltrieb eine nahezu stufenlose Regelung der Seitenverstellung.
Eine kinematische Umkehr, d.h. beispielsweise ein Vertauschen der Zuordnung von Gewindespindeln und Spindelmuttern zu Rückenplatte und Beckenbügel, ist grundsätzlich für jede der zuvor oder nachfolgend umrissenen Ausführungsformen der Erfindung möglich. Eine Einschränkung auf eine bestimmte Zuordnung im Rahmen dieser Erfindung ist nicht beabsichtigt.
In einer alternativen Ausführungsvariante der Seitenverstellung ist diese als Zahnstangentrieb ausgebildet. Der Zahnstangentrieb umfasst dabei vorzugsweise ein elektromotorisch angetriebenes Antriebsritzel, welches mit jeweils einer Zahnstange, die mit jeweils einem Beckenbügel gekoppelt ist, kämmt. Ein Zahnstangentrieb ist gegenüber einem Spindeltrieb konstruktiv einfacher zu realisieren, weist aber den Nachteil auf, dass die Feinjustierung der Seitenverstellung stark abhängig von der Zähnezahl bzw. Teilung der Zahnstangen und des Antriebsritzels ist.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform umfasst das Exoskelett linke bzw. rechte Beckenauflageplatten zur direkten, seitlichen Anlage an das Becken des Nutzers. Die Beckenauflageplatten sind jeweils einem Beckenbügel zugeordnet bzw. fest mit diesem verbunden und somit zusammen mit den Beckenbügeln verfahrbar. Durch Beckenauflageplatten ist es möglich, auf die die Hüfte bzw. das Becken vollumfänglich umschließende Hüftgurte zu verzichten. Da die Beckenauflageplatten gegenüber einem Hüftgurt geringere Auflageflächen aufweisen, kann die Atmungsfreundlichkeit der Beckenanbindung verbessert und damit einer Transpirationsneigung des Nutzers entgegengewirkt werden.
In den Beckenauflageplatten sind vorzugsweise Kraftsensoren zur direkten Ermittlung der an den Beckenauflageplatten wirkenden Kräfte (Druck) integriert. Über die Kraftsensoren kann eine Seitenverstellung bis auf einen gewünschten Anlagedruck automatisch angesteuert werden. Die Kraftsensoren könnten jedoch anstatt unmittelbar in den Beckenauflageplatten angeordnet zu sein, auch an anderer Stelle im Kraftweg zwischen den Beckenauflageplatten und der Rückenplatte positioniert sein.
In einer hierzu alternativen und nicht minder vorteilhaften Ausführungsform kann der Anlagedruck jedoch auch indirekt bestimmt werden, beispielsweise über an oder in dem Beckenbügel angeordnete Dehnmessstreifen (die bei Kenntnis der Gesamtsteifigkeit des Beckenbügels einen Rückschluss auf die effektiv wirkenden Kräfte an den Beckenauflageplatten zulassen) oder durch Messung des am Elektromotor der Seitenverstellung anliegenden Drehmoments durch z.B. einen Drehmomentsensor. Der Anlagedruck kann jedoch auch indirekt über die Strom- und/oder Spannungsaufnahme des Elektromotors der Seitenverstellung ermittelt werden. Hierdurch kann auf die Verwendung von zusätzlichen Sensoren (Drehmomentsensor, Dehnmessstreifen bzw. Kraftsensoren) verzichtet werden. Vergleichbare Ausführungen für Stelltriebe, die keine Elektromotoren sind, sind vom Erfindungsgedanken umfasst.
Die Erfindung betrifft auch ein erstes Verfahren zur Größeneinstellung eines Grundgerüsts eines Exoskeletts gemäß den bisherigen Ausführungen, wobei eine Höhenverstellung und/oder eine Seitenverstellung erst dann erfolgt, wenn die Detektionseinheit einen Kopplungszustand mit dem Nutzer als gekoppelt erkannt hat. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, das Exoskelett erst über Beckenauflageplatten an dem Nutzer zu fixieren, und - der Kopplungszustand könnte beispielsweise über die Auswertung eines Anlagedrucks der Beckenauflageplatten erfolgen, d.h. die Detektionseinheit besteht im Wesentlichen in einer Auswerteeinheit für den Anlagendruck, und detektiert eine erfolgte Kopplung bei Überschreiten eines definierten Anlagedrucks - erst dann eine Höhenverstellung vorzunehmen. Umgekehrt könnte jedoch auch erst eine Kopplung der Höhenverstellung, insb. über die mechanische Schnittstelle des Schlittens der Höhenverstellung, erfolgen, und im Anschluss daran eine Seitenverstellung eingeleitet werden. Dies ermöglicht einem Nutzer, das Exoskelett bereits in teilangelegtem Zustand aus einer Wandhalterung o.ä. zu entnehmen, und sich bereits fortzubewegen, während das Exoskelett die Größeneinstellung in der Höhe bzw. in der Breite noch vornimmt.
In einem vorteilhaften zweiten Verfahren ist es außerdem möglich, eine Höhenverstellung des Grundgerüsts des Exoskeletts vorzunehmen, bevor ein Nutzer sich mit dem Exoskelett koppelt. Eine Höhenverstellung kann bspw. dann vorgenommen werden, wenn der Nutzer sich nähert und/oder der Nutzer über die Kommunikationsschnittstelle mit dem Exoskelett zu kommunizieren beginnt.
Insbesondere in einer Ausführungsform des Exoskeletts mit einem oben beschriebenen Schnellkupplungssystem ist es möglich, den Schlitten der Höhenverstellung vor Kopplung mit dem Nutzer auf eine Höhe einzustellen, bei der der Nutzer in aufrechter Haltung das nutzerseitige Kopplungsteil mit dem exoskelettseitigen Kopplungsteil am Schlitten koppeln kann. Im Anschluss daran kann dann eine endgültige Höhenverstellung zur Überlagerung der anatomischen Drehpunkte der Hüfte mit den Drehpunkten der Hüftaktuatoren sowie ggfs. eine Seitenverstellung erfolgen.
Das erste und das zweite Verfahren sind vorzugsweise miteinander kombiniert.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren beschrieben.
Dabei zeigen

1 ein beispielhaftes Exoskelett aus dem Stand der Technik,
2 ein Grundgerüst eines erfindungsgemäßen Exoskeletts mit einer als Spindeltrieb ausgeführten Höhenverstellung in einer perspektivischen Vorderansicht (2A) und einer perspektivischen Rückenansicht (2B),
3 eine vergrößerte Rückansicht des Spindeltriebs der 2B,
4 ein Exoskelett mit einem höhenverstellbaren Schnellkupplungsteil und einem dazugehörigen, nutzerseitigen Schnellkupplungsteil eines Tragesystems,
5 ein in einer Wandhalterung gelagertes Exoskelett mit automatischer Höhenverstellung vor einem Kopplungsvorgang (5A) und nach einem Kopplungsvorgang (5B),
6 eine schematische Darstellung einer Höhenverstellung mit einem Riementrieb,
7 ein Exoskelett mit einer Beckenauflageplatten umfassenden Seitenverstellung,
8 das Exoskelett aus 7 in drei Zuständen vor einer Kopplung (8A), während einer Kopplung (8B) und nach einer Kopplung (8C),
9 eine schematische Darstellung einer Seitenverstellung mit Spindeltrieb sowie
10 eine schematische Darstellung einer Seitenverstellung mit Zahnstangentrieb.

1 zeigt ein beispielhaftes Exoskelett 1 aus dem Stand der Technik, welches insb. die untere Rückenmuskulatur bei Beuge- und Hebebewegungen unterstützt, wobei Nachteile gegenüber der darauffolgenden Beschreibung der Erfindung verdeutlicht werden sollen.
Das Exoskelett 1A besteht aus einem im Wesentlichen einteiligen Grundgerüst 2, welches in eine starre Rückenplatte 3 und einen U-förmigen Beckenrahmen 4 unterteilt werden kann. An der Rückenplatte 3 ist ein Oberkörperanbindungssystems 5 in Form eines über Schnallen verschließbaren Brustgeschirrs 5A sowie einem Beckenanbindungssystem 6 in Form eines vollumfänglich umlaufenden Hüftgürtels 6A angeordnet, über die das Exoskelett 1A zur Übertragung von Kräften und Momenten mit einem Nutzer P mechanisch gekoppelt werden kann. Das Brustgeschirr 5A sowie der Hüftgürtel 6A sind über Riemen und Gurte in der Länge einstellbar.
In dem Beckenrahmen 4 sind lateral außen jeweils elektromotorische Hüftaktuatoren 7L, 7R integriert, die an Ausgangswellen der Hüftaktuatoren 7L, 7R angebrachte Beinbügel 8L, 8R um eine Drehachse X in der Horizontalen verdrehen können. Endseitig sind an den Beinbügeln 8L, 8R jeweils eine Beinanbindung 9R, 9L mit die Oberschenkel des Nutzers umschließenden Beingurten 9A-L bzw. 9A-R angeordnet. Über die Aktuatoren 7L, 7R kann hierdurch ein aufrichtendes Drehmoment zwischen den Beinanbindungen 9L, 9R und dem Grundgerüst 2 bzw. den Oberschenkeln und dem Oberkörper des Nutzers übertragen werden.
Zum Anlegen des in 1 gezeigten Exoskeletts 1A muss ein Nutzer das Brustgeschirr 5A, den Hüftgürtel 6A sowie die linken und rechten Beingurte 9A-L und 9A-R jeweils einzeln schließen und anschließend festzurren. Die Rüstzeit zum Anlegen des Exoskeletts liegt bei etwa 2 bis 3 Minuten. Ein zügiges An- und Ablegen des Exoskeletts und insb. ein bedarfsgerechtes An- und Ablegen bei einem Wechsel der Tätigkeiten des Nutzers ist damit praktisch nicht umsetzbar.
Gerade bei zierlich gebauten Nutzern ist die Beckenanbindung 6 außerdem lateral sehr weit von dem Beckenrahmen 2 entfernt, was eine nur unzulängliche Kraftübertragung vor allem bei Drehmomenten um die Hochachse (Vertikale) zur Folge hat. Darüber hinaus befinden sich v.a. obere Anbindungspunkte des Brustgeschirrs 5A, die eigentlich unterhalb einer Schulterlinie des Nutzers liegen sollten, oberhalb der Schulter, was nachteilig ist, da ein Nutzer in dem Brustgeschirr 5A schwimmt. Die Kraftübertragung zwischen dem Exoskelett 1A und dem Nutzer ist in diesem Fall indirekt, spielbehaftet und insgesamt schwammig und kann zu einer verzögerten Reaktion des Exoskeletts 1A auf vom Nutzer initiierte Bewegungen führen. Eine Nutzerunterstützung erfolgt daher oftmals ungenau und erst zeitverzögert.
Eine über die Gurte hinausgehende Verstellbarkeit in der Breite (Seitenverstellung) oder in der Höhe (Höhenverstellung) bietet das Exoskelett 1A nicht. Der Beckenrahmen muss daher stets auf den breitest anzunehmenden Nutzer ausgelegt werden. Ferner liegend die anatomischen Drehachsen der Hüftgelenke nicht in Deckung mit der Drehachse X der Hüftaktuatoren 7L, 7R, was nachteilig ist, da die Distanz bzw. die Hebelarme zwischen den Beinanbindungen 9L, 9R und den Hüftaktuatoren nicht mit der Distanz bzw. den Hebelarmen zwischen den anatomischen Hüftgelenken und den Beinanbindungen 9L, 9R übereinstimmen, sich kontinuierlich verändern und so entweder zu einem ständigen Verschieben (Scheuern) der Beinanbindungen 9L bzw. 9R gegenüber den Oberschenkeln des Nutzers und/oder einer ständig veränderlichen Krafteinleitung bei konstant anliegendem Drehmoment der Hüftaktuatoren 7L, 7R führt.
Um diese Nachteile auszugleichen oder zumindest zu verringern, schlägt die Erfindung u.a. eine Stelleinheit 10 zur automatischen Verstellung der Höhe des Grundgerüsts 2 vor, die gemäß den 2A bis 5B ausgeführt sein kann.
Der Kürze wegen sind in den Ausführungsbeispielen dabei gleiche oder vergleichbare Bauteile oder Baueinheiten mit gleichen oder vergleichbaren Bezugszeichen bezeichnet, so dass im Nachfolgenden bekannte Bauteile und Baueinheiten nicht jedes Mal erneut erläutert werden, sondern jeweils auf die vorstehenden Erläuterungen zu gleichen oder vergleichbaren Bauteilen oder Baueinheiten Bezug genommen werden kann.
In diesem Dokument verwendete Richtungsangaben und Lagebezeichnungen beziehen sich stets auf die in der Anatomie gebräuchlichen Richtungsangaben (Frontalebene, Sagittalebene, Transversalebene und die dazugehörigen Richtungen).
Die 2A und 2B zeigen eine vordere bzw. hintere, perspektivische Ansicht eines Grundgerüsts 2 mit einer als Spindeltrieb ausgeführten Höhenverstellung 10A-1. In 2B ist dabei eine rückseitige Abdeckung von dem Grundgerüst 2 ausgeblendet bzw. nicht dargestellt.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „Höhenverstellung“ („Seitenverstellung“) in dieser Schrift in zweierlei Bedeutung verwendet wird, nämlich zum einen in der Bedeutung als das technische System, mit welchem die Höhenverstellung (Seitenverstellung) durchgeführt wird, d.h. Höhenverstellung (Seitenverstellung) i.S. einer Stelleinheit, zum anderen in der Bedeutung der bewirkten Größenanpassung in der Höhe (Seite bzw. Breite). Die Höhenverstellung 10A-1 bildet also eine Ausführungsform der Stelleinheit 10.
Die Höhenverstellung 10A-1 umfasst, wie insb. aus 3 ersichtlich, zwei in der Rückenplatte 3 angeordnete Führungsstangen 11-1 und 11-2, die parallel zueinander verlaufen und vertikal und rückseitig, d.h. auf der einem Nutzer abgewandten Seite, in der Rückenplatte 3 des Grundgerüsts 2 fest aufgenommen sind. An den Führungsstangen 11-1 und 11-2 ist ein Führungsschlitten 12 (nachfolgend als Schlitten bezeichnet) über seitlich am Schlitten 12 angeordnete Führungsbuchsen 13-1 bzw. 13-2 gleitend gelagert. Die Höhenverstellung 10A-1 weist ferner eine in der Rückenplatte 3 zu den Führungsstangen 11-1, 11-2 parallel verlaufende in einem Lager 14 drehbar gelagerte Gewindespindel 15 (nachfolgend nur als Spindel bezeichnet) auf. Die Spindel 15 wechselwirkt mit einer mittig in dem Schlitten 12 drehfest verbauten Spindelmutter 16. Die Spindel 15 kann über einen in der Rückenplatte 3 befindlichen Elektromotor 17 gedreht werden. Dem Elektromotor 17 und der Spindel 15 zwischengeschaltet ist ein Untersetzungsgetriebe 18. Über die Drehung der Spindel 15 kann die Höhe des Schlittens 12 aktiv verstellt werden.
In der Vorderseite, d.h. der dem Nutzer zugewandten Seite, der Rückenplatte 3 sind zwei Langlöcher 20-1, 20-2 eingebracht, durch die Befestigungsbuchsen 21-1 bis 21-4 des Schlittens 12 hervorragen. An den Befestigungsbuchsen 21-1 bis 21-4 kann ein Kupplungsteil 22-2 einer Schnellkupplung 22, wie es insb. im Zusammenhang mit der 4 beschrieben ist, befestigt werden.
Die Höhenverstellung 10A-1 weist außerdem eine Kalibrierungseinheit 19 mit einem relativen Weggeber 19-1 und einem Kontaktschalter 19-2 zur Ermittlung einer Nullposition des Schlittens 12 auf. Der Kontaktschalter 19-2 wird von dem Schlitten 12 in einer unteren Endlage kontaktiert und stellt dadurch eine absolute Referenzposition für den Schlitten 12 dar. Der Weggeber 19-1 ist als elektrische Rastschiene 19-1A mit einer Vielzahl von übereinander angeordneten Rastmulden 19-1B ausgebildet, an die ein an dem Schlitten 12 federnd angeordneter und elektrisch leitender Stift (nicht dargestellt) eingreifen kann, wobei der elektrische Widerstand der Rastschiene 19-1A sich je nach Position des Schlittens 12 bzw. durch die Kontaktierung des elektrisch leitenden Stifts mit einer der Rastmulden 19-1B verändert.
Eine Steuereinheit (nicht dargestellt) wertet das Messsignal des Kontaktschalters 19-2 aus und bestimmt so die absolute Referenzposition. Die Steuereinheit misst auch den elektrischen Widerstand der Rastschiene 19-1A und bestimmt anhand des Widerstands eine Relativposition gegenüber der absoluten Referenzposition (Kontaktschalter 19-2) mit der Rastschiene 19-1A. Der Kontaktschalter 19-2 dient auch als Überlastsicherung, wobei die Steuereinheit den Elektromotor 17 stromlos schaltet, wenn der Kontaktschalter 19-2 kontaktiert wird.
Die Steuereinheit dient ebenfalls der automatischen Ansteuerung und Regelung der Stelleinheit in Abhängigkeit eines Stellsignals, wie es beispielhaft anhand der 5A und 5B weiter unten dargestellt ist.
Mit Verweis auf 4 wird zunächst jedoch ein geeignetes Schnellkupplungssystem 22 zur Kopplung zwischen einem Nutzer P und einem Exoskelett beschrieben:

4 zeigt ein dem Ausführungsbeispiel der 2A bis 3 vergleichbares Exoskelett 1B, das auf einer an einer Wand W befestigten Wandhalterung 24 formschlüssig gehalten ist. Das Exoskelett 1B der 4 unterscheidet sich maßgeblich dadurch vom vorhergehenden Ausführungsbeispiel, dass an in der 2A gezeigten Befestigungsbuchsen 24-1 bis 24-4 ein zweites, exoskelettseitiges Kupplungsteil 22-2 befestigt ist. Vor dem Exoskelett 1B ist ein Nutzer P angedeutet, der ein hier als Weste ausgeführtes Tragesystem 23 trägt, an dem rückseitig ein erstes, nutzerseitiges Kupplungsteil 22-1 angeordnet ist. Erstes und zweites Kupplungsteil 22-1 bzw. 22-2 bilden zusammen eine Schnellkupplung 22 zur mechanischen Kupplung von dem Tragesystem und dem Exoskelett 1B. Die Schnellkupplung 22 ist als elektroaktive Schnellkupplung 22 ausgebildet, wobei das erste Kupplungsteil 22-1 einen zylindrisch hervorspringenden Kern aus einem ferromagnetischen Material und das zweite Kupplungsteile 22-2 eine gegengleiche Zylinderaufnahme zur Aufnahme des hervorspringenden Kerns mit einer darin eingelassen elektrischen Spule umfasst. Wenn der Nutzer sich rückwärtig nähert und das erste Kupplungsteil 22-1 in dem zweiten Kupplungsteil 22-2 platziert, kann er über einen Schalter S die elektrische Spule aktivieren, d.h. stromleitend schalten. Die elektrische Spule bildet dann ein elektromagnetisches Feld aus, so dass das erste und das zweite Kopplungsteil 22-1 bzw. 22-2 feldkraftschlüssig miteinander verbunden sind.

Für nähere Details sowie alternative Ausführungen des Schnellkopplungssystems wird auf die oben bereits erwähnte deutsche Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 10 2021 109 665.0 verwiesen, in der die Schnellkupplungsteile mit den Bezugszeichen 1A und 1B bezeichnet sind und deren Offenbarungsgehalt hiermit qua Referenz in den Offenbarungsgehalt dieses Dokuments mit einbezogen wird.
5A und 5B zeigen das Exoskelett 1B aus 4 sowie die Anwendung gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren: Schematisch angedeutet ist dabei eine in 4 nicht dargestellte Kommunikationsschnittstelle 25 des Exoskeletts, welche drahtlos mit einem mobilen Endgerät 26 des Nutzers P kommuniziert. Die Kommunikationsschnittstelle 25 bildet einen Bestandteil der bereits erwähnten Steuereinheit zur Steuerung der Stelleinheit, insb. deren Stelltrieb (Elektromotor). Über die drahtlose Verbindung werden nutzerspezifische Größeneinstellungen des Nutzers P von dem mobilen Endgerät an das Exoskelett 1B übermittelt. Die Größeneinstellungen enthalten hier eine vertikale zweite Höhe H2, auf der das erste, nutzerseitige Kopplungsteil 22-1 sich bei aufrechter Haltung des Nutzers P befindet und eine vertikale erste Höhe H1, auf der das zweite, exoskelettseitige Kupplungsteil 22-2 sich befindet, wenn es in der Wandhalterung 24 gehalten ist. Die Größeneinstellungen enthalten außerdem eine Angabe zu einer dritten Höhe (nicht dargestellt), in der sich die anatomischen Hüftgelenke des Nutzers P befinden
In 5A ist ein Zustand vor Kopplung des ersten mit dem zweiten Kupplungsteil 22-1 bzw. 22-2 angezeigt.
Das Exoskelett 1B registriert über die Kommunikationsschnittstelle 25, dass der Benutzer P sich nähert und erhält u.a. die Höhe H2 als Zielvorgabe für den Kopplungsvorgang. Die Steuereinheit (nicht dargestellt) des Exoskeletts 1B steuert daraufhin die Position des Schlittens 12 über den Elektromotor 17 aus der ursprünglichen Position H1 in die Position H2 (Translation T). Da die Kupplungsteile 22-1 und 22-2 dann auf derselben Höhe liegen, kann der Nutzer rückseitig, und ohne sich Krümmen oder Strecken zu müssen, an das Exoskelett 1B herantreten, das erste Kupplungsteil 22-1 in das zweite Kupplungsteil 22-2 einbringen und den Schalter S (s. 4) zum Aktivieren der elektrischen Spule des zweiten Kupplungsteils 22-2 betätigen, so dass die Kupplungsteile 22-1 und 22-2 feldkraftschlüssig miteinander verbunden sind, wie es in 5B dargestellt ist. Der Nutzer P kann dann das Exoskelett 1B aus der Wandhalterung 24 herausheben. Während sich der Nutzer P bereits fortbewegt, steuert die Steuereinheit des Exoskeletts 1B die Höhenverstellung 10A-1 so, dass die Drehachse X der Hüftaktuatoren 7L, 7R, vgl. 1, entsprechend der in der Größeneinstellung übermittelten Information (der dritten Höhe) auf Höhe der anatomischen Hüftgelenke des Nutzers positioniert werden.
In 6 ist eine Ausführungsform einer Stelleinheit 10 in Form einer Höhenverstellung als Riementrieb 10A-2 gezeigt, die sich im mechanischen Aufbau gegenüber der vorhergehenden Ausführungsform (Spindeltrieb 10A-1) unterscheidet, ansonsten aber analog eingesetzt werden kann. Die Höhenverstellung als Riementrieb 10A-2 weist wie das vorherige Ausführungsbespiel zwei Führungsstangen 11-1 und 11-2 auf, an denen ein Führungsschlitten 12 gleitend gelagert ist. Der Führungsschlitten 12 ist über einen elektromotorisch verstellbaren Riemen 27, der über eine obere und eine untere Umlenkrolle 28-1 bzw. 28-2 geführt ist, in der Höhe verstellbar. Die untere Umlenkrolle 28-2 ist über einen Elektromotor 17 angetrieben. Der Riemen ist über eine Klemmplatte 29 an dem Führungsschlitten 12 verklemmt.
Im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist der Führungsschlitten 12 anstelle eines elektromagnetischen Kupplungsteils 22-2 mit einem elektroadhäsiven Kupplungsteil 22-2' versehen (Elektroadhäsionsfläche bzw. Elektrode 30 mit Stromkabel 31), das strombeaufschlagt werden kann und über die Ausbildung eines elektrostatischen Kraftfeldes dann feldkraftschlüssig mit einem entsprechend ausgebildeten nutzerseitigen, ersten Kupplungsteil mit einer Gegenelektrode verbunden werden kann.
7 und 8A bis 8C zeigen die Ausbildung und Anwendung einer Stelleinheit zur Seitenverstellung 10B eines in den genannten Fig. nicht vollständig dargestellten Exoskeletts 1C.
Das Exoskelett 1C weist eine Rückenplatte 3' auf, die über ein nicht dargestelltes Oberkörperanbindungssystem mit einem Oberkörper eines Nutzers verbindbar ist, und an welcher seitlich links und rechts jeweils paarweise zwei Führungsstangen 11-1L, 11-2L und 11-1R, 11-2R lateral hervorstehen. An den Führungsstangen 11-1L, 11-2L und 11-1R, 11-2R sind ein linker bzw. rechter Beckenbügel 4L, 4R gleitend gelagert. Die gleitende Lagerung kann auch als Linearlager bezeichnet werden. Zusammen mit einem unteren Abschnitt des Rückenteils 3 bilden die Beckenbügel 4L, 4R einen näherungsweise U-förmigen Beckenrahmen 4 aus. Wie zuvor sind auch hier Hüftaktuatoren 7L und 7R lateral außen am Beckenrahmen 4 verbaut. An den Beckenbügeln 4L und 4R sind außerdem Beckenauflageplatten 31L, 31R über Ausleger 32L, 32R zur Anlage an die seitliche Hüftpartie bzw. den linken und rechten Beckenkamm des Beckens eines Trägers angeordnet. Die Beckenauflageplatten 31L, 31R bilden ein Beckenanbindungssystem 6'. Über eine beispielsweise gemäß der 9 oder 10 ausgebildeten Stelleinheit 10B-1 bzw. 10B-2 können die Beckenbügel 4L und 4R gegengleich nach außen bzw. innen verfahren werden, so dass hierüber eine Breitenanpassung (Seitenverstellung) des Grundgerüsts 2, genauer gesagt des Beckenrahmens 4, möglich wird.
Ein Einsatzszenario der Seitenverstellung 10B ist in den 8A bis 8C wiedergegeben, wobei 8A eine Ausgangsstellung, 8B einen Zustand während der Kopplung und C einen Zustand nach erfolgter Kopplung darstellen. Wie auch in 4 ist das Exoskelett 1C hier über eine Wandhalterung 24 gehalten. Ein Nutzer tritt rückseitig in den Beckenrahmen 4 hinein und löst bspw. durch einen in der Rückenplatte 3' eingelassenen Kontaktschalter eine automatische Verstellung der Beckenbügel 4L und 4R aus. Der Kontaktschalter stellt eine mögliche Ausführungsform einer Detektionseinheit zur Ermittlung des Kopplungszustandes, hier einer berührenden Anlage des Rückens des Nutzers an die Rückenplatte 3', dar. Die Beckenbügel 4L, 4R werden dann nach lateral innen verfahren, wobei sich die Beckenauflageplatten 31L, 31R mit zunehmend stärker werdendem Druck an die seitlichen Hüftpartien bzw. das Becken des Nutzers anschmiegen (s. Pfeile T2 in 8B). Die Seitenverstellung wird gestoppt, wenn die Stromaufnahme eines in den 9 und 10 dargestellten, elektrischen Stellmotors 17 einen voreingestellten Grenzwert, welcher ein Maß für den Anlagedruck ist, überschreitet. Das Exoskelett 1C ist dann mit dem Nutzer ausreichend fest gekoppelt, so dass dieser das Exoskelett 1C über die Beckenauflageplatten 31L, 31R aus der Wandhalterung 24 herausheben kann.
Mögliche Stelleinheiten für eine Seitenverstellung gemäß den Ausführungen der 7 und 8A bis 8C zeigen die 9 und 10.
In dem Ausführungsbeispiel der 9 ist die Seitenverstellung als Spindeltrieb 10B-1 ausgeführt. Sie umfasst einen Elektromotor 17, der über eine linke bzw. rechte Kupplung 32L, 32R mit einer rechtsgängigen bzw. linksgängigen Spindel 33L, 33R drehfest verbunden ist, und diese in Drehung versetzten kann, so dass in dem linken bzw. rechten Beckenbügel 4L, 4R drehfest gelagerte Spindelmuttern 34L, 34R eine translatorische Relativbewegung (Pfeile T2) der Beckenbügel 4L, 4R gegenüber der Rückenplatte 3' bewirken. Die Seitenverstellung (Endstellung) wird hierbei wie zuvor beschrieben über einen direkt oder indirekt ermittelten Anlagedruck gesteuert. Die Seitenverstellung (Endstellung) könnte jedoch auch analog der oben dargestellten Höhenverstellung anhand voreingespeicherter Werte und/oder über eine Kommunikationsschnittstelle übermittelte Größeneinstellungen erfolgen.
In 10 ist eine Seitenverstellung 10B-2 als Zahnstangentrieb ausgeführt, der sich dahingehend von der Ausführungsform der 9 unterscheidet, dass eine Seitenverstellung über ein von einem Elektromotor 17 angetriebenes Antriebsritzel 35 erfolgt, das über zwei Zahnstangen 37L, 37R mit einem oberen bzw. unteren Kopplungsgestänge 36L bzw. 36R mit den Beckenbügeln 4L bzw. 4R verbunden ist.
In vorteilhaften, jedoch nicht figürlich dargestellten Ausführungsformen können sowohl eine Höhenverstellung 10A als auch eine Seitenverstellung 10B gleichzeitig in einem Exoskelett integriert sein. In einer Ausführungsform kann beispielsweise eine Seitenverstellung 10B mit einem Beckenanbindungssystem 6' mit Beckenauflageplatten 31L, 31R gemäß der 7 zusammen mit einem Brustgeschirr 5A gemäß der 1 kombiniert werden, so dass in einem vorteilhaften Anlegeprozess zunächst das in den 8A bis 8C dargestellte Verfahren ausgeführt wird, und der Nutzer bereits im Weggehen dann Schnallen des Brustgeschirrs 5A schließt und das Brustgeschirr anschließend verzurrt. In einer anderen Ausführungsform kann die Seitenverstellung 10B mit einem Beckenanbindungssystem 6' mit Beckenauflageplatten 31L, 31R gemäß der 7 zusammen mit einer Höhenverstellung 10A-1 und eine Schnellkopplungssystem gemäß der 4 und 5A bis 5B kombiniert werden, wobei der Anlegeprozess vorzugsweise zuerst die Kopplung über das in den 5A und 5B dargestellte Verfahren vorsieht, der Nutzer das Exoskelett aus der Wandhalterung hebt und die Drehachse der Hüftaktuatoren 7L, 7R dann im Gehen auf die anatomisch richtige Höhe eingestellt werden und zuletzt die Seitenverstellung zum Anlegen der Beckenauflageplatten 31L, 31R mit einem vordefinierten Anlagedruck erfolgt. Andere Kombinationen von Höhen- und Seitenverstellung sind möglich.
Auch können für jede der dargestellten Höhen- und Seitenverstellungen neben dem Nutzer zugeordneten Größeneinstellungen oder Vorlieben wie bspw. einem als angenehm empfundenen Anlagedruck der Beckenauflageplatten 31L, 31R auch andere Parameter wie Bewegungsprofile oder dergleichen über die Kommunikationsschnittstelle von z.B. einem mobilen Endgerät auf das Exoskelett übermittelt werden.
Die unterschiedlichen Aspekte der vorgestellten Erfindung ermöglichen insgesamt eine deutliche Verkürzung der Rüstzeiten eines Exoskeletts durch eine semi-automatische oder vollautomatische Größenanpassung in der Breite (Seitenverstellung) oder Höhe (Höhenverstellung), die einem Nutzer eine manuelle Anpassung des Exoskeletts erspart und infolge einer verbesserten, direkten Kraftleitung den Tragekomfort erhöht.
Bezugszeichenliste

1A: Exoskelett (Stand der Technik)
1B: Exoskelett
1C: Exoskelett
2: Grundgerüst
3: Rückenplatte
4: Beckenrahmen
4L: Beckenbügel
4R: Beckenbügel
5: Oberkörperanbindungssystems
5A: Brustgeschirr
6: Beckenanbindungssystem
6A: Hüftgürtel
7L: Hüftaktuator
7R: Hüftaktuator
8L: Beinbügel
8R: Beinbügel
9L: Beinanbindung
9R: Beinanbindung
9A-L: Beingurt
9A-R: Beingurt
10: Stelleinheit
10A: Höhenverstellung
10A-1: als Spindeltrieb ausgeführte Höhenverstellung
10A-2: als Riementrieb ausgeführte Höhenverstellung
10B: Seitenverstellung
10B-1: als Spindeltrieb ausgeführte Seitenverstellung
10B-2: als Zahnstangentrieb ausgeführte Seitenverstellung
11-1: Führungsstange
11-2: Führungsstange
12: Führungsschlitten
13-1: Führungsbuchse
13-2: Führungsbuchse
14: Lager
15: Gewindespindel
16: Spindelmutter
17: Elektromotor
18: Untersetzungsgetriebe
19: Kalibrierungseinheit
19-1: Weggeber
19-1A: elektrische Rastschiene
19-1B: elektrische Rastmulde
19-2: Kontaktschalter
20-1: Langloch
20-2: Langloch
21-1: Befestigungsbuchsen
21-2: Befestigungsbuchsen
21-3: Befestigungsbuchsen
21-4: Befestigungsbuchsen
22: Schnellkupplungssystem
22-1: erstes Kupplungsteil
22-2: zweites Kupplungsteil
23: Tragesystem
24: Wandhalterung
25: Kommunikationsschnittstelle
26: mobiles Endgerät
27: Riemen
28-1: Umlenkrolle
28-2: Umlenkrolle
29: Klemmplatte
30: Elektroadhäsionsfläche
31: Stromkabel
31L: Beckenauflageplatte
31R: Beckenauflageplatte
32L: Kupplung
32L: Kupplung
33L: Spindel
33R: Spindel
34L: Spindelmutter
34R: Spindelmutter
35: Antriebsritzel
36L: Kopplungsgestänge
36R: Kopplungsgestänge
37L: Zahnstange
37R: Zahnstange
H1: Höhe
H2: Höhe
S: Schalter
T: Translation
T2: Translation
W: Wand
X: Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2018218228 A1 [0004]
DE 102021109665 [0022, 0059]

Claims

Exoskelett (1B, 1C) mit einem Grundgerüst (2) umfassend eine starre Rückenplatte (3, 3`) und/oder einen starren Beckenrahmen (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Exoskelett (1B, 1C) eine Stelleinheit (10) zur automatischen Größenverstellung des Grundgerüsts (2) aufweist.
Exoskelett (1B), dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (10) als Höhenverstellung (10A) zur Anpassung einer Höhe der Rückenplatte (3, 3') oder einem Anbindungspunkt in der Rückenplatte (3, 3') und/oder als Seitenverstellung (10B) zur Anpassung einer Breite des Beckenrahmens (4) ausgebildet ist.
Exoskelett (1B, 1C) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Exoskelett (1B, 1C) eine Steuereinheit mit einer drahtlosen Kommunikationsschnittstelle (25) aufweist, wobei über die Kommunikationsschnittstelle (25) Datensätze mit einem Nutzer (P) zugeordneten Größeneinstellungen empfangbar sind, und die Steuereinheit die Stelleinheit (10) nach Maßgabe der empfangenen Größeneinstellung steuert.
Exoskelett nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Exoskelett (1B, 1C) eine Detektionseinheit umfasst, welche einen mechanischen Kopplungszustand des Exoskeletts (1B, 1C) mit einem Nutzer (P) detektiert und die Stelleinheit (10) in Abhängigkeit des Kopplungszustands aktiviert oder deaktiviert.
Exoskelett (1B, 1C) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Exoskelett (1B, 1C) ein Kalibrierungssystem (19) zur Ermittlung einer absoluten und/oder einer relativen Position der Stelleinheit (10) aufweist.
Exoskelett (1B, 1C) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenverstellung (10A) einen in der Rückenplatte (3) des Grundgerüsts (2) gelagerten, höhenverstellbaren Schlitten (12) umfasst, und der Schlitten (12) eine mechanische Schnittstelle (24-1 bis 24-4; 22-2) zur Verbindung mit einem mit einem Nutzer (P) koppelbaren Tragesystem (23; 22-1) aufweist.
Exoskelett (1B, 1C) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (12) neben einer mechanischen Schnittstelle (24-1 bis 24-4; 22-2) auch eine elektronische Schnittstelle umfasst, über die elektrische Leistung und/oder Signale zwischen dem Exoskelett (1B, 1C) und dem Tragesystem (23) übertragen werden können.
Exoskelett (1B, 1C) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (12) über einen elektromotorisch verstellbaren Spindeltrieb (10A-1) oder einen elektromotorisch verstellbaren Riementrieb (10A-2) verstellbar ist.
Exoskelett (1B, 1C) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenverstellung (10b) zwei an einer Rückenplatte (3') angeordnete Beckenbügel (4L, 4R) umfasst, die gegenüber der Rückenplatte (3') nach lateral außen oder innen verfahrbar sind.
Exoskelett (1B) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenverstellung (10B) einen elektromotorisch verstellbaren Spindeltrieb (10B-1) und/oder einen elektromotorisch verstellbaren Zahnstangentrieb (10B-2) umfasst.
Exoskelett (1B, 1C) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Exoskelett (1B, 1C) linke bzw. rechte Beckenauflageplatten (31L, 31R) umfasst, die jeweils einem Beckenbügel (4L, 4R) zugeordnet sind, und wobei die Seitenverstellung (10B) einen Kraftsensor zur direkten oder indirekten Ermittlung der an den Beckenauflageplatten (31L, 31R) anliegenden Kraft umfasst.
Exoskelett (1B, 1C) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (10) einen Elektromotor (17) umfasst.
Verfahren zur Größeneinstellung eines Grundgerüsts (2) eines Exoskeletts (1B, 1C) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhenverstellung und/oder eine Seitenverstellung erst dann erfolgt, wenn ein Nutzer mit dem Exoskelett gekoppelt ist.
Verfahren zur Größeneinstellung eines Grundgerüsts (2) eines Exoskeletts (1B, 1C) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 12 oder dem Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhenverstellung erfolgt, bevor ein Nutzer mit dem Exoskelett (1B, 1C) gekoppelt wird.