EP4051056B1 - Moving seat - Google Patents

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Publication number
EP4051056B1
EP4051056B1 EP20803450.4A EP20803450A EP4051056B1 EP 4051056 B1 EP4051056 B1 EP 4051056B1 EP 20803450 A EP20803450 A EP 20803450A EP 4051056 B1 EP4051056 B1 EP 4051056B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
seat
seat surface
movement
motion path
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP20803450.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP4051056A1 (en
EP4051056C0 (en
Inventor
Johannes Friedrich Wilhelm Gerhard Sönke WAPPENSCHMIDT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vintus GmbH
Original Assignee
Vintus GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vintus GmbH filed Critical Vintus GmbH
Publication of EP4051056A1 publication Critical patent/EP4051056A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP4051056B1 publication Critical patent/EP4051056B1/en
Publication of EP4051056C0 publication Critical patent/EP4051056C0/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A47FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47CCHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C9/00Stools for specified purposes
    • A47C9/002Stools for specified purposes with exercising means or having special therapeutic or ergonomic effects

Definitions

  • the invention relates to a movement seat, in particular an office chair, comprising a frame and a seat which is mechanically movable relative to the frame by means of a drive mechanism.
  • the drive mechanism moves the seat at an actual speed along an actual trajectory relative to the frame.
  • the movement seat is intended to help the user vary their sitting posture in order to avoid remaining in the same posture for a long time.
  • the user's metabolism should be stimulated.
  • Science defines sitting behavior as problematic if the user remains in the same position and the metabolism is ⁇ 1.5 metabolic equivalents (METs) (cf. https://www.sedentarybehaviour.org/what-is-sedentarybehaviour , accessed October 25, 2019).
  • Ergonomic office chairs are known to promote the user's movement through an unstable seat design. In practice, users rarely sit on the office chairs in the intended position and, despite the freedom of movement, they do not move enough. For example, in order to use a synchronous mechanism in an office chair, the user must actively carry out the movement. When concentrating on work, active movement can quickly be ignored.
  • a massage chair with motor-driven elements for example, is from the US2008 0167 587 A1 known.
  • a chair intended as a training aid which has a seat that rotates eccentrically about a vertical axis and whose speed can be adjusted.
  • a seat with an electric motor-driven seat surface is known, with a drive mechanism being set up in such a way that the seat surface executes a U-shaped, side-alternating back and forth movement.
  • the user's body passively follows the back and forth movement of the seat.
  • the desirable muscle work is guaranteed in the known seat by the user changing his posture in response to the passive movement.
  • the US 2017 / 0 095 088 A1 discloses a movable seat module of an office chair to activate the spine.
  • the seat module is based on a tilting device for the seat and includes a fixed surface connected to the base of the office chair and a movable surface connected via tilt axes running parallel to the seat.
  • the movable surface is connected to the fixed surface via an at least two-axis joint.
  • the movable surface of the seat module is tilted around the two axes using actuators to change the user's sitting position.
  • the module has a motion control to control the operation of at least two actuators for pivoting the seat.
  • the device can have a load cell that informs the movement controller of the user's weight and whether a user is sitting on the seat.
  • the weight distribution on the seat can be determined.
  • a gyrometer can be provided to determine the user's sitting position. The seat position determined can be used to control the tilting device. After the motion control determines that a user is sitting on the work chair, a fixed motion pattern for the tilting mechanism is activated. In one embodiment, the movement control uses the sensor signals to determine the duration in which the user remains in the same position. Depending on the duration, the motion control activates a tilting of the seat by one of the actuators in order to cause the user to change their sitting position.
  • the object of the invention is to propose a movement seat, in particular an office chair, which... avoids problematic sitting behavior, especially when working in the office, which improves the health effects against lack of exercise and at the same time allows the seat to move, which distracts the user less from other activities, especially office work.
  • the invention is based on the idea of combining the passive movement of the user on the seat known from the prior art and the resulting posture corrections with an active movement of the user, which has an influence on the movement of the seat.
  • the useful forces are the useful forces applied by the user to the seat surface, the useful forces comprising a passive portion resulting from the user's mass and an active portion resulting from the user's active movement.
  • the active part is caused by the active muscle work of the user.
  • the useful forces acting on the seat continually change.
  • the useful forces acting on the seat are recorded using a measuring device.
  • a processing unit supports or dampens the active movement and/or changes the movement path through targeted movement control of the seat surface and thus stimulates the user to further health effects improving active movement.
  • the processing unit specifies a closed target movement path of the machine-driven seat.
  • the closed target movement path enables quiet and even movement of the seat.
  • the seat which can be in one or more parts, is moved mechanically by a drive mechanism that is arranged between the frame of the moving seat and the seat.
  • the drive mechanism preferably has a positioning system, the electric drives of which are controlled by the processing unit for controlling the movement of the seat. The use of the mechanical drive is necessary to enable automated movement of the seat and thus of the user.
  • the predetermined closed target movement path of the seat is in particular a closed curve.
  • the closed target movement path can also be a closed spatial curve.
  • the seat surface preferably moves along the target movement path in a translational manner, ie all points on the seat surface experience the same displacement when moving along the target movement path.
  • the translational movement can also be superimposed on the target movement path with a rotation of the seat surface about its vertical axis in order to ensure a constant orientation of the seat surface to a reference point.
  • the quiet and uniform movement of the seat is preferably further supported by the fact that the specified target speed of the seat does not assume the value 0 at any point on the closed target movement path.
  • the vector of the predetermined target speed of the seat surface at each point of the closed target movement path points to the nearest location point of the closed target movement path in the direction of movement, i.e. the direction of movement is not reversed.
  • Such a reversal always requires the seat surface to be completely braked before the direction of movement is reversed and then accelerated, which creates considerable unrest in the seat movement, which runs counter to distraction-free work on an office chair.
  • the invention pursues the further idea of enabling a selection of target movement paths, as long as they ensure a quiet and uniform movement of the seat surface.
  • the respective user can therefore decide for themselves which closed target movement path is suitable for them; For example, he can select this himself and individually using an input device, such as a mobile phone (smartphone) with a corresponding software (app), especially with regard to the target speed adjust.
  • the target movement path can be changed by a control impulse applied to the seat by the user.
  • the control impulse can be a briefly applied, high useful force that is above the usual level of useful forces.
  • target movement paths of the seat are preferred, in which the head and hands of the user of the seat remain largely at rest for the operation of a PC workstation.
  • target movement path imitates the movement pattern of human gait
  • such a target movement path is particularly suitable for use as an office chair because the corresponding movement of the seat primarily leads to a movement of the pelvic girdle, while the shoulder girdle is hardly moved.
  • the processing unit of the movement seat is set up to control the movement of the seat surface at an actual speed along a closed actual movement path by means of the drive mechanism, taking into account the direction and amount of the recorded useful forces.
  • the actual speed of the seat is changed compared to a predetermined target speed of the seat by the useful forces acting on the seat and / or the actual movement path is changed compared to a predetermined closed target movement path by the useful forces acting on the seat .
  • the movement seat In order to record the useful forces acting on the seat surface, the movement seat has a measuring device. On the The driving forces of the drive mechanism and the useful forces applied to the seat by the user act on the seat surface. The useful forces allow the user's sitting behavior to be recognized.
  • the measuring device can be a force sensor or an acceleration sensor for detecting the useful forces, e.g. flanged under the seat.
  • the useful forces can also be recorded without a separate sensor.
  • the measuring device evaluates the forces of the electromotive drives of the drive mechanism, in particular the current consumption, which, as indirect signals, also allow a determination of the useful force acting on the seat surface, because the forces of the electromotive drives are the counterforces to the useful forces.
  • the basic mode of the motion seat includes a support mode and/or a resistance mode and/or a shape changing mode.
  • the component of the useful force vector in the direction of the target speed vector leads to an increase in the actual speed of the seat compared to the predetermined target speed.
  • the component of the useful force vector contrary to the direction of the target speed vector, leads to a reduction in the actual speed of the seat compared to the predetermined target speed.
  • the shape change mode offers the possibility of deviating from the predetermined closed target movement path by applying useful force.
  • a point on the target trajectory is shifted in the direction and by a scaled amount of the useful force vector.
  • the shifted point is one of the points that make up the actual trajectory.
  • the scaling which can also include the value 1, is required to determine the length of the displacement path from the amount of the useful force vector.
  • the actual trajectory only deviates from the target trajectory when the amount of the useful force vector exceeds a predetermined threshold value.
  • This threshold value can be extremely low, so that practically every application of useful force leads to a change in the actual trajectory compared to the target trajectory.
  • the user can "scale" the actual movement path (e.g. a circle) through the targeted, active introduction of useful forces, i.e. make it larger or smaller than is provided for by the specified target movement path.
  • the processing unit is further set up such that the scaled amount of the useful force vector is determined by means of a constant in order to determine the useful force-dependent To determine the displacement of the actual trajectory.
  • the processing unit is set up such that the scaled amount of the useful force vector is determined using a variable that depends on one or more input parameters, for example the level of the actual speed or the direction of the target speed vector.
  • the processing unit is further set up such that the movement control of the seat beyond the basic mode is optionally carried out in at least one further operating mode.
  • the actual trajectory and the actual speed of the seat are not changed compared to the predetermined closed target trajectory and target speed of the seat by the useful forces acting on the seat.
  • the user is passively moved on the seat on the target movement path at the target speed. However, it changes its posture in response to the passive movement on the target trajectory.
  • the actual trajectory and the actual speed of the seat correspond to the specified target trajectory and the target speed, regardless of the useful forces applied.
  • the shape of the target movement path and the target movement speed of the seat can be constant or follow a changing profile.
  • the processing unit is preferably programmed in such a way that the basic mode, taking into account the useful forces, and the aforementioned further operating mode automatically alternate. This can be event-controlled or at set intervals.
  • a change between the operating modes can be triggered by the processing unit if, for example, the useful forces applied by the user to the seat change.
  • the processing unit automatically switches from the further operating mode to the basic mode when the user begins to apply a higher useful force to the seat during passive movement.
  • the processing unit switches back to the further operating mode with passive movement when the user only applies small useful forces to the seat, for example as a result of posture corrections.
  • the change should keep the user in the Support movement execution in order to enable a greater range of movement at the end of a working day without overwhelming the user.
  • the damping mode in addition to the shape change mode, the damping mode according to claim 8, driving forces acting against the direction of movement of the seat along the actual movement path dampen the movement of the seat.
  • the processing unit provides such a training program in addition to the basic mode and possibly any other operating mode.
  • the training program can be activated if regular operations are interrupted for a few minutes during a work break.
  • the distraction-free use of the movement seat is not the focus of this training program.
  • To train the sensorimotor system the seat surface is moved along a movement path by the movement mechanics and controlled by the processing unit, with the processing unit constantly applying unpredictable movements to the seat surface (perturbations). The user has to balance these externally stimulated balance disorders. This trains his sensorimotor system, which is beneficial for relieving or preventing back pain.
  • the drive mechanism of the movement seat includes a positioning system, in particular an XY traversing unit which allows all forms of closed actual movement trajectories of the seat to be created in one plane.
  • the two curved guides are arranged at an angle other than 0°, preferably at right angles to one another, and the curvature of both guides preferably matches, the actual movement paths of the seat can be expanded, in particular Not only two-dimensional actual movement trajectories can be generated, but also actual movement trajectories designed as spatial curves.
  • the curvature of the guides can, but does not have to be, constant over their entire length. If the radius of curvature is not constant, spherical bearings would have to be provided in the sliding elements of the slides so that they can slide on the varying radii of curvature.
  • the use of curved guides can be used, for example, to keep the height of the user's shoulder girdle at a constant height during movement, which is particularly important for office chairs.
  • the positioning system is additionally set up for mechanical rotation of the seat surface about its vertical axis (Z-axis).
  • Z-axis This makes it possible, for example, with a target movement path of the seat along a figure of eight lying in one plane, for the seat to be rotated during the movement, depending on the position, so that the legs of the person being moved always point towards a fixed point, such as a desk or a Show computer workstation.
  • the rotation around the vertical axis can be done using a turntable which is arranged on the XY traversing unit and is therefore moved with it.
  • the positioning system can additionally have a seat tilt adjustment with a mechanical adjustment drive.
  • Manual seat tilt adjustments are known for office chairs and allow you to adjust the tilt angle of the seat.
  • the slightly sloping seat counteracts a backward shift of the pelvis.
  • a small pelvic angle caused by the backward shift promotes the health-stressing posture with a rounded back.
  • the seat tilt adjustment compensates for incorrect posture when working forward and is suitable for users who work a lot on the computer. However, sitting permanently in an inclined seat is not comfortable, so it makes sense to continually adjust the tilt angle.
  • the mechanical drive of the seat tilt adjustment allows the automated, situation-dependent adjustment of the seat tilt by the processing unit of the movement seat according to the invention.
  • a backrest In an advantageous embodiment of the invention, several independently, at least partially movable segments of a backrest are mounted on the frame of a movement seat designed as a chair, in particular an office chair.
  • the segments support the user's back during active and passive movement.
  • the task of the backrest is to support the user when the seat is moved and when the movement function is deactivated. Since the user's shoulder girdle also during movement To remain as still as possible while the lower body moves, the backrest consists of at least two segments, which are preferably arranged one above the other. The upper segment of the backrest is located in the shoulder girdle area; It is intended to stabilize the user at this point and keep him as calm as possible, as movement here should be minimal. The lower segment or segments of the backrest are intended to support the user during active and passive movement.
  • the initial position of at least one movably mounted segment can be adjustable in relation to the frame by means of a mechanical drive.
  • the processing unit can specifically change the movement control of the seat and/or activate the seat tilt adjustment and/or the initial position of the at least one depending on the detected sitting behavior change movably mounted segment.
  • the processing unit can use the seat tilt adjustment to automatically change the inclination of the seat so that the user's pelvic angle increases. This encourages the user to sit upright.
  • the sensors detect that the user is back in one If the posture is correct, the inclination can be reduced again, if necessary with a time delay.
  • Pressure/force sensors that detect contact between the back and the segments and/or the pressure intensity between the back and the segments of the backrest can be considered as sensors for detecting the user's sitting behavior.
  • the sensors can be integrated into the cushions or arranged on the bearings of the segments.
  • the backrest only consists of an upper, frame-fixed segment and a lower, movable segment.
  • the movable segment of the backrest supports the lumbar spine during movement and lies continuously against the back during movement.
  • the lower segment is driven by the existing drive mechanism for the seat, i.e. without its own drive.
  • the lower segment is connected, for example, via a two-axis joint to the output side of the drive mechanism for the seat that supports the seat and via another two-axis joint that can be moved in the Z direction to the part of the frame that supports the backrest.
  • the processing unit for controlling the movement of the moving seat can be accommodated on the frame, for example in a housing for accommodating the drive mechanism.
  • the processing unit can also be connected to the drive mechanism in a wired or wireless manner, for example via a radio link.
  • the useful force applied to the seat surface can be partially used to generate energy, in particular to charge an accumulator for supplying the drives of the drive mechanism and the processing unit.
  • Figures 1 A), 1 B) show the essential components of a first exemplary embodiment of a movement seat 1 according to the invention.
  • the movement seat 1 comprises a frame 2, a backrest 3 arranged on the frame 2 and a seat 4.
  • a movement module 5 accommodates a drive mechanism 6, which is set up to move the seat 4 in the XY direction relative to the frame 2.
  • the frame 2 is supported on the contact area via a base with castors and brakes.
  • the drive mechanism 6 has an XY movement unit 7.
  • the XY movement unit 7 includes a first and a second carriage 8,9, which can be moved at right angles to one another.
  • the first carriage 8 is slidably guided along a first set of guide rails 11 by means of sliding bushings 10.
  • the first set of guide rails 11 is arranged on a base plate 12 of a housing 13 of the movement module 5.
  • the first carriage 8 is driven via a first belt 14, which is driven by a first electric motor 15 arranged on the base plate 12.
  • the second carriage 9 is slidably guided along the second set of guide rails 16 by means of sliding bushings 10.
  • the second carriage 9 is driven via a second belt 17, which is driven by a second electric motor 18 arranged on the first carriage 8.
  • the second carriage 9 is connected to a flange 21 for fastening the seat 4 with the interposition of a force sensor 19.
  • the XY traversing unit 7 is housed in the housing 13, with the base plate 12 of the housing 13 being attached to a horizontal section of the frame 2.
  • the backrest 3 of the movement seat 1 is attached to a vertical section of the frame 2.
  • the force sensor 19 can be dispensed with if the motor signals are evaluated instead.
  • the processing unit and the input device for controlling the movement of the seat 4 is in the Figure 1 A), 1 B) not shown for clarity.
  • the drive mechanism 6 can in one embodiment Figure 2 additionally enable a mechanical rotation of the seat 4 about its vertical axis (Z-axis). With the drive mechanics illustration 1 Matching components have matching reference numbers.
  • a rotary drive is arranged on the second carriage 9.
  • the rotary drive comprises a worm wheel 23 which can be rotated about the vertical axis and is mounted in an axial bearing and which engages with an output-side worm 24 of an electric motor 25 fastened on the top of the second carriage 9.
  • the force sensor is rotationally fixed to the worm wheel 23 19 attached, to which the flange 21 is screwed for attaching the seat 2. Due to its high gear ratio, the worm gear allows precise rotation of the seat 4 through small angles and, due to its self-locking, at the same time prevents the seat 4 from being rotated by useful forces applied by the user.
  • the drive mechanism 6 can execute three-dimensional actual trajectories. With the drive mechanics illustration 1 Matching components have matching reference numbers.
  • the drive mechanism 6 also has a travel unit 7.
  • the movement unit 7 includes a first and a second carriage 8,9, which can be moved at right angles to one another.
  • the first carriage 8 is slidably guided along a first set of guide rails 11 by means of sliding bushings 10.
  • the first set of curved guide rails 11 is arranged on a base plate 12 of a housing 13 of the movement module 5.
  • the first carriage 8 is driven via a first belt 14, which is driven by a first electric motor 15 arranged on the base plate 12.
  • a second set of curved guide rails 16 is arranged on the first carriage 8 at right angles to the first set of guide rails 11.
  • the second carriage 9 is slidably guided along the second set of curved guide rails 16 by means of sliding bushings 10.
  • the second carriage 9 is driven via a second belt 17, which is driven by a second electric motor 18 arranged on the first carriage 8.
  • the second carriage 9 is connected to a flange 21 for fastening the seat 4 with the interposition of a force sensor 19.
  • the main difference to Embodiment according to illustration 1 is that the first set and the second set of guide rails 11, 16 have a matching curvature.
  • the curvature of the first and second sets of guide rails 11, 16 matches and the pivot points of the two curved guide rails 11, 16 fall on the same location, height fluctuations of the seat surface 2 can be avoided with a circular target movement path.
  • the pivot point refers to the origin of the radius of curvature, which defines the curvature of the guide rails.
  • slight periodic fluctuations in the height of the seat surface 2 occur when the seat surface 2 moves along a circular path. These slight fluctuations in height can be used specifically to stimulate the user's movement and to cyclically relieve the strain on the spine.
  • the drive mechanism 6 can additionally have a seat tilt adjustment 26 with a mechanical adjustment drive 27.
  • the seat tilt adjustment 26 allows the tilt angle of the seat 4 to be adjusted.
  • the seat tilt adjustment 26 comprises two swivel joints 28 arranged on the frame 2 and aligned with one another, which pivotally connects the base plate 12 of the housing 13 to the frame 2.
  • the pivot axis is located on the front edge of the base plate 12.
  • the mechanical adjustment drive 27 is formed by two linear drives 29 arranged on the frame 2, which are applied to the rear edge of the base plate 12 on the output side.
  • the drive mechanism 6 and the processing unit for motion control include those listed below and in Figure 9 Electrical or electronic components shown: component Includes function Input device e.g. a mobile phone (smartphone) with software (app) Setting the target trajectory and/or the target speed microelectronics Circuit board with microcontroller Processing of the algorithms for moving the seat 2 Motor driver -Receive a control signal (the actual position) as an input signal output is the current required for the electric motors 15, 18 so that they move to the actual position Electric motors Position encoder integrated in the motors -The electric motors 15,18 carry out the mechanical movement specified by the motor drivers -The position encoders in the electric motors 15,18 return a signal with the current motor position Force sensor The force sensor records the useful forces that act on the seat 2. accumulator Supplies power to the entire system.
  • function Input device e.g. a mobile phone (smartphone) with software (app) Setting the target trajectory and/or the target speed microelectronics Circuit board with microcontroller Processing of the algorithms for moving the
  • the battery supplies the electric motors 15,18 and the processing unit with power.
  • the measuring device 19, here in the form of the force sensor 19, transmits a signal with the detected force in the x and y directions to the microelectronics of the processing unit at each time cycle of the control.
  • the algorithm uses these signals and the target trajectory and target speed specified by the input device to calculate the position for the electric motors 15, 18 and thus the actual position of the seat 2 and sends these actual values to the motor drivers.
  • the motor drivers use appropriate electrical currents to control the motor movement in order to move to the actual positions.
  • the motor drivers have their own control system that receives the actual position (from the microelectronics) and the current position (from the motor encoders) as an input signal and regulates the motor current as an output.
  • FIG. 6 a block diagram is shown using the example of the movement seat 1 illustration 1 the movement control according to the invention using the processing unit and the drive mechanism is explained in more detail.
  • the seat 4 initially moves on the circular path as a target movement path with the initial target radius r 0 and with the initial target speed v 0 in the further operating mode, i.e. with a passive movement of the user. In all operating modes, the movement is automatically stopped when the user gets up from the movement seat 1.
  • the software control automatically switches between the further operating mode with passive and the basic mode with active movement.
  • the user can be activated to active movements and still remain in motion for as long as possible.
  • This beneficial functional approach for automated switching between active and passive movement is described below:
  • the user is initially in a further operating mode, for example on a circular path with the radius r 0 and the driving speed v 0 .
  • the uniform movement on the target trajectory can now be carried out by the user in the Speed on the circular path and / or the shape of the trajectory can be changed. To do this, the user must apply additional force to the seat 4 that goes beyond mere posture corrections. This is possible, for example, because the user has his feet on the ground and can transmit force through them.
  • the useful forces that the user additionally applies to the seat 4 are recorded by the force sensor 19 under the seat 4.
  • the sensor 19 measures the useful forces between the seat 4 and the drive mechanism 6.
  • the control consists of two functional units.
  • a speed adjustment unit is responsible for changing the actual speed on the specified target trajectory (in our example, the circular path).
  • a unit of shape change is responsible for the deviation of the actual trajectory from the specified target trajectory.
  • the results of both functional units are merged and passed on to the motor drivers.
  • the algorithms behind these functional units and their design can be varied as desired. Regardless of the exact design, they influence the actual speed and the actual trajectory, i.e. the shape of the trajectory on which the seat 4 actually moves and its actual speed.
  • the entire control uses as an input signal the useful forces acting on the seat surface 4 detected by the force sensor 19 as well as the target movement path and target speed specified by the input device.
  • the useful force values measured by the force sensor 19 in the x and y directions result in a useful force vector.
  • the target speed in the x and y directions is determined from the inputs of the target speed and the target trajectory.
  • the target speed vector is formed from both values.
  • the target speed vector is first standardized for further calculation. If a directional component of the useful force vector points in the target direction of movement, the user wants to accelerate in the direction of movement by applying the useful force. If a directional component of the useful force vector points in a direction opposite to the target direction of movement, braking is caused.
  • the value of the dot product is scaled by a factor V1.
  • the factor V1 can be set by the user (via the input device) and influences the response behavior of the control. It indicates the extent to which the user reacts to a given application of useful force. A higher value means that the user can accelerate more with the same amount of useful force.
  • the factor V1 can be constant or can be designed as a function depending on various input parameters.
  • the control described would be unstable if it reacted immediately to the user's smallest changes in useful force.
  • damping elements such as low-pass filters are built into the control.
  • the processing unit does not react immediately by changing the actual speed is increased to a maximum in this direction, but the low-pass filters cause a delayed build-up of the speed (damped acceleration). The same applies when braking or dropping from a higher actual speed to the target speed if the user does not apply force again as before.
  • the actual speed results in the functional unit of speed adaptation from the sum of the target speed and the result of scaling with the factor V1 and the adaptation using the low-pass filter.
  • the second functional unit determines the shape of the actual trajectory on which the seat 4 moves. It enables a shape changing mode. To do this, the measured force value is multiplied (scaled) by a factor. The force component in the x direction with X2, the force component in the y direction with Y2. These two factors can also be constant, changed by the user using the input device, or designed as functions that vary depending on different input parameters. To the in Figure 8 In order to realize the progressively increasing resistance shown as a function of the deflection from the specified target movement path, X2 and Y2 must be mapped as functions and cannot be constant.
  • the shape change takes place in the direction of application of the useful force by the user by adding the scaled force components to the target movement path. It is possible in all spatial directions (360°), but can also be limited to certain spatial directions by software.
  • the actual positions of the seat surface 4 to be approached by the motor drivers in the x and y directions are calculated from the actual movement path of the functional unit of shape change and the actual speed of the functional unit of speed adjustment (cf. Figure 6 ).
  • changes in the actual trajectory and the actual speed compared to the target trajectory and target speed are restricted in the software by a minimum radius r min (r min ⁇ r 0 ) and a minimum travel speed v min .
  • the upper segment 30.1 of the backrest is located in the area of the shoulder girdle; it should remind the user of this Stabilize the area and keep it as calm as possible.
  • the two lower segments 30.2, 30.3 of the backrest 3 are intended to support the user during passive and active movement.
  • the two lower segments 30.2., 30.3. are movable from an initial position to the side edges of the seat.
  • the initial position of the two lower movably mounted segments 30.2, 30.3 in relation to the frame 2 can be adjusted by means of a mechanical drive.
  • the segments 30.2, 30.3 can be adjusted in particular in the direction of the seat depth in the manner of a lumbar support.
  • a sensor 32 for detecting the user's sitting behavior is arranged on all segments 30 of the backrest 3.
  • Pressure sensors are provided as sensors, which detect the pressure intensity between the back and the individual segments 30.
  • the sensors 32 are arranged between the frame 2 and the movably mounted segments 30.
  • the processing unit is set up in such a way that, depending on the seating behavior detected by the sensors 32, it specifically activates one of the operating modes for controlling the movement of the seat and/or the seat tilt adjustment 26 and/or changes the initial position of the two movably mounted segments 30.2, 30.3.

Landscapes

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  • Chair Legs, Seat Parts, And Backrests (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Bewegungssitz, insbesondere einen Bürostuhl, umfassend ein Gestell und eine Sitzfläche, die gegenüber dem Gestell mittels einer Antriebsmechanik maschinell bewegbar ist. Die Antriebsmechanik führt die Bewegung der Sitzfläche mit einer Ist-Geschwindigkeit entlang einer Ist-Bewegungsbahn gegenüber dem Gestell aus.The invention relates to a movement seat, in particular an office chair, comprising a frame and a seat which is mechanically movable relative to the frame by means of a drive mechanism. The drive mechanism moves the seat at an actual speed along an actual trajectory relative to the frame.

Evolutionär ist der Mensch darauf ausgelegt, den ganzen Tag in Bewegung zu sein und stundenlang zu gehen. Unsere modernen Lebens- und Arbeitswelten finden stattdessen vornehmlich in der sitzenden Körperhaltung und ohne Bewegung statt. Diese einseitige Belastung und die körperliche Inaktivität im Sitzen sind Ursache für Volkskrankheiten wie Rückenschmerzen, Diabetes, Herz- Kreislauferkrankungen, Übergewicht und Depressionen.Humans are evolutionarily designed to be in motion all day long and to walk for hours. Instead, our modern living and working environments primarily take place in a sitting posture and without movement. This one-sided stress and physical inactivity while sitting are the cause of common diseases such as back pain, diabetes, cardiovascular diseases, obesity and depression.

Um die evolutionär begründeten Bedürfnisse des menschlichen Körpers mit den modernen Lebens- und Arbeitswelten zusammenzubringen werden Bewegungssitze, insbesondere auch Bürostühle, entwickelt, bei denen durch gezielte Bewegung der Sitzfläche die einseitige Belastung beim Sitzen reduziert werden soll.In order to bring together the evolutionarily based needs of the human body with modern living and working environments, movement seats, especially office chairs, are being developed in which the one-sided strain when sitting is intended to be reduced through targeted movement of the seat surface.

Der Bewegungssitz soll dazu beitragen, dass der Nutzer seine Sitzhaltung variiert, um das Verharren in der gleichen Haltung für längere Zeit zu vermeiden. Außerdem soll der Stoffwechsel des Nutzers angeregt werden. Die Wissenschaft definiert ein Sitzverhalten als problematisch, wenn der Nutzer in der gleichen Position verharrt und der Stoffwechsel ≤1.5 metabolische Äquivalente (METs) beträgt (vgl. https://www.sedentarybehaviour.org/what-is-sedentarybehaviour, abgerufen am 25.Oktober 2019).The movement seat is intended to help the user vary their sitting posture in order to avoid remaining in the same posture for a long time. In addition, the user's metabolism should be stimulated. Science defines sitting behavior as problematic if the user remains in the same position and the metabolism is ≤1.5 metabolic equivalents (METs) (cf. https://www.sedentarybehaviour.org/what-is-sedentarybehaviour , accessed October 25, 2019).

Bekannt sind ergonomische Bürostühle, welche die Bewegung des Nutzers durch ein instabiles Design der Sitzfläche fördern. In der Praxis sitzen die Nutzer selten in der vorgesehenen Haltung auf den Bürostühlen und sie bewegen sich trotz der Bewegungsmöglichkeiten zu wenig. Um beispielsweise eine Synchronmechanik eines Bürostuhls zu nutzen, muss der Nutzer die Bewegung aktiv ausführen. Bei der Konzentration auf die Arbeit kann die aktive Bewegung schnell außer Acht gelassen werden.Ergonomic office chairs are known to promote the user's movement through an unstable seat design. In practice, users rarely sit on the office chairs in the intended position and, despite the freedom of movement, they do not move enough. For example, in order to use a synchronous mechanism in an office chair, the user must actively carry out the movement. When concentrating on work, active movement can quickly be ignored.

Ein Massagestuhl mit motorisch angetriebenen Elementen ist beispielsweise aus der US2008 0167 587 A1 bekannt.A massage chair with motor-driven elements, for example, is from the US2008 0167 587 A1 known.

Aus der US 2008 0096 723 A1 ist ein als Trainingshilfe vorgesehener Stuhl bekannt, der eine um eine Vertikalachse exzentrisch drehende Sitzfläche aufweist, die in der Geschwindigkeit eingestellt werden kann.From the US 2008 0096 723 A1 A chair intended as a training aid is known which has a seat that rotates eccentrically about a vertical axis and whose speed can be adjusted.

Aus der WO 00/22964 und der EP 1 457 14 1 B9 ist ein Sitz mit elektromotorisch angetriebener Sitzfläche bekannt, wobei eine Antriebsmechanik derart eingerichtet ist, dass die Sitzfläche eine U-förmige, seitenalternierende Hin- und Herbewegung ausführt. Der Körper des Nutzers folgt der Hin- und Herbewegung der Sitzfläche passiv. Die wünschenswerte Muskelarbeit wird bei dem bekannten Sitz dadurch gewährleistet, dass der Nutzer seine Haltung als Reaktion auf die passive Bewegung ändert.From the WO 00/22964 and the EP 1 457 14 1 B9 a seat with an electric motor-driven seat surface is known, with a drive mechanism being set up in such a way that the seat surface executes a U-shaped, side-alternating back and forth movement. The user's body passively follows the back and forth movement of the seat. The desirable muscle work is guaranteed in the known seat by the user changing his posture in response to the passive movement.

Die US 2017 / 0 095 088 A1 offenbart ein bewegliches Sitzmodul eines Bürostuhls zur Aktivierung der Wirbelsäule. Das Sitzmodul basiert auf einer Kippvorrichtung für die Sitzfläche und umfasst eine feste Oberfläche, die mit der Basis des Bürostuhls verbunden ist sowie eine über parallel zur Sitzfläche verlaufende Kippachsen verbundene bewegliche Oberfläche. Die bewegliche Oberfläche ist mit der festen Oberfläche über ein mindestens zweiachsiges Gelenk verbunden. Über Aktoren wird die bewegliche Oberfläche des Sitzmoduls um die zwei Achsen gekippt, um die Sitzposition des Nutzers zu verändern. Des Weiteren verfügt das Modul über eine Bewegungssteuerung um den Betrieb der mindestens zwei Aktuatoren zum Verschwenken der Sitzfläche zu steuern. Schließlich kann die Vorrichtung eine Wägezelle aufweisen, die der Bewegungsteuerung das Gewicht des Nutzers bekannt gibt und ob ein Nutzer auf der Sitzfläche sitzt. Ferner kann die Gewichtsverteilung auf der Sitzfläche festgestellt werden. Schließlich kann ein Gyrometer vorgesehen sein, um die Sitzposition des Nutzers festzustellen. Die festgestellte Sitzposition kann zur Steuerung der Kippvorrichtung verwendet werden. Nachdem die Bewegungssteuerung festgestellt hat, dass ein Nutzer auf dem Arbeitsstuhl sitzt, wird ein festes Bewegungsschema für den Kippmechanismus aktiviert. In einer Ausgestaltung stellt die Bewegungssteuerung mit Hilfe der Sensorsignale die Dauer fest, in der der Nutzer in der gleichen Position verharrt. Die Bewegungssteuerung aktiviert abhängig von der Dauer ein Kippen des Sitzes durch einen der Aktoren, um den Nutzer zu einer Veränderung seiner Sitzposition zu veranlassen .The US 2017 / 0 095 088 A1 discloses a movable seat module of an office chair to activate the spine. The seat module is based on a tilting device for the seat and includes a fixed surface connected to the base of the office chair and a movable surface connected via tilt axes running parallel to the seat. The movable surface is connected to the fixed surface via an at least two-axis joint. The movable surface of the seat module is tilted around the two axes using actuators to change the user's sitting position. Furthermore, the module has a motion control to control the operation of at least two actuators for pivoting the seat. Finally, the device can have a load cell that informs the movement controller of the user's weight and whether a user is sitting on the seat. Furthermore, the weight distribution on the seat can be determined. Finally, a gyrometer can be provided to determine the user's sitting position. The seat position determined can be used to control the tilting device. After the motion control determines that a user is sitting on the work chair, a fixed motion pattern for the tilting mechanism is activated. In one embodiment, the movement control uses the sensor signals to determine the duration in which the user remains in the same position. Depending on the duration, the motion control activates a tilting of the seat by one of the actuators in order to cause the user to change their sitting position.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Bewegungssitz, insbesondere einen Bürostuhl, vorzuschlagen, der das problematische Sitzverhalten , insbesondere bei der Büroarbeit vermeidet, der die gesundheitlichen Wirkungen gegen Bewegungsmangel verbessert und zugleich eine Bewegung der Sitzfläche ermöglicht, die den Nutzer von anderen Tätigkeiten, insbesondere der Büroarbeit, weniger ablenkt.The object of the invention is to propose a movement seat, in particular an office chair, which... avoids problematic sitting behavior, especially when working in the office, which improves the health effects against lack of exercise and at the same time allows the seat to move, which distracts the user less from other activities, especially office work.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, die aus dem Stand der Technik bekannte passive Bewegung des Nutzers auf der Sitzfläche und die daraus resultierenden Haltungskorrekturen mit einer aktiven Bewegung des Nutzers zu kombinieren, die einen Einfluss auf die Bewegung der Sitzfläche hat.The invention is based on the idea of combining the passive movement of the user on the seat known from the prior art and the resulting posture corrections with an active movement of the user, which has an influence on the movement of the seat.

Im Einzelnen wird die Aufgabe durch einen Bewegungssitz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.In detail, the task is solved by a movement seat with the features of claim 1.

Durch die zusätzliche, zumindest zeitweilige aktive Bewegung des Nutzers ändern sich die aufgebrachten Nutzkräfte. Die Nutzkräfte sind die von dem Nutzer auf die Sitzfläche aufgebrachten Nutzkräfte, wobei die Nutzkräfte einen aus der Masse des Nutzers resultierenden passiven Anteil und einem aus der aktiven Bewegung des Nutzers resultierenden aktiven Anteil umfassen. Der aktive Anteil wird durch die aktive Muskelarbeit des Nutzers hervorgerufen.Due to the additional, at least temporary active movement of the user, the applied useful forces change. The useful forces are the useful forces applied by the user to the seat surface, the useful forces comprising a passive portion resulting from the user's mass and an active portion resulting from the user's active movement. The active part is caused by the active muscle work of the user.

Durch den aktiven Anteil ändern sich fortlaufend die auf die Sitzfläche wirkenden Nutzkräfte. Die auf die Sitzfläche wirkenden Nutzkräfte werden mittels einer Messeinrichtung erfasst. Unter Berücksichtigung der erfassten Nutzkräfte unterstützt oder dämpft eine Verarbeitungseinheit durch gezielte Bewegungssteuerung der Sitzfläche die aktive Bewegung und/oder ändert die Bewegungsbahn und regt den Nutzer damit zu weiterer, die gesundheitlichen Wirkungen verbessernder aktiver Bewegung an.Due to the active component, the useful forces acting on the seat continually change. The useful forces acting on the seat are recorded using a measuring device. Taking into account the recorded useful forces, a processing unit supports or dampens the active movement and/or changes the movement path through targeted movement control of the seat surface and thus stimulates the user to further health effects improving active movement.

Trotz der Nutzung des maschinellen Antriebs der Sitzfläche bei aktiver Bewegung werden Ablenkungen des Nutzers von anderen Tätigkeiten, wie der Büroarbeit, wirksam dadurch vermieden, dass von der Verarbeitungseinheit eine geschlossene Soll-Bewegungsbahn der maschinell angetrieben Sitzfläche vorgegeben wird. Die geschlossene Soll-Bewegungsbahn ermöglicht eine ruhige und gleichmäßige Bewegung der Sitzfläche. Die Sitzfläche, die ein- oder mehrteilig sein kann, wird von einer Antriebsmechanik, die zwischen dem Gestell des Bewegungssitzes und der Sitzfläche angeordnet ist, maschinell bewegt. Für die maschinelle Bewegung weist die Antriebsmechanik vorzugsweise ein Positioniersystem auf, dessen elektrische Antriebe von der Verarbeitungseinheit zur Bewegungssteuerung der Sitzfläche angesteuert werden. Der Einsatz des maschinellen Antriebs ist erforderlich, um eine automatisierte Bewegung der Sitzfläche und damit des Nutzers zu ermöglichen.Despite the use of the machine drive of the seat during active movement, distractions of the user from other activities, such as office work, are effectively avoided by the fact that the processing unit specifies a closed target movement path of the machine-driven seat. The closed target movement path enables quiet and even movement of the seat. The seat, which can be in one or more parts, is moved mechanically by a drive mechanism that is arranged between the frame of the moving seat and the seat. For the mechanical movement, the drive mechanism preferably has a positioning system, the electric drives of which are controlled by the processing unit for controlling the movement of the seat. The use of the mechanical drive is necessary to enable automated movement of the seat and thus of the user.

Die vorgegebene geschlossene Soll-Bewegungsbahn der Sitzfläche ist insbesondere eine geschlossene Kurve. In Betracht kommen einfache geschlossene Kurven ohne Selbstschnittpunkte, wie Kreise oder Ellipsen, jedoch auch geschlossene Kurven mit Selbstschnittpunkten, wie beispielsweise eine liegende Acht. Des Weiteren kann die geschlossene Soll-Bewegungsbahn, je nach Ausgestaltung der Antriebsmechanik auch eine geschlossene Raumkurve sein. Entlang der Soll-Bewegungsbahn bewegt sich die Sitzfläche vorzugsweise translatorisch, d.h. sämtliche Punkte der Sitzfläche erfahren bei der Bewegung entlang der Soll-Bewegungsbahn dieselbe Verschiebung. Je nach Ausprägung der Soll-Bewegungsbahn kann die translatorische Bewegung jedoch auch mit einer Rotation der Sitzfläche um deren Hochachse überlagert sein, um eine stets gleichbleibende Orientierung der Sitzfläche zu einem Bezugspunkt zu gewährleisten.The predetermined closed target movement path of the seat is in particular a closed curve. Simple closed curves without self-intersection points, such as circles or ellipses, but also closed curves with self-intersection points, such as a horizontal figure eight, can be considered. Furthermore, depending on the design of the drive mechanism, the closed target movement path can also be a closed spatial curve. The seat surface preferably moves along the target movement path in a translational manner, ie all points on the seat surface experience the same displacement when moving along the target movement path. Depending on the form of the However, the translational movement can also be superimposed on the target movement path with a rotation of the seat surface about its vertical axis in order to ensure a constant orientation of the seat surface to a reference point.

Die ruhige und gleichmäßige Bewegung der Sitzfläche wird vorzugsweise weiter dadurch unterstützt, dass die vorgegebene Soll-Geschwindigkeit der Sitzfläche an keinem Punkt der geschlossenen Soll-Bewegungsbahn den Wert 0 annimmt. Vorzugsweise zeigt der Vektor der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit der Sitzfläche an jedem Punkt der geschlossenen Soll-Bewegungsbahn zum in Bewegungsrichtung nächsten Ortspunkt der geschlossenen Soll-Bewegungsbahn, d.h. die Bewegungsrichtung wird nicht umgekehrt. Eine derartige Umkehr setzt stets ein vollständiges Abbremsen der Sitzfläche vor der Bewegungsrichtungsumkehr und ein anschließendes Beschleunigen voraus, wodurch eine erhebliche Unruhe der Sitzbewegung entsteht, die einem ablenkungsfreien Arbeiten auf einem Bürostuhl zuwiderläuft.The quiet and uniform movement of the seat is preferably further supported by the fact that the specified target speed of the seat does not assume the value 0 at any point on the closed target movement path. Preferably, the vector of the predetermined target speed of the seat surface at each point of the closed target movement path points to the nearest location point of the closed target movement path in the direction of movement, i.e. the direction of movement is not reversed. Such a reversal always requires the seat surface to be completely braked before the direction of movement is reversed and then accelerated, which creates considerable unrest in the seat movement, which runs counter to distraction-free work on an office chair.

Da weder unter Gesundheitsexperten noch unter den Nutzern von Bewegungssitzen eine Soll-Bewegungsbahn als ideal identifiziert werden kann, verfolgt die Erfindung den weiteren Gedanken, eine Auswahl an Soll-Bewegungsbahnen zu ermöglichen, soweit diese eine ruhige und gleichmäßige Bewegung der Sitzfläche gewährleisten. Der jeweilige Nutzer kann daher in einer Ausgestaltung der Erfindung selbst entscheiden, welche geschlossene Soll-Bewegungsbahn für ihn geeignet ist; er kann diese beispielsweise über ein Eingabegerät, wie z.B. einem Mobiltelefon (Smartphone) mit einer korrespondierenden Software (-App), selbst auswählen und individuell, insbesondere hinsichtlich der Soll-Geschwindigkeit anpassen. Alternativ kann die Soll-Bewegungsbahn durch einen vom Nutzer auf die Sitzfläche aufgebrachten Steuerungsimpuls geändert werden. Der Steuerungsimpuls kann eine kurzzeitig aufgebrachte, hohe Nutzkraft sein, die über dem üblichen Niveau der Nutzkräfte liegt.Since a target movement path cannot be identified as ideal either among health experts or among users of movement seats, the invention pursues the further idea of enabling a selection of target movement paths, as long as they ensure a quiet and uniform movement of the seat surface. In one embodiment of the invention, the respective user can therefore decide for themselves which closed target movement path is suitable for them; For example, he can select this himself and individually using an input device, such as a mobile phone (smartphone) with a corresponding software (app), especially with regard to the target speed adjust. Alternatively, the target movement path can be changed by a control impulse applied to the seat by the user. The control impulse can be a briefly applied, high useful force that is above the usual level of useful forces.

Für einen Bürostuhl sind solche Soll-Bewegungsbahnen der Sitzfläche bevorzugt, bei denen der Kopf und die Hände des Nutzers der Sitzfläche für die Bedienung eines PC-Arbeitsplatzes weitgehend in Ruhe verbleiben. Soweit die Sollbewegungsbahn das Bewegungsmuster des menschlichen Gangs imitiert, ist eine solche Soll-Bewegungsbahn für die Anwendung als Bürostuhl besonders geeignet, weil die entsprechende Bewegung der Sitzfläche in erster Linie zu einer Bewegung des Beckengürtels führt, während der Schultergürtel kaum bewegt wird.For an office chair, target movement paths of the seat are preferred, in which the head and hands of the user of the seat remain largely at rest for the operation of a PC workstation. To the extent that the target movement path imitates the movement pattern of human gait, such a target movement path is particularly suitable for use as an office chair because the corresponding movement of the seat primarily leads to a movement of the pelvic girdle, while the shoulder girdle is hardly moved.

Die Verarbeitungseinheit des Bewegungssitzes ist eingerichtet zur Bewegungssteuerung der Sitzfläche mit einer Ist-Geschwindigkeit entlang einer geschlossenen Ist-Bewegungsbahn mittels der Antriebsmechanik unter Berücksichtigung von Richtung und Betrag der erfassten Nutzkräfte. In einem Grundmodus des Bewegungssitzes wird die Ist-Geschwindigkeit der Sitzfläche gegenüber einer vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit der Sitzfläche durch die auf die Sitzfläche wirkenden Nutzkräfte verändert und/oder die Ist-Bewegungsbahn gegenüber einer vorgegebenen geschlossenen Soll-Bewegungsbahn durch die auf die Sitzfläche wirkenden Nutzkräfte verändert.The processing unit of the movement seat is set up to control the movement of the seat surface at an actual speed along a closed actual movement path by means of the drive mechanism, taking into account the direction and amount of the recorded useful forces. In a basic mode of the movement seat, the actual speed of the seat is changed compared to a predetermined target speed of the seat by the useful forces acting on the seat and / or the actual movement path is changed compared to a predetermined closed target movement path by the useful forces acting on the seat .

Um die auf die Sitzfläche wirkenden Nutzkräfte zu erfassen verfügt der Bewegungssitz über eine Messeinrichtung. Auf die Sitzfläche wirken die Antriebskräfte der Antriebsmechanik und die von dem Nutzer auf die Sitzfläche aufgebrachten Nutzkräfte. Die Nutzkräfte erlauben die Erkennung des Sitzverhaltens des Nutzers.In order to record the useful forces acting on the seat surface, the movement seat has a measuring device. On the The driving forces of the drive mechanism and the useful forces applied to the seat by the user act on the seat surface. The useful forces allow the user's sitting behavior to be recognized.

Bei der Messeinrichtung kann es sich um einen Kraftsensor oder einen Beschleunigungssensor zur Erfassung der Nutzkräfte handeln, z.B. angeflanscht unter der Sitzfläche. Die Nutzkräfte lassen sich jedoch auch ohne einen gesonderten Messwertaufnehmer erfassen. Dazu werden von der Messeinrichtung die Kräfte der elektromotorischen Antriebe der Antriebsmechanik, insbesondere die Stromaufnahme ausgewertet, die als indirekte Signale ebenfalls eine Ermittlung der auf die Sitzfläche wirkenden Nutzkraft zulassen, weil die Kräfte der elektromotorischen Antriebe die Gegenkräfte zu den Nutzkräften sind.The measuring device can be a force sensor or an acceleration sensor for detecting the useful forces, e.g. flanged under the seat. However, the useful forces can also be recorded without a separate sensor. For this purpose, the measuring device evaluates the forces of the electromotive drives of the drive mechanism, in particular the current consumption, which, as indirect signals, also allow a determination of the useful force acting on the seat surface, because the forces of the electromotive drives are the counterforces to the useful forces.

Die Verarbeitungseinheit ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 derart ausgebildet,

  1. a) dass ein Nutzkraftvektor, der sich aus der Richtung und dem Betrag der erfassten Nutzkräfte ergibt, fortlaufend mit der Richtung eines Soll-Geschwindigkeitsvektors an einem Punkt der Soll-Bewegungsbahn verglichen wird, wobei sich der Nutzkraftvektor auf denselben Punkt oder einen der benachbarten Punkte auf der Soll-Bewegungsbahn bezieht und eine Komponente des Nutzkraftvektors in oder entgegen der Richtung des Soll-Geschwindigkeitsvektors eine Änderung der Ist-Geschwindigkeit der Sitzfläche gegenüber der Soll-Geschwindigkeit der Sitzfläche bewirkt und/oder
  2. b) dass ein Punkt auf der Soll-Bewegungsbahn in die Richtung und um einen skalierten Betrag des Nutzkraftvektors verschoben wird, wobei sich der Nutzkraftvektor auf denselben Punkt oder einen der benachbarten Punkte auf der Soll-Bewegungsbahn bezieht, um die Ist-Bewegungsbahn der Sitzfläche gegenüber der Soll-Bewegungsbahn zu verändern, sobald der Betrag des Nutzkraftvektor einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
    Der Schwellwert kann konstant sein, und/oder durch den Nutzer im Eingabegerät verändert werden, und/oder als Funktionen in Abhängigkeit von verschiedenen Eingangsparametern gestaltet werden.
In an advantageous embodiment of the invention according to claim 2, the processing unit is designed in such a way that
  1. a) that a useful force vector, which results from the direction and the amount of the detected useful forces, is continuously compared with the direction of a target speed vector at a point on the target trajectory, with the useful force vector focusing on the same point or one of the neighboring points the target trajectory and a component of the useful force vector in or against the direction of the target speed vector causes a change in the actual speed of the seat compared to the target speed of the seat and or
  2. b) that a point on the target trajectory is displaced in the direction and by a scaled amount of the useful force vector, the useful force vector referring to the same point or one of the adjacent points on the target trajectory, by the actual trajectory of the seat to change the target trajectory as soon as the amount of the useful force vector exceeds a predetermined threshold value.
    The threshold value can be constant and/or changed by the user in the input device and/or designed as functions depending on different input parameters.

Der Grundmodus des Bewegungssitzes umfasst einen Unterstützungsmodus und/oder einen Widerstandsmodus und/oder einen Formänderungsmodus.The basic mode of the motion seat includes a support mode and/or a resistance mode and/or a shape changing mode.

In dem Unterstützungsmodus nach Anspruch 4 führt die Komponente des Nutzkraftvektors in Richtung des Soll-Geschwindigkeitsvektors zu einer Erhöhung der Ist-Geschwindigkeit der Sitzfläche gegenüber der vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit.In the support mode according to claim 4, the component of the useful force vector in the direction of the target speed vector leads to an increase in the actual speed of the seat compared to the predetermined target speed.

In dem Widerstandsmodus nach Anspruch 5 führt die Komponente des Nutzkraftvektors entgegen der Richtung des Soll-Geschwindigkeitsvektors zu einer Reduktion der Ist-Geschwindigkeit der Sitzfläche gegenüber der vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit.In the resistance mode according to claim 5, the component of the useful force vector, contrary to the direction of the target speed vector, leads to a reduction in the actual speed of the seat compared to the predetermined target speed.

Der Formänderungsmodus bietet zusätzlich oder alternativ zu dem Unterstützungs- und/oder Widerstandsmodus die Möglichkeit, von der vorgegebenen geschlossenen Soll-Bewegungsbahn durch Nutzkraftaufbringung abzuweichen. Hierzu wird ein Punkt auf der Soll-Bewegungsbahn in die Richtung und um einen skalierten Betrag des Nutzkraftvektors verschoben. Der verschobene Punkt ist einer der Punkte, aus denen sich die Ist-Bewegungsbahn zusammensetzt. Die Skalierung, die auch den Wert 1 umfassen kann, ist erforderlich, um aus dem Betrag des Nutzkraftvektors die Länge des Verschiebwegs zu ermitteln. Die Ist-Bewegungsbahn weicht jedoch erst dann von der Soll-Bewegungsbahn ab, wenn der Betrag des Nutzkraftvektors einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Dieser Schwellwert kann außerordentlich gering sein, so dass praktisch jede Aufbringung von Nutzkraft zu einer Änderung der Ist-Bewegungsbahn gegenüber der Soll-Bewegungsbahn führt. Durch Anheben des Schwellwertes kann bei weitgehend inaktivem Sitzen eine passive Bewegung des Nutzers auf der Sitzfläche entlang der Soll-Bewegungsbahn bewirkt werden, so dass der Nutzer erst durch aktive, über Haltungskorrekturen hinausgehende Bewegungen eine Änderung der Ist-Bewegungsbahn hervorruft.In addition to or as an alternative to the support and/or resistance mode, the shape change mode offers the possibility of deviating from the predetermined closed target movement path by applying useful force. For this purpose, a point on the target trajectory is shifted in the direction and by a scaled amount of the useful force vector. The shifted point is one of the points that make up the actual trajectory. The scaling, which can also include the value 1, is required to determine the length of the displacement path from the amount of the useful force vector. However, the actual trajectory only deviates from the target trajectory when the amount of the useful force vector exceeds a predetermined threshold value. This threshold value can be extremely low, so that practically every application of useful force leads to a change in the actual trajectory compared to the target trajectory. By raising the threshold value, a passive movement of the user on the seat surface along the target movement path can be caused when sitting largely inactive, so that the user only causes a change in the actual movement path through active movements that go beyond posture corrections.

Der Nutzer kann durch die gezielte aktive Einleitung von Nutzkräften die Ist-Bewegungsbahn (z.B. einen Kreis) "skalieren", also größer oder kleiner ausführen, als es durch die vorgegebene Soll-Bewegungsbahn vorgesehen ist.The user can "scale" the actual movement path (e.g. a circle) through the targeted, active introduction of useful forces, i.e. make it larger or smaller than is provided for by the specified target movement path.

In dem Formänderungsmodus nach Anspruch 6 ist die Verarbeitungseinheit weiter derart eingerichtet, dass der skalierte Betrag des Nutzkraftvektors mittels einer Konstanten ermittelt wird, um die nutzkraftabhängige Verschiebung der Ist-Bewegungsbahn zu ermitteln. Alternativ ist in dem Formänderungsmodus nach Anspruch 6 die Verarbeitungseinheit derart eingerichtet, dass der skalierte Betrag des Nutzkraftvektors mittels einer Variablen ermittelt wird, die von einem oder mehreren Eingangsparametern abhängt, beispielsweise der Höhe der Ist-Geschwindigkeit oder der Richtung des Soll-Geschwindigkeitsvektors.In the shape change mode according to claim 6, the processing unit is further set up such that the scaled amount of the useful force vector is determined by means of a constant in order to determine the useful force-dependent To determine the displacement of the actual trajectory. Alternatively, in the shape change mode according to claim 6, the processing unit is set up such that the scaled amount of the useful force vector is determined using a variable that depends on one or more input parameters, for example the level of the actual speed or the direction of the target speed vector.

In dem in Abbildung 8 dargestellten Beispiel einer kreisförmigen Soll-Bewegungsbahn erzeugt eine Auslenkung der Ist-Bewegungsbahn in Richtung zu einer äußeren oder inneren Bewegungsgrenze in Abhängigkeit von dem Abstand zur vorgegebenen Soll-Bewegungsbahn eine zunehmend größere rückführende Komponente der Antriebskräfte in Richtung der vorgegebenen Soll-Bewegungsbahn. An der äußeren und der inneren Bewegungsgrenze laufen die rückführenden Komponenten der Antriebskräfte in Richtung der vorgegebenen Soll-Bewegungsbahn gegen unendlich.In the in Figure 8 In the example shown of a circular target movement path, a deflection of the actual movement path towards an outer or inner movement limit, depending on the distance to the specified target movement path, generates an increasingly larger returning component of the driving forces in the direction of the specified target movement path. At the outer and inner movement limits, the returning components of the driving forces run towards infinity in the direction of the specified target movement path.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verarbeitungseinheit weiter derart eingerichtet, dass die Bewegungssteuerung der Sitzfläche über den Grundmodus hinaus wahlweise in mindestens einem weiteren Betriebsmodus erfolgt.In an advantageous embodiment of the invention, the processing unit is further set up such that the movement control of the seat beyond the basic mode is optionally carried out in at least one further operating mode.

In mindestens einem weiteren Betriebsmodus werden die Ist-Bewegungsbahn und die Ist-Geschwindigkeit der Sitzfläche gegenüber der vorgegebenen geschlossenen Soll-Bewegungsbahn und Soll-Geschwindigkeit der Sitzfläche durch die auf die Sitzfläche wirkenden Nutzkräfte nicht verändert. Der Nutzer wird auf der Sitzfläche passiv auf der Soll-Bewegungsbahn mit Soll-Geschwindigkeit bewegt. Er verändert jedoch seine Haltung als Reaktion auf die passive Bewegung auf der Soll-Bewegungsbahn. In diesem weiteren Betriebsmodus entsprechen die Ist-Bewegungsbahn und die Ist-Geschwindigkeit der Sitzfläche unabhängig von den aufgebrachten Nutzkräften der vorgegebenen Soll-Bewegungsbahn und der Soll-Geschwindigkeit. Die Form der Soll-Bewegungsbahn und die Soll-Bewegungsgeschwindigkeit der Sitzfläche können konstant sein oder einem veränderlichen Profil folgen.In at least one further operating mode, the actual trajectory and the actual speed of the seat are not changed compared to the predetermined closed target trajectory and target speed of the seat by the useful forces acting on the seat. The user is passively moved on the seat on the target movement path at the target speed. However, it changes its posture in response to the passive movement on the target trajectory. In this further operating mode, the actual trajectory and the actual speed of the seat correspond to the specified target trajectory and the target speed, regardless of the useful forces applied. The shape of the target movement path and the target movement speed of the seat can be constant or follow a changing profile.

Die Verarbeitungseinheit ist vorzugsweise derart programmiert, dass sich der Grundmodus unter Berücksichtigung der Nutzkräfte und der vorgenannte weitere Betriebsmodus automatisch abwechseln. Dies ist ereignisgesteuert oder in festgelegten Intervallen möglich.The processing unit is preferably programmed in such a way that the basic mode, taking into account the useful forces, and the aforementioned further operating mode automatically alternate. This can be event-controlled or at set intervals.

Ereignisgesteuert kann ein Wechsel zwischen den Betriebsmodi von der Verarbeitungseinheit ausgelöst werden, wenn sich z.B. die von dem Nutzer auf die Sitzfläche aufgebrachten Nutzkräfte ändern. Aus dem weiteren Betriebsmodus wechselt die Verarbeitungseinheit automatisch in den Grundmodus, wenn der Nutzer während der passiven Bewegung beginnt, eine höhere Nutzkraft auf die Sitzfläche aufzubringen. Die Verarbeitungseinheit wechselt in den weiteren Betriebsmodus mit passiver Bewegung zurück, wenn der Nutzer nur noch geringe Nutzkräfte, z.B. in Folge von Haltungskorrekturen, auf die Sitzfläche aufbringt. In Abhängigkeit des Nutzerverhaltens kann es zu häufigen und schnellen Wechseln zwischen den Betriebsmodi während eines Umlaufes der Sitzfläche auf der Ist-Bewegungsbahn kommen.Event-controlled, a change between the operating modes can be triggered by the processing unit if, for example, the useful forces applied by the user to the seat change. The processing unit automatically switches from the further operating mode to the basic mode when the user begins to apply a higher useful force to the seat during passive movement. The processing unit switches back to the further operating mode with passive movement when the user only applies small useful forces to the seat, for example as a result of posture corrections. Depending on user behavior, there may be frequent and rapid changes between the operating modes during a rotation of the seat on the actual trajectory.

Unabhängig davon, ob nun ereignisorientiert oder zyklisch zwischen dem Grundmodus und dem weiteren Betriebsmodus gewechselt wird, soll der Wechsel den Nutzer in der Bewegungsausführung unterstützen, um damit einen höheren Bewegungsumfang am Ende eines Arbeitstages ermöglicht zu haben, ohne den Nutzer zu überfordern.Regardless of whether the change between the basic mode and the additional operating mode is event-oriented or cyclical, the change should keep the user in the Support movement execution in order to enable a greater range of movement at the end of a working day without overwhelming the user.

In einem zusätzlich zu dem Formänderungsmodus vorgesehenen weiteren Betriebsmodus, dem Dämpfungsmodus nach Anspruch 8 dämpfen entgegen der Bewegungsrichtung der Sitzfläche entlang der Ist-Bewegungsbahn wirksame Antriebskräfte die Bewegung der Sitzfläche.In a further operating mode provided in addition to the shape change mode, the damping mode according to claim 8, driving forces acting against the direction of movement of the seat along the actual movement path dampen the movement of the seat.

Um das gesundheitliche Ziel, Rückenschmerzen zu lindern oder vorzubeugen, noch besser erreichen zu können, ist es mit dem beschriebenen Bewegungssitz möglich, das sensomotorische System des Nutzers zu trainieren. Ein solches Trainingsprogramm stellt die Verarbeitungseinheit zusätzlich zu dem Grundmodus und ggf. jedem weiteren Betriebsmodus bereit. Das Trainingsprogramm kann aktiviert werden, wenn der reguläre Betrieb in einer Arbeitspause für wenige Minuten unterbrochen wird. Die ablenkungsfreie Nutzungsmöglichkeit des Bewegungssitzes steht bei diesem Trainingsprogramm nicht im Vordergrund. Zum Training des sensomotorischen Systems wird durch die Bewegungsmechanik und gesteuert durch die Verarbeitungseinheit die Sitzfläche entlang einer Bewegungsbahn bewegt, wobei die Verarbeitungseinheit ständig unvorhersehbare Bewegungen auf die Sitzfläche aufbringt (Perturbationen). Der Nutzer muss diese von außen angeregten Gleichgewichtsstörungen ausbalancieren. Dadurch wird sein sensomotorisches System trainiert, was förderlich ist zur Linderung oder Vorbeugung von Rückenschmerzen.In order to achieve the health goal of relieving or preventing back pain even better, it is possible to train the user's sensorimotor system with the movement seat described. The processing unit provides such a training program in addition to the basic mode and possibly any other operating mode. The training program can be activated if regular operations are interrupted for a few minutes during a work break. The distraction-free use of the movement seat is not the focus of this training program. To train the sensorimotor system, the seat surface is moved along a movement path by the movement mechanics and controlled by the processing unit, with the processing unit constantly applying unpredictable movements to the seat surface (perturbations). The user has to balance these externally stimulated balance disorders. This trains his sensorimotor system, which is beneficial for relieving or preventing back pain.

Die Antriebsmechanik des Bewegungssitzes umfasst ein Positioniersystem, insbesondere eine X-Y-Verfahreinheit mit der sich in einer Ebene sämtliche Formen von geschlossenen-Ist-Bewegungsbahnen der Sitzfläche erzeugen lassen.The drive mechanism of the movement seat includes a positioning system, in particular an XY traversing unit which allows all forms of closed actual movement trajectories of the seat to be created in one plane.

Wenn das Positioniersystem eine erste gekrümmte Führung und eine zweite gekrümmte Führung aufweist, die beiden gekrümmten Führungen in einem von 0° verschiedenen Winkel, vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet sind und die Krümmung beider Führungen vorzugsweise übereinstimmt, lassen sich die Ist-Bewegungsbahnen der Sitzfläche erweitern, insbesondere lassen sich nicht nur zweidimensionale Ist-Bewegungsbahnen, sondern auch als Raumkurven ausgebildete Ist-Bewegungsbahnen erzeugen. Die Krümmung der Führungen kann, muss jedoch nicht über deren gesamte Länge konstant sein. Ist der Krümmungsradius nicht konstant, müssten Gelenklager in den Gleitelementen der Schlitten vorgesehen werden, damit diese auf den variierenden Krümmungsradien gleiten können. Die Verwendung gekrümmter Führungen kann beispielsweise genutzt werden, um die Höhe des Schultergürtels des Nutzers während der Bewegung auf einer konstanten Höhe zu halten, was insbesondere für Bürostühle von besonderer Bedeutung ist.If the positioning system has a first curved guide and a second curved guide, the two curved guides are arranged at an angle other than 0°, preferably at right angles to one another, and the curvature of both guides preferably matches, the actual movement paths of the seat can be expanded, in particular Not only two-dimensional actual movement trajectories can be generated, but also actual movement trajectories designed as spatial curves. The curvature of the guides can, but does not have to be, constant over their entire length. If the radius of curvature is not constant, spherical bearings would have to be provided in the sliding elements of the slides so that they can slide on the varying radii of curvature. The use of curved guides can be used, for example, to keep the height of the user's shoulder girdle at a constant height during movement, which is particularly important for office chairs.

Das Positioniersystem ist in einer Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich für eine maschinelle Verdrehung der Sitzfläche um ihre Hochachse (Z-Achse) eingerichtet. Damit kann z.B. bei einer Soll-Bewegungsbahn der Sitzfläche entlang einer in einer Ebene liegenden Acht ermöglicht werden, dass die Sitzfläche bei der Bewegung positionsabhängig soweit verdreht wird, dass die Beine der bewegten Person immer in Richtung eines festen Punktes, wie beispielsweise eines Schreibtisches oder eines Computerarbeitsplatzes zeigen. Die Drehung um die Hochachse kann mittels eines Drehtisches ausgeführt werden, der auf der XY-Verfahreinheit angeordnet ist und daher mit bewegt wird.In one embodiment of the invention, the positioning system is additionally set up for mechanical rotation of the seat surface about its vertical axis (Z-axis). This makes it possible, for example, with a target movement path of the seat along a figure of eight lying in one plane, for the seat to be rotated during the movement, depending on the position, so that the legs of the person being moved always point towards a fixed point, such as a desk or a Show computer workstation. The rotation around the vertical axis can be done using a turntable which is arranged on the XY traversing unit and is therefore moved with it.

In einer weiteren Ausgestaltung kann das Positioniersystem zusätzlich eine Sitzneigeverstellung mit einem maschinellen Verstellantrieb aufweisen. Manuelle Sitzneigeverstellungen sind für Bürostühle bekannt und erlauben es, den Neigewinkel der Sitzfläche einzustellen. Die leicht abfallende Sitzfläche wirkt einer rückwärtigen Verlagerung des Beckens entgegen. Ein durch die rückwärtige Verlagerung bedingter kleiner Beckenwinkel begünstigt die gesundheitlich belastende Körperhaltung mit rundem Rücken. Die Sitzneigeverstellung gleicht somit Fehlhaltungen beim nach vorne gerichteten Arbeiten aus und eignet sich für Nutzer, die viel am Computer arbeiten. Allerdings ist das permanente Sitzen in einer geneigten Sitzfläche nicht bequem, deshalb ist eine fortlaufende Einstellung des Neigewinkels sinnvoll. Der maschinelle Antrieb der Sitzneigeverstellung erlaubt die automatisierte, situationsbedingte Einstellung der Sitzneigung durch die Verarbeitungseinheit des erfindungsgemäßen Bewegungssitzes.In a further embodiment, the positioning system can additionally have a seat tilt adjustment with a mechanical adjustment drive. Manual seat tilt adjustments are known for office chairs and allow you to adjust the tilt angle of the seat. The slightly sloping seat counteracts a backward shift of the pelvis. A small pelvic angle caused by the backward shift promotes the health-stressing posture with a rounded back. The seat tilt adjustment compensates for incorrect posture when working forward and is suitable for users who work a lot on the computer. However, sitting permanently in an inclined seat is not comfortable, so it makes sense to continually adjust the tilt angle. The mechanical drive of the seat tilt adjustment allows the automated, situation-dependent adjustment of the seat tilt by the processing unit of the movement seat according to the invention.

An dem Gestell eines als Stuhl, insbesondere Bürostuhl, ausgeführten Bewegungssitzes sind in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mehrere unabhängig voneinander, zumindest teilweise bewegliche Segmente einer Rückenlehne gelagert. Die Segmente unterstützen den Rücken des Nutzers bei der aktiven und passiven Bewegung.In an advantageous embodiment of the invention, several independently, at least partially movable segments of a backrest are mounted on the frame of a movement seat designed as a chair, in particular an office chair. The segments support the user's back during active and passive movement.

Aufgabe der Rückenlehne ist es, den Nutzer zu stützen, bei bewegter Sitzfläche und bei deaktivierter Bewegungsfunktion. Da der Schultergürtel des Nutzers auch während der Bewegung möglichst in Ruhe verbleiben soll, während sich der Unterkörper bewegt, besteht die Rückenlehne aus mindestens zwei Segmenten, die vorzugsweise übereinander angeordnet sind. Das obere Segment der Rückenlehne befindet sich im Bereich des Schultergürtels; es soll den Nutzer an dieser Stelle stabilisieren und möglichst in Ruhe halten, da die Bewegung hier minimal sein soll. Das oder die tieferliegenden Segmente der Rückenlehne sollen den Nutzer bei der aktiven und passiven Bewegung unterstützen.The task of the backrest is to support the user when the seat is moved and when the movement function is deactivated. Since the user's shoulder girdle also during movement To remain as still as possible while the lower body moves, the backrest consists of at least two segments, which are preferably arranged one above the other. The upper segment of the backrest is located in the shoulder girdle area; It is intended to stabilize the user at this point and keep him as calm as possible, as movement here should be minimal. The lower segment or segments of the backrest are intended to support the user during active and passive movement.

Um die Körperhaltung des Nutzers beim Sitzen zu korrigieren, insbesondere um einen Rundrücken beim Sitzen zu verhindern, kann die Ausgangslage mindestens eines beweglich gelagerten Segments in Bezug auf das Gestell mittels eines maschinellen Antriebs einstellbar sein.In order to correct the user's posture when sitting, in particular to prevent a hunched back when sitting, the initial position of at least one movably mounted segment can be adjustable in relation to the frame by means of a mechanical drive.

Wenn an der Rückenlehne oder mindestens einem Segment der Rückenlehne mindestens ein Sensor zur Erkennung des Sitzverhaltens des Nutzers angeordnet ist, kann die Verarbeitungseinheit abhängig von dem detektierten Sitzverhalten gezielt die Bewegungssteuerung der Sitzfläche ändern und/oder die Sitzneigeverstellung aktivieren und/oder die Ausgangslage des mindestens einen beweglich gelagerten Segmentes ändern.If at least one sensor for detecting the user's sitting behavior is arranged on the backrest or at least one segment of the backrest, the processing unit can specifically change the movement control of the seat and/or activate the seat tilt adjustment and/or the initial position of the at least one depending on the detected sitting behavior change movably mounted segment.

Detektieren die Sensoren beispielsweise, dass der Nutzer mit rundem Rücken sitzt, kann die Verarbeitungseinheit mit Hilfe der Sitzneigeverstellung automatisch die Neigung der Sitzfläche ändern, sodass sich der Beckenwinkel des Nutzers vergrößert. Dies fördert das aufrechte Sitzen des Nutzers. Detektieren die Sensoren, dass der Nutzer wieder in einer korrekten Haltung ist, kann die Neigung, ggf. zeitversetzt, wieder verringert werden.For example, if the sensors detect that the user is sitting with a rounded back, the processing unit can use the seat tilt adjustment to automatically change the inclination of the seat so that the user's pelvic angle increases. This encourages the user to sit upright. The sensors detect that the user is back in one If the posture is correct, the inclination can be reduced again, if necessary with a time delay.

Als Sensoren zur Erkennung des Sitzverhaltens des Nutzers kommen Druck-/Kraftsensoren in Betracht, die einen Kontakt zwischen Rücken und den Segmenten und/oder die Druckintensität zwischen Rücken und den Segmenten der Rückenlehne detektieren.Pressure/force sensors that detect contact between the back and the segments and/or the pressure intensity between the back and the segments of the backrest can be considered as sensors for detecting the user's sitting behavior.

Die Sensoren können in die Polster integriert sein, oder an den Lagerungen der Segmente angeordnet sein.The sensors can be integrated into the cushions or arranged on the bearings of the segments.

Alternativ besteht die Rückenlehne nur aus einem oberen, gestellfesten Segment und einem unteren, beweglichen Segment. Das bewegliche Segment der Rückenlehne stützt die Lendenwirbelsäule bei der Bewegung und liegt während der Bewegung durchgehend am Rücken an. Das untere Segment wird durch die vorhandene Antriebsmechanik für die Sitzfläche mit angetrieben, d.h. ohne einen eigenen Antrieb. Das untere Segment ist hierzu beispielsweise über ein zweiachsiges Gelenk an die die Sitzfläche tragende Abtriebsseite der Antriebsmechanik für die Sitzfläche und über ein weiteres zweiachsiges und in Z-Richtung verschiebliches Gelenk an den die Rückenlehne tragenden Teil des Gestells angebunden.Alternatively, the backrest only consists of an upper, frame-fixed segment and a lower, movable segment. The movable segment of the backrest supports the lumbar spine during movement and lies continuously against the back during movement. The lower segment is driven by the existing drive mechanism for the seat, i.e. without its own drive. For this purpose, the lower segment is connected, for example, via a two-axis joint to the output side of the drive mechanism for the seat that supports the seat and via another two-axis joint that can be moved in the Z direction to the part of the frame that supports the backrest.

Die Verarbeitungseinheit zur Bewegungssteuerung des Bewegungssitzes kann an dem Gestell, beispielsweise in einem Gehäuse zur Aufnahme der Antriebsmechanik untergebracht sein. Die Verarbeitungseinheit kann jedoch auch kabelgebunden oder drahtlos, z.B. über eine Funkstrecke mit der Antriebsmechanik verbunden sein.The processing unit for controlling the movement of the moving seat can be accommodated on the frame, for example in a housing for accommodating the drive mechanism. However, the processing unit can also be connected to the drive mechanism in a wired or wireless manner, for example via a radio link.

Schließlich kann die auf die Sitzfläche aufgebrachte Nutzkraft insbesondere im Dämpfungsmodus teilweise zur Erzeugung von Energie, insbesondere zum Laden eines Akkumulators für die Versorgung der Antriebe der Antriebsmechanik und der Verarbeitungseinheit genutzt werden.Finally, the useful force applied to the seat surface, particularly in the damping mode, can be partially used to generate energy, in particular to charge an accumulator for supplying the drives of the drive mechanism and the processing unit.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Abbildungen 1 - 9 näher erläutert:
Abbildungen 1 A), 1 B) zeigen die wesentlichen Komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bewegungssitzes 1. Der Bewegungssitz 1 umfasst ein Gestell 2, eine an dem Gestell 2 angeordnete Rückenlehne 3 und eine Sitzfläche 4. Ein Bewegungsmodul 5 nimmt eine Antriebsmechanik 6 auf, die eingerichtet ist, um eine Bewegung der Sitzfläche 4 in XY-Richtung gegenüber dem Gestell 2 auszuführen. Das Gestell 2 stützt sich auf der Aufstandsfläche über ein Fußkreuz mit Rollen und Bremsen ab.
The invention is explained in more detail below with reference to Figures 1 - 9:
Figures 1 A), 1 B) show the essential components of a first exemplary embodiment of a movement seat 1 according to the invention. The movement seat 1 comprises a frame 2, a backrest 3 arranged on the frame 2 and a seat 4. A movement module 5 accommodates a drive mechanism 6, which is set up to move the seat 4 in the XY direction relative to the frame 2. The frame 2 is supported on the contact area via a base with castors and brakes.

Die Antriebsmechanik 6 weist eine XY-Verfahreinheit 7 auf. Die XY-Verfahreinheit 7 umfasst einen ersten und einen zweiten Schlitten 8,9, die rechtwinklig zueinander verfahrbar sind. Der erste Schlitten 8 ist mittels Gleitbuchsen 10 entlang einem ersten Satz Führungsschienen 11 gleitend geführt. Der erste Satz Führungsschienen 11 ist auf einer Bodenplatte 12 eines Gehäuses 13 des Bewegungsmoduls 5 angeordnet. Der Antrieb des ersten Schlittens 8 erfolgt über einen ersten Riemen 14, der von einem auf der Bodenplatte 12 angeordneten ersten Elektromotor 15 angetrieben wird. Auf dem ersten Schlitten 8 ist rechtwinklig zu dem ersten Satz Führungsschienen 11 ein zweiter Satz Führungsschienen 16 angeordnet. Der zweite Schlitten 9 ist mittels Gleitbuchsen 10 entlang des zweiten Satzes der Führungsschienen 16 gleitend geführt. Der Antrieb des zweiten Schlittens 9 erfolgt über einen zweiten Riemen 17, der von einem auf dem ersten Schlitten 8 angeordneten zweiten Elektromotor 18 angetrieben wird. Der zweite Schlitten 9 ist unter Zwischenschaltung eines Kraftsensors 19 mit einem Flansch 21 zur Befestigung der Sitzfläche 4 verbunden. Die XY-Verfahreinheit 7 wird von dem Gehäuse 13 eingehaust, wobei die Bodenplatte 12 des Gehäuses 13 an einem horizontalen Abschnitt des Gestells 2 befestigt ist. An einem senkrechten Abschnitt des Gestells 2 ist die Rückenlehne 3 des Bewegungssitzes 1 befestigt.The drive mechanism 6 has an XY movement unit 7. The XY movement unit 7 includes a first and a second carriage 8,9, which can be moved at right angles to one another. The first carriage 8 is slidably guided along a first set of guide rails 11 by means of sliding bushings 10. The first set of guide rails 11 is arranged on a base plate 12 of a housing 13 of the movement module 5. The first carriage 8 is driven via a first belt 14, which is driven by a first electric motor 15 arranged on the base plate 12. On the first carriage 8 there is a second set of guide rails 16 at right angles to the first set of guide rails 11 arranged. The second carriage 9 is slidably guided along the second set of guide rails 16 by means of sliding bushings 10. The second carriage 9 is driven via a second belt 17, which is driven by a second electric motor 18 arranged on the first carriage 8. The second carriage 9 is connected to a flange 21 for fastening the seat 4 with the interposition of a force sensor 19. The XY traversing unit 7 is housed in the housing 13, with the base plate 12 of the housing 13 being attached to a horizontal section of the frame 2. The backrest 3 of the movement seat 1 is attached to a vertical section of the frame 2.

Alternativ kann auf den Kraftsensor 19 verzichtet werden, wenn stattdessen die Motorsignale ausgewertet werden. Die Verarbeitungseinheit und das Eingabegerät zur Bewegungssteuerung der Sitzfläche 4 ist in der Abbildung 1 A), 1 B) der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.Alternatively, the force sensor 19 can be dispensed with if the motor signals are evaluated instead. The processing unit and the input device for controlling the movement of the seat 4 is in the Figure 1 A), 1 B) not shown for clarity.

Die Antriebsmechanik 6 kann in einer Ausgestaltung nach Abbildung 2 zusätzlich eine maschinelle Verdrehung der Sitzfläche 4 um ihre Hochachse (Z-Achse) ermöglichen. Mit der Antriebsmechanik nach Abbildung 1 übereinstimmende Bauteile weisen übereinstimmende Bezugszeichen auf.The drive mechanism 6 can in one embodiment Figure 2 additionally enable a mechanical rotation of the seat 4 about its vertical axis (Z-axis). With the drive mechanics illustration 1 Matching components have matching reference numbers.

Auf dem zweiten Schlitten 9 ist ein Drehantrieb angeordnet. Der Drehantrieb umfasst ein um die Hochachse drehbares, in einem Axiallager gelagertes Schneckenrad 23, dass mit einer abtriebsseitigen Schnecke 24 eines auf der Oberseite des zweiten Schlittens 9 befestigten Elektromotors 25 in Eingriff steht. Drehfest mit dem Schneckenrad 23 ist der Kraftsensor 19 befestigt, an dem wiederum der Flansch 21 zur Befestigung der Sitzfläche 2 angeschraubt ist. Das Schneckengetriebe erlaubt aufgrund seiner hohen Übersetzung eine präzise Verdrehung der Sitzfläche 4 um kleine Winkel und verhindert aufgrund seiner Selbsthemmung zugleich eine Verdrehung der Sitzfläche 4 durch vom Nutzer aufgebrachte Nutzkräfte.A rotary drive is arranged on the second carriage 9. The rotary drive comprises a worm wheel 23 which can be rotated about the vertical axis and is mounted in an axial bearing and which engages with an output-side worm 24 of an electric motor 25 fastened on the top of the second carriage 9. The force sensor is rotationally fixed to the worm wheel 23 19 attached, to which the flange 21 is screwed for attaching the seat 2. Due to its high gear ratio, the worm gear allows precise rotation of the seat 4 through small angles and, due to its self-locking, at the same time prevents the seat 4 from being rotated by useful forces applied by the user.

Die Antriebsmechanik 6 kann in einer Ausgestaltung nach Abbildungen 3 und 4 dreidimensionale Ist-Bewegungsbahnen ausführen. Mit der Antriebsmechanik nach Abbildung 1 übereinstimmende Bauteile weisen übereinstimmende Bezugszeichen auf. Die Antriebsmechanik 6 weist ebenfalls eine Verfahreinheit 7 auf. Die Verfahreinheit 7 umfasst einen ersten und einen zweiten Schlitten 8,9, die rechtwinklig zueinander verfahrbar sind. Der erste Schlitten 8 ist mittels Gleitbuchsen 10 entlang einem ersten Satz Führungsschienen 11 gleitend geführt. Der erste Satz gekrümmter Führungsschienen 11 ist auf einer Bodenplatte 12 eines Gehäuses 13 des Bewegungsmoduls 5 angeordnet. Der Antrieb des ersten Schlittens 8 erfolgt über einen ersten Riemen 14, der von einem auf der Bodenplatte 12 angeordneten ersten Elektromotor 15 angetrieben wird. Auf dem ersten Schlitten 8 ist rechtwinklig zu dem ersten Satz Führungsschienen 11 ein zweiter Satz gekrümmter Führungsschienen 16 angeordnet. Der zweite Schlitten 9 ist mittels Gleitbuchsen 10 entlang des zweiten Satzes der gekrümmten Führungsschienen 16 gleitend geführt. Der Antrieb des zweiten Schlittens 9 erfolgt über einen zweiten Riemen 17, der von einem auf dem ersten Schlitten 8 angeordneten zweiten Elektromotor 18 angetrieben wird. Der zweite Schlitten 9 ist unter Zwischenschaltung eines Kraftsensors 19 mit einem Flansch 21 zur Befestigung der Sitzfläche 4 verbunden. Der wesentliche Unterschied zur Ausführungsform nach Abbildung 1 besteht darin, dass der erste Satz und der zweite Satz der Führungsschienen 11, 16 eine übereinstimmende Krümmung aufweisen. Stimmt die Krümmung des ersten und zweiten Satzes der Führungsschienen 11, 16 überein und fallen die Drehpunkte der beiden gekrümmten Führungsschienen 11,16 auf den gleichen Ortspunkt können bei einer kreisförmigen Soll-Bewegungsbahn Höhenschwankungen der Sitzfläche 2 vermieden werden. Mit dem Drehpunkt ist der Ursprung für den Krümmungsradius gemeint, der die Krümmung der Führungsschienen definiert. Fallen die Drehpunkte indes nicht auf den gleichen Ortspunkt kommt es zu geringfügigen periodischen Höhenschwankungen der Sitzfläche 2, wenn sich die Sitzfläche 2 entlang einer Kreisbahn bewegt. Diese geringfügigen Höhenschwankungen können zur Bewegungsanregung des Nutzers sowie zur zyklischen Entlastung der Wirbelsäule gezielt eingesetzt werden.In an embodiment according to Figures 3 and 4, the drive mechanism 6 can execute three-dimensional actual trajectories. With the drive mechanics illustration 1 Matching components have matching reference numbers. The drive mechanism 6 also has a travel unit 7. The movement unit 7 includes a first and a second carriage 8,9, which can be moved at right angles to one another. The first carriage 8 is slidably guided along a first set of guide rails 11 by means of sliding bushings 10. The first set of curved guide rails 11 is arranged on a base plate 12 of a housing 13 of the movement module 5. The first carriage 8 is driven via a first belt 14, which is driven by a first electric motor 15 arranged on the base plate 12. A second set of curved guide rails 16 is arranged on the first carriage 8 at right angles to the first set of guide rails 11. The second carriage 9 is slidably guided along the second set of curved guide rails 16 by means of sliding bushings 10. The second carriage 9 is driven via a second belt 17, which is driven by a second electric motor 18 arranged on the first carriage 8. The second carriage 9 is connected to a flange 21 for fastening the seat 4 with the interposition of a force sensor 19. The main difference to Embodiment according to illustration 1 is that the first set and the second set of guide rails 11, 16 have a matching curvature. If the curvature of the first and second sets of guide rails 11, 16 matches and the pivot points of the two curved guide rails 11, 16 fall on the same location, height fluctuations of the seat surface 2 can be avoided with a circular target movement path. The pivot point refers to the origin of the radius of curvature, which defines the curvature of the guide rails. However, if the pivot points do not fall on the same location, slight periodic fluctuations in the height of the seat surface 2 occur when the seat surface 2 moves along a circular path. These slight fluctuations in height can be used specifically to stimulate the user's movement and to cyclically relieve the strain on the spine.

Die Antriebsmechanik 6 kann in einer Ausgestaltung nach Abbildungen 5A, 5B zusätzlich eine Sitzneigeverstellung 26 mit einem maschinellen Verstellantrieb 27 aufweisen. Mit der Antriebsmechanik nach Abbildungen 1,2,3 und 4 übereinstimmende Bauteile weisen übereinstimmende Bezugszeichen auf. Die Sitzneigeverstellung 26 erlaubt es, den Neigewinkel der Sitzfläche 4 einzustellen. Die Sitzneigeverstellung 26 umfasst zwei an dem Gestell 2 angeordnete, miteinander fluchtende Drehgelenke 28, die die Bodenplatte 12 des Gehäuses 13 schwenkbar mit dem Gestell 2 verbindet. Die Schwenkachse befindet sich an der Vorderkante der Bodenplatte 12. Den maschinellen Verstellantrieb 27 bilden zwei an dem Gestell 2 angeordnete Linearantriebe 29, die abtriebsseitig an der hinteren Kante der Bodenplatte 12 angelegt sind.In an embodiment according to Figures 5A, 5B, the drive mechanism 6 can additionally have a seat tilt adjustment 26 with a mechanical adjustment drive 27. Components that match the drive mechanism according to Figures 1, 2, 3 and 4 have matching reference numbers. The seat tilt adjustment 26 allows the tilt angle of the seat 4 to be adjusted. The seat tilt adjustment 26 comprises two swivel joints 28 arranged on the frame 2 and aligned with one another, which pivotally connects the base plate 12 of the housing 13 to the frame 2. The pivot axis is located on the front edge of the base plate 12. The mechanical adjustment drive 27 is formed by two linear drives 29 arranged on the frame 2, which are applied to the rear edge of the base plate 12 on the output side.

In der Ausführungsform nach Abbildung 1 umfassen die Antriebsmechanik 6 und die Verarbeitungseinheit zur Bewegungssteuerung die nachfolgend aufgelisteten und in Abbildung 9 dargestellten elektrischen bzw. elektronischen Komponenten: Komponente Umfasst Funktion Eingabegerät z.B. ein Mobiltelefon (Smartphone) mit einer Software (App) Einstellung der Soll-Bewegungsbahn und/oder der Soll-Geschwindigkeit Mikroelektronik Platine mit Mikrocontroller Verarbeitung der Algorithmen zur Bewegung der Sitzfläche 2 Motortreiber -Erhalten als Eingangssignal ein Steuerungssignal (die Ist-Position) -Ausgang ist der erforderliche Strom für die Elektromotoren 15, 18 , damit diese die Ist-Position anfahren Elektromotoren Positionsencoder in den Motoren integriert -Die Elektromotoren 15,18 führen die von den Motortreibern vorgegebene mechanische Bewegung aus -Die Positionsencoder in den Elektromotoren 15,18 geben ein Signal mit der Aktuellen-Motorposition zurück Kraftsensor Der Kraftsensor nimmt die Nutzkräfte auf, die auf die Sitzfläche 2 wirken. Akkumulator Versorgt das Gesamtsystem mit Strom. In the embodiment according to illustration 1 The drive mechanism 6 and the processing unit for motion control include those listed below and in Figure 9 Electrical or electronic components shown: component Includes function Input device e.g. a mobile phone (smartphone) with software (app) Setting the target trajectory and/or the target speed microelectronics Circuit board with microcontroller Processing of the algorithms for moving the seat 2 Motor driver -Receive a control signal (the actual position) as an input signal output is the current required for the electric motors 15, 18 so that they move to the actual position Electric motors Position encoder integrated in the motors -The electric motors 15,18 carry out the mechanical movement specified by the motor drivers -The position encoders in the electric motors 15,18 return a signal with the current motor position Force sensor The force sensor records the useful forces that act on the seat 2. accumulator Supplies power to the entire system.

Der Akku versorgt die Elektromotoren 15,18 und die Verarbeitungseinheit mit Strom. Die Messeinrichtung 19, hier in Form des Kraftsensors 19, überträgt zu jedem Zeittakt der Steuerung ein Signal mit der erfassten Kraft in x- und y-Richtung an die Mikroelektronik der Verarbeitungseinheit. Der Algorithmus berechnet mit diesen Signalen und der durch das Eingabegerät vorgegebenen Soll-Bewegungsbahn und Soll-Geschwindigkeit die Position für die Elektromotoren 15, 18 und damit die Ist-Position der Sitzfläche 2 und sendet diese Ist-Werte an die Motortreiber. Die Motortreiber steuern durch entsprechende elektrische Ströme die Motorbewegung, um die Ist-Positionen anzufahren. In den Motortreibern ist eine eigene Regelung, die als Eingangssignal die Ist-Position (aus der Mikroelektronik) und die Aktuelle-Position (aus den Encodern der Motoren) erhält und als Ausgang den Motorstrom regelt.The battery supplies the electric motors 15,18 and the processing unit with power. The measuring device 19, here in the form of the force sensor 19, transmits a signal with the detected force in the x and y directions to the microelectronics of the processing unit at each time cycle of the control. The algorithm uses these signals and the target trajectory and target speed specified by the input device to calculate the position for the electric motors 15, 18 and thus the actual position of the seat 2 and sends these actual values to the motor drivers. The motor drivers use appropriate electrical currents to control the motor movement in order to move to the actual positions. The motor drivers have their own control system that receives the actual position (from the microelectronics) and the current position (from the motor encoders) as an input signal and regulates the motor current as an output.

Eine Software wird auf der Verarbeitungseinheit (z.B. der Mikroelektronik) betrieben. Die Software dient der Bewegungssteuerung der Sitzfläche. In Abbildung 6 ist ein Blockdiagramm dargestellt anhand dessen am Beispiel des Bewegungssitzes 1 nach Abbildung 1 die erfindungsgemäße Bewegungssteuerung mittels der Verarbeitungseinheit und der Antriebsmechanik näher erläutert wird.Software is operated on the processing unit (e.g. the microelectronics). The software is used to control the movement of the seat. In Figure 6 a block diagram is shown using the example of the movement seat 1 illustration 1 the movement control according to the invention using the processing unit and the drive mechanism is explained in more detail.

Setzt sich der Nutzer auf den Bewegungssitz 1 und aktiviert die Verarbeitungseinheit, dann werden die Sitzfläche 4 und damit der Nutzer zunächst in einem weiteren Betriebsmodus auf einer vorgegebenen Soll-Bewegungsbahn mit einer vorgegebenen konstanten oder variablen Soll-Geschwindigkeit bewegt. Beide Werte sind vorprogrammiert und können durch den Nutzer z.B. durch das Eingabegerät verändert werden. Nachfolgend wird von einer kreisförmigen, vorgegebenen Soll-Bewegungsbahn ausgegangen. Die x- und y-Position der zunächst eingestellten Soll-Bewegungsbahn ergibt sich damit aus den Formeln:

  • x = sin t
    Figure imgb0001
  • y = sin t + π / 2
    Figure imgb0002
If the user sits on the movement seat 1 and activates the processing unit, then the seat 4 and thus the user are initially moved in a further operating mode on a predetermined target movement path with a predetermined constant or variable target speed. Both values are pre-programmed and can be set by the user, for example changed by the input device. The following is based on a circular, predetermined target movement path. The x and y position of the initially set target movement path results from the formulas:
  • x = sin t
    Figure imgb0001
  • y = sin t + π / 2
    Figure imgb0002

Startet der Nutzer die Bewegung fährt die Sitzfläche 4 zunächst auf der Kreisbahn als Sollbewegungsbahn mit dem Anfangs-Soll-radius r0 und mit der Anfangs-Sollgeschwindigkeit v0 in dem weiteren Betriebsmodus, also mit einer passiven Bewegung des Nutzers. In allen Betriebsmodi wird die Bewegung automatisch gestoppt, wenn der Nutzer von dem Bewegungssitz 1 aufsteht.If the user starts the movement, the seat 4 initially moves on the circular path as a target movement path with the initial target radius r 0 and with the initial target speed v 0 in the further operating mode, i.e. with a passive movement of the user. In all operating modes, the movement is automatically stopped when the user gets up from the movement seat 1.

Durch die Softwaresteuerung findet ein automatischer Wechsel zwischen dem weiteren Betriebsmodus mit passiver und dem Grundmodus mit aktiver Bewegung statt. Durch den automatisierten Wechsel zwischen aktiven Bewegungen des Nutzers und einer Unterstützung durch passive Bewegungszeiten, kann der Nutzer zu aktiven Bewegungen aktiviert werden und dennoch möglichst lange Zeit in Bewegung bleiben. Dieser vorteilhafte funktionelle Ansatz für einen automatisierten Wechsel zwischen aktiver und passiver Bewegung wird im Folgenden beschrieben:
Der Nutzer befindet sich zunächst im weiteren Betriebsmodus, beispielsweise auf einer Kreisbahn mit dem Radius r0 und der Fahrgeschwindigkeit v0. Die gleichförmige Bewegung auf der Soll-Bewegungsbahn kann nun durch den Nutzer in der Geschwindigkeit auf der Kreisbahn und/oder der Form der Bewegungsbahn verändert werden. Dazu muss der Nutzer eine über bloße Haltungskorrekturen hinausgehende zusätzliche Nutzkraft auf die Sitzfläche 4 aufbringen. Möglich wird dies z.B., da der Nutzer seine Füße auf dem Boden stehen hat und darüber eine Kraft übertragen kann. Die Nutzkräfte, die der Nutzer auf die Sitzfläche 4 zusätzlich aufbringt, werden von dem Kraftsensor 19 unter der Sitzfläche 4 erfasst. Der Sensor 19 misst die Nutzkräfte zwischen Sitzfläche 4 und der Antriebsmechanik 6.
The software control automatically switches between the further operating mode with passive and the basic mode with active movement. By automatically switching between the user's active movements and support through passive movement times, the user can be activated to active movements and still remain in motion for as long as possible. This beneficial functional approach for automated switching between active and passive movement is described below:
The user is initially in a further operating mode, for example on a circular path with the radius r 0 and the driving speed v 0 . The uniform movement on the target trajectory can now be carried out by the user in the Speed on the circular path and / or the shape of the trajectory can be changed. To do this, the user must apply additional force to the seat 4 that goes beyond mere posture corrections. This is possible, for example, because the user has his feet on the ground and can transmit force through them. The useful forces that the user additionally applies to the seat 4 are recorded by the force sensor 19 under the seat 4. The sensor 19 measures the useful forces between the seat 4 and the drive mechanism 6.

Die Steuerung besteht aus zwei funktionellen Einheiten. Eine Einheit der Geschwindigkeitsanpassung ist für die Änderung der Ist-Geschwindigkeit auf der vorgegebenen Soll-Bewegungsbahn (in unserem Beispiel die Kreisbahn) zuständig. Eine Einheit der Formänderung ist für die Abweichung der Ist-Bewegungsbahn von der vorgegebenen Soll-Bewegungsbahn zuständig. Die Ergebnisse beider funktioneller Einheiten werden zusammengeführt und an die Motortreiber weitergegeben. Die Algorithmen hinter diesen funktionellen Einheiten und ihre Ausgestaltung können beliebig variiert werden. Unabhängig von der genauen Ausgestaltung beeinflussen sie die Ist-Geschwindigkeit und die Ist-Bewegungsbahn, also die Form der Bewegungsbahn auf der sich die Sitzfläche 4 tatsächlich bewegt und deren tatsächliche Geschwindigkeit.The control consists of two functional units. A speed adjustment unit is responsible for changing the actual speed on the specified target trajectory (in our example, the circular path). A unit of shape change is responsible for the deviation of the actual trajectory from the specified target trajectory. The results of both functional units are merged and passed on to the motor drivers. The algorithms behind these functional units and their design can be varied as desired. Regardless of the exact design, they influence the actual speed and the actual trajectory, i.e. the shape of the trajectory on which the seat 4 actually moves and its actual speed.

Die gesamte Steuerung verwendet als Eingangssignal die von dem Kraftsensor 19 erfassten auf die Sitzfläche 4 wirkenden Nutzkräfte sowie die durch das Eingabegerät vorgegebene Soll-Bewegungsbahn und Soll-Geschwindigkeit.The entire control uses as an input signal the useful forces acting on the seat surface 4 detected by the force sensor 19 as well as the target movement path and target speed specified by the input device.

Funktionelle Einheit der Geschwindigkeitsanpassung:Functional unit of speed adjustment:

Die von dem Kraftsensor 19 gemessenen Nutzkraftwerte in x- und y-Richtung ergeben einen Nutzkraftvektor. Aus den Eingaben der Soll-Geschwindigkeit und der Soll-Bewegungsbahn wird die Soll-Geschwindigkeit in x- und y-Richtung bestimmt. Aus beiden Werten wird der Soll-Geschwindigkeitsvektor gebildet. Der Soll-Geschwindigkeitsvektor wird für die weitere Berechnung zunächst normiert. Zeigt ein Richtungsanteil des Nutzkraftvektors in die Soll-Bewegungsrichtung, möchte der Nutzer durch seine Nutzkraftaufbringung in Bewegungsrichtung beschleunigen, zeigt ein Richtungsanteil des Nutzkraftvektors in eine zur Soll-Bewegungsrichtung entgegengesetzte Richtung, wird eine Abbremsung verursacht.The useful force values measured by the force sensor 19 in the x and y directions result in a useful force vector. The target speed in the x and y directions is determined from the inputs of the target speed and the target trajectory. The target speed vector is formed from both values. The target speed vector is first standardized for further calculation. If a directional component of the useful force vector points in the target direction of movement, the user wants to accelerate in the direction of movement by applying the useful force. If a directional component of the useful force vector points in a direction opposite to the target direction of movement, braking is caused.

In der Einheit der Geschwindigkeitsanpassung wird aus dem Nutzkraftvektor und dem normierten Soll-Geschwindigkeitsvektor das Skalarprodukt gebildet.

  • Ist das Skalarprodukt > 0, dann bringt der Nutzer Nutzkraftanteile in Bewegungsrichtung auf. Die Steuerung beschleunigt in einem Unterstützungsmodus daraufhin auf der Bewegungsbahn. Die Ist-Geschwindigkeit ist höher als die vorgegebene Soll-Geschwindigkeit.
  • Ist das Skalarprodukt = 0, dann sinkt die Ist-Geschwindigkeit, bedingt durch den Tiefpassfilter, langsam wieder auf die Soll-Geschwindigkeit v0, wenn der Nutzer nicht vorher wieder eine Kraft aufbringt. Die Steuerung wechselt ggf. in den weiteren Betriebsmodus.
  • Ist das Skalarprodukt < 0, dann bringt der Anwender Kraftanteile entgegen der Bewegungsrichtung auf. Die Steuerung bremst in diesem Widerstandsmodus daraufhin auf der vorgegebenen Bewegungsbahn. Durch das "Abbremsen" des Nutzers kann die anfängliche Soll-Geschwindigkeit v0 auf eine geringere Ist-Geschwindigkeit vmin der Sitzfläche 4 sinken. Dabei bildet vmin den unteren Wert der Geschwindigkeit (vmin ≤ v0), der auch durch eine zusätzliche Nutzkraftaufbringung des Nutzers nicht mehr unterschritten werden kann.
In the unit of speed adjustment, the dot product is formed from the useful force vector and the standardized target speed vector.
  • If the dot product > 0, then the user applies useful force in the direction of movement. The control then accelerates along the trajectory in a support mode. The actual speed is higher than the specified target speed.
  • If the dot product = 0, then the actual speed, due to the low-pass filter, slowly drops back to the target speed v 0 if the user does not apply force again beforehand. If necessary, the control switches to the other operating mode.
  • If the scalar product is < 0, then the user applies force against the direction of movement. In this resistance mode, the control then brakes along the specified trajectory. By "braking" the user, the initial target speed v 0 can drop to a lower actual speed v min of the seat 4. In this case, v min forms the lower value of the speed (v min ≤ v 0 ), which cannot be undershot even by additional application of the user's useful force.

Der Wert des Skalarprodukts wird mit einem Faktor V1 skaliert. Der Faktor V1 kann durch den Nutzer eingestellt werden (über das Eingabegerät) und beeinflusst das Ansprechverhalten der Steuerung. Er gibt an mit welchem Ausmaß auf eine gegebene Nutzkraftaufbringung des Nutzers reagiert wird. Durch einen höheren Wert kann mit der gleichen Nutzkraftaufbringung des Nutzers also stärker beschleunigt werden. Der Faktor V1 kann konstant sein oder auch als Funktion in Abhängigkeit von verschiedenen Eingangsparametern gestaltet werden.The value of the dot product is scaled by a factor V1. The factor V1 can be set by the user (via the input device) and influences the response behavior of the control. It indicates the extent to which the user reacts to a given application of useful force. A higher value means that the user can accelerate more with the same amount of useful force. The factor V1 can be constant or can be designed as a function depending on various input parameters.

Die beschriebene Steuerung wäre instabil, wenn sie auf kleinste Nutzkraftänderungen des Nutzers sofort reagieren würde. Mit dem Ziel schlagartige Bewegungen der Sitzfläche 4 zu vermeiden, die durch schnelle Bewegungen des Nutzers hervorgerufen werden können, werden dämpfende Elemente, wie Tiefpassfilter in die Steuerung eingebaut.The control described would be unstable if it reacted immediately to the user's smallest changes in useful force. With the aim of avoiding sudden movements of the seat surface 4, which can be caused by rapid movements of the user, damping elements such as low-pass filters are built into the control.

Bringt ein Nutzer schlagartig eine maximale Nutzkraft in Bewegungsrichtung auf die Sitzfläche 4 auf, dann reagiert die Verarbeitungseinheit nicht unmittelbar, indem die Ist-Geschwindigkeit in diese Richtung auf ein Maximum angehoben wird, sondern die Tiefpassfilter bewirken einen zeitlich verzögerten Aufbau der Geschwindigkeit (gedämpfte Beschleunigung). Genauso verhält es sich beim Abbremsen oder dem Absinken einer höheren Ist-Geschwindigkeit auf die Soll-Geschwindigkeit, wenn der Nutzer nicht wie vorher wieder eine Kraft aufbringt.If a user suddenly applies a maximum useful force in the direction of movement to the seat 4, then the processing unit does not react immediately by changing the actual speed is increased to a maximum in this direction, but the low-pass filters cause a delayed build-up of the speed (damped acceleration). The same applies when braking or dropping from a higher actual speed to the target speed if the user does not apply force again as before.

Die Ist-Geschwindigkeit ergibt sich in der funktionellen Einheit der Geschwindigkeitsanpassung aus der Summe der Soll-Geschwindigkeit und dem Ergebnis der Skalierung mit dem Faktor V1 und der Anpassung durch den Tiefpassfilter.The actual speed results in the functional unit of speed adaptation from the sum of the target speed and the result of scaling with the factor V1 and the adaptation using the low-pass filter.

Funktionelle Einheit der Formänderung:Functional unit of shape change:

Die zweite funktionelle Einheit bestimmt die Form der Ist-Bewegungsbahn, auf der sich die Sitzfläche 4 bewegt. Sie ermöglicht einen Formänderungsmodus. Dazu wird der gemessene Kraftwert mit einem Faktor multipliziert (skaliert). Der Kraftanteil in x-Richtung mit X2, der Kraftanteil in y-Richtung mit Y2. Auch diese beiden Faktoren können konstant sein, durch den Nutzer mit dem Eingabegerät verändert werden oder als Funktionen gestaltet werden, die in Abhängigkeit unterschiedlicher Eingangsparameter variieren. Um den in Abbildung 8 dargestellten, progressiv zunehmenden Widerstand in Abhängigkeit von der Auslenkung von der vorgegebenen Soll-Bewegungsbahn zu realisieren, müssen X2 und Y2 als Funktionen abgebildet werden und können nicht konstant sein. Damit lässt sich ein "elastisches" Verhalten realisieren, wodurch der Nutzer bei einer Auslenkung der Ist-Bewegungsbahn von der ursprünglich vorgesehenen Soll-Bewegungsbahn umso stärker auf die Soll-Bewegungsbahn zurückgeführt wird, desto weiter er davon entfernt ist. Dazu können die Faktoren X2 und Y2 umso kleiner werden, je weiter die Ist-Bewegungsbahn von der Soll-Bewegungsbahn abweicht. Diese optionale Ausgestaltung ist in Abbildung 6 nicht dargestellt.The second functional unit determines the shape of the actual trajectory on which the seat 4 moves. It enables a shape changing mode. To do this, the measured force value is multiplied (scaled) by a factor. The force component in the x direction with X2, the force component in the y direction with Y2. These two factors can also be constant, changed by the user using the input device, or designed as functions that vary depending on different input parameters. To the in Figure 8 In order to realize the progressively increasing resistance shown as a function of the deflection from the specified target movement path, X2 and Y2 must be mapped as functions and cannot be constant. This makes it possible to achieve an “elastic” behavior, whereby the user is even more exposed to a deflection of the actual trajectory from the originally intended target trajectory the target trajectory is returned, the further away it is from it. In addition, the factors X2 and Y2 can become smaller the further the actual trajectory deviates from the target trajectory. This optional embodiment is in Figure 6 not shown.

Die Formänderung findet in die Richtung der Nutzkraftaufbringung durch den Nutzer statt, indem die skalierten Kraftanteile zu der Soll-Bewegungsbahn hinzugefügt werden. Sie ist in alle Raumrichtungen (360°) möglich, kann softwareseitig aber auch auf bestimmte Raumrichtungen begrenzt werden.The shape change takes place in the direction of application of the useful force by the user by adding the scaled force components to the target movement path. It is possible in all spatial directions (360°), but can also be limited to certain spatial directions by software.

Aus der Ist-Bewegungsbahn der funktionellen Einheit der Formänderung und der Ist-Geschwindigkeit der funktionellen Einheit der Geschwindigkeitsanpassung werden die von den Motortreibern anzufahrenden Ist-Positionen der Sitzfläche 4 in x- und y-Richtung ausgerechnet (vgl. Abbildung 6). In dem Beispiel der Kreisbahn als Soll-Bewegungsbahn werden Änderungen der Ist-Bewegungsbahn und der Ist-Geschwindigkeit gegenüber der Soll-Bewegungsbahn und Soll-Geschwindigkeit softwareseitig durch einen minimalen Radius rmin (rmin ≤ r0) und eine minimale Fahrtgeschwindigkeit vmin eingeschränkt.The actual positions of the seat surface 4 to be approached by the motor drivers in the x and y directions are calculated from the actual movement path of the functional unit of shape change and the actual speed of the functional unit of speed adjustment (cf. Figure 6 ). In the example of the circular path as a target trajectory, changes in the actual trajectory and the actual speed compared to the target trajectory and target speed are restricted in the software by a minimum radius r min (r min ≤ r 0 ) and a minimum travel speed v min .

An dem Gestell 2 eines als Stuhl, insbesondere Bürostuhl, ausgeführten Bewegungssitzes 1 sind in einer in Abbildung 7 dargestellten Ausgestaltung der Erfindung drei unabhängig voneinander bewegliche Segmente 30 der Rückenlehne 3 gelagert.On the frame 2 of a movement seat 1 designed as a chair, in particular an office chair, there are in one Figure 7 illustrated embodiment of the invention three independently movable segments 30 of the backrest 3 are stored.

Das obere Segment 30.1 der Rückenlehne befindet sich im Bereich des Schultergürtels; es soll den Nutzer an dieser Stelle stabilisieren und möglichst in Ruhe halten. Die beiden tieferliegenden Segmente 30.2, 30.3 der Rückenlehne 3 sollen den Nutzer bei der passiven und aktiven Bewegung unterstützen. Die beiden tieferliegenden Segmente 30.2., 30.3. sind aus einer Ausgangslage zu den Seitenrändern der Sitzfläche beweglich. Um die Körperhaltung des Nutzers beim Sitzen zu korrigieren, insbesondere um einen Rundrücken beim Sitzen zu verhindern, ist zudem die Ausgangslage der beiden unteren beweglich gelagerten Segmente 30.2, 30.3 in Bezug auf das Gestell 2 mittels eines maschinellen Antriebs einstellbar. Die Segmente 30.2, 30.3 lassen sich insbesondere in Richtung der Sitztiefe nach Art einer Lordosenstütze einstellen.The upper segment 30.1 of the backrest is located in the area of the shoulder girdle; it should remind the user of this Stabilize the area and keep it as calm as possible. The two lower segments 30.2, 30.3 of the backrest 3 are intended to support the user during passive and active movement. The two lower segments 30.2., 30.3. are movable from an initial position to the side edges of the seat. In order to correct the user's posture when sitting, in particular to prevent a hunched back when sitting, the initial position of the two lower movably mounted segments 30.2, 30.3 in relation to the frame 2 can be adjusted by means of a mechanical drive. The segments 30.2, 30.3 can be adjusted in particular in the direction of the seat depth in the manner of a lumbar support.

An sämtlichen Segmenten 30 der Rückenlehne 3 ist jeweils ein Sensor 32 zur Erkennung des Sitzverhaltens des Nutzers angeordnet. Als Sensoren sind Drucksensoren vorgesehen, die die Druckintensität zwischen dem Rücken und den einzelnen Segmenten 30 detektieren. Die Sensoren 32 sind zwischen dem Gestell 2 und den beweglich gelagerten Segmenten 30 angeordnet.A sensor 32 for detecting the user's sitting behavior is arranged on all segments 30 of the backrest 3. Pressure sensors are provided as sensors, which detect the pressure intensity between the back and the individual segments 30. The sensors 32 are arranged between the frame 2 and the movably mounted segments 30.

Die Verarbeitungseinheit ist derart eingerichtet, dass sie abhängig von dem durch die Sensoren 32 detektierten Sitzverhalten gezielt einen der Betriebsmodi zur Bewegungssteuerung der Sitzfläche und/oder die Sitzneigeverstellung 26 aktiviert und/oder die Ausgangslage der beiden beweglich gelagerten Segmente 30.2, 30.3 ändert.The processing unit is set up in such a way that, depending on the seating behavior detected by the sensors 32, it specifically activates one of the operating modes for controlling the movement of the seat and/or the seat tilt adjustment 26 and/or changes the initial position of the two movably mounted segments 30.2, 30.3.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
BewegungssitzMovement seat
22
Gestellframe
33
Rückenlehnebackrest
44
SitzflächeSeat
55
BewegungsmodulMotion module
66
AntriebsmechanikDrive mechanics
77
VerfahreinheitTracking unit
88th
erster Schlittenfirst sleigh
99
zweiter Schlittensecond sleigh
1010
Gleitbuchsensliding bushings
1111
erster Satz Führungsschienenfirst set of guide rails
1212
Bodenplattebase plate
1313
GehäuseHousing
1414
erster Riemenfirst strap
1515
erster Elektromotorfirst electric motor
1616
zweiter Satz Führungsschienensecond set of guide rails
1717
zweiter Riemensecond strap
1818
zweiter Elektromotorsecond electric motor
1919
Kraftsensor / MesseinrichtungForce sensor/measuring device
2020
--
2121
Flanschflange
2222
--
2323
Schneckenradworm wheel
2424
SchneckeSnail
2525
ElektromotorElectric motor
2626
SitzneigeverstellungSeat tilt adjustment
2727
VerstellantriebAdjustment drive
2828
DrehgelenkSwivel joint
2929
Linearantrieblinear actuator
3030
Segmentsegment
3131
Anbindung der RückenlehnensegmenteConnection of the backrest segments
3232
Sensorsensor

Claims (20)

  1. Moving seat (1) comprising
    - a frame (2),
    - a seat surface (4),
    - a drive mechanism (6), set up to perform a machine-driven movement of the seat surface (4) with an actual speed along a closed two or three-dimensional actual motion path with respect to the frame (2),
    - a measuring device (19), set up at least for detecting the direction and magnitude of the effective forces applied by a user to the seat surface (4),
    - a processing unit, set up for the movement control of the seat surface (4) with the actual speed along the closed actual motion path by means of the drive mechanism (6) taking into account the direction and magnitude of the detected effective forces, wherein the actual speed of the seat surface (4) changes with respect to a predefined target speed of the seat surface (4) by the effective forces acting on the seat surface (4) and/or the actual motion path changes with respect to a predefined closed target motion path by the effective forces acting on the seat surface (4).
  2. Moving seat according to claim 1, characterised in that the processing unit is further set up such that
    a) an effective force vector, which results from the direction and magnitude of the detected effective forces, is continuously compared with the direction of a target speed vector at a point of the target motion path, wherein the effective force vector relates to the same point or one of the adjacent points on the target motion path, and a component of the effective force vector in or opposite to the direction of the target speed vector causes a change in the actual speed of the seat surface (4) with respect to the target speed of the seat surface (4)
    and/or
    b) a point on the target motion path is displaced in the direction and by a scaled magnitude of the effective force vector, wherein the effective force vector relates to the same point or one of the adjacent points on the target motion path, in order to change the actual motion path of the seat surface with respect to the target motion path, as soon as the magnitude of the effective force vector exceeds a predefined threshold value.
  3. Moving seat according to claim 1 or 2, characterised in that the drive forces of the drive mechanism (6) and the effective forces applied by the user to the seat surface (4) act on the seat surface (4), wherein the effective forces comprise a passive portion resulting from the mass of the user and an active portion resulting from the active movement of the user.
  4. Moving seat according to one of claims 2 or 3,
    characterised in that the processing unit is further set up such that the component of the effective force vector in the direction of the speed vector leads to an increase in the actual speed of the seat surface (4) with respect to the predefined target speed.
  5. Moving seat according to one of claims 2 to 4,
    characterised in that the processing unit is further set up such that the component of the effective force vector against the direction of the speed vector leads to a reduction of the actual speed of the seat surface (4) with respect to the predefined target speed.
  6. Moving seat according to one of claims 2 to 5,
    characterised in that the processing unit is further set up such that the scaled magnitude of the effective force vector is determined by means of a constant or variable which depends on one or more of the motion parameters of the seat surface (4) and/or other input parameters.
  7. Moving seat according to one of claims 2 to 6,
    characterised in that the processing unit is further set up such that a restoring component of the drive force increases with increasing distance of the actual motion path from the closed target motion path.
  8. Moving seat according to one of claims 5 to 7,
    characterised in that drive forces acting against the direction of the speed vector dampen the movement of the seat surface (4).
  9. Moving seat (1) according to one of claims 1 to 8,
    characterised in that the processing unit is further set up such that the movement control of the seat surface (4) with the actual speed along the actual motion path by means of the drive mechanism (6) optionally takes place in at least one further operating mode, wherein in the at least one further operating mode the actual speed of the seat surface (4) is not changed with respect to a predefined target speed of the seat surface (4) by the effective forces acting on the seat surface (4) and the actual motion path is not changed with respect to a predefined closed target motion path by the effective forces acting on the seat surface (4).
  10. Moving seat according to claim 9, characterised in that the processing unit is further set up such that different operating modes change automatically in an event-controlled manner or at defined intervals.
  11. Moving seat according to one of claims 1 to 10,
    characterised in that the processing unit is set up such that the predefined closed target motion path of the seat surface (4) is a closed curve, preferably a smooth closed curve.
  12. Moving seat according to one of claims 1 to 11,
    characterised in that the processing unit is set up such that the predefined target speed of the seat surface (4) does not assume the value "0" at any point of the closed target motion path and/or the target speed vector of the seat surface points at each point of the closed target motion path in the direction of the next point in the direction of motion on the target motion path.
  13. Moving seat according to one of claims 1 to 12,
    characterised in that the drive mechanism (6) comprises a positioning system.
  14. Moving seat according to claim 13, characterised in that the positioning system comprises an X-Y displacement unit (7) .
  15. Moving seat according to claim 13, characterised in that the positioning system comprises a first curved guide and/or a second curved guide and the two guides are arranged at right angles to one another.
  16. Moving seat according to claim 14 or 15, characterised in that the positioning system is further set up for machine-driven rotation of the seat surface (4) about its vertical axis.
  17. Moving seat according to one of claims 14 to 16,
    characterised in that the multi-axis positioning system further comprises a seat tilt adjustment (26) with a mechanical adjustment drive (27).
  18. Moving seat according to one of claims 1 to 17,
    characterised in that a backrest (3) comprising multiple segments (30) is arranged on the frame (2) and at least one of the segments (30) is movably mounted in relation to the frame.
  19. Moving seat according to claim 18, characterised in that an initial position of the at least one movably mounted segment (30) in relation to the frame (2) is adjustable by means of a mechanical drive.
  20. Moving seat according to claim 18 or 19, characterised in that at least one sensor (32) is arranged on the backrest (3) or at least one segment (30) of the backrest (3) to recognise the sitting behaviour of the user, and the processing unit is set up such that depending on the detected sitting behaviour it changes the movement control of the seat surface (4) and/or activates the seat tilt adjustment (26) and/or changes the initial position of the at least one movably mounted segment (30).
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