EP3880147A1 - Rehabilitationsvorrichtung - Google Patents

Rehabilitationsvorrichtung

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EP3880147A1
EP3880147A1 EP19794455.6A EP19794455A EP3880147A1 EP 3880147 A1 EP3880147 A1 EP 3880147A1 EP 19794455 A EP19794455 A EP 19794455A EP 3880147 A1 EP3880147 A1 EP 3880147A1
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EP
European Patent Office
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body part
rehabilitation device
motor
forearm
part support
Prior art date
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EP19794455.6A
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English (en)
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Martin Riedel
Wolfgang Schober
Matthias Schellhase
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KUKA Deutschland GmbH
Original Assignee
KUKA Deutschland GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a rehabilitation device.
  • a rehabilitation device is known from WO 2015/048688 A1, which is designed for operation in connection with one of the limbs of a user, the relevant limb of the user having an end point.
  • the rehabilitation device includes a base, a robotic arm attached to the base and having an end point where the robotic arm has at least two active degrees of freedom relative to the base and configured to be suitable for a user while the base is positioned, the reference frame of the robot is aligned essentially in the same way as the reference frame of the user.
  • the movements of the end point of the relevant limb of the user are mimicked by movements of the end point of the robot arm.
  • the object of the invention is to provide a rehabilitation device that can be operated in a particularly safe manner despite inexpensive construction.
  • a rehabilitation litation device comprising a tripod, a lifting column attached to the stand, a lifting slide mounted on the lifting column, which is automatically height-adjustable by means of a first drive of the rehabilitation device, one on the lifting slide by one first, vertical pivot axis of the base arm, which is automatically driven by a second drive of the rehabilitation device to pivot about the first, vertical axis of rotation, a forearm pivoted on the base arm about a second, vertical axis of rotation, which is automatically by means of a third drive of the rehabilitation device driven ben to pivot about the second, vertical axis of rotation, a freely rotatably mounted on the forearm about a third, vertical axis of rotation connecting piece, and a on the connec tion piece about a fourth, horizontal axis of rotation ge supported body part support.
  • the connecting piece which can be freely rotated on the front arm about a third, vertical axis of rotation, is thus freely rotatably supported on the forearm.
  • Each drive of the rehabilitation device can be assigned to an individual drivable joint of the rehabilitation device.
  • Each drive can be arranged, for example, in a link directly upstream of the joint to be driven in the kinematic chain or in a link immediately downstream of the joint to be driven in the kinematic chain. If necessary, two or more drives for different joints can be arranged in the same link.
  • the lifting carriage can have drives both for moving the base arm and for moving the forearm.
  • All drives can be automatically driven by a common control device of the rehabilitation device, in particular driven by a program.
  • the body part support forms a connecting link in order to be able to couple the rehabilitation device to a body part of a person to be treated. Coupling can already take place in that the person places one of their body parts, such as the hand, forearm or leg, on a support surface of the body part support.
  • the body part support can have a fastening means, such as, for example, at least one lockable strap, which is formed for releasably attaching the body parts of the person to the body part support.
  • the body part support can be tilted about the fourth, horizontal axis of rotation by means of a spring body connecting the body part support with the connecting piece, the spring body resiliently resiliently supporting the body part support in a predetermined basic position on the connecting piece.
  • the spring body can be a spring coil, for example.
  • Tilting the body part support means that the support surface can be rotated out of its generally horizontal basic position, so that the support surface is either sloping or rising.
  • a gradual or increasing orientation can be measured on a longitudinal extension of the body part support and can be directed from a proximal end to a distal end.
  • the body part support can be automatically driven by means of a fourth drive of the rehabilitation device about the fourth, horizontal axis of rotation, in particular can be tilted by means of a mechanically flexible element assigned to the fourth drive, which resiliently prestresses the body part position in a basic position.
  • the body part support can be tilted in that a control device of the rehabilitation device controls the fourth drive.
  • the automatically driven movement of the body part support relative to the connecting piece can be coupled to the automatically driven vertical movement of the lifting carriage relative to the lifting column, in particular to the automatically driven one Height movement of the lifting carriage (4) and also be coupled to the pivoting movements of the base arm and the forearm.
  • a coupling of the movement of the body part support relative to the connector with the height movement of the lifting carriage means that the height movement of the lifting carriage forms an input variable for controlling the tilting movement of the body support part.
  • This tilting movement of the body part support can take place synchronously with the vertical movement of the lifting carriage.
  • the tilting movement of the body part support can also take place asynchronously to the vertical movement of the lifting carriage, but be in a predetermined other dependence on the vertical movement of the lifting carriage.
  • the first drive can comprise a first motor arranged in the stand or in the lifting column, which is designed to raise and / or lower the lifting carriage in a motor-driven manner on the lifting column, and the rehabilitation device can have a mechanical coupling device that forms part of the fourth Forms drive and which is designed to transmit a drive movement of the first motor to the partial body support, such that during a lifting movement of the lifting carriage, driven by the first motor, the body part support executes a tilting movement which is synchronous with the lifting movement.
  • the mechanical coupling device can in particular be formed to accommodate a lifting movement of the lifting carriage and convert the lifting movement into a tilting movement of the body part support.
  • a conversion can also include a translation, for example implemented by a gear.
  • the first drive can comprise a first motor which is arranged in the stand or in the lifting column and is designed to lift the lifting carriage on the lifting column in a motor-driven manner and / or to lower
  • the fourth drive can have a fourth motor, which is designed to transmit its drive movement to the body part support for executing a tilting movement of the body part support, the fourth motor mechanically and / or in terms of control technology with the first th motor is coupled such that when the first motor is driven to move the lifting carriage relative to the lifting column, a simultaneously actuated movement of the fourth motor causes a tilting movement of the body part support that is synchronous with the lifting movement.
  • a control-technical coupling of the fourth motor with the first motor can take place, for example, via the control device of the rehabilitation device, which also controls the other drives of the rehabilitation device.
  • a control-technical coupling of the fourth motor instead of solely depending on the first motor for moving the lifting carriage, also as a function of a second motor for pivoting the base arm about a first axis of rotation and a third motor for pivoting the forearm about a second Be set up axis of rotation.
  • the fourth motor is actuated not only as a function of the height of the lifting carriage, but also as a function of the pivoting positions of the base arm and the forearm Put your arm on the armrest goes.
  • the body part support can be mounted so that it can be pivoted about a horizontal fourth axis of rotation by means of a further drive.
  • the body part support can be used have a mechanically resilient element, such as a torsion and / or elastomer spring, which elastically pretensions the partial support in a basic position.
  • the rehabilitation device can form a mechanical coupling of the tilting movement of the armrest to the height of the lifting carriage in a first embodiment variant, a cable that has an automatically controllable motor and a motor-driven spindle that is designed to wind up a Rope of the cable pull when the motor drives the spindle, a free end of the cable is connected to the body part support, and the rehabilitation device has a return spring which is designed to move the body part support into a basic position when the cable has no pulling force on the body part support exercises.
  • at least one belt, a chain or another coupling gear can also be provided for coupling the tilting movement of the armrest to the height position of the lifting carriage.
  • the rehabilitation device can have a linear drive which has a linearly movable, automatically controllable actuator which is connected to the body part support, the rehabilitation device also having a return spring which is designed to move the body part support into a basic position if the actuator does not exert any pulling force on the body part support.
  • the rehabilitation device can have a rotary drive which has a rotatable, automatically controllable shaft which is connected to the body part support, the rehabilitation device also having a return spring which is designed is to move the body part support into a basic position when the shaft does not exert any torque on the body part support.
  • the second drive can generally comprise a second motor
  • the third drive can include a third motor, the first motor, the second motor and the third motor being controlled by a common control device of the rehabilitation device in a compliance control, in particular a impedance control or are controlled by an admittance rule.
  • a force and / or torque controlled operation of the drives or motors i.e. a compliance control can be done for example by means of impedance control or admittance control.
  • An admittance control is based on an existing position control of the positions of the rehabilitation device at the joint level of the rehabilitation device.
  • the generalized forces acting from outside on the Rehabilitationsvorrich device are measured. Based on these forces, a movement of the rehabilitation device corresponding to the desired dynamic behavior is determined, which is commanded to the drives or the motors via an inverse kinematics and the subordinate position control.
  • impedance control is based on an existing torque control at joint level. The deviation of the actual actual position from a defined target position is measured and a desired generalized force, or forces and moments, is determined according to the desired dynamic behavior. This force can be mapped to corresponding joint torques via the known kinematics of the rehabilitation device. The torques can finally be set via the subordinate torque control.
  • the rehabilitation device is in particular a so-called serial kinematics, in which the limbs and the joints of the rehabilitation device are alternately arranged in series.
  • the second drive can comprise a second motor
  • the third drive can comprise a third motor
  • the second motor and the third motor being controlled by a common control device of the rehabilitation device in a compliance control, in particular impedance control or an admittance control, and the first motor the control device is controlled in a position-controlled manner.
  • the rehabilitation device can have a stop device that is designed to be both a maximum
  • the forearm is coupled to the lifting slide via mechanical or control-technical couplings.
  • the forearm can be coupled to the lifting slide by means of parallelogram links and / or belts.
  • a limitation of movement by means of a stop device can thus be realized preferably via the mechanical or control coupling.
  • three limits can be implemented in a subsystem with two degrees of freedom of the rehabilitation device.
  • the forearm can generally be pivotally mounted on the base arm by means of a second joint
  • the second joint is designed to support the forearm in all swivel positions of the forearm above the base arm
  • the connecting piece is mounted on the forearm so that it can pivot about the third axis of rotation
  • the third joint being designed to connect the connecting piece in FIG to store all swivel positions of the connecting piece above the forearm
  • the body part support is mounted on the connecting piece such that it can be tilted about the fourth axis of rotation by means of a fourth joint, the fourth joint being designed to support the body part support in all swivel positions of the body part support above the forearm.
  • a distal end portion of the base arm and / or a proximal end portion of the forearm, on which the second axis of rotation is arranged, can be configured so that in a superimposed relative position of the base arm and forearm one above the other, a gap space acting as a clamping protection Basic arm and forearm is formed.
  • a supplementary additional protection against jamming can be achieved or improved if the surfaces of the base arm and forearm facing one another in an overlapping position of the base arm and forearm are each covered with an elastic layer.
  • the forearm can additionally be formed in two parts with a first, proximal forearm part and a second, distal forearm part, the second, distal forearm part being detachably and removably mounted on the first, proximal forearm part such that the second, distal forearm part optionally in in a first orientation is to be rigidly attached to the first, proximal forearm part or in a second orientation is to be rigidly attached to the first, proximal forearm part, which is from the first orientation tion deviates, in particular is rotated by 180 degrees with respect to the first orientation.
  • the second, distal forearm part can be repositioned on the first, proximal forearm part by a snap / snap connection, which in a locked state connects the second, distal forearm part in a form-fitting and rigid manner to the first, proximal forearm part and, in an unlocked state, the second , distal forearm part can be manually removed from the first, proximal forearm part and put on again in a different orientation.
  • the body part support can also be mounted on the intermediate piece so as to be removable from the intermediate piece.
  • the body part support with the intermediate piece connecting joint can be detachable.
  • the body part support can optionally be designed as an arm support, as a hand support or as a leg support.
  • the aim of the invention is to present a new type of robot system for rehabilitation applications, which is powerful, sensitive and at the same time safely constructed.
  • This robot system should be designed to be significantly cheaper than comparable known solutions, so that it can be used economically not only for commercial users, but also in the private sector.
  • the basic idea of this invention is a novel, target-oriented combination of special kinematics with special drive V grant and construction weight of support and indivi duel adjustable motion areas.
  • the rehab arm is designed to be movable in five degrees of freedom, the end effec tor representing the connection to the patient's arm, in particular an under arm or a hand of a person, and being movable in all three translational and two rotational degrees of freedom.
  • the two rotational degrees of freedom describe a rotation of the forearm, for example, about a stationary vertical axis and a moving horizontal axis, which is always perpendicular to the longitudinal direction of the lower arm.
  • a free or guided rotation of the forearm about its longitudinal axis is prevented in this variant by fixing the forearm in a shell support connected to the robot.
  • a fixed position of the forearm or hand can be freely selected in advance and should correspond to an ergonomic posture that is appropriate for the appropriate therapy.
  • the five degrees of freedom of the special variant of the rehab arm described here are achieved by five serially arranged joints.
  • the first joint is fixed in space and describes a vertical translation. It is actuated by a movement specification of the control.
  • the second joint is formed by an axis of rotation, which describes an actuated, controlled rotational movement about the vertical axis.
  • the third joint is also formed by an axis of rotation. This is essentially parallel to the axis of rotation of the second joint and is arranged at a distance from it. they also describes an actuated, controlled rotational movement about a vertical axis.
  • the fourth joint is also formed by an axis of rotation. This is also essentially parallel to the second joint and third joint and is arranged at a distance from these. It also describes rotary motion about the vertical axis, but is passive, i.e. executed without drive. It is positively guided or specified by the position of the patient's arm.
  • the fifth joint is also formed by an axis of rotation and is more of a tilt axis. This is essentially perpendicular to the axis of rotation of the fourth joint and is oriented horizontally.
  • the movement of the axis can be specified in terms of control technology or mechanically coupled, and in particular can be designed to be passively free or passively spring-supported.
  • the structure described here differs fundamentally from known designs of other rehab arms or SCARA robots, since a serial joint structure is disclosed which contains both active and at least one passive joint and is accordingly kinematically or technically undefined.
  • the at least one passive joint is located within the kinematic chain, ie not at the distal or proximal end of the kinematic chain.
  • the rehab robot ie the rehabilitation device, can also be controlled in impedance mode.
  • This mainly affects the basic joints for moving the lifting carriage, the basic arm and the forearm, which determine the position and the forces on the patient arm in the room. ben.
  • the tilt joint is made easier and is purely position-controlled.
  • the tilt of the armrest is determined by the tilt joint, which should support and guide the patient, so that the patient cannot perform any unauthorized offsetting or compensatory movements, for example with the forearm.
  • the armrest is tilted downwards in hand positions above the shoulder and upwards in hand positions below the shoulder so that one level always goes through the patient's shoulder.
  • This level is spanned by the tilt joint and the length of the armrest and is based on TCP, ie in the patient's hand. In addition to the height of the hand, the horizontal distance from the hand to the shoulder is also decisive for the inclination.
  • the inclination can be either mechanically coupled ge or controlled driven in the tilt joint.
  • the position and thus the movement of the lifting carriage in the vertical direction can be picked up, converted and transferred to the tilting joint.
  • This can be done, for example, via a traction mechanism structure, in particular a bilateral stationary rope in the linear axis, which drives a rope pulley mounted on the carriage when the lifting carriage moves.
  • This rapid rotary movement can be reduced by means of a simple gear according to the translation and drive a further roller or a lever on the output side, which / which actuates, for example, a further res traction means, in particular a Bowden cable.
  • This Bowden cable is guided forward via the joints and transfers the movement directly to the tilt joint using a lever or rope pulley.
  • the inclination can be reset either actively, through a double structure for both directions of movement or passively, by gravitation or a spring always pulls the armrest in one direction and thus keeps the Bowden cable drive cable under tension.
  • a drive can either drive the tilt joint as a geared motor directly or with spring support, be designed as thrust crank kinematics including an actuating cylinder or act on one side via a cable pull with roller.
  • the latter can be realized, for example, by placing a drive with a driving pulley in the front arm and guiding a rope through the third axis of rotation, which acts on the armrest via a lever arm.
  • the armrest is always pressed downwards by a spring.
  • the rope pulls the support against the weight of the patient's arm so that a correct inclination is set.
  • Such a one-sided structure is not only inexpensive, but also has advantages in terms of safe operation, since the support can be freely moved upwards by the patient or can simply fold away from below in the event of a collision.
  • the inclination of the support is purely an ergonomic support of the forearm to relieve the patient and help him to carry out the movement correctly. Therefore, in addition to the described Establishing a specific flexibility in the drive train of the tilting joint or integrated downstream in the support, advantageously contributing to a natural movement behavior.
  • the lifting carriage and the base arm are used for the main movement in the plane and are driven, for example, by stepper motors with a low-ratio belt drive, for example less than 1:10, in particular 1: 5. This leads to a very direct control behavior, in which the drive is loaded with external torques almost without loss and directly.
  • a previously determined static and dynamic model of the motor with respect to its torque curve which at least includes motor currents and armature position or magnet wheel angle, can be used to estimate the torque acting on the motor side in each joint.
  • Interference factors such as cogging torque, temperature, belt influences and friction etc. can also be modeled.
  • These measured joint moments can be used to calculate the acting input force on the armrest in the dynamic equations of the robot.
  • These external forces can be calculated, for example, using the Newton-Euler method.
  • Additional force-measuring sensors are not generally necessary in this exemplary embodiment for the planar movement.
  • the vertical force can also be used or analyzed and evaluated for therapeutic purposes and as a movement input.
  • the motor current and the armature position can also be used, analogous to the movements of the lifting carriage and the basic arm.
  • a simple one-dimensional force sensor can also be integrated distally in the area of the armrest in order to improve the measuring accuracy in this direction through shorter force paths.
  • This sensor can, for example, in the joint be installed between the forearm and the connecting piece so that the entire axial bearing force, ie in particular tension and pressure, is passed through the sensor. If only a pressure force can be measured by the sensor, the measuring point must be preloaded accordingly.
  • the drive train for the joint between the base arm and forearm can be mounted in particular in the lifting slide.
  • a first belt stage can be provided, which translates the drive movement, in particular below 1:10 or 1: 5, onto a belt pulley which lies coaxially with the first axis of rotation between the lifting slide and the base arm.
  • Another belt with a 1: 1 ratio transmits the rotary movement to the joint between the base arm and forearm. This has various advantages over a direct drive and a support of the drive torque via the base arm.
  • the belt forms a closed chain, which significantly reduces the drive torque on the swivel drive between the lifting carriage and the base arm and increases the accuracy of the arm.
  • heavy components such as drives are moved in the proximal direction, which reduces the moving mass. This also has a positive impact on drive performance and safety aspects.
  • such a structure can be used to implement a goal-oriented concept of specifically defined movement space limits. This is possible because with the described belt structure the following movement limits can be set as fixed but adjustable stops. The limits of movement can limit the base arm relative to the lifting slide, limit the forearm relative to the base arm and at the same time even limit the front arm relative to the lifting slide.
  • the absolute movement can be restricted for the base arm and both the relative and additionally the absolute movement can be restricted for the front arm can.
  • TCP tool center point
  • the robot limbs This keeps the robot away from the patient and prevents unwanted collisions.
  • these axis limits can be easily adjusted.
  • the drive power built into the robot is very low, so that the robot cannot cause any damage to humans. This is possible because the main drives have no gravitational influence due to their vertically aligned axes of rotation, so that only process forces, ie therapy forces, act here, as well as only slight inertia and frictional forces.
  • the linear actuator must be designed to be significantly more powerful, since both process, friction and inertial forces as well as the weight of the patient's arm and the robot act here. The latter make up the largest part of the drive load by far, but have the property that they do not depend on the robot position and remain constant during therapy.
  • a compensation system can completely or partially this weight force via an energy storage, in particular a spring-based Take up energy storage so that the use of a smaller, less powerful drive for the lifting column is possible.
  • the layering and the offset of adjacent links avoid shear points, body parts the size of a hand can be held between two robot links without jamming.
  • the lifting carriage can be carried out with a stable fork bearing.
  • the resulting critical clamping point between the base arm and the lifting carriage can be secured by an elastomer cover.
  • All movable robot members in particular the base arm and the forearm, can be covered with a fully or partially, in particular laterally and / or on the underside or top, with a resilient shock-absorbing material.
  • the robot arm on the underside of the base arm and the forearm, as well as on the lifting line-shaped touching or non-contact sensor in particular have a safety edge, which recognizes that when the entire arm is lowered, for example, against the patient or an object such as a table. Appropriate control specifications can be used to react accordingly in terms of safety technology.
  • the special for the body part support (corresponds to TCP) towards increasing layering of the limbs has the advantage that there are no limbs directly next to the patient's head or move, which is psychologically more beneficial, and that the total height of the lifting column can be reduced. Even with a high hand position of the patient, such as for example overhead, only a lower upper carriage position and thus a lower lifting column are required. Since the total stroke of the arm and thus the slide remains the same, the range of motion of the lifting column shifts by the amount of the stratification into the lower, structurally uncritical area.
  • a smaller lifting column not only has advantages in design, transport and costs, but also in stability.
  • the lifting column has, for example, several feet in the lower area, which can be further stabilized in one embodiment by means of removable weights.
  • removable weights can in particular be designed as hollow bodies filled with water or sand, which have to be filled up accordingly after transport. They are connected to the feet or the column and, as counterweights, increase the stability of the structure.
  • the feet are designed with rollers, for example, so that they can either be blocked at the destination or the base can be lowered.
  • the seating for the patient can also be used to increase the stability of the robot stand base by placing the seat, chair or block on an area of the stand feet or, for example, mechanically connecting it to it by latching.
  • the structure of the rehab arm presented here offers maximum flexibility and diversity in therapy.
  • the patient can sit next to the arm as well as sit sideways at a distance from it or at a distance from the front. All other patient po sitions are possible.
  • This setup can also be used for the therapy of both the right arm and the left arm without modification, if necessary with the exception of the adjustment of the axle stops.
  • a detachable and rotatable connection within the front arm enables the orientation to be rotated, for example, by 180 °, so that the armrest either points downwards or upwards. This enables other exercises in a different range of motion.
  • the armrest can be modified and / or adapted, for example as a modular system, and, depending on the embodiment, can also include further mobility or arm supports.
  • the body part support can be formed in a special embodiment at least in two parts with at least one armrest and at least one handrest, both the armrest having a magnetic coupling force acting together with a first body part cuff magnetically positive first coupling device, as well as the handrest one by magnetic Adhesive force with a two-th body part cuff magnetically non-positively cooperating second coupling device.
  • the first body part cuff can have a first counter-coupling device and the second body part cuff has a second negative feedback device.
  • the pair of first coupling device and first counter coupling device or the pair of second coupling device and two ter counter coupling device can be at least one pairing of a magnet with a ferromagnetic piece of iron or a pair of two magnets interacting in opposite poles.
  • the first coupling device, the second coupling device, the first counter coupling device and / or the second counter coupling device can optionally comprise a magnet and / or a ferromagnetic iron piece.
  • This technical solution of a connection of body part cuffs to the armrest thus consists in particular of a double magnetic coupling of the forearm or the hand to the armrest or handrest.
  • the patient puts on one or two bandages before the exercise, i.e. the cuffs on your wrist and / or forearm.
  • These cuffs are individually designed and remain with the patient even after the exercise.
  • the two bandages or cuffs each contain at least one magnetic element, i.e. Counter coupling devices which are connected to a coupling partner / counterpart (metal or also magnet), i.e. the Kopplungseinrichtun conditions on the armrest and / or handrest can be connected by simply approaching by magnetic force.
  • the armrest or handrest can be constructed in such a way that it has a handle which can be freely rotated about an axis essentially parallel to the main direction of extension of the armrest. This enables individual adjustment of ergonomic hand orientation and forearm support and extends the degrees of freedom of the rehab arm to six degrees of freedom.
  • the handle can also have a sensor, such as a simple photodiode or a button for detecting the patient's hand resting on it. When the hand is released from the handle, the rehabilitation device stops. When it is replaced, the movement is with a signal or a defined period of time.
  • the armrest can have a forearm support, which also offers the possibility of magnetic coupling. It can be designed for the purpose of lateral guidance of the lower arm, for example as a semicircular, open shell. A single pair of magnets is sufficient here and does not restrict the mobility of the wrist. In other words, no matter which grip position (e.g. 0 °, 45 °, 90 °) the patient takes, the alignment of the coupling point forearm to forearm support remains constant, so that all grip positions can be achieved with only one forearm coupling point.
  • grip position e.g. 0 °, 45 °, 90 °
  • the magnetic connections can be designed, for example, as flat surfaces of the coupling partners (first / second coupling device, first / second counter-coupling device) and / or can have certain shaped elements which interlock to better absorb lateral forces.
  • the bandages can also contain sensors for measuring and monitoring the vital functions.
  • sensors When coupled to the armrest, they are supplied with energy via an electrical interface and send data to a control device of the rehabilitation device so that a targeted reaction to the patient's physical condition can be made.
  • these measured values of the vital function can also be stored with the movement data and transmitted to a therapist for evaluation.
  • the sensors can also be equipped with batteries which are charged via the interface to the armrest and which also record further measured values after active therapy.
  • the bandages ie the cuffs, can also include, for example, an NFC element, such as an RFID tag, on which all important patient data are stored. If the rehabilitation device is used by many patients, as is the case, for example, in a rehab center, it is sufficient if the patient couples with the armrest. All relevant data of the individual therapy are transferred to the controller so that the training can begin immediately.
  • the entire armrest can be separated by simply pulling it out axially and replaced for other therapeutic applications.
  • FIG. 1 is a perspective view of an exemplary rehabilitation bilitation device according to the invention in use on a person
  • Fig. 2 shows a perspective illustration of an exemplary rehabilitation device according to the invention in isolation
  • Fig. 3 shows a side view of the rehabilitation device according to FIG. 2,
  • Fig. 4 the rehabilitation device according to
  • Fig. 5 shows a schematic illustration of an exemplary drive for the tilting positions of the body part support with a cable pull and spindle
  • Fig. 6 shows a first embodiment of a drive with a cable pull for executing the tilting movement of the body part support
  • Fig. 7 shows a second embodiment of a drive with a linear drive for executing the tilting movement of the partial body support
  • Fig. 8 shows a third embodiment of a drive, with a rotary drive for executing the tilting movement of the partial body support
  • Fig. 9 is a perspective view of FIG.
  • Fig. 10 is a perspective view of the
  • Forearm of the rehabilitation device in a two-part design with a first, proximal forearm part and a second, distal forearm part, in an upward configuration of the body part support,
  • Fig. 12 is a partial perspective view of the
  • Forearm of the rehabilitation device in a two-part design with a first, proximal forearm part and a second, distal front arm part, in a downward facing configuration of the body part support, and
  • the rehabilitation device 1 shows an exemplary basic embodiment of a rehabilitation device 1 according to the invention.
  • the rehabilitation device 1 has a tripod 2, a lifting column 3 fastened to the tripod 2, a lifting carriage 4 which is mounted on the lifting column 3 and is adjustable in height, which by means of a first drive Rehabilitation device 1 is automatically vertically movable, a on the lifting carriage 4 about a first vertical rotation axis Dl pivotably mounted base arm 5, which is automatically driven by a second drive of the Rehabilitationsvor direction 1 to pivot the first, vertical axis of rotation Dl, one on the base arm 5 to ei ne second, vertical axis of rotation D2 pivoted front derarm 6, which is automatically driven by means of a third drive of the rehabilitation device 1 to pivot about the second, vertical axis of rotation D2, a driven on the forearm 6 about a third, vertical axis of rotation D3 freely rotatable connector 7, and a body part support 8 which is tiltably mounted on the connecting piece 7 about a fourth, horizontal axis of rotation D4.
  • the stand 2 has legs 9, in the case of the present embodiment four legs 9. As shown, weights 10 can be attached to the stand legs 9 in order to ensure the stability, ie the stability of the rehabilitation to increase on device 1.
  • the legs 9 can be optional, as shown in Fig. 2, provided with feet 11. Instead of feet 11, rollers can also be provided, which enable an easy manual movement of the rehabilitation device 1. The rollers can be braked.
  • the body part support 8 is designed as a forearm support to which a forearm of a person 12 is strapped.
  • the rehabilitation device 1 comprises a stand 2, a lifting column 3 fastened to the stand 2, a lifting carriage 4 mounted on the lifting column 3 in a height-adjustable manner , which is automatically height-adjustable by means of a first drive of the rehabilitation device 1, a base arm 5 pivotably mounted on the lifting slide 4 about a first vertical axis of rotation Dl, which is automatically driven by a second drive of the rehabilitation device 1 about the first, vertical axis of rotation Dl is to be pivoted, a forearm 6 which is pivotably mounted on the base arm 5 about a second, vertical axis of rotation D2 and which is automatically driven by means of a third drive of the rehabilitation device 1 about the second, vertical axis of rotation D2, one on the forearm 6 by a third , vertical axis of rotation D3 not relevant rubbed freely rotatably mounted connector 7, and a body part support 8 tiltably mounted on the connector
  • the front arm 6 is pivotally mounted on the base arm 5 by means of a second joint G2 about the second axis of rotation D2, the second Joint G2 is designed to support the forearm 6 in all swiveling positions of the forearm 6 above the base arm 5, the connecting piece 7 being pivotally mounted on the forearm 6 by means of a third joint G3 about the third axis of rotation D3, the third joint G3 is designed to store the connecting piece 7 in all pivoting positions of the connecting piece 7 above the forearm 6, the body part support 8 being tiltable about the fourth axis of rotation D4 by a fourth joint G4 (arrow PI) on the connecting piece 7, the fourth Hinge G4 is designed to support the body part support 8 in all pivot positions of the body part support 8 above the forearm 6.
  • the three possible basic pivot positions of the body part support 8 are shown in Fig. 4.
  • the body part support 8 In a first basic pivoting position of the body part support 8, the body part support 8 can be oriented as shown in FIG. 4 above, with its support surface sloping towards the forearm 6.
  • the body part support 8, as shown in FIG. 4 center In a second basic pivotal position of the body part support 8, the body part support 8, as shown in FIG. 4 center, can be aligned horizontally with its support surface.
  • a third basic pivoting position of the body part support 8 as shown in FIG. 4 below is illustrated, with its support surface away from the forearm 6, that is to say oriented in an increasing manner.
  • FIG. 3 also shows how a distal end section E1 of the base arm 5 and / or a proximal end section E2 of the front arm 6, at which transition the end sections E1 and E2 the second axis of rotation D2 is arranged, are cranked, in such a way that in one one above the other relati ven position of the base arm 5 and forearm 6, as shown in Fig. 3, a gap protection S acting between the base arm 5 and the - shown in dashed lines, folded - forearm 6 is formed.
  • the body part support 8 can be automatically driven by means of a fourth drive of the rehabilitation device 1 around the fourth, horizontal axis of rotation D4.
  • the automatically driven movement of the body part support 8 relative to the connector 7 can be coupled to the automatically driven height movement of the lifting carriage 4 relative to the lifting column 3.
  • the first drive can comprise a first motor M1 arranged in the stand 2 or in the lifting column 3, which is designed to raise and / or lower the lifting carriage 4 in a motor-driven manner on the lifting column 3, the Rehabilitation device 1 can have a mechanical coupling device 14 which forms part of the fourth drive and which is designed to transmit a drive movement of the first motor M1 to the body part support 8, such that during a stroke movement (arrow P2) of the lift carriage 4, driven by the first motor Ml, the body part support 8 a synchronous tilting movement
  • the first drive can comprise a first motor arranged in the stand 2 or in the lifting column 3, which is designed to drive the lifting carriage 4 in a motor-driven manner of the lifting column 3 ben and / or lower, and a fourth drive can have a fourth motor M4, which is designed to transmit its drive movement to the body part support 8 for executing a tilting movement of the body part support 8, where in the fourth motor M4 control technology with the first motor is coupled such that during a drive movement of the first motor in order to move the lifting slide 4 relative to the lifting column 3, a simultaneously controlled movement of the fourth motor M4 causes a tilting movement of the body part support 8 which is synchronous with the lifting movement.
  • the rehabilitation device 1 has a cable pull 15 which has an automatically controllable motor M4 and a spindle 16 which is driven by the motor M4 and is designed for winding up a cable 17 of the cable pull 15, when the motor M4 drives the spindle 16, with a free end of the cable 17 being connected to the body part support 8, and having a return spring 13, which is designed to move the body part support 8 into a basic position when the cable 17 has no tensile force exercises the body part support 8.
  • the rehabilitation device 1 has a linear drive 18, which has a linearly movable, automatically controllable actuator 19, which is connected to the body part support 8, and has a return spring 13, which is designed, the body part support 8 to move into a basic position when the actuator 19 does not exert any pulling force on the body part position 8.
  • the rehabilitation device 1 has a rotary drive 20 which has a rotatable, automatically controllable shaft which is connected to the body part support 8 and has a rear Actuating spring 13, which is designed to move the body part support 8 into a basic position when the shaft exerts no torque on the body part support 8.
  • FIG. 9 shows the rehabilitation device 1 according to FIG. 1 in a configuration on the left side of the person 12.
  • FIG. 10 shows the rehabilitation device 1 according to FIG. 1 in a configuration on the right side of the person 12.
  • FIGS. 11 and 12 show how the forearm 6 is designed with a second, proximal forearm part 6.1 and a second, distal forearm part 6.2, the second, distal forearm part 6.2 being detachable on the first, proximal len forearm part 6.1 and is mounted in such a way that the second, distal forearm part 6.2 can be rigidly attached to the first, proximal forearm part 6.1 in a first orientation, as shown in FIG. 11, or in a second orientation, as shown in FIG. 12, is to be rigidly attached to the first, proximal forearm part 6.1, which deviates from the first orientation, in particular is rotated by 180 degrees with respect to the first orientation.
  • 16a and 16b illustrate how the body part support 8 is at least two parts with at least one armrest 8.1 and at least one handrest ge 8.2, both the armrest 8.1 like a magnetic magnetic force with a first body part sleeve 21 - Interactively interacting first coupling device 23.1, as well as the hand rest 8.2 has a magnetic coupling force with a second body part cuff 22 interacting magnetically positively with a second coupling 23.2.
  • the first body part cuff 21 have a first counter-coupling device 24.1 and the second body part -Cuff 22 have a second negative feedback device 24.2.
  • the pair of first coupling device 23.1 and first counter-coupling device 24.1 or the pair of second coupling device 23.2 and second counter-coupling device 24.2 can be at least a pairing of a magnet with a ferromagnetic iron piece or a pairing of two magnets interacting with opposite poles.
  • the first coupling device 23.1, the second coupling device 23.2, the first counter-coupling device 24.1 and / or the second counter-coupling device 24.2 can optionally comprise a magnet and / or a ferromagnetic egg piece.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rehabilitationsvorrichtung (1), aufweisend ein Stativ (2), eine an dem Stativ (2) befestigte Hubsäule (3), einen an der Hubsäule (3) höhenverstellbar gelagerten Hubschlitten (4), der mittels eines ersten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung (1) automatisch höhenbeweglich ist, einen an dem Hubschlitten (4) um eine erste, vertikale Drehachse (D1) schwenkbar gelagerten Grundarm (5), der mittels eines zweiten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung (1) automatisch angetrieben um die erste, vertikale Drehachse (D1) zu schwenken ist, einen an dem Grundarm (5) um eine zweite, vertikale Drehachse (D2) schwenkbar gelagerten Vorderarm (6), der mittels eines dritten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung (1) automatisch angetrieben um die zweite, vertikale Drehachse (D2) zu schwenken ist, ein an dem Vorderarm (6) um eine dritte, vertikale Drehachse (D3) frei drehbar gelagertes Verbindungsstück (7), und eine an dem Verbindungsstück (7) um eine vierte, horizontale Drehachse (D4) kippbar gelagerte Körperteilauflage (8).

Description

Rehabilitationsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Rehabilitationsvorrichtung.
Aus der WO 2015/048688 Al ist eine Rehabilitationsvorrichtung bekannt, die ausgebildet ist zum Betrieb in Verbindung mit einem der Gliedmaßen eines Benutzers, wobei das betreffende Glied des Benutzers einen Endpunkt aufweist. Die Rehabilita tionsvorrichtung umfasst eine Basis, einen Roboterarm, der an der Basis befestigt ist und der einen Endpunkt aufweist, wo bei der Roboterarm mindestens zwei aktive Freiheitsgrade re lativ zu der Basis aufweist und so konfiguriert ist, dass während die Basis relativ zu einem Benutzer geeignet positio niert ist, der Referenzrahmen des Roboters im Wesentlichen gleichartig wie der Bezugsrahmen des Benutzers ausgerichtet ist. Die Bewegungen des Endpunkts des betreffenden Glieds des Benutzers werden durch Bewegungen des Endpunkts des Roboter arms dabei nachgeahmt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rehabilitationsvorrichtung zu schaffen, die trotz kostengünstigen Aufbaus in besonders sicherer Weise betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Rehabi litationsvorrichtung, aufweisend ein Stativ, eine an dem Sta tiv befestigte Hubsäule, einen an der Hubsäule höhenverstell bar gelagerten Hubschlitten, der mittels eines ersten An triebs der Rehabilitationsvorrichtung automatisch höhenbeweg lich ist, einen an dem Hubschlitten um eine erste, vertikale Drehachse schwenkbar gelagerten Grundarm, der mittels eines zweiten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung automatisch angetrieben um die erste, vertikale Drehachse zu schwenken ist, einen an dem Grundarm um eine zweite, vertikale Drehach se schwenkbar gelagerten Vorderarm, der mittels eines dritten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung automatisch angetrie- ben um die zweite, vertikale Drehachse zu schwenken ist, ein an dem Vorderarm um eine dritte, vertikale Drehachse frei drehbar gelagertes Verbindungsstück, und eine an dem Verbin dungsstück um eine vierte, horizontale Drehachse kippbar ge lagerte Körperteilauflage.
Das an dem Vorderarm um eine dritte, vertikale Drehachse frei drehbare Verbindungsstück ist somit an dem Vorderarm unange- trieben frei drehbar gelagert.
Jeder Antrieb der Rehabilitationsvorrichtung kann einem ein zelnen antreibbaren Gelenk der Rehabilitationsvorrichtung zu geordnet sein. Jeder Antrieb kann beispielsweise in einem dem anzutreibenden Gelenk in der kinematischen Kette unmittelbar vorgelagerten Glied angeordnet sein oder in einem dem anzu treibenden Gelenk in der kinematischen Kette unmittelbar nachgelagerten Glied angeordnet sein. Gegebenenfalls können zwei oder mehr Antriebe für verschiedene Gelenke in demselben Glied angeordnet sein. Insbesondere der Hubschlitten kann An triebe sowohl zum Bewegen des Grundarms als auch zum Bewegen des Vorderarms aufweisen.
Alle Antriebe können von einer gemeinsamen Steuerungsvorrich tung der Rehabilitationsvorrichtung automatisch angetrieben werden, insbesondere programmgesteuert angetrieben werden.
Die Körperteilauflage bildet ein Verbindungsglied, um die Re habilitationsvorrichtung an einen Körperteil einer zu behan delnden Person ankoppeln zu können. Ein Ankoppeln kann be reits dadurch erfolgen, dass die Person eines ihrer Körper teile, wie beispielsweise die Hand, den Unterarm oder das Bein auf einer Auflagefläche der Körperteilauflage auflegt. Die Körperteilauflage kann ein Befestigungsmittel, wie bei spielsweise wenigstens einen zurrbaren Riemen, aufweisen, der ausgebildet ist, zum lösbaren Befestigen des Körperteile der Person an der Körperteilauflage.
Die Körperteilauflage kann mittels eines die Körperteilaufla ge mit dem Verbindungsstück verbindenden Federkörpers um die vierte, horizontale Drehachse zu kippen sein, wobei der Fe derkörper die Körperteilauflage in eine vorgegebene Grund stellung federelastisch rückstellbar an dem Verbindungsstück lagert .
Der Federkörper kann beispielsweise eine Federwendel sein.
Ein Kippen der Körperteilauflage bedeutet, dass die Auflage fläche aus ihrer im Allgemeinen horizontalen Grundstellung heraus gedreht werden kann, so dass die Auflagefläche entwe der abschüssig oder ansteigend orientiert ist. Eine abschüs sig oder ansteigend Orientierung kann sich dabei an einer Längserstreckung der Körperteilauflage bemessen und dabei ausgehend von einem proximalen Ende zu einem distalen Ende hin gerichtet sein.
Die Körperteilauflage kann mittels eines vierten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung automatisch angetrieben um die vierte, horizontale Drehachse zu kippen sein, insbesondere mittels eines dem vierten Antrieb zugeordneten mechanisch nachgiebigen Elements zu kippen sein, das die Körperteilauf lage in eine Grundstellung elastisch vorspannt.
Das Kippen der Körperteilauflage kann dadurch erfolgen, dass eine Steuerungsvorrichtung der Rehabilitationsvorrichtung den vierten Antrieb ansteuert.
Die automatisch angetriebene Bewegung der Körperteilauflage relativ zum Verbindungsstück kann an die automatisch ange triebene Höhenbewegung des Hubschlittens relativ zur Hubsäule gekoppelt sein, insbesondere an die automatisch angetriebene Höhenbewegung des Hubschlittens (4) und auch an die Schwenk bewegungen des Grundarms und des Vorderarms gekoppelt sein.
Eine Koppelung der Bewegung der Körperteilauflage relativ zum Verbindungsstück mit der Höhenbewegung des Hubschlittens be deutet, dass die Höhenbewegung des Hubschlittens eine Ein gangsgröße bildet zum Ansteuern der Kippbewegung der Körper teilauflage. Diese Kippbewegung der Körperteilauflage kann synchron zur Höhenbewegung des Hubschlittens erfolgen. Alter nativ kann die Kippbewegung der Körperteilauflage auch asyn chron zur Höhenbewegung des Hubschlittens erfolgen, aber in einer vorbestimmten anderen Abhängigkeit zur Höhenbewegung des Hubschlittens stehen.
Der erste Antrieb kann einen im Stativ oder in der Hubsäule angeordneten ersten Motor umfassen, der ausgebildet ist, den Hubschlitten motorisch angetrieben an der Hubsäule zu heben und/oder zu senken, und die Rehabilitationsvorrichtung kann dabei eine mechanische Kopplungseinrichtung aufweisen, die einen Teil des vierten Antriebs bildet und die ausgebildet ist, eine Antriebsbewegung des ersten Motors auf die Körper teilauflage zu übertragen, derart, dass bei einer Hubbewegung des Hubschlittens, angetrieben durch den ersten Motor, die Körperteilauflage eine zur Hubbewegung synchrone Kippbewegung ausführt .
Die mechanische Kopplungseinrichtung kann insbesondere ausge bildet sein eine Hubbewegung des Hubschlittens aufzunehmen und die Hubbewegung in eine Kippbewegung der Körperteilaufla ge umsetzen. Ein solches Umsetzen kann auch eine Übersetzung, realisiert beispielsweise durch ein Getriebe, beinhalten.
Der erste Antrieb kann einen im Stativ oder in der Hubsäule angeordneten ersten Motor umfassen, der ausgebildet ist, den Hubschlitten motorisch angetrieben an der Hubsäule zu heben und/oder zu senken, und der vierte Antrieb kann dabei einen vierten Motor aufweisen, der ausgebildet ist, seine Antriebs bewegung auf die Körperteilauflage zur Ausführung einer Kipp bewegung der Körperteilauflage zu übertragen, wobei der vier te Motor mechanisch und/oder steuerungstechnisch mit dem ers ten Motor gekoppelt ist, derart, dass bei einer Antriebsbewe gung des ersten Motors, um den Hubschlitten relativ zur Hub säule zu bewegen, eine gleichzeitig angesteuerte Bewegung des vierten Motors eine zur Hubbewegung synchrone Kippbewegung der Körperteilauflage bewirkt.
Eine steuerungstechnische Koppelung des vierten Motors mit dem ersten Motor kann beispielsweise über die Steuerungsvor richtung der Rehabilitationsvorrichtung erfolgen, die auch die weiteren Antriebe der Rehabilitationsvorrichtung ansteu ert .
In einer Weiterbildung kann eine steuerungstechnische Kopp lung des vierten Motors statt allein in Abhängigkeit des ers ten Motors zum Bewegen des Hubschlittens, auch in Abhängig keit eines zweiten Motors zum Schwenken des Grundarms um eine erste Drehachse und eines dritten Motors zum Schwenken des Vorderarms um eine zweite Drehachse eingerichtet sein.
Dadurch wird der vierte Motor nicht nur in Abhängigkeit der Höhenstellung des Hubschlittens, sondern auch in Abhängigkeit der Schwenklagen des Grundarms und des Vorderarms angesteu ert. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Ebene der Armauflage beispielsweise stets durch die Schulter einer Person, die ihren zugehörigen Arm auf der Armauflage abgelegt hat, geht.
Die Körperteilauflage kann mittels eines weiteren Antriebs um eine horizontale vierte Drehachse schenkbar gelagert sein. Statt eines aktiven, motorischen Antriebs oder ergänzend zu einem aktiven, motorischen Antrieb kann die Körperteilauflage ein mechanisch nachgiebiges Element, wie beispielsweise eine Dreh- und/oder Elastomerfeder, aufweisen, welche die Körper teilauflage in eine Grundstellung elastisch vorspannt.
Die Rehabilitationsvorrichtung kann zur Bildung einer mecha nischen Kopplung der Kippbewegung der Armauflage an die Hö henstellung des Hubschlittens in einer ersten Ausführungsva riante einen Seilzug aufweisen, der einen automatisch ansteu erbaren Motor und eine von dem Motor angetriebene Spindel aufweist, die ausgebildet ist, zum Aufwickeln eines Seils des Seilzugs, wenn der Motor die Spindel antreibt, wobei ein freies Ende des Seils mit der Körperteilauflage verbunden ist, und die Rehabilitationsvorrichtung eine Rückstellfeder aufweist, welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage in eine Grundstellung zu bewegen, wenn das Seil keine Zugkraft auf die Körperteilauflage ausübt. Alternativ oder ergänzend zu einem Seilzug kann auch wenigstens ein Riemen, eine Kette oder ein sonstiges Koppelgetriebe zur Kopplung der Kippbewe gung der Armauflage an die Höhenstellung des Hubschlittens vorgesehen sein.
Die Rehabilitationsvorrichtung kann in einer zweiten Ausfüh rungsvariante einen Linearantrieb aufweisen, der ein linear bewegliches, automatisch ansteuerbares Stellglied aufweist, das mit der Körperteilauflage verbunden ist, wobei die Reha bilitationsvorrichtung auch eine Rückstellfeder aufweist, welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage in eine Grund stellung zu bewegen, wenn das Stellglied keine Zugkraft auf die Körperteilauflage ausübt.
Die Rehabilitationsvorrichtung kann in einer dritten Ausfüh rungsvariante einen Drehantrieb aufweisen, der eine drehbare, automatisch ansteuerbare Welle aufweist, die mit der Körper teilauflage verbunden ist, wobei die Rehabilitationsvorrich tung auch eine Rückstellfeder aufweist, welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage in eine Grundstellung zu bewegen, wenn die Welle kein Drehmoment auf die Körperteilauflage aus übt .
Der zweite Antrieb kann generell einen zweiten Motor umfas sen, der dritte Antrieb kann dabei einen dritten Motor umfas sen, wobei der erste Motor, der zweite Motor und der dritte Motor durch eine gemeinsame Steuerungseinrichtung der Rehabi litationsvorrichtung in einer Nachgiebigkeitsregelung, insbe sondere einer Impedanzregelung oder einer Admittanzregelung angesteuert sind.
Ein kraft- und/oder momentengeregelter Betrieb der Antriebe bzw. der Motoren, d.h. eine Nachgiebigkeitsregelung kann bei spielsweise mittels Impedanzregelung oder Admittanzregelung erfolgen. Eine Admittanzregelung basiert auf einer vorhande nen Positionsregelung der Stellungen der Rehabilitationsvor richtung auf Gelenkebene der Rehabilitationsvorrichtung.
Hierbei werden die von außen auf die Rehabilitationsvorrich tung einwirkenden verallgemeinerten Kräfte gemessen. Ausge hend von diesen Kräften wird eine dem gewünschten dynamischen Verhalten entsprechende Bewegung der Rehabilitationsvorrich tung bestimmt, die über eine inverse Kinematik und die unter lagerte Positionsregelung an die Antriebe bzw. die Motoren kommandiert wird. Eine Impedanzregelung basiert im Gegensatz zu einer Admittanzregelung auf einer vorhandenen Drehmomen- tenregelung auf Gelenkebene. Es werden die Abweichung der tatsächlichen Ist-Lage von einer definierten Soll-Lage gemes sen und entsprechend des gewünschten dynamischen Verhaltens eine gewünschte verallgemeinerte Kraft, bzw. Kräfte und Mo mente, bestimmt. Diese Kraft kann über die bekannte Kinematik der Rehabilitationsvorrichtung auf entsprechende Gelenkdreh momente abgebildet werden. Die Drehmomente können schließlich über die unterlagerte Drehmomentenregelung eingestellt wer den . Bei der Rehabilitationsvorrichtung handelt es sich insbeson dere um eine sogenannte serielle Kinematik, bei der die Glie der und die Gelenke der Rehabilitationsvorrichtung abwech selnd seriell hintereinander angeordnet sind.
Der zweite Antrieb kann einen zweiten Motor umfassen, der dritte Antrieb kann dabei einen dritten Motor umfassen, wobei der zweite Motor und der dritte Motor durch eine gemeinsame Steuerungseinrichtung der Rehabilitationsvorrichtung in einer Nachgiebigkeitsregelung, insbesondere Impedanzregelung oder einer Admittanzregelung, angesteuert sind und der erste Motor durch die Steuerungseinrichtung positionsgesteuert angesteu ert ist.
Die Rehabilitationsvorrichtung kann eine Anschlagsvorrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, sowohl einen maximalen
Schwenkwinkel des Grundarms um die erste, vertikal Drehachse zu begrenzen, als auch einen maximalen Schwenkwinkel des Vor derarms um die zweite, vertikal Drehachse zu begrenzen und zwar sowohl bezüglich des Grundarms als auch bezüglich des Hubschlittens .
Wie bereits beschrieben, kann es vorgesehen sein, dass der Vorderarm über mechanische oder steuerungstechnische Koppe lungen mit dem Hubschlitten gekoppelt ist. Beispielsweise kann der Vorderarm mittels Parallelogrammlenkern und/oder Riemen mit dem Hubschlitten gekoppelt sein. Eine Bewegungsbe grenzung mittels einer Anschlagsvorrichtung kann somit vor zugsweise über die mechanische oder steuerungstechnische Kop pelung realisiert werden. Damit können beispielsweise drei Begrenzungen in einem Teilsystem mit zwei Freiheitsgraden der Rehabilitationsvorrichtung realisiert werden.
Der Vorderarm kann generell mittels eines zweiten Gelenks um die zweite Drehachse schwenkbar an dem Grundarm gelagert sein, wobei das zweite Gelenk ausgebildet ist, den Vorderarm in allen Schwenklagen des Vorderarms oberhalb des Grundarms zu lagern, sowie das Verbindungsstück mittels eines dritten Gelenks um die dritte Drehachse schwenkbar an dem Vorderarm gelagert ist, wobei das dritte Gelenk ausgebildet ist, das Verbindungsstück in allen Schwenklagen des Verbindungsstücks oberhalb des Vorderarms zu lagern, und die Körperteilauflage mittels eines vierten Gelenks um die vierte Drehachse kippbar an dem Verbindungsstück gelagert ist, wobei das vierte Gelenk ausgebildet ist, die Körperteilauflage in allen Schwenklagen der Körperteilauflage oberhalb des Vorderarms zu lagern.
Ein distaler Endabschnitt des Grundarms und/oder ein proxima ler Endabschnitt des Vorderarms, an dem die zweite Drehachse angeordnet ist, kann gekröpft ausgebildet sein, derart, dass in einen übereinander angeordneten relativen Position von Grundarm und Vorderarm übereinander, ein als Klemmschutz wir kender Spaltraum zwischen Grundarm und Vorderarm gebildet wird .
Ein ergänzender zusätzlicher Klemmschutz kann dadurch er reicht bzw. verbessert werden, dass die in einer Überlage rungsstellung von Grundarm und Vorderarm aufeinander zuwei senden Oberflächen von Grundarm und Vorderarm jeweils mit ei ner elastischen Schicht belegt sind.
Der Vorderarm kann ergänzend zweiteilig mit einem ersten, proximalen Vorderarmteil und einem zweiten, distalen Vorder armteil ausgebildet sein, wobei der zweite, distale Vorder armteil an dem ersten, proximalen Vorderarmteil lösbar und derart umsteckbar gelagert ist, dass der zweite, distale Vor derarmteil wahlweise in einer ersten Orientierung an dem ers ten, proximalen Vorderarmteil starr zu befestigen ist oder in einer zweiten Orientierung an dem ersten, proximalen Vorder armteil starr zu befestigen ist, die von der ersten Orientie- rung abweicht, insbesondere gegenüber der ersten Orientierung um 180 Grad gedreht ist.
Ein Umstecken des zweiten, distalen Vorderarmteil an dem ers ten, proximalen Vorderarmteil kann durch eine Schnapp- /Rastverbindung erfolgen, welche in einem verrasteten Zustand das zweite, distale Vorderarmteil formschlüssig und starr mit dem ersten, proximalen Vorderarmteil verbindet und in einem entriegelten Zustand der zweite, distale Vorderarmteil von dem ersten, proximalen Vorderarmteil manuell entfernt und in einer anderen Orientierung wieder aufgesteckt werden kann.
In allen Ausführungsformen kann auch die Körperteilauflage von dem Zwischenstück abnehmbar an dem Zwischenstück gelagert sein. Dazu kann das die Körperteilauflage mit dem Zwischen stück verbindende Gelenk lösbar ausgebildet sein.
In allen Ausführungsformen kann die Körperteilauflage wahl weise als eine Armauflage, als eine Handauflage oder als eine Beinauflage ausgebildet sein.
Im Folgenden wird die Erfindung, gegebenenfalls auch mit an deren Worten ausgedrückt, nochmals zusammenfassend darge stellt .
Das Ziel der Erfindung ist es, ein neuartiges Robotersystem für Rehabilitationsanwendungen vorzustellen, welches leis tungsfähig, sensitiv und zugleich sicher aufgebaut ist. Dabei soll dieses Robotersystem signifikant kostengünstiger ausge führt sein, als vergleichbare bekannte Lösungen, so dass ein Einsatz nicht nur für gewerbliche Anwender, sondern auch bis in den privaten Bereich hinein wirtschaftlich möglich ist.
Die Grundidee dieser Erfindung ist eine neuartige zielführen de Kombination einer Sonderkinematik mit spezieller Antriebs- Verteilung und Aufbau, Gewichtskraftunterstützung und indivi duell anpassbaren Bewegungsbereichen.
In einer vorteilhaften Ausprägungsform ist der Reha-Arm in fünf Freiheitsgraden beweglich aufgebaut, wobei der Endeffek tor die Verbindung zum Patientenarm insbesondere einem Unter arm oder einer Hand einer Person darstellt und in alle drei translatorischen und in zwei rotatorischen Freiheitsgraden beweglich ist. Die zwei rotatorischen Freiheitsgrade be schreiben dabei eine Drehung bspw. des Unterarms um eine raumfestorientierte vertikale Achse und eine mitbewegte hori zontale Achse, die immer senkrecht zur Längsrichtung des Un terarmes steht. Eine freie oder geführte Drehung des Unterar mes um seine Längsachse wird in dieser Ausprägungsvariante durch eine Fixierung des Unterarms in einer, mit dem Roboter verbundenen Schalenauflage unterbunden. Eine fixierte Lage des Unterarms bzw. auch der Hand ist vorab frei wählbar und soll einer möglichst ergonomischen Haltung entsprechen, die für die entsprechende Therapie zweckmäßig ist.
Die fünf Freiheitsgrade der hier speziell beschriebenen Aus prägungsvariante des Reha-Armes werden durch fünf seriell an geordnete Gelenke erreicht.
Das erste Gelenk ist raumfest und beschreibt eine vertikale Translation. Es wird durch eine Bewegungsvorgabe der Steue rung aktuiert angesteuert.
Das zweite Gelenk wird durch eine Drehachse gebildet, welche eine aktuiert gesteuerte rotatorische Bewegung um die Verti- alachse beschreibt.
Das dritte Gelenk wird ebenfalls durch eine Drehachse gebil det. Diese steht im Wesentlichen parallel zur Drehachse des zweiten Gelenks und ist zu diesem beabstandet angeordnet. Sie beschreibt auch eine aktuiert gesteuerte rotatorische Bewe gung um eine Vertikalachse.
Das vierte Gelenk wird ebenfalls durch eine Drehachse gebil det. Auch diese steht im Wesentlichen parallel zum zweiten Gelenk und drittem Gelenk und ist zu diesen beabstandet ange ordnet. Sie beschreibt auch rotatorische Bewegung um die Ver tikalachse, ist jedoch passiv, d.h. ohne Antrieb ausgeführt. Sie wird durch die Stellung des Patientenarmes zwangsgeführt bzw. vorgegeben.
Das fünfte Gelenk wird ebenfalls durch eine Drehachse gebil det und ist eher eine Kippachse. Diese steht im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse des vierten Gelenks und ist horizon tal orientiert. Die Bewegung der Achse kann steuerungstech nisch oder mechanisch gekoppelt vorgegeben werden, und insbe sondere passiv frei oder passiv federunterstützt ausgeführt sein .
Der hier beschriebene Aufbau unterscheidet sich grundlegend von bekannten Ausführungen anderer Reha-Arme oder SCARA- Roboter, da hier ein serieller Gelenkaufbau offenbart wird, der sowohl aktive als auch wenigstens ein passives Gelenk be inhaltet und dementsprechend kinematisch bzw. antriebstech nisch unterbestimmt ist.
Zudem ist neuartig, dass sich das wenigstens eine passive Ge lenk innerhalb der kinematischen Kette befindet, also nicht am distalen oder proximalen Ende der kinematischen Kette.
Der Reha-Roboter d.h. die Rehabilitationsvorrichtung kann un ter anderem auch im Impedanzmodus geregelt werden. Dies be trifft hauptsächlich die Grundgelenke zum Bewegen des Hub schlittens, des Grundarmes und des Vorderarmes, welche die Position und die Kräfte auf den Patientenarm im Raum vorge- ben . Das Kippgelenk ist in der Grundausführung einfacher aus geführt und rein positionsgeregelt. Durch das Kippgelenk wird die Neigung der Armauflage bestimmt, die den Patienten unter stützen und führen soll, damit dieser keine unzulässigen Aus gleichs- oder Kompensationsbewegungen bspw. mit dem Unterarm ausführen kann. Dabei wird die Armauflage bei Handpositionen oberhalb der Schulter so nach unten und bei Handpositionen unterhalb der Schulter so nach oben geneigt, dass eine Ebene stets durch die Schulter des Patienten geht. Diese Ebene wird dabei von dem Kippgelenk und der Längsausprägung der Armauf lage aufgespannt und findet ihren Ursprung im TCP, d.h. in der Patientenhand. Neben der Höhe der Hand ist auch die hori zontale Entfernung der Hand zur Schulter für die Neigung ent scheidend .
Die Neigung kann dabei im Kippgelenk entweder mechanisch ge koppelt oder gesteuert angetrieben vorgegeben werden.
Bei der mechanischen Kopplung kann die Stellung und damit die Bewegung des Hubschlittens in Höhenrichtung aufgegriffen, ge wandelt und auf Kippgelenk übertragen werden. Dies kann bei spielsweise über einen Zugmittelaufbau insbesondere ein beid seitig ortsfestes Seil in der Linearachse erfolgen, welches bei Bewegung des Hubschlittens eine auf dem Schlitten mon tierte Seilrolle antreibt. Diese schnelle Drehbewegung kann über ein einfaches Getriebe entsprechend der Übersetzung re duziert werden und abtriebsseitig eine weitere Rolle oder ei nen Hebel antreiben, welche/welcher beispielsweise ein weite res Zugmittel insbesondere einen Bowdenzug betätigt. Dieser Bowdenzug wird über die Gelenke nach vorne geführt und über trägt die Bewegung mittels Hebel oder Seilrolle direkt auf das Kippgelenk. Hierbei kann die Rückstellung der Neigung entweder aktiv, durch einen doppelten Aufbau für beide Bewe gungsrichtungen oder passiv erfolgen, indem die Gravitation oder eine Feder die Armauflage immer in eine Richtung zieht und damit das Antriebsseil des Bowdenzuges auf Spannung hält.
Da sich die Schulter der Person je nach Patientengröße auf einer anderen Höhe befindet, gibt es eine Vorrichtung, welche die Anpassung der Neigungsnullage zulässt. Dies kann entweder über eine Verstellung im Bowdenzug oder über ein Re-Justieren einer der beiden Seilrollen am Getriebe erfolgen. Nachteilig ist bei dieser Ausprägungsform jedoch, dass durch die Neigung nur die Höhe der Hand, nicht jedoch die Entfernung zur Schul ter vorgegeben wird.
Als vorteilhafte Variante ist auch eine Antriebsintegration in das Kippgelenk möglich. Hierzu kann ein Antrieb das Kipp gelenk entweder als Getriebemotor direkt oder mit Federunter stützung antreiben, als Schubkurbelkinematik inklusive einem Stellzylinder ausgeführt sein oder einseitig über einen Seil zug mit Rolle wirken. Letzteres kann realisiert werden, indem beispielsweise ein Antrieb mit antreibender Seilrolle im Vor derarm platziert ist und ein Seil durch die dritte Drehachse geführt ist, welches über einen Hebelarm an der Armauflage angreift. Dabei wird die Armauflage über eine Feder stets entgegengesetzt nach unten gedrückt. Das Seil zieht dabei die Auflage gegen die Gewichtskraft des Patientenarms so nach oben, dass eine korrekte Neigung eingestellt wird. Ein sol cher einseitig wirkender Aufbau ist nicht nur kostengünstig, sondern hat auch Vorteile hinsichtlich eines sicheren Be triebs, da die Auflage nach oben hin durch den Patienten frei bewegt werden kann oder im Kollisionsfall von unten einfach wegklappen kann.
Die Neigung der Auflage dient dabei rein einer ergonomischen Unterstützung des Unterarmes, um den Patienten zu entlasten und ihm durch Führung zu einer korrekten Ausführung der Bewe gung zu verhelfen. Daher kann ergänzend zum beschriebenen Aufbau eine gezielte Nachgiebigkeit im Antriebsstrang des Kippgelenks oder nachgeschaltet integriert in der Auflage, vorteilhaft zu einem natürlichen Bewegungsverhalten beitra gen .
Der Hubschlitten und der Grundarm dienen der Hauptbewegung in der Ebene und werden beispielsweise über Schrittmotoren mit niedrig übersetzendem Riementrieb, beispielsweise von unter 1: 10, insbesondere von 1:5, angetrieben. Dies führt zu einem sehr direkten Reglungsverhalten, bei dem der Antrieb nahezu verlustfrei und direkt mit äußeren Momenten belastet wird.
Ein zuvor ermitteltes statisches und dynamisches Modell des Motors bezüglich seines Drehmomentenverlaufs, das zumindest Motorströme und Ankerposition bzw. Polradwinkel miteinbe- zieht, kann zur Schätzung des motorseitig wirkenden Drehmo ments in jedem Gelenk herangezogen werden. Auch Störeinflüsse wie Rastmomente, Temperatur, Einflüsse des Riemens und Rei bung etc. können modelliert werden. Diese gemessenen Gelenk momente können zur Berechnung der wirkenden Eingangskraft an der Armauflage in die Dynamikgleichungen des Roboters einge setzt werden. Die Berechnung dieser externen Kräfte kann bei spielsweise nach dem Newton-Euler-Verfahren erfolgen.
Weitere kraftmessende Sensoren sind in diesem Ausführungsbei spiel für die ebene Bewegung nicht generell notwendig. Neben diesen Kräften kann auch die Vertikalkraft für Therapiezwecke und als Bewegungsinput genutzt bzw. analysiert und ausgewer tet werden. Hierzu kann analog zu den Bewegungen des Hub schlittens und des Grundarms ebenfalls der Motorstrom und die Ankerposition herangezogen werden. Alternativ oder ergänzend kann zudem ein einfacher eindimensional messender Kraftsensor distal im Bereich der Armauflage integriert werden, um die Messgenauigkeiten in dieser Richtung durch kürzere Kraftwege zu verbessern. Dieser Sensor kann beispielsweise so im Gelenk zwischen Vorderarm und Verbindungsstück eingebaut werden, dass die gesamte axiale Lagerkraft, d.h. insbesondere Zug und Druck, über den Sensor geleitet wird. Kann durch den Sensor nur eine Druckkraft gemessen werden, ist die Messstelle ent sprechend federbasiert vorzuspannen.
Ein weiteres wichtiges Merkmal des Reha-Roboters d.h. der Re habilitationsvorrichtung dieser Erfindung betrifft den An triebsstrang für Gelenk zwischen Grundarm und Vorderarm. Hier kann der Antrieb insbesondere im Hubschlitten gelagert sein. Eine erste Riemenstufe kann vorgesehen sein, diese übersetzt die Antriebsbewegung, insbesondere unter 1:10 oder 1:5, auf eine Riemenscheibe, die koaxial zu ersten Drehachse zwischen Hubschlitten und Grundarm liegt. Ein weiterer Riemen mit 1:1 Übersetzung überträgt die Drehbewegung auf das Gelenk zwi schen Grundarm und Vorderarm. Dies hat diverse Vorteile ge genüber einem direkten Antrieb und einer Abstützung des An triebsmomentes über den Grundarm. Zum einen bildet der Riemen kinematisch gesehen eine geschlossene Teilkette, wodurch das Antriebsmoment auf den Schwenkantrieb zwischen Hubschlitten und Grundarm deutlich verringert und die Genauigkeit des Arms erhöht wird. Zu anderen werden schwere Komponenten wie An triebe in proximale Richtung verschoben wodurch die bewegte Masse reduziert wird. Dies hat ebenfalls positiven Einfluss auf Antriebsleistung und Sicherheitsaspekte. Darüber hinaus kann mit einem solchen Aufbau ein zielführendes Konzept von gezielt gesetzten Bewegungsraumgrenzen umgesetzt werden. Dies ist möglich da mit dem beschriebenen Riemenaufbau folgende Bewegungsgrenzen als feste aber verstellbare Anschläge ge setzt werden können. Die Bewegungsgrenzen können den Grundarm relativ zum Hubschlitten eingrenzen, den Vorderarm relativ zum Grundarm eingrenzen und gleichzeitig sogar auch den Vor derarm relativ zum Hubschlitten eingrenzen. Da der Hubschlitten nur einen translatorischen Freiheitsgrad besitzt und der Grundarm und der Vorderarm durch Drehgelenke bewegt sind, kann auch gesagt werden, dass für den Grundarm die absolute Bewegung beschränkt werden kann und für den Vor derarm sowohl die relative als auch zusätzlich die absolute Bewegung beschränkt werden kann. Dadurch können nicht nur die Bewegungsbereiche des Tool-Center-Points (TCP) also der Pati entenhand sehr gezielt eingeschränkt werden, sondern auch die der Roboterglieder. Dies hält den Roboter vom Patienten fern und verhindert ungewollte Kollisionen. Je nach Therapiekonfi guration links oder rechts, je nach den Therapiebewegungsbe reich, der Patientengröße und/oder der Patientenposition zum Roboter d.h. zur Rehabilitationsvorrichtung können diese Achslimits einfach verstellt werden.
Sollte es dennoch zu einem unerwünschten Zusammenstoß des Ro boters mit dem Patienten, einer anderen Person oder einem Ge genstand kommen, greifen eine Reihe von sehr kostengünstigen Sicherheitsfunktionen und/oder Sicherheitseigenschaften.
Die im Roboter verbaute Antriebsleistung ist sehr gering, so- dass der Roboter dem Menschen kräftemäßig gar keinen Schaden zufügen kann. Möglich ist dies, da die Hauptantriebe auf Grund ihrer vertikal ausgerichteten Drehachsen keinen Gravi tationseinfluss besitzen, sodass hier nur Prozesskräfte d.h. Therapiekräfte wirken, sowie nur im geringen Maße Trägheits und Reibungskräfte. Der Hubantrieb muss allerdings deutlich kräftiger ausgelegt werden, da sowohl hier Prozess-, Reib- und Trägheitskräfte als auch die Gewichtskraft des Patienten armes und des Roboters wirken. Letztere machen mit Abstand den größten Teil der Antriebslast aus, besitzen jedoch die Eigenschaft, dass sie nicht von der Roboterstellung abhängen und während der Therapie konstant bleiben. Ein Ausgleichsys tem kann diese Gewichtskraft vollständig oder teilweise über einen Energiespeicher, insbesondere einen federbasierten Energiespeicher aufnehmen, sodass der Einsatz eines kleineren leistungsschwächeren Antriebs für die Hubsäule ermöglicht wird .
Durch die Schichtung und den Versatz benachbarter Glieder werden Scherstellen vermieden, Körperteile in Größe einer Hand können ohne Klemmungen zwischen zwei Roboterglieder ge halten werden.
Der Hubschlitten kann mit einer stabilen Gabellagerung ausge führt sein. Die hierdurch entstehende kritische Klemmstelle zwischen dem Grundarm und dem Hubschlitten kann über eine Elastomerabdeckung abgesichert sein.
Alle beweglichen Roboterglieder, insbesondere der Grundarm und der Vorderarm, können mit einer vollständig oder zum Teil, insbesondere seitlich und/oder auf der Unterseite bzw. Oberseite mit einem nachgiebigen stoßabsorbierendem Material verkleidet sein.
Zudem kann der Roboterarm auf der Unterseite des Grundarmes und des Vorderarmes, sowie ggf. am Hubschlitten einen z.B. linienförmigen berührend oder berührungslosen Sensor insbe sondere eine Schaltleiste aufweisen, die erkennt, dass beim Absenken des Gesamtarmes dieser beispielsweise gegen den Pa tienten oder einen Gegenstand, wie beispielsweise einen Tisch gefahren ist. Durch entsprechende Steuerungsvorgaben kann da rauf entsprechend sicherheitstechnisch reagiert werden.
Die spezielle zur Körperteilauflage (entspricht TCP) hin auf steigende Schichtung der Glieder hat den Vorteil, dass sich keine Glieder direkt neben dem Kopf des Patienten befinden bzw. bewegen, was in psychologische Wirkung günstiger ist, und dass die Gesamthöhe der Hubsäule reduziert sein kann. So sind selbst bei hoher Handhaltung des Patienten, wie bei- spielsweise über Kopf, nur eine niedrigere obere Schlittenpo sition und damit eine niedrigere Hubsäule notwendig. Da der Gesamthub des Armes und damit des Schlitten gleich bleibt, verschiebt sich der Bewegungsbereich der Hubsäule um den Be trag der Schichtung in den unteren, konstruktiv unkritischen Bereich .
Eine kleinere Hubsäule hat nicht nur Vorteile in Design, dem Transport und den Kosten, sondern auch in der Stabilität. Um die Stabilität sicherstellen zu können, besitzt die Hubsäule im unteren Bereich beispielsweise mehrere Standfüße, die in einer Ausführungsvariante über abnehmbare Gewichte weiter stabilisiert werden kann. Diese abnehmbaren Gewichte können insbesondere als mit Wasser oder Sand befüllte Hohlkörper ausgeführt werden, die nach Transport entsprechend aufzufül len sind. Sie werden mit den Standfüßen oder der Säule ver bunden und erhöhen als Gegengewichte die Stabilität des Auf baus .
Damit der gesamte Roboter passiv mobil verschoben werden kann, sind die Standfüße beispielsweise so mit Rollen ausge führt, dass diese am Zielort entweder blockiert werden oder die Basis abgesenkt werden kann.
Alternativ oder ergänzend kann auch die Sitzgelegenheit für den Patienten dazu genutzt werden, die Stabilität des Robo terstandfußes zu erhöhen, indem der Sitz, Stuhl oder Block auf einen Bereich der Standfüße gestellt oder beispielsweise durch eine Verrastung mit ihm mechanisch verbunden wird.
Der hier vorgestellte Aufbau des Reha-Arms bietet maximale Flexibilität und Vielfältigkeit bei der Therapie. So kann beispielsweise der Patient sowohl direkt neben dem Arm sit zen, als auch seitlich mit Abstand zu diesem oder mit Abstand frontal vor ihm Platz nehmen. Auch alle anderen Patientenpo- sitionen sind möglich. Ebenso kann dieser Aufbau ohne Umbau, ggf. mit Ausnahme der Einstellung der Achsanschläge , sowohl für die Therapie des rechten Armes als auch des linken Armes genutzt werden.
Durch eine lösbare und drehbare Verbindung innerhalb des Vor derarms kann die Orientierung beispielsweise um 180° gedreht werden, so dass die Armauflage wahlweise nach unten zeigt o- der nach oben zeigt. Hierdurch sind auch andere Übungen in einem anderen Bewegungsbereich möglich.
Des Weiteren ist die Armauflage beispielsweise als Baukasten modifizierbar und/oder anpassbar und kann je nach Ausfüh rungsform auch weitere Beweglichkeiten oder Armunterstützun gen enthalten.
Die Körperteilauflage kann in einer speziellen Ausführungs form zumindest zweiteilig ausgebildet sein mit wenigstens ei ner Armauflage und wenigstens einer Handauflage, wobei sowohl die Armauflage eine durch magnetische Haftkraft mit einer ersten Körperteil-Manschette magnetkraftschlüssig zusammen wirkende erste Kopplungseinrichtung aufweist, als auch die Handauflage eine durch magnetische Haftkraft mit einer zwei ten Körperteil-Manschette magnetkraftschlüssig zusammenwir kende zweite Kopplungseinrichtung aufweist. Zur Erzielung ei ner festen Verbindung des Armes der Person mit der Körper teilauflage, d.h. zur Erzielung einer festen Verbindung der ersten Körperteil-Manschette mit der Armauflage und der zwei ten Körperteil-Manschette mit der Handauflage kann die erste Körperteil-Manschette eine erste Gegenkopplungseinrichtung aufweisen und die zweite Körperteil-Manschette eine zweite Gegenkopplungseinrichtung aufweisen. Jeweils das Paar von erster Kopplungseinrichtung und erster Gegenkopplungseinrich tung bzw. das Paar von zweiter Kopplungseinrichtung und zwei ter Gegenkopplungseinrichtung kann wenigstens eine Paarung eines Magneten mit einem ferromagnetischen Eisenstück oder eine Paarung von zwei gegenpolig zusammenwirkenden Magneten sein. Demgemäß können wahlweise erste Kopplungseinrichtung, die zweite Kopplungseinrichtung, die erste Gegenkopplungsein richtung und/oder die zweite Gegenkopplungseinrichtung einen Magneten und/oder ein ferromagnetisches Eisenstück umfassen.
Diese technische Lösung einer Verbindung von Körperteil- Manschetten mit der Armauflage besteht somit insbesondere aus einer zweifachen magnetischen Kopplung des Unterarmes bzw. der Hand mit der Armauflage bzw. Handauflage. Hierzu legt sich der Patient je nach Therapie im Vorfeld der Übung ein oder zwei Bandagen, d.h. die Manschetten an Handgelenk und/oder Unterarm an. Diese Manschetten sind individuell ge staltet und verbleiben auch über die Übung hinaus beim Pati enten. Die beiden Bandagen oder Manschetten beinhalten je weils mindestens ein magnetisches Element d.h. Gegenkopp lungseinrichtungen, welche mit einem Koppelpartner/Gegenstück (Metall oder ebenfalls Magnet), d.h. den Kopplungseinrichtun gen auf der Armauflage und/oder Handauflage durch einfaches Annähern mittels Magnetkraft verbunden werden können.
Die Armauflage bzw. Handauflage kann so aufgebaut sein, dass sie einen Handgriff besitzt, welcher frei um eine zur Haupt erstreckungsrichtung der Armauflage im Wesentlichen paralle len Achse drehbar ist. Dies ermöglicht ein individuelles Ein stellen einer ergonomischen Handorientierung und Unterarmhal tung und erweitert die Freiheitsgrade des Reha-Arms auf sechs Freiheitsgrade. Der Handgriff kann neben der Magnetfläche auf der Handauflagefläche auch einen Sensor, wie beispielsweise eine einfache Fotodiode oder ein Taster zur Erkennung der aufliegenden Patientenhand, aufweisen. Wird die Hand vom Griff gelöst, hält die Rehabilitationsvorrichtung an. Beim Wiederauflegen wird die Bewegung nach einer Quittierung, ei- nem Signal oder einer definierten Zeitspanne wiederaufgenom men .
Des Weiteren kann die Armauflage eine Unterarmstütze aufwei sen, die ebenso die Möglichkeit einer magnetischen Kopplung bietet. Sie kann dabei zwecks seitlicher Führung des Unter arms beispielsweise als eine halbrunde, offene Schale gestal tet sein. Hier ist eine einzelne Magnetpaarung ausreichend und schränkt die Beweglichkeit des Handgelenks nicht ein. Mit anderen Worten, egal welche GriffStellung (z.B. 0°,45°,90°) vom Patienten eingenommen wird, bleibt die Ausrichtung des Koppelpunktes Unterarm zu Unterarmstütze konstant, sodass al le GriffStellungen mit nur einem Unterarmkoppelpunkt erreicht werden können.
Die Magnetverbindungen können beispielsweise als plane Flä chen der Koppelpartner (erste/zweite Kopplungseinrichtung, erste/zweite Gegenkopplungseinrichtung) ausgeführt sein und/oder gewisse Formelemente besitzen, die ineinandergrei- fen, um seitliche Kräfte besser aufnehmen zu können.
Als ergänzende Ausführungsform können die Bandagen auch Sen soren zur Messung und Überwachung der Vitalfunktionen bein halten. Bei Kopplung mit der Armauflage werden diese über ei ne elektrische Schnittstelle mit Energie versorgt und senden Daten an eine Steuerungsvorrichtung der Rehabilitationsvor richtung, so dass gezielte auf die körperliche Verfassung des Patienten reagiert werden kann. Zudem können diese Messwerte der Vitalfunktion auch mit den Bewegungsdaten abgespeichert und einem Therapeuten zu Auswertung übermittelt werden.
Die Sensoren können auch mit Batterien ausgestattet sein, die über die Schnittstelle zur Armauflage geladen werden und auch noch nach der aktiven Therapie weitere Messwerte aufzeichnen. Des Weiteren können die Bandagen d.h. die Manschetten bei spielsweise auch ein NFC-Element, wie ein RFID-Tag beinhal ten, auf dem alle wichtigen Patientendaten hinterlegt sind. Wird die Rehabilitationsvorrichtung von vielen Patienten be nutzt, wie es beispielsweise in einem Reha-Zentrum der Fall ist, ist es ausreichend, wenn sich der Patient mit der Arm auflage koppelt. Dabei werden alle relevanten Daten der indi viduellen Therapie auf die Steuerung übertragen, sodass das Training sofort beginnen kann.
Möchte sich der Patient von der Rehabilitationsvorrichtung entfernen oder diese loslassen muss er lediglich seinen Arm aus der Armauflage ziehen. Dies kann beispielsweise durch den Arm selber oder mit Zuhilfenahme des anderen Armes erfolgen. Dabei kann eine Bewegung gegen die Magnetkraft z.B. entlang der Normalenrichtung oder ein Verdrehen bzw. Abgleiten der Magnete ein einfaches Lösen bewirken.
Die gesamte Armauflage kann durch einfaches axiales Heraus ziehen getrennt und für andere Therapieanwendungen gewechselt werden .
Alternativ zu Magnetverbindungen können als Koppelelemente auch mechanische Verrastungen, Klettverschlusselemente oder auf Unterdrück basierende Verbindungen, wie Saugnäpfe verwen det werden. Erfindungsgemäß wird in einer speziellen Ausfüh rungsform allerdings die magnetische Kopplung bevorzugt.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass das hier vor gestellte neuartige Robotersystem für Reha-Anwendungen trotz ausreichender Leistungsfähigkeit, insbesondere hinsichtlich einer Therapiekraft, sehr sicher und trotzdem extrem kosten günstig im Vergleich bekannten Lösungen aufgebaut werden kann und sich für eine Vielzahl an Reha-, Trainings- und Therapie maßnahmen eignet. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nach folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplari schen Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in wel chem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet, all gemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Reha bilitationsvorrichtung im Einsatz an einer Person,
Fig . 2 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Reha bilitationsvorrichtung in Alleinstel lung,
Fig . 3 eine Seitenansicht der Rehabilitations vorrichtung gemäß Fig.2,
Fig . 4 die Rehabilitationsvorrichtung gemäß
Fig.2 mit einer schematischen Darstel lung dreier unterschiedlicher Kippstel lungen der Körperteilauflage,
Fig . 5 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Antriebs für die Kippstellungen der Körperteilauflage mit einem Seilzug und Spindel,
Fig . 6 eine erste Ausführungsform eines An triebs, mit einem Seilzug zur Ausfüh- rung der Kippbewegung der Körperteil auflage,
Fig . 7 eine zweite Ausführungsform eines An triebs, mit einem Linearantrieb zur Ausführung der Kippbewegung der Körper teilauflage,
Fig . 8 eine dritte Ausführungsform eines An triebs, mit einem Drehantrieb zur Aus führung der Kippbewegung der Körper teilauflage,
Fig . 9 eine perspektivische Darstellung der
Rehabilitationsvorrichtung gemäß Fig.l in einer Konfiguration linksseitig ei ner Person,
Fig. 10 eine perspektivische Darstellung der
Rehabilitationsvorrichtung gemäß Fig.l in einer Konfiguration rechtsseitig ei ner Person,
Fig. 11 eine perspektivische Teilansicht des
Vorderarms der Rehabilitationsvorrich tung in einer zweiteiligen Ausführung mit einem ersten, proximalen Vorderarm teil und einem zweiten, distalen Vor derarmteil, in einer nach oben weisen den Konfiguration der Körperteilaufla ge,
Fig. 12 eine perspektivische Teilansicht des
Vorderarms der Rehabilitationsvorrich tung in einer zweiteiligen Ausführung mit einem ersten, proximalen Vorderarm teil und einem zweiten, distalen Vor derarmteil, in einer nach unten weisen den Konfiguration der Körperteilaufla ge, und
Fig. 13 bis Fig. 19 verschiedene zusätzliche Darstellungen einer weiterentwickelten Ausführungs form der erfindungsgemäßen Rehabilita- tionsVorrichtung .
Die Fig. 1 zeigt eine beispielshafte Grundausführungsform ei ner erfindungsgemäßen Rehabilitationsvorrichtung 1. Die Reha bilitationsvorrichtung 1 weist auf ein Stativ 2, eine an dem Stativ 2 befestigte Hubsäule 3, einen an der Hubsäule 3 hö henverstellbar gelagerten Hubschlitten 4, der mittels eines ersten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung 1 automatisch höhenbeweglich ist, einen an dem Hubschlitten 4 um eine ers te, vertikale Drehachse Dl schwenkbar gelagerten Grundarm 5, der mittels eines zweiten Antriebs der Rehabilitationsvor richtung 1 automatisch angetrieben um die erste, vertikale Drehachse Dl zu schwenken ist, einen an dem Grundarm 5 um ei ne zweite, vertikale Drehachse D2 schwenkbar gelagerten Vor derarm 6, der mittels eines dritten Antriebs der Rehabilita tionsvorrichtung 1 automatisch angetrieben um die zweite, vertikale Drehachse D2 zu schwenken ist, ein an dem Vorderarm 6 um eine dritte, vertikale Drehachse D3 unangetrieben frei drehbar gelagertes Verbindungsstück 7, und eine an dem Ver bindungsstück 7 um eine vierte, horizontale Drehachse D4 kippbar gelagerte Körperteilauflage 8.
Das Stativ 2 weist Standbeine 9 auf, im Falle des vorliegen den Ausführungsbeispiels vier Standbeine 9 auf. An den Stand beinen 9 können wie dargestellt Gewichte 10 angebracht sein, um die Stabilität, d.h. die Standfestigkeit der Rehabilitati- onsvorrichtung 1 zu erhöhen. Die Standbeine 9 können optio nal, wie in Fig. 2 dargestellt, mit Standfüßen 11 versehen sein. Statt Standfüße 11 können auch Laufrollen vorgesehen sein, die ein leichtes manuelles Verfahren der Rehabilitati onsvorrichtung 1 ermöglichen. Die Laufrollen können gebremst ausgebildet sein.
IM Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Kör perteilauflage 8 als eine Unterarmauflage ausgebildet, an der ein Unterarm einer Person 12 festgeschnallt ist.
Die Fig. 2 zeigt in einer etwas abgewandelten Ausführungsform der Rehabilitationsvorrichtung 1 nochmals die Freiheitsgrade der Rehabilitationsvorrichtung 1. Auch hier umfasst die Reha bilitationsvorrichtung 1 ein Stativ 2, eine an dem Stativ 2 befestigte Hubsäule 3, einen an der Hubsäule 3 höhenverstell bar gelagerten Hubschlitten 4, der mittels eines ersten An triebs der Rehabilitationsvorrichtung 1 automatisch höhenbe weglich ist, einen an dem Hubschlitten 4 um eine erste, ver tikale Drehachse Dl schwenkbar gelagerten Grundarm 5, der mittels eines zweiten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung 1 automatisch angetrieben um die erste, vertikale Drehachse Dl zu schwenken ist, einen an dem Grundarm 5 um eine zweite, vertikale Drehachse D2 schwenkbar gelagerten Vorderarm 6, der mittels eines dritten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung 1 automatisch angetrieben um die zweite, vertikale Drehachse D2 zu schwenken ist, ein an dem Vorderarm 6 um eine dritte, vertikale Drehachse D3 unangetrieben frei drehbar gelagertes Verbindungsstück 7, und eine an dem Verbindungsstück 7 um ei ne vierte, horizontale Drehachse D4 kippbar gelagerte Körper teilauflage 8
Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist der Vorder arm 6 mittels eines zweiten Gelenks G2 um die zweite Drehach se D2 schwenkbar an dem Grundarm 5 gelagert, wobei das zweite Gelenk G2 ausgebildet ist, den Vorderarm 6 in allen Schwenk lagen des Vorderarms 6 oberhalb des Grundarms 5 zu lagern, wobei das Verbindungsstück 7 mittels eines dritten Gelenks G3 um die dritte Drehachse D3 schwenkbar an dem Vorderarm 6 ge lagert ist, wobei das dritte Gelenk G3 ausgebildet ist, das Verbindungsstück 7 in allen Schwenklagen des Verbindungs stücks 7 oberhalb des Vorderarms 6 zu lagern, dabei ist die Körperteilauflage 8 mittels eines vierten Gelenks G4 um die vierte Drehachse D4 kippbar (Pfeil PI) an dem Verbindungs stück 7 gelagert, wobei das vierte Gelenk G4 ausgebildet ist, die Körperteilauflage 8 in allen Schwenklagen der Körperteil auflage 8 oberhalb des Vorderarms 6 zu lagern. Die drei mög lichen grundlegenden Schwenklagen der Körperteilauflage 8 sind in Fig. 4 aufgezeigt. In einer ersten grundlegenden Schwenklage der Körperteilauflage 8 kann die Körperteilaufla ge 8 wie in Fig. 4 oben dargestellt ist, mit ihrer Auflage fläche zum Vorderarms 6 hin abfallend orientiert sein. In ei ner zweiten grundlegenden Schwenklage der Körperteilauflage 8 kann die Körperteilauflage 8 wie in Fig. 4 Mitte dargestellt ist, mit ihrer Auflagefläche horizontal ausgerichtet sein. In einer dritten grundlegenden Schwenklage der Körperteilauflage 8 kann die Körperteilauflage 8 wie in Fig. 4 unten darge stellt ist, mit ihrer Auflagefläche vom Vorderarms 6 wegwei send, d.h. ansteigend orientiert sein.
Die Fig.3 zeigt außerdem, wie ein distaler Endabschnitt El des Grundarms 5 und/oder ein proximaler Endabschnitt E2 des Vorderarms 6, an welchem Übergang die Endabschnitte El und E2 die zweite Drehachse D2 angeordnet ist, gekröpft ausgebildet sind, derart, dass in einen übereinander angeordneten relati ven Position von Grundarm 5 und Vorderarm 6, wie in Fig. 3 dargestellt, ein als Klemmschutz wirkender Spaltraum S zwi schen Grundarm 5 und dem - gestrichelt dargestellten, einge klappten - Vorderarm 6 gebildet wird. In Fig. 5 bis Fig. 8 ist jeweils dargestellt, wie die Körper teilauflage 8 mittels eines die Körperteilauflage 8 mit dem Verbindungsstück 7 verbindenden Federkörpers 13 um die vier te, horizontale Drehachse D4 zu kippen ist, wobei der Feder körper 13 die Körperteilauflage 8 in eine vorgegebene Grund stellung, wie dargestellt, federelastisch rückstellbar an dem Verbindungsstück 7 lagert.
Die Körperteilauflage 8 kann dabei mittels eines vierten An triebs der Rehabilitationsvorrichtung 1 automatisch angetrie ben um die vierte, horizontale Drehachse D4 zu kippen sein.
Die automatisch angetriebene Bewegung der Körperteilauflage 8 relativ zum Verbindungsstück 7 kann an die automatisch ange triebene Höhenbewegung des Hubschlittens 4 relativ zur Hub säule 3 gekoppelt sein.
Wie die Fig. 5 schematisch aufzeigt, kann der erste Antrieb einen im Stativ 2 oder in der Hubsäule 3 angeordneten ersten Motor Ml umfassen, der ausgebildet ist, den Hubschlitten 4 motorisch angetrieben an der Hubsäule 3 zu heben und/oder zu senken, wobei die Rehabilitationsvorrichtung 1 eine mechani sche Kopplungseinrichtung 14 aufweisen kann, die einen Teil des vierten Antriebs bildet und die ausgebildet ist, eine An triebsbewegung des ersten Motors Ml auf die Körperteilauflage 8 zu übertragen, derart, dass bei einer Hubbewegung (Pfeil P2) des Hubschlittens 4, angetrieben durch den ersten Motor Ml, die Körperteilauflage 8 eine synchrone Kippbewegung
(Pfeil P3) ausführt.
In einer gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 5 abgewan delten Ausführungsform kann gemäß Fig. 6 bis Fig. 8 jeweils, der erste Antrieb einen im Stativ 2 oder in der Hubsäule 3 angeordneten ersten Motor umfassen, der ausgebildet ist, den Hubschlitten 4 motorisch angetrieben an der Hubsäule 3 zu he- ben und/oder zu senken, und ein vierter Antrieb kann dabei einen vierten Motor M4 aufweisen, der ausgebildet ist, seine Antriebsbewegung auf die Körperteilauflage 8 zur Ausführung einer Kippbewegung der Körperteilauflage 8 zu übertragen, wo bei der vierte Motor M4 steuerungstechnisch mit dem ersten Motor gekoppelt ist, derart, dass bei einer Antriebsbewegung des ersten Motors, um den Hubschlitten 4 relativ zur Hubsäule 3 zu bewegen, eine gleichzeitig angesteuerte Bewegung des vierten Motors M4 eine zur Hubbewegung synchrone Kippbewegung der Körperteilauflage 8 bewirkt.
In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 6 weist die Rehabilita tionsvorrichtung 1 einen Seilzug 15 auf, der einen automa tisch ansteuerbaren Motor M4 und eine von dem Motor M4 ange triebene Spindel 16 aufweist, die ausgebildet ist, zum Aufwi ckeln eines Seils 17 des Seilzugs 15, wenn der Motor M4 die Spindel 16 antreibt, wobei ein freies Ende des Seils 17 mit der Körperteilauflage 8 verbunden ist, und aufweisend eine Rückstellfeder 13, welche ausgebildet ist, die Körperteilauf lage 8 in eine Grundstellung zu bewegen, wenn das Seil 17 keine Zugkraft auf die Körperteilauflage 8ausübt.
In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 7 weist die Rehabilita tionsvorrichtung 1 einen Linearantrieb 18 auf, der ein linear bewegliches, automatisch ansteuerbares Stellglied 19 auf weist, das mit der Körperteilauflage 8 verbunden ist, und aufweisend eine Rückstellfeder 13, welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage 8 in eine Grundstellung zu bewegen, wenn das Stellglied 19 keine Zugkraft auf die Körperteilauf lage 8 ausübt.
In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 8 weist die Rehabilita tionsvorrichtung 1 einen Drehantrieb 20 auf, der eine drehba re, automatisch ansteuerbare Welle aufweist, die mit der Kör perteilauflage 8 verbunden ist, und aufweisend eine Rück- stellfeder 13, welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage8 in eine Grundstellung zu bewegen, wenn die Welle kein Drehmo ment auf die Körperteilauflage 8 ausübt.
Die Fig. 9 zeigt die Rehabilitationsvorrichtung 1 gemäß Fig.l in einer Konfiguration linksseitig der Person 12.
Die Fig. 10 zeigt die Rehabilitationsvorrichtung 1 gemäß Fig.l in einer Konfiguration rechtsseitig der Person 12.
Die Fig. 11 und Fig. 12 zeigen, wie der Vorderarm 6 zweitei lig mit einem ersten, proximalen Vorderarmteil 6.1 und einem zweiten, distalen Vorderarmteil 6.2 ausgebildet ist, wobei der zweite, distale Vorderarmteil 6.2 an dem ersten, proxima len Vorderarmteil 6.1 lösbar und derart umsteckbar gelagert ist, dass der zweite, distale Vorderarmteil 6.2 wahlweise in einer ersten Orientierung, wie in Fig. 11 dargestellt, an dem ersten, proximalen Vorderarmteil 6.1 starr zu befestigen ist oder in einer zweiten Orientierung, wie in Fig. 12 darge stellt, an dem ersten, proximalen Vorderarmteil 6.1 starr zu befestigen ist, die von der ersten Orientierung abweicht, insbesondere gegenüber der ersten Orientierung um 180 Grad gedreht ist.
Die Fig. 16a und Fig. 16b veranschaulichen, wie die Körper teilauflage 8 zumindest zweiteilig ausgebildet ist mit we nigstens einer Armauflage 8.1 und wenigstens einer Handaufla ge 8.2, wobei sowohl die Armauflage 8.1 eine durch magneti sche Haftkraft mit einer ersten Körperteil-Manschette 21 mag- netkraftschlüssig zusammenwirkende erste Kopplungseinrichtung 23.1 aufweist, als auch die Handauflage 8.2 eine durch magne tische Haftkraft mit einer zweiten Körperteil-Manschette 22 magnetkraftschlüssig zusammenwirkende zweite Kopplungsein richtung 23.2 aufweist. Zur Erzielung einer festen Verbindung des Armes der Person 12 mit der Körperteilauflage 8, d.h. zur Erzielung einer festen Verbindung der ersten Körperteil- Manschette 21 mit der Armauflage 8.1 und der zweiten Körper teil-Manschette 22 mit der Handauflage 8.2 kann, wie darge stellt, die erste Körperteil-Manschette 21 eine erste Gegen- kopplungseinrichtung 24.1 aufweisen und die zweite Körper teil-Manschette 22 eine zweite Gegenkopplungseinrichtung 24.2 aufweisen. Jeweils das Paar von erster Kopplungseinrichtung 23.1 und erster Gegenkopplungseinrichtung 24.1 bzw. das Paar von zweiter Kopplungseinrichtung 23.2 und zweiter Gegenkopp- lungseinrichtung 24.2 kann wenigstens eine Paarung eines Mag neten mit einem ferromagnetischen Eisenstück oder eine Paa rung von zwei gegenpolig zusammenwirkenden Magneten sein. Demgemäß kann wahlweise erste Kopplungseinrichtung 23.1, die zweite Kopplungseinrichtung 23.2, die erste Gegenkopplungs- einrichtung 24.1 und/oder die zweite Gegenkopplungseinrich tung 24.2 einen Magneten und/oder ein ferromagnetisches Ei senstück umfassen.

Claims

Patentansprüche
1. Rehabilitationsvorrichtung, aufweisend ein Stativ (2), eine an dem Stativ (2) befestigte Hubsäule (3), einen an der Hubsäule (3) höhenverstellbar gelagerten Hubschlit ten (4), der mittels eines ersten Antriebs der Rehabili tationsvorrichtung (1) automatisch höhenbeweglich ist, einen an dem Hubschlitten (4) um eine erste, vertikale Drehachse (Dl) schwenkbar gelagerten Grundarm (5), der mittels eines zweiten Antriebs der Rehabilitationsvor richtung (1) automatisch angetrieben um die erste, ver tikale Drehachse (Dl) zu schwenken ist, einen an dem Grundarm (5) um eine zweite, vertikale Drehachse (D2) schwenkbar gelagerten Vorderarm (6), der mittels eines dritten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung (1) au tomatisch angetrieben um die zweite, vertikale Drehachse (D2) zu schwenken ist, ein an dem Vorderarm (6) um eine dritte, vertikale Drehachse (D3) frei drehbar gelagertes Verbindungsstück (7), und eine an dem Verbindungsstück (7) um eine vierte, horizontale Drehachse (D4) kippbar gelagerte Körperteilauflage (8).
2. Rehabilitationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Körperteilauflage (8) mittels ei nes die Körperteilauflage (8) mit dem Verbindungsstück (7) verbindenden Federkörpers (13) um die vierte, hori zontale Drehachse (D4) zu kippen ist, wobei der Feder körper (13) die Körperteilauflage (8) in eine vorgegebe ne Grundstellung federelastisch rückstellbar an dem Ver bindungsstück (7) lagert.
3. Rehabilitationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Körperteilauflage (8) mittels ei nes vierten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung (1) automatisch angetrieben um die vierte, horizontale Dreh- achse (D4) zu kippen ist, insbesondere mittels eines dem vierten Antrieb zugeordneten mechanisch nachgiebigen Elements zu kippen ist, das die Körperteilauflage (8) in eine Grundstellung elastisch vorspannt.
4. Rehabilitationsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die automatisch angetriebene Bewegung der Körperteilauflage (8) relativ zum Verbindungsstück (7) an die automatisch angetriebene Höhenbewegung des Hubschlittens (4) relativ zur Hubsäule (3) gekoppelt ist, insbesondere an die automatisch angetriebene Höhen bewegung des Hubschlittens (4) und auch an die Schwenk bewegungen des Grundarms und des Vorderarms gekoppelt ist .
5. Rehabilitationsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass der erste Antrieb einen im Stativ (2) oder in der Hubsäule (3) angeordneten ersten Motor (Ml) umfasst, der ausgebildet ist, den Hubschlitten (4) moto risch angetrieben an der Hubsäule (3) zu heben und/oder zu senken, und die Rehabilitationsvorrichtung (1) eine mechanische Kopplungseinrichtung (14) aufweist, die ei nen Teil des vierten Antriebs bildet und die ausgebildet ist, eine Antriebsbewegung des ersten Motors (Ml) auf die Körperteilauflage (8) zu übertragen, derart, dass bei einer Hubbewegung des Hubschlittens (4), angetrieben durch den ersten Motor (Ml), die Körperteilauflage (8) eine zur Hubbewegung synchrone Kippbewegung ausführt.
6. Rehabilitationsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass der erste Antrieb einen im Stativ (2) oder in der Hubsäule (3) angeordneten ersten Motor (Ml) umfasst, der ausgebildet ist, den Hubschlitten (4) moto risch angetrieben an der Hubsäule (3) zu heben und/oder zu senken, und der vierte Antrieb einen vierten Motor (M4) aufweist, der ausgebildet ist, seine Antriebsbewe gung auf die Körperteilauflage (8) zur Ausführung einer Kippbewegung der Körperteilauflage (8) zu übertragen, wobei der vierte Motor (M4) mechanisch und/oder steue rungstechnisch mit dem ersten Motor (Ml) gekoppelt ist, derart, dass bei einer Antriebsbewegung des ersten Mo tors (Ml), um den Hubschlitten (4) relativ zur Hubsäule (3) zu bewegen, eine gleichzeitig angesteuerte Bewegung des vierten Motors (M4) eine zur Hubbewegung synchrone Kippbewegung der Körperteilauflage (8) bewirkt.
7. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, aufweisend einen Seilzug (15), der einen automa tisch ansteuerbaren Motor und eine von dem Motor ange triebene Spindel (16) aufweist, die ausgebildet ist, zum Aufwickeln eines Seils (17) des Seilzugs (15), wenn der Motor die Spindel (16) antreibt, wobei ein freies Ende des Seils (17) mit der Körperteilauflage (8) verbunden ist, und aufweisend eine Rückstellfeder (13), welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage (8) in eine
Grundstellung zu bewegen, wenn das Seil (17) keine Zug kraft auf die Körperteilauflage (8) ausübt.
8. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, aufweisend einen Linearantrieb (18), der ein li near bewegliches, automatisch ansteuerbares Stellglied (19) aufweist, das mit der Körperteilauflage (8) verbun den ist, und aufweisend eine Rückstellfeder (13), welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage (8) in eine
Grundstellung zu bewegen, wenn das Stellglied (19) keine Zugkraft auf die Körperteilauflage (8) ausübt.
9. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, aufweisend einen Drehantrieb (20), der eine dreh bare, automatisch ansteuerbare Welle aufweist, die mit der Körperteilauflage (8) verbunden ist, und aufweisend eine Rückstellfeder (13), welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage (8) in eine Grundstellung zu bewegen, wenn die Welle kein Drehmoment auf die Körperteilauflage (8) ausübt.
10. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb einen zweiten Motor umfasst, der dritte Antrieb einen dritten Motor umfasst und der erste Motor, der zweite Motor und der dritte Motor durch eine gemeinsame Steue rungseinrichtung der Rehabilitationsvorrichtung (1) in einer Nachgiebigkeitsregelung, insbesondere einer Impe danzregelung oder einer Admittanzregelung angesteuert sind .
11. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb einen zweiten Motor umfasst, der dritte Antrieb einen dritten Motor umfasst, wobei der zweite Motor und der dritte Motor durch eine gemeinsame Steuerungseinrichtung der Rehabilitationsvorrichtung (1) in einer Nachgiebig- keitsregelung, insbesondere Impedanzregelung oder einer Admittanzregelung, angesteuert sind und der erste Motor durch die Steuerungseinrichtung positionsgesteuert ange steuert ist.
12. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend eine Anschlagsvorrichtung, die ausge bildet ist, sowohl einen maximalen Schwenkwinkel des Grundarms (5) um die erste, vertikal Drehachse (Dl) zu begrenzen, als auch einen maximalen Schwenkwinkel des Vorderarms (6) um die zweite, vertikal Drehachse (D2) zu begrenzen und zwar sowohl bezüglich des Grundarms (5) als auch bezüglich des Hubschlittens (4) .
13. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorderarm (6) mittels eines zweiten Gelenks (G2) um die zweite Dreh achse (D2) schwenkbar an dem Grundarm (5) gelagert ist, wobei das zweite Gelenk (G2) ausgebildet ist, den Vor derarm (6) in allen Schwenklagen des Vorderarms (6) oberhalb des Grundarms (5) zu lagern, sowie das Verbin dungsstück (7) mittels eines dritten Gelenks (G3) um die dritte Drehachse (D3) schwenkbar an dem Vorderarm (6) gelagert ist, wobei das dritte Gelenk (G3) ausgebildet ist, das Verbindungsstück (7) in allen Schwenklagen des Verbindungsstücks (7) oberhalb des Vorderarms (6) zu la gern, und die Körperteilauflage (8) mittels eines vier ten Gelenks (G4) um die vierte Drehachse (D4) kippbar an dem Verbindungsstück (7) gelagert ist, wobei das vierte Gelenk (G4) ausgebildet ist, die Körperteilauflage (8) in allen Schwenklagen der Körperteilauflage (8) oberhalb des Vorderarms (6) zu lagern.
14. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein distaler Endab schnitt (El) des Grundarms (5) und/oder ein proximaler Endabschnitt (E2) des Vorderarms (6), an dem die zweite Drehachse (D2) angeordnet ist, gekröpft ausgebildet ist, derart, dass in einen übereinander angeordneten relati ven Position von Grundarm (5) und Vorderarm (6) überei nander, ein als Klemmschutz wirkender Spaltraum (S) zwi schen Grundarm (5) und Vorderarm (6) gebildet wird.
15. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorderarm (6) zweiteilig mit einem ersten, proximalen Vorderarmteil
(6.1) und einem zweiten, distalen Vorderarmteil (6.2) ausgebildet ist, wobei der zweite, distale Vorderarmteil
(6.2) an dem ersten, proximalen Vorderarmteil (6.1) lös bar und derart umsteckbar gelagert ist, dass der zweite, distale Vorderarmteil (6.2) wahlweise in einer ersten Orientierung an dem ersten, proximalen Vorderarmteil (6.1) starr zu befestigen ist oder in einer zweiten Ori entierung an dem ersten, proximalen Vorderarmteil (6.1) starr zu befestigen ist, die von der ersten Orientierung abweicht, insbesondere gegenüber der ersten Orientierung um 180 Grad gedreht ist.
16. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperteilauf lage (8) von dem Zwischenstück (7) abnehmbar an dem Zwi schenstück (7) gelagert ist.
17. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperteilauf lage (8) als eine Armauflage, als eine Handauflage oder als eine Beinauflage ausgebildet ist.
18. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperteilauf lage (8) zumindest zweiteilig ausgebildet ist mit we nigstens einer Armauflage (8.1) und wenigstens einer Handauflage (8.2), wobei sowohl die Armauflage (8.1) ei ne durch magnetische Haftkraft mit einer ers20ten Kör perteil-Manschette (21) magnetkraftschlüssig zusammen wirkende erste Kopplungseinrichtung (23.1) aufweist, als auch die Handauflage (8.2) eine durch magnetische Haft- kraft mit einer zweiten Körperteil-Manschette (22) mag- netkraftschlüssig zusammenwirkende zweite Kopplungsein richtung (23.2) aufweist.
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