EP4384349A2 - Exoskelett und verfahren - Google Patents

Exoskelett und verfahren

Info

Publication number
EP4384349A2
EP4384349A2 EP22764761.7A EP22764761A EP4384349A2 EP 4384349 A2 EP4384349 A2 EP 4384349A2 EP 22764761 A EP22764761 A EP 22764761A EP 4384349 A2 EP4384349 A2 EP 4384349A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
joint
exoskeleton
section
force transmission
lap belt
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.)
Pending
Application number
EP22764761.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernward OTTEN
Mauritz FETHKE
Simon Zell
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.)
Festool GmbH
Original Assignee
Festool 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 Festool GmbH filed Critical Festool GmbH
Publication of EP4384349A2 publication Critical patent/EP4384349A2/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases

Definitions

  • the invention relates to an exoskeleton, comprising: a base section for attachment to a torso of a human body, a support section that is movably coupled to the base section to support an arm of the human body, an actuator device that acts on the support section, in particular a pneumatic actuator device, to provide a support force for the Arm, wherein the base portion includes a back panel, a lap belt, and a back-to-lap belt force transmission assembly that provides a power transmission path from the back portion to the lap belt to further transmit a reaction force transmitted from the support portion to the back panel to the lap belt.
  • the reaction force can also be referred to as the user force.
  • the reaction force is, for example, a force that acts on the support section from the user's arm.
  • the reaction force is an interaction force reacting back from the arm to the support section. Due to the principle of actio and reactio (also known as the principle of interaction), when the assisting force is applied to the arm itself, the assisting section will move away from the arm with the opposite to the Supporting force t acting reaction force applied.
  • the reaction force is expediently opposite to the support force t.
  • Exoskeletons are known from DE102017112436B4, US10864102B2 and US10918559B2.
  • One object of the invention is to provide an exoskeleton with which reliable support for the user can be achieved.
  • the power transmission arrangement includes a joint arrangement for providing at least one rotational and/or translational degree of freedom between the back part and the lap belt.
  • the joint arrangement preferably comprises at least one joint for providing at least one rotational and/or translational degree of freedom between the back part and the lap belt.
  • the force transmission path preferably runs via the at least one joint.
  • the force transmission arrangement also comprises a rigid force transmission element which extends from the back part towards the lap belt and over which the force transmission path runs.
  • the force transmission path preferably runs sequentially—ie in series—via the force transmission element and via the at least one joint.
  • the reaction force can be transmitted to the lap belt via the force transmission path, which means that the user can be reliably supported by the exoskeleton. Since the force transmission path is transmitted via the one rigid force transmission element, it can expediently be transferred to other rigid ones Force transmission elements are dispensed with parallel to the one stiff force transmission element. In addition to the one rigid force transmission element, there is preferably no further rigid force transmission element that extends from the back part to the lap belt. The fact that no further rigid force transmission elements are required between the back part and the lap belt and the fact that at least one joint is present can preferably ensure that the user can move easily with the exoskeleton on and the wearing comfort can be impaired be avoided .
  • the extension of the force transmission element in the width direction is less than the extension of the back part in the width direction.
  • the invention also relates to a method according to claim 17 .
  • Figure 1 is a schematic side view of an exoskeleton - device
  • FIG. 2 shows a schematic side view of an exoskeleton worn by a user
  • FIG. 3 shows a schematic detailed view of a support section of the exoskeleton
  • FIG. 4 shows a schematic rear view of the exoskeleton
  • FIG. 5 shows a perspective view of a force transmission element and a joint
  • Figure 6 is a sectional view of the joint
  • FIG. 7 shows a further sectional view of the joint
  • Figure 8 is a front view of an example
  • FIG. 9 shows a side view of the exemplary embodiment of the exoskeleton
  • FIG. 10 shows a schematic sectional view of a variant of the joint
  • FIG. 11 shows a schematic view of a further variant of the joint
  • FIG. 12 shows a schematic side view of a further variant of the joint, together with the lap belt and the back part
  • FIG. 13 shows a schematic side view of a further variant of the joint, together with the lap belt and the back part, and
  • FIG. 14 shows a schematic side view of a further variant of the joint, together with the lap belt and the back part.
  • the z-direction can also be referred to as the vertical direction, the x-direction as the depth direction and the y-direction as the width direction.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exoskeleton device 10 which includes an exoskeleton 20 and optionally a tool 30 and/or a mobile device 40 .
  • the exoskeleton 20 can also be provided on its own.
  • the tool 30 and/or the mobile device 40 are, for example, present separately from the exoskeleton 20 , ie in particular not mechanically connected to the exoskeleton 20 .
  • the tool 30 is, for example, an electric tool, in particular a cordless screwdriver and/or a drill and/or a grinding machine.
  • the mobile device 40 is preferably a smartphone or a tablet.
  • the exoskeleton 20 is optionally designed to communicate with the tool 30 and/or the mobile device 40, in particular wirelessly.
  • the exoskeleton 20 is aligned in an upright orientation with its vertical axis (which in particular runs parallel to a base section axis 62) parallel to the z-direction.
  • the exoskeleton 20 is aligned with its sagittal axis parallel to the x-direction in the right orientation.
  • the sagittal axis of the exoskeleton 20 runs parallel to the sagittal axis of the user, i.e. in particular parallel to a direction from behind--in particular the back of the user--to the front--in particular the chest of the user .
  • the horizontal axis of the exoskeleton 20 runs in particular in Width direction of the exoskeleton 20 and / or parallel to the y-direction.
  • the horizontal axis of the exoskeleton 20 runs parallel to the horizontal axis of the user, ie in particular parallel to a direction from a first shoulder of the user to a second shoulder of the user.
  • the vertical axis of the exoskeleton 20 , the sagittal axis of the exoskeleton 20 and the horizontal axis of the exoskeleton 20 are aligned orthogonally to one another.
  • the exoskeleton device 10 is designed in particular for manual and/or industrial use.
  • the exoskeleton device 10 is preferably not designed for medical and/or therapeutic use.
  • the exoskeleton 20 is an active exoskeleton and in particular has an internal energy source from which the energy for the support force is provided.
  • the exoskeleton 20 is an active exoskeleton for active support of the user's shoulder joint.
  • the exoskeleton 20 includes a base portion 1 for attachment to a body portion of a user's human body.
  • the base section 1 serves to be attached to the torso 2 of the human body.
  • the base section 1 comprises a main section and a textile carrying system which is in particular detachably attached to the main section.
  • the main section serves, for example, to be carried on the back of the human body by means of the textile carrying system, in particular like a rucksack.
  • the main section includes a Back part 8, which is particularly elongated and which is expediently aligned with its longitudinal axis vertically and/or in the longitudinal direction of the user's back.
  • the longitudinal direction of the back part 8 extends along the longitudinal direction of the back.
  • the main section also includes a particularly strip-shaped and/or rigid force transmission element 18 which extends downwards from the back part 8 to a lap belt 16 in order to mechanically couple the back part 8 to the lap belt 16 .
  • the force transmission element 18 expediently serves to transmit a reaction force transmitted from a support section 3 to the back part 8 to the lap belt 16 .
  • the back part 8 is tubular and/or backpack-shaped.
  • the back part 8 is particularly stiff.
  • the back part 8 comprises an expediently stiff back part housing, which is made, for example, from a particularly stiff plastic and/or as a hard shell.
  • the back part 8 expediently serves to transmit a force from the support section 3 to the force transmission element 18 and/or to accommodate components for controlling the support force.
  • the support section 3 can conveniently be referred to as an arm actuator.
  • the power transmission element 18 is designed in the form of a sword, for example, and can also be referred to as a sword.
  • the power transmission element 18 is expediently designed to be adjustable relative to the back part 8 in order in particular to adjust the vertical extension of the main section and/or a power transmission element angle 46 facing the user's back between the To change power transmission element 18 and the back part 8 .
  • the force transmission element 18 is expediently mounted so that it can move in a translatory and/or rotary manner relative to the back part 8 and can in particular be displaced and locked in various translatory and/or rotary positions relative to the back part 8 .
  • the translational movement takes place in particular vertically.
  • the rotational movement expediently takes place about an adjustment axis aligned parallel to the y-direction.
  • the textile carrying system includes, for example, the lap belt 16 and/or at least one, preferably two, shoulder belts 19 .
  • the lap belt 16 expediently forms a loop so that when it is being worn it encloses the torso 2 , in particular the hips, of the user.
  • Each shoulder strap 19 runs, for example, from the main section, in particular from the back part 8 , to the lap belt 16 , expediently over a respective shoulder of the user when the exoskeleton 20 is being worn.
  • the exoskeleton 20 also includes, for example, a force-transmission element joint 17 via which the force-transmission element 18 is attached to the lap belt 16 .
  • the force transmission element joint 17 is designed, for example, as a ball joint and can be referred to as a sacrum joint.
  • the force transmission element joint 17 is arranged in the lower back area of the user, in particular centered in the width direction.
  • the textile carrying system also includes, for example, a back net 21 which is arranged on the side of the back part 8 facing the user's back.
  • a back net 21 which is arranged on the side of the back part 8 facing the user's back.
  • the exoskeleton 20 also includes the support section 3 , which is movably coupled to the base section 1 , for supporting a limb, in particular an arm 4 , of the human body of the user.
  • the support section 3 is designed in particular to be attached to the limb, in particular the arm 4 , of the user.
  • the support section 3 comprises, for example, a particularly rigid arm part 11 and an arm attachment 12 arranged on the arm part 11 , which is designed, for example, as an arm shell.
  • the arm part 11 is, for example, elongate and, when worn, is aligned with its longitudinal axis in the direction of the longitudinal axis of the user's arm. By way of example, the arm part 11 extends from the user's shoulder to the user's elbow area.
  • the exoskeleton 20 ends in the user's elbow area, for example.
  • the arm attachment 12 serves in particular to attach the support section 3 to the arm 4 , in particular the upper arm, of the user.
  • the arm shell encloses the user's upper arm, in particular at least partially, so that the upper arm can be held in the arm shell with a strap.
  • the user's forearm is not attached to the exoskeleton 20 .
  • the support section 3 is, for example, mounted such that it can pivot about a horizontal pivot axis relative to the base section 1 , in particular relative to the back part 8 .
  • the support section 3 is mounted directly on a shoulder part 29 .
  • the horizontal pivot axis can also be referred to as the lifting axis 36 .
  • the lifting axis 36 is in the Area of the user's shoulder arranged.
  • the exoskeleton 20 is designed in particular to support the shoulder joint of the user with the support section 3 .
  • the user can perform a lifting movement with his arm 4 supported by the support section 3 by pivoting the support section 3 about the lifting axis 36 .
  • the lifting axis 36 can in particular be aligned in the y-direction.
  • the lifting axis 36 is expediently always in a horizontal plane, for example an xy plane.
  • a horizontal plane is to be understood in particular as an exactly horizontal plane and/or a plane which is tilted by a maximum of 10 degrees, 7 degrees or 5 degrees with respect to a horizontal.
  • the pivoting angle 47 of the support section 3 about the lifting axis 36 relative to the base section 1 should also be referred to as the lifting angle.
  • the pivoting angle 47 has a reference value, in particular a minimum value, when the support section 3 is oriented downwards (in the case of a vertically oriented exoskeleton 20 ), and increases continuously to a maximum value when the support section 3 is pivoted upwards.
  • the minimum value is in particular a minimum value in terms of absolute value, for example zero.
  • the pivot angle 47 is defined as an angle between a support section axis 61 and a base section axis 62 .
  • the support section axis 61 runs in the longitudinal direction of the support section 3 .
  • the support section axis 61 extends from the lift axis 36 toward the arm mount 12 .
  • the t runs Support section axis 61 expediently parallel to an upper arm axis of arm 4 supported by support section 3 .
  • the base section axis 62 expediently represents a vertical axis of the base section 1 and runs vertically downwards, in particular when the base section 1 is aligned vertically, for example in a state in which the user has put on the exoskeleton 20 and is standing upright.
  • the pivoting angle 47 lies, for example, in a z ⁇ x plane, for example when the user is standing upright and the arms are raised forward.
  • the exoskeleton 20 includes, for example, a shoulder joint arrangement 9 via which the support section 3 is attached to the base section 1 , in particular the back part 8 .
  • the shoulder joint arrangement 9 expediently comprises a link chain with one or more pivot bearings for defining one or more vertical axes of rotation. Pivoting of the support section 3 relative to the base section 1, in particular relative to the back part 8, is expediently possible by means of the articulated chain in a preferably horizontal pivoting plane, for example around an in particular virtual vertical axis of rotation.
  • the articulated chain allows the user to pivot his arm 4 supported by the support section 3 about a vertical axis of rotation running through the user's shoulder, with the support section 3 being moved along with the arm 4 .
  • the articulated chain is designed to be passive, so that when the arm is pivoted in the preferably horizontal pivot plane, the exoskeleton 20 does not provide any active support force in the direction of the horizontal pivot movement.
  • the shoulder joint arrangement 9 is expediently arranged and/or designed in such a way that it defines a free space that is located above the shoulder of the user carrying the exoskeleton 20 when the exoskeleton 20 is in the worn state, so that the user can move through the free space can align his arm supported by the support section 3 vertically upwards past the shoulder joint arrangement 9 .
  • the shoulder joint arrangement 9 comprises, for example, an inner shoulder joint section 27 which is mounted by means of a first pivot bearing of the shoulder joint arrangement 9 such that it can pivot about a first vertical axis of rotation relative to the base section 1 , in particular to the back part 8 .
  • the shoulder joint arrangement 9 also includes, for example, an outer shoulder joint section 28 which is mounted by means of a second pivot bearing of the shoulder joint arrangement 9 such that it can pivot about a second vertical axis of rotation relative to the inner shoulder joint section 27 .
  • the shoulder joint arrangement 9 also includes, for example, a shoulder part 29 which is mounted by means of a third pivot bearing of the shoulder joint arrangement 9 such that it can pivot about a third vertical axis of rotation relative to the outer shoulder joint section 28 .
  • the inner shoulder joint section 27, the outer shoulder joint section 28 and the shoulder part 29 in the shoulder joint arrangement 9 are preferably kinematically coupled to one another as the joint chain in such a way that the swivel angle of the inner shoulder joint section 27 relative to the base section 1 changes the swivel angle of the outer shoulder joint section 28 relative to the inner shoulder joint section 27 and/or the pivoting angle of the shoulder part 29 is fixed relative to the outer shoulder joint section 28 .
  • FIG. 3 shows a schematic detailed view of the support section 3, with components arranged inside the arm part being drawn in visibly.
  • the arm part 11 expediently comprises an arm part housing which is designed to be particularly stiff and is made of plastic, for example.
  • the exoskeleton 20 comprises an actuator device 5 acting on the support section 3 to provide a support force for the limbs, for example for the arm of the user.
  • the actuator device 5 is at least partially arranged in the arm part 11 .
  • the actuator device 5 is an active actuator device.
  • the exoskeleton 20 expediently provides the supporting force by means of the actuator device 5 with a force component acting upwards in the direction of the pivoting movement about the lifting axis 36 , which pushes the arm 4 of the user upwards in the direction of the pivoting movement.
  • the actuator device 5 preferably comprises an actuator unit with an actuator element 32 .
  • the actuator unit can act on the actuator element 32 with an actuator force in order to provide the support force.
  • the actuator element 32 is coupled to an eccentric section 35 arranged eccentrically to the lifting axis 36 .
  • the eccentric section 35 is part of the shoulder part 29 , for example.
  • a torque of the support section 3 about the lifting axis 36 relative to the base section 1 and/or the shoulder part 29 is provided by the actuator force via the coupling of the actuator member 32 to the eccentric section 35 . Due to this torque, the support section 3 presses against the limb 10, in particular the arm 4, of the user 10, in particular above, thus providing the support force acting on the user's limb 12, particularly arm 4.
  • the actuator device 5 has a coupling element 33 designed in particular as a push rod, via which the actuator element 32 is coupled to the eccentric section 35 .
  • the actuator device 5 is preferably a pneumatic actuator device and the actuator unit is expediently designed as a pneumatic drive cylinder 31 .
  • the actuator element 32 is the piston rod of the drive cylinder 31 .
  • the actuator device can also not be designed as a pneumatic actuator device.
  • the actuator device can be designed as a hydraulic and/or electric actuator device and expediently comprise a hydraulic drive unit and/or an electric drive unit as the actuator unit.
  • the drive cylinder 31, the actuator element 32 and/or the coupling element 33 are preferably arranged in the arm part housing.
  • the exoskeleton 20 suitably includes a lifting pivot bearing 34 that provides the lifting axis 36 .
  • the support section 3 is attached to the shoulder joint arrangement 9 via the lifting pivot bearing 34 .
  • FIG. 4 shows a rear view of the exoskeleton 20, the textile carrying system and the force transmission element 18 not being shown.
  • the exoskeleton 20 includes, for example, one or more rechargeable batteries 22, a compressor 23, a valve unit 24 and/or a compressed air tank 25, which are expediently part of the base section 1 and are arranged in particular in the back part housing.
  • the battery 22 is arranged at the bottom of the back part 8 and, in particular, is inserted from below into a battery receptacle of the back part 8 .
  • the compressed air tank 25 is expediently arranged in an upper area in the back part 8 , for example (in particular in the longitudinal direction of the back part 8 and/or vertically) above the valve unit 24 , the control device 7 , the compressor 23 and/or the battery 22 .
  • the valve unit 24 and/or the control device 7 is expediently arranged above the compressor and/or above the battery 22 (in particular in the longitudinal direction of the back part 8 and/or in the vertical direction).
  • the compressor 23 is arranged above the battery 22 (in particular in the longitudinal direction of the back part 8 and/or in the vertical direction).
  • the rechargeable battery 22 serves as an electrical power supply for the exoskeleton 20 , in particular for the compressor 23 , the valve unit 24 , a sensor device 6 and/or a control device 7 .
  • the compressor 23 is designed to compress air to produce compressed air.
  • the compressed air tank 25 is designed to store compressed air—in particular the compressed air generated by the compressor 23 .
  • the valve unit 24 expediently comprises one or more electrically actuatable valves and is in particular designed to have a pneumatic connection from the compressed air tank 25 to a pressure chamber of the pneumatic To influence the drive cylinder 31, in particular to selectively produce and/or block it.
  • the valve unit 24 is also expediently designed to influence, in particular selectively establish and/or block, a pneumatic connection from the compressed air tank 25 to the area surrounding the exoskeleton 20 and/or a pneumatic connection from the pressure chamber of the drive cylinder 31 to the area surrounding the exoskeleton 20 .
  • the valve unit 24 is expediently part of the actuator device 5 .
  • the exoskeleton 20 also includes a sensor device 6 .
  • the sensor device 6 includes an angle sensor 37 for detecting the angle of the support section 3 relative to the base section 1 , in particular of the arm part 11 relative to the shoulder part 29 .
  • This angle should also be referred to as the pivoting angle 47 or the lifting angle.
  • the angle sensor 37 serves in particular to detect the angle of the support section 3 around the lifting axis 36 .
  • the angle sensor 37 is designed, for example, as an incremental encoder and is arranged in particular on the rotary lifting bearing 34 , in particular in the arm part 11 and/or in the shoulder part 29 .
  • the sensor device 6 preferably also comprises at least one pressure sensor for detecting the pressure prevailing in the pressure chamber of the drive cylinder 31 and/or the pressure in the compressed air tank 25 .
  • the at least one pressure sensor is expediently arranged in the back part 8 and/or in the arm part 11 .
  • the exoskeleton device 10 in particular the exoskeleton
  • control device 7 which, for example, comprises a microcontroller or as a Microcontroller is running.
  • the control device 7 serves in particular to control the actuator device 5, in particular the valve unit 24, in order to control the provision of the support force.
  • control device 7 serves to read out the sensor device 6 , in particular to read out data recorded by the sensor device 6 and/or to communicate with the tool
  • control device 7 is formed by controlling the valve unit 24 in the pressure chamber of the drive cylinder
  • control device 7 is designed to increase the pressure in the pressure chamber by activating the valve unit 24 to increase the boosting force and/or to reduce the pressure in the pressure chamber by activating the valve unit 24 to reduce the boosting force.
  • the control device 7 is designed to adjust the support force on the basis of the pivoting angle 47 of the support section 3 detected in particular by means of the angle sensor 37 .
  • the user can change the swivel angle 47 of the support section 3 by swiveling his arm 4 with his muscular strength, and thereby in particular influence the provision of the support force.
  • the support force is low enough so that the user can change the swivel angle 47 of the support section 3 by swiveling his arm 4 using his muscular strength.
  • the supporting force is determined, for example, by the design of the pneumatic system, in particular the compressor, and/or limited by the control device 7 .
  • the control device 7 is preferably part of the exoskeleton 20 and is arranged, for example, in the base section 1 , in particular in the back part 8 .
  • the control device 7 can be implemented at least partially in the mobile device 40 .
  • the exoskeleton 20 comprises, for example, an operating element 14 which is expediently attached to the base section 1 via an operating element cable 15 .
  • the user can use the operating element 14 to control the exoskeleton 20 and in particular to activate or deactivate the support force and/or set it to one of several possible force values greater than zero.
  • the exoskeleton 20 also has, for example, a connecting element 26 via which the shoulder joint arrangement 9 is attached to the base section 1 , in particular the back part 8 .
  • the connecting element 26 is designed as a pull-out element, for example.
  • the connecting element 26 can expediently be adjusted in its position relative to the base section 1 , in particular relative to the back part 8 , in order to be able to adapt the position of the shoulder joint arrangement 9 and the support section 3 to the shoulder width of the user.
  • the position of the connecting element 26 can be adjusted by pushing the connecting element 26 in or out of the back part 8 .
  • the exoskeleton 20 has a first support section 3A, a first shoulder joint arrangement 9A and a first connecting element 26A, as well as via a second support section 3B, a second shoulder joint arrangement 9B and via a second connecting element 26B.
  • the components whose reference numbers are provided with the suffix "A” or “B” are expediently designed to correspond to the components provided with the same reference number but without the suffix "A” or "B", for example the same or mirror-symmetrical, so that the relevant explanations apply accordingly.
  • the first support section 3A, the first shoulder joint arrangement 9A and the first connecting element 26A are arranged on a first, for example the right, side (in width direction) of the base section 1 and serve to support a first, in particular the right, arm of the user.
  • the second support section 3B, the second shoulder joint arrangement 9B and the second connecting element 26B are arranged on a second, for example the left, side (in width direction) of the base section 1 and serve to support a second, in particular the left, arm of the user.
  • the first support section 3A comprises a first arm part 11A, a first arm attachment 12A and/or a first actuator unit , in particular a first drive cylinder.
  • the second support section 3A comprises a second arm part 11B, a second arm attachment 12B and/or a second actuator unit, in particular a second drive cylinder.
  • the control device 7 is preferably designed to set a first support force effected by means of the first actuator unit for the first support section 3A and to set a second support force effected by means of the second actuator unit for the second support section 3B, which expediently differs from the first support force.
  • the first shoulder joint arrangement 9A comprises a first inner shoulder joint section 27A, a first outer shoulder joint section 28A and a first shoulder part 29A.
  • the second shoulder joint arrangement 9B comprises a second inner shoulder joint section 27B, a second outer shoulder joint section 28B and a second shoulder part 29B.
  • the first support section 3A is pivotable about a first horizontal lifting axis 36A relative to the base section 1 and the second support section 3B is pivotable about a second horizontal lifting axis 36B relative to the base section 1 .
  • the exoskeleton 20 is shown in a state in which it is worn by a user, in particular worn as intended.
  • the wording that the user wears the exoskeleton 20, in particular wears it as intended means that the user has put on the exoskeleton - i.e. put it on - for example by the user carrying the back part 8 like a backpack on his back, the lap belt 16 around his hip , the shoulder straps 19 running over the user 's shoulder or shoulders and / or one or both of the user 's arms being attached to the respective support section 3 with a respective arm attachment 12 .
  • the exoskeleton 20 is designed to support the user with a lifting movement of a respective arm, ie with an upward pivoting of the respective support section 3 about a respective lifting axis 36 with a respective, in particular upward-acting, support force. Furthermore, the exoskeleton 20 is expediently designed to support or counteract the user during a lowering movement, i.e. a downward pivoting of the respective support section 3 about a respective lifting axis 36 with a respective support force acting in particular upwards, or to counteract the respective To deactivate or reduce the support force during the lowering movement.
  • the base section 1 preferably comprises a force transmission arrangement running from the back part 8 to the lap belt 16 .
  • the force transmission arrangement provides a force transmission path from the back piece 8 to the lap belt 16 in order to further transmit a reaction force transmitted from the support section 3 to the back piece 8 to the lap belt 16 .
  • the force transmission arrangement comprises a joint arrangement for providing at least one rotational and/or translational degree of freedom between the back part 8 and the lap belt 16 .
  • the joint arrangement preferably comprises at least one joint for providing the at least one rotational and/or translational degree of freedom between the back part 8 and the lap belt 16 .
  • the joint is, for example, the force transmission element joint 17 .
  • the force transmission path preferably runs via the at least one joint.
  • the power transmission arrangement also includes that which extends in particular from the back part 8 towards the lap belt 16 rigid power transmission element 18 over which the power transmission path runs.
  • the force transmission element 18 is expediently able to transmit a horizontally and/or vertically acting force.
  • rigid means, in particular, that it is dimensionally stable.
  • a rigid force transmission element is in particular a force transmission element that is dimensionally stable under the load of its own weight and/or under the load of the exoskeleton 20 and/or when acted upon by the reaction force—that is to say, in particular, it retains its shape.
  • the term rigid power transmission element is intended in particular to distinguish it from a belt.
  • the rigid power transmission element can also be referred to as a rigid power transmission element.
  • the power transmission element 18 is preferably made of metal, in particular of magnesium, for example of the magnesium alloy AZ91.
  • the force transmission path is preferably the only path for transmitting the reaction force from the back part 8 to the lap belt 16 so that the entire reaction force transmitted from the back part 8 to the lap belt 16 runs via the rigid force transmission element 18 .
  • the entire reaction force transmitted from the back part 8 to the lap belt 16 runs sequentially via the rigid force transmission element 18 and the joint.
  • the power transmission path does not split up.
  • the force transmission element 18 is preferably connected to the lap belt 16 only via the joint arrangement, in particular only via the joint. Expediently, apart from the rigid power transmission element 18, there is no other rigid element Element for power transmission between the back part 8 and the lap belt 16 . In particular, there is no rigid element separate from the rigid force transmission element 18 for force transmission between the back part 8 and the lap belt 16 . In particular, apart from the rigid force transmission element 18 and the shoulder straps 19 , there is no other element that connects the back part 8 and the lap belt 16 .
  • the lap belt 16 is expediently connected at only one point to the force transmission element 18 , which is designed in particular as a sword.
  • the force transmission element 18 is embodied as a flat profile, which is preferably fastened in the back part 8 so that it can be pulled out. In this way, the exoskeleton 20 can be adjusted to the back length of the user.
  • the connection--in particular the force-transmitting element joint 17--between the force-transmitting element 18 and the lap belt 16 can also be referred to as a sacrum connection or sacrum joint. This connection, in particular the force transmission element joint 17, is expediently located at the level of the sacrum of the user.
  • the joint arrangement preferably the joint, in particular the force transmission element joint 18, preferably provides three rotational degrees of freedom.
  • the joint arrangement preferably comprises a ball joint and/or a rotary joint, in particular a rotary joint that can be displaced in a translatory manner.
  • the joint, in particular the force transmission element joint 17, is preferably designed as a ball joint.
  • the force transmission path runs expediently one after the other over the stiff Power transmission element 18 and via the power transmission element -joint 17 to the lap belt 16.
  • the joint, in particular the force transmission element joint 17 is preferably arranged between the back part 8 and the lap belt 16 .
  • the joint, in particular the force transmission element joint 17, is preferably arranged between the rigid force transmission element 18 and the lap belt 16, in particular at the level of the lap belt 16.
  • the joint, in particular the force transmission element joint 17, is on a rearward-facing outside of the lap belt 16 arranged.
  • the force transmission arrangement, in particular the force transmission element 18 and/or the joint, in particular the force transmission element joint 17, is expediently arranged centrally in the width direction y of the exoskeleton 20.
  • the force transmission element 18 preferably comprises a stiff strip-shaped strip section 301 which extends over at least 50% of the vertical extent, ie in particular the length, of the force transmission element 18 .
  • the strip section 301 can be seen in FIG. 5, for example.
  • the force transmission element 18, in particular the strip section 301 is expediently aligned with its largest side in terms of surface area parallel to the y-direction and/or normal to the x-direction.
  • the force transmission path expediently runs via the strip section 301.
  • the entire reaction force transmitted from the back part 8 to the lap belt 16 runs via the strip section 301, in particular over at least part of the strip section 301.
  • the joint arrangement includes an extension joint 302 with at least one translatory Degree of freedom over which the vertical extent of the exoskeleton 20 can be adjusted.
  • the length of the joint arrangement can be adapted to the back length of a user with the extension joint 302 .
  • An exemplary embodiment of the extension joint 302 is shown in FIG.
  • the power transmission element 18 is mounted on the back part 8 via the extension joint 302 .
  • the power transmission element 18 is slidably mounted on the back part 8 via the extension joint 302 .
  • the power transmission element 18 can optionally be inserted into the back part 8 via the extension joint 302 in order to reduce the vertical extension of the exoskeleton 20 or pulled out of the back part 8 in order to increase the vertical extension of the exoskeleton 20 .
  • the extension joint 302 expediently comprises an actuating element 303 via which the user can fix the force transmission element 18 relative to the back part 8 so that the force transmission element 18 cannot be displaced relative to the back part 8 .
  • markings are present on the force transmission element 18 , which are distributed in the longitudinal direction of the force transmission element 18 and which expediently show the user a currently set position of the force transmission element 18 relative to the back part 8 .
  • the extension joint 302 has a display structure, in particular a window 304, on which the marking, in particular the number, is positioned according to the currently set position of the force transmission element 18.
  • the extension joint 302 is expediently on the inside of the back part 8 - ie in particular on the dem Back of the user facing side of the back part 8 - arranged.
  • the force-transmitting arrangement includes the extension joint 302, the force-transmitting element 18 and
  • the joint arrangement includes, for example, the extension joint 302 and the force transmission element joint 17 .
  • the force transmission path runs exemplarily (in the given order) sequentially from the back part 8 via the extension joint 302 to the force transmission element 18 and from the force transmission element 18 via the force transmission element joint 17 to the lap belt 16 .
  • This force transmission path is expediently the only path on the exoskeleton 20 for transmitting the reaction force from the back part 8 to the lap belt 16 .
  • a power transmission via the exoskeleton from the back part to the lap belt is expediently possible exclusively via the power transmission path and/or via the shoulder straps 19 .
  • the joint arrangement in particular the joint 12, preferably the force transmission element joint 17, comprises, by way of example, a first joint section 305 and a second joint section 306, as z. B. is shown in FIG.
  • the at least one rotational degree of freedom is provided in particular between the first joint section 305 and the second joint section 306 .
  • the first joint section 305 is associated with the force transmission element 18 and/or the second joint section 306 is associated with the lap belt 16 .
  • the force transmission path expediently runs sequentially via the first joint section 305 and the second joint section 306 .
  • the first joint section 305 is a part, in particular a lower part, of the force transmission element 18 .
  • the first joint section 305 connects to the strip section 301 at the bottom.
  • the second joint section 306 is fastened to the lap belt 16 as an example, as is the case, for example, with FIG. B. is shown in FIG.
  • the second joint section 306 comprises an outer fastening section 307 which is designed in particular as an outer fastening plate.
  • the second joint section 306 expediently also comprises at least one inner fastening section 308 which, for example, comprises at least one inner fastening plate.
  • the outer fastening section 307 and the inner fastening section 308 are expediently used to introduce the force transmitted by the force transmission element 18 , in particular the reaction force, into the lap belt 16 .
  • the outer fastening section 307 and/or the inner fastening section 308 expediently extends in the z direction over at least half the z extent of the lap belt 16 .
  • the y-extension of the outer fastening section 307 and/or the inner fastening section 308 is between 15 and 20 cm.
  • the lap belt 16 arranged between the inner fastening section 308 and the outer fastening section 307 is not shown in FIG. 5 for reasons of better illustration.
  • the outer fastening section 307 preferably rests on the outside—that is, in particular on the side facing away from the user—on the lap belt 16
  • the inner fastening section 308 preferably rests on the inside—that is, in particular on the side facing the user—on the lap belt 16 .
  • the outer Fastening section 307 and the inner fastening section 308 are expediently fastened to one another, in particular by one or more screws which run through the lap belt 16, for example.
  • the force transmission element joint 17 preferably comprises a ball section 309 which, for example, is part of the second joint section 306 and is attached in particular to the outer fastening section 307 .
  • the ball section 309 is shown in FIG.
  • the ball section 309 protrudes backwards from the preferably plate-shaped outer fastening section 307, for example in the (in particular negative) x-direction.
  • the ball section 309 has a ball head 310 .
  • the ball head consists of a plastic, for example glass fiber reinforced polyamide, in particular Schulamid 6 GF30.
  • the ball head 310 is preferably flattened.
  • the ball head 310 has the shape of a truncated sphere.
  • the ball head 310 has the shape of a sphere, part of which has been cut off in the vertical plane.
  • the flattened ball head preferably provides a more compact joint assembly.
  • the flattened ball head makes it possible in particular to reduce a lever arm acting on the second joint section 306 as a result of the introduction of force from the first joint section 305 .
  • the force transmission element expediently comprises a joint
  • 17 also a ball head receptacle 311, which holds the ball head 310 , and in particular is part of the first joint section 305 .
  • the ball head mount 311 is preferably made of metal.
  • the ball head section 309 is expediently detachable from the exoskeleton 20 , in particular together with the outer attachment section 307 , for example by loosening appropriate screws and unlocking the locking mechanism 312 explained below, and then replaceable, for example when the ball head 310 wears out.
  • the ball section 309 is part of the first joint section 305 and the ball head receptacle 311 is part of the second joint section 306 .
  • the joint in particular the force transmission element joint 17 , has the first joint section 305 and the second joint section 306 .
  • the second joint section 306 can be removed from the first joint section 305 in particular without tools, for example in order to remove the lap belt 16 (in particular together with the second joint section 305 ) from the back part 8 and/or from the rigid force transmission element 18 .
  • the exoskeleton 20 preferably comprises a locking mechanism 312 for locking the second joint section 306 to the first joint section 305 .
  • the locking mechanism 312 has, for example, a manually actuable actuating element 313 which, when actuated, can be used to release the locking.
  • the locking mechanism 312 is a purely mechanical locking mechanism.
  • FIGS. 6 and 7 show an exemplary embodiment of the locking mechanism 312 .
  • FIG. 6 shows a section through an xz plane and
  • FIG. 7 shows a section through a yz plane. The cuts each run through the spherical head 310 .
  • the locking mechanism 312 expediently serves to lock the ball head 310 either in the ball head receptacle 311 so that the ball head 310 cannot be removed from the ball head receptacle 311, or to release the ball head 310 relative to the ball head receptacle 311 f, so that the ball head 310 can be removed from the ball head receptacle 311.
  • the locking mechanism 312 can preferably be actuated without the aid of tools.
  • the locking mechanism has a locking part 314 which is expediently mechanically connected to the actuating element 313 and can in particular be moved via the actuating element 313 in order to selectively move the locking part 314 into a locking position or into a release position.
  • the locking part 314 holds the ball head 310 at least partially in a locking recess 315, as a result of which the ball head 310 is locked in the ball head receptacle 311.
  • the locking recess 315 is arranged above the ball head 310 and/or the locking part 314 is expediently arranged below the ball head 310 .
  • the locking part 314 can be rotated via the actuating element 313 about an axis of rotation running in particular parallel to the y-direction in order to move the locking part 314 either into the locking position or the release position by rotating it.
  • the locking part 314 expediently comprises a release recess 316 which faces the ball head 310 in the release position, so that the ball head 310 can leave the locking recess 315 by moving into a space released by the release recess 316 . In the locked position, the release recess 316 does not face the ball head 310 .
  • the actuating element 313 is preferably designed as an operating lever and can in particular be rotated about an axis of rotation running parallel to the y-direction, for example by the user, in order to selectively move the locking part 314 into the locking position or the release position. For example, a 90 degree rotation is required to move the locking member 314 from the locked position to the release position.
  • the actuating element 313 is part of the first joint section 305 , in particular part of the force transmission element 18 .
  • the actuating element 313 is arranged in particular on a lateral edge (in the width direction) of the force transmission element 18 .
  • the actuating element 313 is integrated into the force transmission element 18 in such a way that the actuating element 313 continuously extends a lateral outer contour (in the width direction) of the force transmission element 18 .
  • the part of the force transmission element 18 without the actuating element 313 should also be referred to as the force transmission element body 317 .
  • the power transmission member 18 includes the power transmission member body 317 and the actuator 313 .
  • the recess is formed by a step 318 in the lateral outer contour inward towards the center (in the width direction) of the force transmission element 18 and a subsequent vertically downward running section 319 of the lateral outer contour of the power transmission element body 317 formed.
  • Two different, consecutive actuating movements of the actuating element 313 are preferably required in order to release the locking.
  • the actuating element 313 can optionally be put into a secured state or an actuating state, in particular by the user, and can expediently only be put into the release position in the actuating state, and in particular not in the secured state.
  • a first operating movement of the operating member 313, such as pulling the operating member 313 laterally outward in the width direction, is required to set the operating member 313 from the secured state to the operating state, and subsequent to this is a second operating movement, specifically, a rotation about one parallel axis of rotation running in the y-direction, of the actuating element 313 is required in order to move the actuating element 313 in the actuating state from the locking position into the release position.
  • the actuating element 313 has a first engagement section 321 which, in the secured state, is in engagement with a second engagement section 322 of the force transmission element body 317 and thereby prevents the actuating element 313 from being able to be moved into the release position.
  • the first engagement section 321 is designed as a projection that protrudes, in particular, laterally
  • the second engagement section 322 is designed as a depression, in particular, at the side.
  • the ball head can be inserted laterally into the ball head receptacle and the locking mechanism closes the ball head receptacle from the side.
  • the locking mechanism is expediently not arranged in the same plane as a main force direction.
  • the locking mechanism preferably comprises an actuating element, preferably designed as an operating lever, which is shaped, for example, like the actuating element 313 discussed above.
  • the actuating element, in particular the operating lever comprises a locking section which serves in particular to laterally close the ball head mount.
  • the actuating element can be rotated about an axis of rotation that runs in particular parallel to the y-direction, in order to move the locking section by rotation either into the locking position or into the release position.
  • the locking section a recess, for example an opening, in the first joint section 305, for example in the y-direction, is released.
  • the recess or opening is blocked by the locking section, in particular blocked in such a way that the second joint section 306 cannot be removed from the first joint section 306 .
  • the ball head is attached to the force transmission element and the ball head receptacle is arranged on the lap belt.
  • the first joint section 305 has a pin section 323 which is in engagement with a first bearing element 324 .
  • the second joint section 306 is expediently designed as a plate attached to the lap belt 16 and the pin section 323 engages in an opening in the plate.
  • the pin section 323 is expediently articulated in the opening by means of a bearing.
  • the bearing is a ball bearing or a plain bearing, in particular a self-aligning plain bearing.
  • the bearing is formed by the first bearing element 324 and a second bearing element 325 of the second joint section 306 arranged in the opening.
  • the second joint section 306 which is designed in particular as a plate and/or is attached to the lap belt, has a vertically oriented slot 326, in which a slot on the Power transmission element 18 arranged pin t 327 (as the first joint portion 305) is performed.
  • the elongated hole can be part of the force transmission element and the pin part of the second joint section.
  • the joint is preferably designed as a rotary joint, in particular as a rotary joint that can be displaced in a translatory manner.
  • the pin 327 can be moved in rotation (about a horizontal axis of rotation) relative to the second joint section 306, so that the variant according to FIG. 11 provides a swivel joint.
  • the rotary joint can expediently be moved in a translatory manner by moving the pin 327 in the slot 326 .
  • the joint preferably defines a linear path—for example by means of the linearly extending elongated hole 326—for a movement, in particular a translational movement, of the back part 8 relative to the lap belt 16 .
  • the pin 327 guided in the slot 326 rests against the lower end of the slot 326 . If the user bends forward, the pin 327 can move upwards within the elongated hole 326 and thus give the user more free space in the bent over position in the area of his back.
  • FIGS. 13 and 14 show variants in which the joint defines a non-linear path for a movement, in particular a translatory movement, of the back part 8 relative to the lap belt 16 .
  • the non-linear path allows the user to rotate, in particular to bend.
  • the second joint section 306 has a slot 326 which defines the non-linear path.
  • the non-linear trajectory is suitably concave (with respect to the user) as shown in FIG. 13 or convex (with respect to the user) as shown in FIG.
  • the elongated hole 326 has the course of an arc whose imaginary center point is in the body of the user (cf. FIG. 13) or behind the user (cf. FIG. 14).
  • the force transmission element 18 comprises a pin 327 which forms the first joint section 305 and is guided in the slot 326 .
  • the second joint section 306 is rotatably mounted on the lap belt 16 , in particular via a rotatable fastening plate 328 .
  • the force transmission element - bearing 17 can be designed in particular as a linear guide, which expediently allows a translational displacement of the force transmission element 18 (as the first joint section 305) relative to the second one attached to the lap belt 16 Joint section 306 allows.
  • the second articulated section 306 is attached to the lap belt 16 via a rotary bearing 329 and is therefore rotatably mounted on the lap belt 16 , in particular about an axis of rotation running parallel to the width direction.
  • the second joint section 306 is expediently embodied in an elongate manner and is oriented vertically with its longitudinal axis.
  • the second hinge portion 306 has a section 330 running towards the user's back, which is designed in particular as a step, kink or curve in the course of the second joint section 306 . This allows the linear guide to be positioned closer to the user's back.
  • the linear guide is designed with a rail in a socket that has been provided with a sliding coating.
  • the construction makes it possible to compensate for a back extension and to maintain a minimum distance between the back and the linear guide. Expediently, there is no impairment of a bending process.
  • the force transmission element bearing 17, in particular the linear guide can be designed as a cylindrical joint.
  • the cylindrical joint offers degrees of freedom in translation and rotation. Both bending and rotating the upper body are preferably possible without restrictions.
  • the linear guide can be an industrially mounted linear guide.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Exoskelett (20), umfassend einen Basisabschnitt (1) zur Anbringung an einen Torso (2) eines menschlichen Körpers, einen beweglich mit dem Basisabschnitt (1) gekoppelten Unterstützungsabschnitt (3) zur Unterstützung eines Arms (4) des menschlichen Körpers, eine auf den Unterstützungsabschnitt (3) wirkende, insbesondere pneumatische, Aktoreinrichtung (5) zur Bereitstellung einer Unterstützungskraft für den Arm (4), wobei der Basisabschnitt (1) ein Rückenteil (8), einen Beckengurt (16) sowie eine vom Rückenteil (8) zum Beckengurt (16) verlaufende Kraftübertragungsanordnung umfasst, die einen Kraftübertragungspfad vom Rückenteil (8) zum Beckengurt (16) bereitstellt, um eine vom Unterstützungsabschnitt (3) auf das Rückenteil (8) übertragene Reaktionskraft weiter zum Beckengurt (16) zu übertragen. Die Kraftübertragungsanordnung umfasst eine Gelenkanordnung zur Bereitstellung wenigstens eines rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgrads zwischen dem Rückenteil (8) und dem Beckengurt (16). Die Kraftübertragungsanordnung umfasst ferner ein sich vom Rückenteil (8) hin zum Beckengurt (16) erstreckendes steifes Kraftübertragungselement (18) umfasst, über das der Kraftübertragungspfad verläuft.

Description

Festool GmbH, Wertstraße 20, 73240 Wendlingen am Neckar
Exoskelett und Verfahren
Die Erfindung betrifft ein Exoskelett, umfassend: einen Basisabschnitt zur Anbringung an einen Torso eines menschlichen Körpers, einen beweglich mit dem Basisabschnitt gekoppelten Unterstützungsabschnitt zur Unterstützung eines Arms des menschlichen Körpers, eine auf den Unterstützungsabschnitt wirkende, insbesondere pneumatische, Aktoreinrichtung zur Bereitstellung einer Unterstützungskraft für den Arm, wobei der Basisabschnitt ein Rückenteil, einen Beckengurt sowie eine vom Rückenteil zum Beckengurt verlaufende Kraftübertragungsanordnung umfasst, die einen Kraftübertragungspfad vom Rückenteil zum Beckengurt bereitstellt, um eine vom Unterstützungsabschnitt auf das Rückenteil übertragene Reaktionskraft weiter zum Beckengurt zu übertragen.
Die Reaktionskraft kann auch als Anwenderkraft bezeichnet werden. Bei der Reaktionskraft handelt es sich beispielsweise um eine Kraft, die von dem Arm des Anwenders auf den Unterstützungsabschnitt wirkt. Beispielsweise ist die Reaktionskraft eine von dem Arm auf den Unterstützungsabschnitt rückwirkende Wechselwirkungskraft. Aufgrund des Prinzips von Actio und Reactio (auch als Wechselwirkungsprinzip bekannt) wird der Unterstützungsabschnitt bei Ausübung der Unterstützungskraft auf den Arm selbst von dem Arm mit der entgegengesetzt zur Unterstützungskraf t wirkenden Reaktionskraf t beauf schlagt . Zweckmäßigerweise ist die Reaktionskraf t entgegengesetzt zur Unterstützungskraf t .
Exoskelette sind aus der DE102017112436B4 , US10864102B2 und der US10918559B2 bekannt .
Eine Aufgabe der Erf indung besteht darin, ein Exoskelett bereitzustellen, mit dem eine zuverlässige Unterstützung des Anwenders erzielt werden kann .
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Exoskelett gemäß Anspruch 1 . Die Kraf tübertragungsanordnung umfasst eine Gelenkanordnung zur Bereitstellung wenigstens eines rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgrads zwischen dem Rückenteil und dem Beckengurt . Die Gelenkanordnung umfasst vorzugsweise wenigstens ein Gelenk zur Bereitstellung des wenigstens einen rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgrads zwischen dem Rückenteil und dem Beckengurt . Vorzugsweise verläuf t der Kraf tübertragungspfad über das wenigstens eine Gelenk . Die Kraf tübertragungsanordnung umfasst ferner ein sich vom Rückenteil hin zum Beckengurt erstreckendes steifes Kraf tübertragungselement , über das der Kraf tübertragungspfad verläuf t . Vorzugsweise verläuf t der Kraf tübertragungspfad sequentiell - also in Reihe - über das Kraf tübertragungselement und über das wenigstens eine Gelenk .
Über den Kraf tübertragungspfad kann die Reaktionskraf t an den Beckengurt übertragen werden, wodurch eine zuverlässige Unterstützung des Anwenders durch das Exoskelett erzielt werden kann . Da der Kraf tübertragungspfad über das eine steife Kraf tübertragungselement übertragen wird, kann zweckmäßigerweise auf weitere steife Kraf tübertragungselemente parallel zu dem einen steifen Kraf tübertragungselement verzichtet werden . Vorzugsweise ist zusätzlich zu dem einen steifen Kraf tübertragungselement kein weiteres steifes Kraf tübertragungselement , das sich von dem Rückenteil hin zum Beckengurt erstreckt , vorhanden . Dadurch, dass keine weiteren steifen Kraf tübertragungselemente zwischen dem Rückenteil und dem Beckengurt erforderlich sind, und dadurch, dass das wenigstens eine Gelenk vorhanden ist , kann vorzugsweise gewährleistet werden, dass sich der Anwender mit angelegtem Exoskelett gut bewegen kann und es kann eine Beeinträchtigung des Tragekomforts vermieden werden .
Zweckmäßigerweise ist die Erstreckung des Kraf tübertragungselements in Breitenrichtung geringer als die Erstreckung des Rückenteils in Breitenrichtung .
Vorteilhaf te Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Die Erf indung betrif f t ferner ein Verfahren gemäß Anspruch 17 .
Weitere exemplarische Details sowie beispielhaf te Ausführungs formen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert . Dabei zeigt
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Exoskelett - Vorrichtung,
Figur 2 eine schematische Seitenansicht eines von einem Anwender getragenen Exoskeletts , Figur 3 eine schematische Detailansicht eines Unterstützungsabschnitts des Exoskeletts ,
Figur 4 eine schematische Rückansicht des Exoskeletts ,
Figur 5 eine perspektivische Ansicht eines Kraf tübertragungselements und eines Gelenks ,
Figur 6 eine Schnittdarstellung des Gelenks ,
Figur 7 eine weitere Schnittdarstellung des Gelenks ,
Figur 8 eine Ansicht von vorne auf eine exemplarische
Ausgestaltung des Exoskeletts ,
Figur 9 eine Seitenansicht auf die exemplarische Ausgestaltung des Exoskeletts ,
Figur 10 eine schematische Schnittansicht einer Variante des Gelenks ,
Figur 11 eine schematische Ansicht einer weiteren Variante des Gelenks ,
Figur 12 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Variante des Gelenks , zusammen mit dem Beckengurt und dem Rückenteil ,
Figur 13 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Variante des Gelenks , zusammen mit dem Beckengurt und dem Rückenteil , und
Figur 14 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Variante des Gelenks , zusammen mit dem Beckengurt und dem Rückenteil . Bei den nachfolgenden Erläuterungen wird Bezug genommen auf die in den Figuren eingezeichneten, orthogonal zueinander ausgerichteten Raumrichtungen x-Richtung, y-Richtung und z - Richtung . Die z -Richtung kann auch als Vertikalrichtung, die x-Richtung als Tiefenrichtung und die y-Richtung als Breitenrichtung bezeichnet werden .
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Exoskelett -Vorrichtung 10 , die ein Exoskelett 20 sowie optional ein Werkzeug 30 und/oder ein Mobilgerät 40 umfasst . Das Exoskelett 20 kann auch für sich genommen bereitgestellt sein . Das Werkzeug 30 und/oder das Mobilgerät 40 sind exemplarisch separat von dem Exoskelett 20 vorhanden, also insbesondere nicht mechanisch mit dem Exoskelett 20 verbunden . Bei dem Werkzeug 30 handelt es sich beispielsweise um ein Elektrowerkzeug, insbesondere um einen Akkuschrauber und/oder eine Bohrmaschine und/oder eine Schleifmaschine . Das Mobilgerät 40 ist vorzugsweise ein Smartphone oder ein Tablet . Optional ist das Exoskelett 20 ausgebildet , mit dem Werkzeug 30 und/oder dem Mobilgerät 40 zu kommunizieren, insbesondere drahtlos .
Exemplarisch ist das Exoskelett 20 in einer auf rechten Ausrichtung mit seiner Vertikalachse (die insbesondere parallel zu einer Basisabschnitt -Achse 62 verläuf t ) parallel zur z -Richtung ausgerichtet . Insbesondere ist das Exoskelett 20 in der auf rechten Ausrichtung mit seiner Sagitalachse parallel zur x-Richtung ausgerichtet . Die Sagitalachse des Exoskeletts 20 verläuf t in einem Zustand, in dem der Anwender das Exoskelett 20 angelegt hat , parallel zur Sagitalachse des Anwenders , also insbesondere parallel zu einer Richtung von hinten - also insbesondere dem Rücken des Anwenders - nach vorne - also insbesondere der Brust des Anwenders . Die Horizontalachse des Exoskeletts 20 verläuf t insbesondere in Breitenrichtung des Exoskeletts 20 und/oder parallel zur y- Richtung . Die Horizontalachse des Exoskeletts 20 verläuf t in einem Zustand, in dem der Anwender das Exoskelett 20 angelegt hat , parallel zur Horizontalachse des Anwenders , also insbesondere parallel zu einer Richtung von einer ersten Schulter des Anwenders zu einer zweiten Schulter des Anwenders . Die Vertikalachse des Exoskeletts 20 , Sagitalachse des Exoskeletts 20 und die Horizontalachse des Exoskeletts 20 sind orthogonal zueinander ausgerichtet .
Die Exoskelett -Vorrichtung 10 ist insbesondere für den handwerklichen und/oder den industriellen Einsatz ausgebildet . Vorzugsweise ist die Exoskelett -Vorrichtung 10 nicht für einen medizinischen und/oder nicht für einen therapeutischen Einsatz ausgebildet .
Das Exoskelett 20 ist ein aktives Exoskelett und verfügt insbesondere über eine interne Energiequelle , aus der die Energie für die Unterstützungskraf t bereitgestellt wird . Insbesondere ist das Exoskelett 20 ein aktives Exoskelett zur aktiven Unterstützung des Schultergelenks des Anwenders .
Das Exoskelett 20 umfasst einen Basisabschnitt 1 , der zur Anbringung an einen Körperabschnitt eines menschlichen Körpers eines Anwenders dient . Exemplarisch dient der Basisabschnitt 1 dazu , an den Torso 2 des menschlichen Körpers angebracht zu werden .
Der Basisabschnitt 1 umfasst einen Hauptabschnitt und ein textiles Tragesystem, das insbesondere lösbar an dem Hauptabschnitt angebracht ist . Der Hauptabschnitt dient exemplarisch dazu , mittels des textilen Tragesystems an dem Rücken des menschlichen Körpers getragen zu werden, insbesondere rucksackartig . Der Hauptabschnitt umfasst ein Rückenteil 8 , das insbesondere länglich ausgeführt ist und das zweckmäßigerweise mit seiner Längsachse vertikal und/oder in Längsrichtung des Rückens des Anwenders ausgerichtet ist . Beispielsweise erstreckt sich die Längsrichtung des Rückenteils 8 entlang der Längsrichtung des Rückens . Der Hauptabschnitt umfasst ferner ein insbesondere leistenförmiges und/oder steifes Kraf tübertragungselement 18 , das sich von dem Rückenteil 8 nach unten hin zu einem Beckengurt 16 erstreckt , um das Rückenteil 8 mechanisch mit dem Beckengurt 16 zu koppeln . Das Kraf tübertragungselement 18 dient zweckmäßigerweise dazu , um eine von einem Unterstützungsabschnitt 3 auf das Rückenteil 8 übertragene Reaktionskraf t weiter zum Beckengurt 16 zu übertragen . Exemplarisch ist das Rückenteil 8 schlauchförmig und/oder rucksackförmig ausgeführt . Das Rückenteil 8 ist insbesondere steif ausgeführt . Insbesondere umfasst das Rückenteil 8 ein zweckmäßigerweise steifes Rückenteil -Gehäuse , das beispielsweise aus einem insbesondere steifen Kunststof f und/oder als Hartschale gefertigt ist . Das Rückenteil 8 dient zweckmäßigerweise dazu , eine Kraf t von dem Unterstützungsabschnitt 3 an das Kraf tübertragungselement 18 zu übertragen und/oder Komponenten für die Steuerung der Unterstützungskraf t auf zunehmen .
Der Unterstützungsabschnitt 3 kann zweckmäßigerweise als Armaktor bezeichnet werden .
Das Kraf tübertragungselement 18 ist exemplarisch schwertförmig ausgeführt und kann auch als Schwert bezeichnet werden . Zweckmäßigerweise ist das Kraf tübertragungselement 18 relativ zum Rückenteil 8 verstellbar ausgeführt , um insbesondere die vertikale Erstreckung des Hauptabschnitts und/oder einen dem Rücken des Anwenders zugewandten Kraf tübertragungselement -Winkel 46 zwischen dem Kraf tübertragungselement 18 und dem Rückenteil 8 zu verändern . Zweckmäßigerweise ist das Kraf tübertragungselement 18 translatorisch und/oder rotatorisch beweglich relativ zum Rückenteil 8 gelagert und insbesondere in verschiedene translatorische und/oder rotatorische Stellungen relativ zum Rückenteil 8 versetzbar und insbesondere verriegelbar . Die translatorische Bewegung erfolgt insbesondere vertikal . Die rotatorische Bewegung erfolgt zweckmäßigerweise um eine parallel zur y-Richtung ausgerichtete Verstellachse .
Das textile Tragesystem umfasst exemplarisch den Beckengurt 16 und/oder wenigstens einen, vorzugsweise zwei , Schultergurte 19 . Der Beckengurt 16 bildet zweckmäßigerweise eine Schlaufe , so dass er im getragenen Zustand den Torso 2 , insbesondere die Hüf te , des Anwenders umschließt . Jeder Schultergurt 19 verläuf t exemplarisch vom Hauptabschnitt , insbesondere vom Rückenteil 8 , hin zum Beckengurt 16 , und zwar zweckmäßigerweise im getragenen Zustand des Exoskeletts 20 über eine j eweilige Schulter des Anwenders .
Das Exoskelett 20 umfasst ferner exemplarisch ein Kraf tübertragungselement -Gelenk 17 , über das das Kraf tübertragungselement 18 an dem Beckengurt 16 angebracht ist . Das Kraf tübertragungselement -Gelenk 17 ist beispielsweise als Kugelgelenk ausgeführt und kann als Sakrumgelenk bezeichnet werden . Im getragenen Zustand des Exoskeletts 20 ist das Kraf tübertragungselement -Gelenk 17 im unteren Rückenbereich des Anwenders angeordnet , insbesondere in Breitenrichtung zentriert .
Das textile Tragesystem umfasst exemplarisch ferner ein Rückennetz 21 , das an der dem Rücken des Anwenders zugewandten Seite des Rückenteils 8 angeordnet ist . Im getragenen Zustand des Exoskeletts 20 liegt das Rückennetz 21 an dem Rücken des Anwenders an, insbesondere zumindest teilweise und/oder im oberen Rückenbereich .
Das Exoskelett 20 umfasst ferner den beweglich mit dem Basisabschnitt 1 gekoppelten Unterstützungsabschnitt 3 zur Unterstützung einer Gliedmaße , insbesondere eines Arms 4 , des menschlichen Körpers des Anwenders . Der Unterstützungsabschnitt 3 ist insbesondere ausgebildet , an der Gliedmaße , insbesondere dem Arm 4 , des Anwenders befestigt zu werden . Der Unterstützungsabschnitt 3 umfasst exemplarisch ein insbesondere steifes Armteil 11 und eine am Armteil 11 angeordnete Armbefestigung 12 , die exemplarisch als Armschale ausgeführt ist . Das Armteil 11 ist exemplarisch länglich ausgeführt und ist im getragenen Zustand mit seiner Längsachse in Richtung der Längsachse des Arms des Anwenders ausgerichtet . Exemplarisch erstreckt sich das Armteil 11 von der Schulter des Anwenders bis zum Ellbogenbereich des Anwenders . Das Exoskelett 20 , insbesondere das Armteil 11 , endet exemplarisch am Ellbogenbereich des Anwenders . Die Armbefestigung 12 dient insbesondere zur Befestigung des Unterstützungsabschnitts 3 an dem Arm 4 , insbesondere dem Oberarm, des Anwenders . Insbesondere umgreif t die Armschale den Oberarm des Anwenders , insbesondere zumindest teilweise , so dass der Oberarm mit einem Band in der Armschale gehalten werden kann . Der Unterarm des Anwenders wird zweckmäßigerweise nicht am Exoskelett 20 befestigt .
Der Unterstützungsabschnitt 3 ist exemplarisch um eine horizontale Schwenkachse relativ zum Basisabschnitt 1 , insbesondere relativ zum Rückenteil 8 , verschwenkbar gelagert . Exemplarisch ist der Unterstützungsabschnitt 3 direkt an einem Schulterteil 29 gelagert . Die horizontale Schwenkachse kann auch als Hebeachse 36 bezeichnet werden . Im getragenen Zustand des Exoskeletts 20 ist die Hebeachse 36 im Bereich der Schulter des Anwenders angeordne . Das Exoskelett 20 ist insbesondere ausgebildet , mit dem Unterstützungsabschnitt 3 das Schultergelenk des Anwenders zu unterstützen . Im getragenen Zustand des Exoskeletts 20 kann der Anwender durch ein Verschwenken des Unterstützungsabschnitts 3 um die Hebeachse 36 mit seinem von dem Unterstützungsabschnitt 3 unterstützten Arm 4 eine Hebebewegung ausführen . Die Hebeachse 36 kann insbesondere in y-Richtung ausgerichtet sein . Zweckmäßigerweise liegt die Hebeachse 36 stets in einer horizontalen Ebene , beispielsweise einer x-y-Ebene . Unter einer horizontalen Ebene ist insbesondere eine exakt horizontale Ebene und/oder eine Ebene zu verstehen, die maximal um 10 Grad, 7 Grad oder 5 Grad gegenüber einer Horizontalen gekippt ist .
Der Schwenkwinkel 47 des Unterstützungsabschnitts 3 um die Hebeachse 36 relativ zum Basisabschnitt 1 soll auch als Hebewinkel bezeichnet werden . Der Schwenkwinkel 47 hat bei einem nach unten ausgerichteten Unterstützungsabschnitt 3 (bei einem vertikal ausgerichteten Exoskelett 20 ) einen Referenzwert , insbesondere einen Minimalwert , und steigt bei einem nach oben gerichteten Verschwenken des Unterstützungsabschnitts 3 kontinuierlich bis zu einem Maximalwert an . Der Minimalwert ist insbesondere ein betragsmäßiger Minimalwert , beispielsweise Null .
Exemplarisch ist der Schwenkwinkel 47 als Winkel zwischen einer Unterstützungsabschnitt -Achse 61 und einer Basisabschnitt -Achse 62 def iniert . Die Unterstützungsabschnitt -Achse 61 verläuf t in Längsrichtung des Unterstützungsabschnitts 3 . Exemplarisch verläuf t die Unterstützungsabschnitt -Achse 61 von der Hebeachse 36 in Richtung zu der Armbefestigung 12 . In einem Zustand, in dem der Anwender das Exoskelett 20 angelegt hat , verläuf t die Unterstützungsabschnitt -Achse 61 zweckmäßigerweise parallel zu einer Oberarm-Achse des von dem Unterstützungsabschnitt 3 unterstützten Arms 4 . Die Basisabschnitt -Achse 62 stellt zweckmäßigerweise eine vertikale Achse des Basisabschnitts 1 dar und verläuf t vertikal nach unten, insbesondere bei einer vertikalen Ausrichtung des Basisabschnitts 1 , beispielsweise in einem Zustand, in dem der Anwender das Exoskelett 20 angelegt hat und auf recht steht . Der Schwenkwinkel 47 liegt exemplarisch in einer z -x-Ebene , beispielsweise dann, wenn der Anwender auf recht steht und die Arme nach vorne gehoben werden .
Das Exoskelett 20 umfasst exemplarisch eine Schultergelenkanordnung 9 , über die der Unterstützungsabschnitt 3 an dem Basisabschnitt 1 , insbesondere dem Rückenteil 8 , angebracht ist . Die Schultergelenkanordnung 9 umfasst zweckmäßigerweise eine Gelenkkette mit einem oder mehrerer Drehlager zur Def inition einer oder mehrerer vertikaler Drehachsen . Mittels der Gelenkkette ist zweckmäßigerweise ein Verschwenken des Unterstützungsabschnitts 3 relativ zum Basisabschnitt 1 , insbesondere relativ zum Rückenteil 8 , in einer vorzugsweise horizontalen Schwenkebene möglich, beispielsweise um eine insbesondere virtuelle vertikale Drehachse . Insbesondere ermöglicht es die Gelenkkette dem Anwender , seinen von dem Unterstützungsabschnitt 3 unterstützten Arm 4 um eine durch die Schulter des Anwenders verlaufende vertikale Drehachse zu schwenken, wobei der Unterstützungsabschnitt 3 mit dem Arm 4 mitbewegt wird . Exemplarisch ist die Gelenkkette passiv ausgeführt , so dass das Exoskelett 20 bei dem Verschwenken des Arms in der vorzugsweise horizontalen Schwenkebene keine aktive Unterstützungskraf t in Richtung der horizontalen Schwenkbewegung bereitstellt . Die Schultergelenkanordnung 9 ist zweckmäßigerweise derart angeordnet und/oder ausgebildet , dass sie einen f reien Raum def iniert , der sich im getragenen Zustand des Exoskeletts 20 oberhalb der Schulter des das Exoskelett 20 tragenden Anwenders bef indet , so dass der Anwender durch den f reien Raum an der Schultergelenkanordnung 9 vorbei seinen von dem Unterstützungsabschnitt 3 unterstützen Arm senkrecht nach oben ausrichten kann .
Die Schultergelenkanordnung 9 umfasst exemplarisch einen inneren Schultergelenkabschnitt 27 , der mittels eines ersten Drehlagers der Schultergelenkanordnung 9 um eine erste vertikale Drehachse verschwenkbar relativ zum Basisabschnitt 1 , insbesondere zum Rückenteil 8 , gelagert ist . Die Schultergelenkanordnung 9 umfasst exemplarisch ferner einen äußeren Schultergelenkabschnitt 28 , der mittels eines zweiten Drehlagers der Schultergelenkanordnung 9 um eine zweite vertikale Drehachse verschwenkbar relativ zum inneren Schultergelenkabschnitt 27 gelagert ist . Die Schultergelenkanordnung 9 umfasst exemplarisch ferner ein Schulterteil 29 , dass mittels eines dritten Drehlagers der Schultergelenkanordnung 9 um eine dritte vertikale Drehachse verschwenkbar relativ zum äußeren Schultergelenkabschnitt 28 gelagert ist . Vorzugsweise sind der innere Schultergelenkabschnitt 27 , der äußere Schultergelenkabschnitt 28 und das Schulterteil 29 in der Schultergelenkanordnung 9 derart als die Gelenkkette miteinander kinematisch gekoppelt , dass durch den Schwenkwinkel des inneren Schultergelenkabschnitts 27 relativ zum Basisabschnitt 1 der Schwenkwinkel des äußeren Schultergelenkabschnitt 28 relativ zum inneren Schultergelenkabschnitt 27 und/oder der Schwenkwinkel des Schulterteils 29 relativ zum äußeren Schultergelenkabschnitt 28 festgelegt wird . Die Figur 3 zeigt eine schematische Detailansicht des Unterstützungsabschnitts 3 , wobei innerhalb des Armteils angeordnete Komponenten sichtbar eingezeichnet sind . Das Armteil 11 umfasst zweckmäßigerweise ein Armteil -Gehäuse , das insbesondere steif ausgeführt und beispielsweise aus Kunststof f gefertigt ist .
Das Exoskelett 20 umfasst eine auf den Unterstützungsabschnitt 3 wirkende Aktoreinrichtung 5 zur Bereitstellung einer Unterstützungskraf t für die Gliedmaße , exemplarisch für den Arm des Anwenders . Exemplarisch ist die Aktoreinrichtung 5 zumindest teilweise in dem Armteil 11 angeordnet .
Die Aktoreinrichtung 5 ist eine aktive Aktoreinrichtung . Zweckmäßigerweise stellt das Exoskelett 20 mittels der Aktoreinrichtung 5 die Unterstützungskraf t mit einer in Richtung der Schwenkbewegung um die Hebeachse 36 nach oben wirkenden Kraf tkomponente bereit , die den Arm 4 des Anwenders in Richtung der Schwenkbewegung nach oben drückt .
Vorzugsweise umfasst die Aktoreinrichtung 5 eine Aktoreinheit mit einem Aktorglied 32 . Die Aktoreinheit kann das Aktorglied 32 mit einer Aktorkraf t beauf schlagen, um die Unterstützungskraf t bereitzustellen . Das Aktorglied 32 ist mit einem exzentrisch zur Hebeachse 36 angeordneten Exzenterabschnitt 35 gekoppelt . Der Exzenterabschnitt 35 ist beispielsweise Teil des Schulterteils 29 . Über die Kopplung des Aktorglieds 32 mit dem Exzenterabschnitt 35 wird durch die Aktorkraf t ein Drehmoment des Unterstützungsabschnitts 3 um die Hebeachse 36 relativ zum Basisabschnitt 1 und/oder dem Schulterteil 29 bereitgestellt . Durch dieses Drehmoment drückt der Unterstützungsabschnitt 3 gegen die Gliedmaße , insbesondere den Arm 4 , des Anwenders , insbesondere nach oben, und stellt so die auf die Gliedmaße , insbesondere den Arm 4 , des Anwenders wirkende Unterstützungskraf t bereit .
Exemplarisch verfügt die Aktoreinrichtung 5 über ein insbesondere als Schubstange ausgeführtes Koppelelement 33 , über das das Aktorglied 32 mit dem Exzenterabschnitt 35 gekoppelt ist .
Bevorzugt ist die Aktoreinrichtung 5 eine pneumatische Aktoreinrichtung und die Aktoreinheit ist zweckmäßigerweise als pneumatischer Antriebszylinder 31 ausgeführt . Das Aktorglied 32 ist die Kolbenstange des Antriebszylinders 31 .
Alternativ kann die Aktoreinrichtung auch nicht als pneumatische Aktoreinrichtung ausgeführt sein . Beispielsweise kann die Aktoreinrichtung als hydraulische und/oder elektrische Aktoreinrichtung ausgeführt sein und zweckmäßigerweise als die Aktoreinheit eine hydraulische Antriebseinheit und/oder eine elektrische Antriebseinheit umfassen .
Der Antriebszylinder 31 , das Aktorglied 32 und/oder das Koppelelement 33 sind bevorzugt in dem Armteil -Gehäuse angeordnet .
Das Exoskelett 20 umfasst zweckmäßigerweise ein Hebe- Drehlager 34 , das die Hebeachse 36 bereitstellt . Exemplarisch ist der Unterstützungsabschnitt 3 über das Hebe-Drehlager 34 an der Schultergelenkanordnung 9 angebracht .
Die Figur 4 zeigt eine Rückansicht des Exoskeletts 20 , wobei das textile Tragesystem und das Kraf tübertragungselement 18 nicht gezeigt sind . Das Exoskelett 20 umfasst exemplarisch einen oder mehrere Akkus 22 , einen Kompressor 23 , eine Ventileinheit 24 und/oder einen Druckluf ttank 25 , die zweckmäßigerweise Teil des Basisabschnitts 1 sind und insbesondere im Rückenteil -Gehäuse angeordnet sind .
Exemplarisch ist der Akku 22 unten am Rückenteil 8 angeordnet und insbesondere in eine Akku-Aufnahme des Rückenteils 8 von unten eingeschoben . Zweckmäßigerweise ist der Druckluf ttank 25 in einem oberen Bereich im Rückenteil 8 angeordnet , exemplarisch ( insbesondere in Längsrichtung des Rückenteils 8 und/oder Vertikalrichtung) über der Ventileinheit 24 , der Steuereinrichtung 7 , dem Kompressor 23 und/oder dem Akku 22 . Die Ventileinheit 24 und/oder die Steuereinrichtung 7 ist ( insbesondere in Längsrichtung des Rückenteils 8 und/oder Vertikalrichtung) zweckmäßigerweise über dem Kompressor und/oder über dem Akku 22 angeordnet . Der Kompressor 23 ist ( insbesondere in Längsrichtung des Rückenteils 8 und/oder Vertikalrichtung) über dem Akku 22 angeordnet .
Der Akku 22 dient als elektrische Energieversorgung für das Exoskelett 20 , insbesondere für den Kompressor 23 , die Ventileinheit 24 , eine Sensoreinrichtung 6 und/oder eine Steuereinrichtung 7 .
Der Kompressor 23 ist ausgebildet , Luf t zu komprimieren, um Druckluf t zu erzeugen . Der Druckluf ttank 25 ist ausgebildet , Druckluf t - insbesondere die von dem Kompressor 23 erzeugte Druckluf t - zu speichern .
Die Ventileinheit 24 umfasst zweckmäßigerweise ein oder mehrere elektrisch betätigbare Ventile und ist insbesondere ausgebildet , eine pneumatische Verbindung von dem Druckluf ttank 25 zu einer Druckkammer des pneumatischen Antriebzylinders 31 zu beeinf lussen, insbesondere wahlweise herzustellen und/oder zu sperren . Zweckmäßigerweise ist die Ventileinheit 24 ferner ausgebildet , eine pneumatische Verbindung von dem Druckluf ttank 25 zur Umgebung des Exoskelett 20 und/oder eine pneumatische Verbindung von der Druckkammer des Antriebszylinders 31 zur Umgebung des Exoskelett 20 zu beeinf lussen, insbesondere wahlweise herzustellen und/oder zu sperren . Die Ventileinheit 24 ist zweckmäßigerweise Teil der Aktoreinrichtung 5 .
Das Exoskelett 20 umfasst ferner eine Sensoreinrichtung 6 . Exemplarisch umfasst die Sensoreinrichtung 6 einen Winkelsensor 37 zur Erfassung des Winkels des Unterstützungsabschnitts 3 relativ zum Basisabschnitt 1 , insbesondere des Armteils 11 relativ zum Schulterteil 29 . Dieser Winkel soll auch als Schwenkwinkel 47 oder als Hebewinkel bezeichnet werden . Der Winkelsensor 37 dient insbesondere zur Erfassung des Winkels des Unterstützungsabschnitts 3 um die Hebeachse 36 . Der Winkelsensor 37 ist beispielsweise als Inkrementalgeber ausgeführt und insbesondere am Hebe-Drehlager 34 , insbesondere im Armteil 11 und/oder im Schulterteil 29 angeordnet .
Bevorzugt umfasst die Sensoreinrichtung 6 ferner wenigstens einen Drucksensor zur Erfassung des in der Druckkammer des Antriebszylinders 31 und/oder des in dem Druckluf ttank 25 herrschenden Drucks . Der wenigstens eine Drucksensor ist zweckmäßigerweise im Rückenteil 8 und/oder im Armteil 11 angeordnet .
Die Exoskelett -Vorrichtung 10 , insbesondere das Exoskelett
20 , umfasst zweckmäßigerweise eine Steuereinrichtung 7 , die beispielsweise einen Microcontroller umfasst oder als Microcontroller ausgeführt ist . Die Steuereinrichtung 7 dient insbesondere dazu , die Aktoreinrichtung 5 , insbesondere die Ventileinheit 24 , anzusteuern, um die Bereitstellung der Unterstützungskraf t zu steuern . Ferner dient die Steuereinrichtung 7 zum Auslesen der Sensoreinrichtung 6 , insbesondere zum Auslesen von von der Sensoreinrichtung 6 erfassten Daten und/oder zur Kommunikation mit dem Werkzeug
30 und/oder dem Mobilgerät 40 . Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung 7 ausgebildet , durch Ansteuerung der Ventileinheit 24 den in der Druckkammer des Antriebszylinders
31 herrschenden Druck einzustellen, insbesondere zu regeln, beispielsweise unter Berücksichtigung eines mittels des Drucksensors erfassten Druckwerts . Insbesondere ist die Steuereinrichtung 7 ausgebildet , zur Erhöhung der Unterstützungskraf t den in der Druckkammer herrschenden Druck durch Ansteuerung der Ventileinheit 24 zu erhöhen und/oder zur Reduzierung der Unterstützungskraf t den in der Druckkammer herrschenden Druck durch Ansteuerung der Ventileinheit 24 zu reduzieren .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung 7 ausgebildet , die Unterstützungskraf t auf Basis des insbesondere mittels des Winkelsensors 37 erfassten Schwenkwinkels 47 des Unterstützungsabschnitts 3 einzustellen . Zweckmäßigerweise kann der Anwender durch seine Muskelkraf t den Schwenkwinkel 47 des Unterstützungsabschnitts 3 durch ein Verschwenken seines Arms 4 verändern, und dadurch insbesondere die Bereitstellung der Unterstützungskraf t beeinf lussen . Insbesondere ist die Unterstützungskraf t niedrig genug, sodass der Anwender durch seine Muskelkraf t den Schwenkwinkel 47 des Unterstützungsabschnitts 3 durch ein Verschwenken seines Arms 4 verändern kann . Die Unterstützungskraf t wird beispielsweise durch die Auslegung des pneumatischen Systems , insbesondere des Kompressors , und/oder durch die Steuereinrichtung 7 begrenzt .
Die Steuereinrichtung 7 ist vorzugsweise Teil des Exoskeletts 20 und exemplarisch in dem Basisabschnitt 1 , insbesondere in dem Rückenteil 8 angeordnet . Optional kann die Steuereinrichtung 7 zumindest teilweise in dem Mobilgerät 40 implementiert sein .
Das Exoskelett 20 umfasst exemplarisch ein Bedienelement 14 , das zweckmäßigerweise über ein Bedienelement -Kabel 15 am Basisabschnitt 1 befestigt ist . Über das Bedienelement 14 kann der Anwender das Exoskelett 20 steuern und insbesondere die Unterstützungskraf t aktivieren, deaktivieren und/oder auf einen aus mehreren möglichen Kraf twerten größer null einstellen .
Das Exoskelett 20 verfügt exemplarisch ferner über ein Verbindungselement 26 , über das die Schultergelenkanordnung 9 an dem Basisabschnitt 1 , insbesondere dem Rückenteil 8 , befestigt ist . Das Verbindungselement 26 ist exemplarisch als Auszugelement ausgeführt . Das Verbindungselement 26 ist zweckmäßigerweise relativ zum Basisabschnitt 1 , insbesondere relativ zum Rückenteil 8 , in seiner Position verstellbar , um die Position der Schultergelenkanordnung 9 und des Unterstützungsabschnitts 3 an die Schulterbreite des Anwenders anpassen zu können . Insbesondere ist die Position des Verbindungselements 26 durch Einschieben oder Ausziehen des Verbindungselements 26 in oder aus dem Rückenteil 8 verstellbar .
Exemplarisch verfügt das Exoskelett 20 über einen ersten Unterstützungsabschnitt 3A, eine erste Schultergelenkanordnung 9A und ein erstes Verbindungselement 26A, sowie über einen zweiten Unterstützungsabschnitt 3B , eine zweite Schultergelenkanordnung 9B und über ein zweites Verbindungselement 26B . Die Komponenten, deren Bezugszeichen mit dem Zusatz „A" oder „B" versehen sind, sind zweckmäßigerweise j eweils in Entsprechung zu den mit der gleichen Bezugszeichen- Zahl aber ohne den Zusatz „A" oder „B" versehenen Komponenten ausgeführt , beispielsweise gleich oder spiegelsymmetrisch, so dass die diesbezüglichen Erläuterungen in Entsprechung gelten .
Der erste Unterstützungsabschnitt 3A, die erste Schultergelenkanordnung 9A und das erste Verbindungselement 26A sind auf einer ersten, exemplarisch der rechten, Seite ( in Breitenrichtung) des Basisabschnitts 1 angeordnet , und dienen zur Unterstützung eines ersten, insbesondere des rechten, Arms des Anwenders .
Der zweite Unterstützungsabschnitt 3B , die zweite Schultergelenkanordnung 9B und das zweite Verbindungselement 26B sind auf einer zweiten, exemplarisch der linken, Seite ( in Breitenrichtung) des Basisabschnitts 1 angeordnet , und dienen zur Unterstützung eines zweiten, insbesondere des linken, Arms des Anwenders .
Der erste Unterstützungsabschnitt 3A umfasst ein erstes Armteil 11A, eine erste Armbefestigung 12A und/oder eine erste Aktoreinheit , insbesondere einen ersten Antriebszylinder .
Der zweite Unterstützungsabschnitt 3A umfasst ein zweites Armteil 11B , eine zweite Armbefestigung 12B und/oder eine zweite Aktoreinheit , insbesondere einen zweiten Antriebszylinder . Bevorzugt ist die Steuereinrichtung 7 ausgebildet , für den ersten Unterstützungsabschnitt 3A eine mittels der ersten Aktoreinheit bewirkte erste Unterstützungskraf t einzustellen und für den zweiten Unterstützungsabschnitt 3B eine mittels der zweiten Aktoreinheit bewirkte zweite Unterstützungskraf t einzustellen, die sich zweckmäßigerweise von der ersten Unterstützungskraf t unterscheidet .
Die erste Schultergelenkanordnung 9A umfasst einen ersten inneren Schultergelenkabschnitt 27A, einen ersten äußeren Schultergelenkabschnitt 28A und ein erstes Schulterteil 29A . Die zweite Schultergelenkanordnung 9B umfasst einen zweiten inneren Schultergelenkabschnitt 27B , einen zweiten äußeren Schultergelenkabschnitt 28B und ein zweites Schulterteil 29B .
Der erste Unterstützungsabschnitt 3A ist um eine erste horizontale Hebeachse 36A relativ zum Basisabschnitt 1 verschwenkbar und der zweite Unterstützungsabschnitt 3B ist um eine zweite horizontale Hebeachse 36B relativ zum Basisabschnitt 1 verschwenkbar .
In der Figur 2 ist das Exoskelett 20 in einem Zustand gezeigt , in dem es von einem Anwender getragen, insbesondere bestimmungsgemäß getragen, wird . Mit der Formulierung, dass der Anwender das Exoskelett 20 trägt , insbesondere bestimmungsgemäß trägt , ist gemeint , dass der Anwender das Exoskelett angezogen - also angelegt - hat , und zwar exemplarisch dadurch, dass der Anwender das Rückenteil 8 rucksackartig auf seinem Rücken trägt , den Beckengurt 16 um seine Hüf te angelegt hat , der oder die die Schultergurte 19 über die Schulter oder die Schultern des Anwenders verlaufen und/oder ein oder beide Arme des Anwenders mit einer j eweiligen Armbefestigung 12 am j eweiligen Unterstützungsabschnitt 3 befestigt sind . Exemplarisch ist das Exoskelett 20 ausgebildet , den Anwender bei einer Hebebewegung eines j eweiligen Arms , also bei einem nach oben gerichteten Verschwenken des j eweiligen Unterstützungsabschnitts 3 um eine j eweilige Hebeachse 36 mit einer j eweiligen, insbesondere nach oben wirkenden, Unterstützungskraf t zu unterstützen . Ferner ist das Exoskelett 20 zweckmäßigerweise ausgebildet , den Anwender bei einer Senkbewegung, also bei einem nach unten gerichteten Verschwenken des j eweiligen Unterstützungsabschnitts 3 um eine j eweilige Hebeachse 36 mit einer j eweiligen insbesondere nach oben wirkenden Unterstützungskraf t zu unterstützen oder entgegenzuwirken oder die j eweilige Unterstützungskraf t bei der Senkbewegung zu deaktivieren oder zu reduzieren .
Bevorzugt umfasst der Basisabschnitt 1 eine vom Rückenteil 8 zum Beckengurt 16 verlaufende Kraf tübertragungsanordnung . Die Kraf tübertragungsanordnung stellt einen Kraf tübertragungspfad vom Rückenteil 8 zum Beckengurt 16 bereit , um eine vom Unterstützungsabschnitt 3 auf das Rückenteil 8 übertragene Reaktionskraf t weiter zum Beckengurt 16 zu übertragen .
Die Kraf tübertragungsanordnung umfasst eine Gelenkanordnung zur Bereitstellung wenigstens eines rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgrads zwischen dem Rückenteil 8 und dem Beckengurt 16 . Vorzugsweise umfasst die Gelenkanordnung wenigstens ein Gelenk zur Bereitstellung des wenigstens einen rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgrads zwischen dem Rückenteil 8 und dem Beckengurt 16 . Das Gelenk ist beispielsweise das Kraf tübertragungselement -Gelenk 17 . Der Kraf tübertragungspfad verläuf t vorzugsweise über das wenigstens eine Gelenk .
Die Kraf tübertragungsanordnung umfasst ferner das sich vom Rückenteil 8 hin zum Beckengurt 16 erstreckende insbesondere steife Kraftübertragungselement 18, über das der Kraftübertragungspfad verläuft.
Das Kraftübertragungselement 18 ist zweckmäßigerweise in der Lage, eine horizontal und/oder vertikal wirkende Kraft zu übertragen .
Mit dem Begriff steif ist insbesondere formstabil gemeint. Ein steifes Kraftübertragungselement ist insbesondere ein Kraftübertragungselement, das unter der Last seines eigenen Gewichts und/oder unter der Last des Exoskeletts 20 und/oder bei Beaufschlagung mit der Reaktionskraft formstabil ist - also insbesondere seine Form beibehält. Der Begriff steifes Kraftübertragungselement soll insbesondere eine Abgrenzung zu einem Gurt darstellen. Das steife Kraftübertragungselement kann auch als starres Kraftübertragungselement bezeichnet werden. Das Kraftübertragungselement 18 ist vorzugsweise aus Metall gefertigt, insbesondere aus Magnesium, beispielsweise aus der Magnesiumlegierung AZ91.
Bevorzugt ist der Kraftübertragungspfad der einzige Pfad zur Übertragung der Reaktionskraft von dem Rückenteil 8 zu dem Beckengurt 16, so dass die gesamte vom Rückenteil 8 zu dem Beckengurt 16 übertragene Reaktionskraft über das steife Kraftübertragungselement 18 verläuft. Insbesondere verläuft die gesamte vom Rückenteil 8 zu dem Beckengurt 16 übertragene Reaktionskraft sequentiell über das steife Kraftübertragungselement 18 und das Gelenk. Insbesondere teilt sich der Kraftübertragungspfad nicht auf .
Bevorzugt ist das Kraftübertragungselement 18 nur über die Gelenkanordnung, insbesondere nur über das Gelenk, mit dem Beckengurt 16 verbunden. Zweckmäßigerweise gibt es außer dem steifen Kraftübertragungselement 18 kein weiteres steifes Element zur Kraf übertragung zwischen dem Rückenteil 8 und dem Beckengurt 16 . Insbesondere gibt es kein von dem steifen Kraf tübertragungselement 18 separates steifes Element zur Kraf tübertragung zwischen dem Rückenteil 8 und dem Beckengurt 16 . Insbesondere gibt es außer dem steifen Kraf tübertragungselement 18 und den Schultergurten 19 kein weiteres Element , das das Rückenteil 8 und den Beckengurt 16 verbindet .
Zweckmäßigerweise ist der Beckengurt 16 nur an einer Stelle mit dem insbesondere als Schwert ausgeführten Kraf tübertragungselement 18 verbunden . Das Kraf tübertragungselement 18 ist exemplarisch als ein f laches Prof il ausgeführt , welches vorzugsweise ausziehbar im Rückenteil 8 befestigt ist . Auf diese Weise kann das Exoskelett 20 auf die Rückenlänge des Anwenders angepasst werden . Die Verbindung - insbesondere das Kraf tübertragungselement -Gelenk 17 - zwischen dem Kraf tübertragungselement 18 und dem Beckengurt 16 kann auch als Sakrumanbindung oder Sakrumgelenk bezeichnet werden . Zweckmäßigerweise bef indet sich diese Verbindung, insbesondere das Kraf tübertragungselement -Gelenk 17 , auf Höhe des Kreuzbeins ( Sakrum) des Anwenders .
Die Gelenkanordnung, vorzugsweise das Gelenk , insbesondere das Kraf tübertragungselement -Gelenk 18 , stellt vorzugsweise drei rotatorische Freiheitsgrade bereit . Bevorzugt umfasst die Gelenkanordnung ein Kugelgelenk und/oder ein Drehgelenk , insbesondere ein translatorisch verschiebbares Drehgelenk . Bevorzugt ist das Gelenk , insbesondere das Kraf tübertragungselement -Gelenk 17 , als Kugelgelenk ausgeführt . Der Kraf tübertragungspfad verläuf t zweckmäßigerweise nacheinander über das steife Kraftübertragungselement 18 und über das Kraftübertragungselement -Gelenk 17 zum Beckengurt 16.
Bevorzugt ist das Gelenk, insbesondere das Kraftübertragungselement -Gelenk 17, zwischen dem Rückenteil 8 und dem Beckengurt 16 angeordnet . Vorzugsweise ist das Gelenk, insbesondere das Kraftübertragungselement -Gelenk 17, zwischen dem steifen Kraftübertragungselement 18 und dem Beckengurt 16 angeordnet, insbesondere auf Höhe des Beckengurts 16. Exemplarisch ist das Gelenk, insbesondere das Kraftübertragungselement -Gelenk 17, an einer nach hinten gerichteten Außenseite des Beckengurts 16 angeordnet. Zweckmäßigerweise ist die Kraftübertragungsanordnung, insbesondere das Kraftübertragungselement 18 und/oder das Gelenk, insbesondere das Kraftübertragungselement -Gelenk 17, in Breitenrichtung y des Exoskeletts 20 mittig angeordnet.
Bevorzugt umfasst das Kraftübertragungselement 18 einen steifen leistenförmigen Leistenabschnitt 301, der sich über wenigstens 50% der vertikalen Erstreckung, also insbesondere der Länge, des Kraftübertragungselements 18 erstreckt. Der Leistenabschnitt 301 ist beispielsweise in der Figur 5 zu sehen. Zweckmäßigerweise ist das Kraftübertragungselement 18, insbesondere der Leistenabschnitt 301, mit seiner flächenmäßig größten Seite parallel zur y-Richtung und/oder normal zur x-Richtung ausgerichtet . Zweckmäßigerweise verläuft der Kraftübertragungspfad über den Leistenabschnitt 301. Insbesondere verläuft die gesamte vom Rückenteil 8 zu dem Beckengurt 16 übertragene Reaktionskraft über den Leistenabschnitt 301, insbesondere über wenigstens einen Teil des Leistenabschnitts 301.
Exemplarisch umfasst die Gelenkanordnung ein Verlängerungs- Gelenk 302 mit wenigstens einem translatorischen Freiheitsgrad, über das die vertikale Erstreckung des Exoskeletts 20 einstellbar ist . Insbesondere ist mit dem Verlängerungs -Gelenk 302 die Länge der Gelenkanordnung an die Rückenlänge eines Anwenders anpassbar . Eine exemplarische Ausgestaltung des Verlängerungs -Gelenk 302 ist in der Figur 8 gezeigt . Exemplarisch ist das Kraf tübertragungselement 18 über das Verlängerungs -Gelenk 302 am Rückenteil 8 gelagert . Insbesondere ist das Kraf tübertragungselement 18 über das Verlängerungs -Gelenk 302 verschiebbar am Rückenteil 8 gelagert . Das Kraf tübertragungselement 18 kann über das Verlängerungs -Gelenk 302 exemplarisch wahlweise in das Rückenteil 8 eingeschoben werden, um die vertikale Erstreckung des Exoskeletts 20 zu verringern oder aus dem Rückenteil 8 ausgezogen werden, um die vertikale Erstreckung des Exoskeletts 20 zu vergrößern . Das Verlängerungs -Gelenk 302 umfasst zweckmäßigerweise ein Betätigungselement 303 , über das der Anwender das Kraf tübertragungselement 18 relativ zum Rückenteil 8 f ixieren kann, so dass das Kraf tübertragungselement 18 relativ zum Rückenteil 8 nicht verschiebbar ist .
Exemplarisch sind am Kraf tübertragungselement 18 Markierungen, insbesondere Zahlen, vorhanden, die in Längsrichtung des Kraf tübertragungselements 18 verteilt angeordnet sind und die dem Anwender zweckmäßigerweise eine aktuell eingestellte Position des Kraf tübertragungselements 18 relativ zum Rückenteil 8 anzeigen . Beispielsweise verfügt das Verlängerungs -Gelenk 302 über eine Anzeigestruktur , insbesondere ein Fenster 304 , an der die Markierung, insbesondere die Zahl , gemäß der aktuell eingestellten Position des Kraf tübertragungselements 18 positioniert ist .
Das Verlängerungs -Gelenk 302 ist zweckmäßigerweise an der Innenseite des Rückenteils 8 - also insbesondere an der dem Rücken des Anwenders zugewandten Seite des Rückenteil 8 - angeordnet .
Exemplarisch umfasst die Kraf tübertragungsanordnung das Verlängerungs -Gelenk 302 , das Kraf tübertragungselement 18 und
5 das Kraf tübertragungselement -Gelenk 17 . Die Gelenkanordnung umfasst exemplarisch das Verlängerungs -Gelenk 302 und das Kraf tübertragungselement -Gelenk 17 . Der Kraf tübertragungspfad verläuf t exemplarisch ( in der angegebenen Reihenfolge) sequentiell von dem Rückenteil 8 über das Verlängerungs -0 Gelenk 302 auf das Kraf tübertragungselement 18 und von dem Kraf tübertragungselement 18 über das Kraf tübertragungselement -Gelenk 17 zum Beckengurt 16 . Dieser Kraf tübertragungspfad ist zweckmäßigerweise der einzige Pfad am Exoskelett 20 zur Übertragung der Reaktionskraf t vom Rückenteil 8 zum Beckengurt 16 . Zweckmäßigerweise ist eine Kraf tübertragung über das Exoskelett vom Rückenteil zum Beckengurt ausschließlich über den Kraf tübertragungspfad und/oder über die Schultergurte 19 möglich .
Die Gelenkanordnung, insbesondere das Gelenk , vorzugsweise0 das Kraf tübertragungselement -Gelenk 17 , umfasst exemplarisch einen ersten Gelenkabschnitt 305 und einen zweiten Gelenkabschnitt 306 , wie dies z . B . in der Figur 5 gezeigt ist . Der wenigstens eine rotatorische Freiheitsgrad wird insbesondere zwischen dem ersten Gelenkabschnitt 305 und dem5 zweiten Gelenkabschnitt 306 bereitgestellt . Exemplarisch ist der erste Gelenkabschnitt 305 dem Kraf tübertragungselement 18 zugeordnet und/oder der zweite Gelenkabschnitt 306 dem Beckengurt 16 zugeordnet . Zweckmäßigerweise verläuf t der Kraf tübertragungspfad sequentiell über den ersten 0 Gelenkabschnitt 305 und den zweiten Gelenkabschnitt 306 . Beispielsweise ist der erste Gelenkabschnitt 305 ein Teil , insbesondere ein unterer Teil , des Kraf tübertragungselements 18 . Insbesondere schließt sich der erste Gelenkabschnitt 305 unten an den Leistenabschnitt 301 an .
Der zweite Gelenkabschnitt 306 ist exemplarisch an dem Beckengurt 16 befestigt , wie dies z . B . in der Figur 9 gezeigt ist . Exemplarisch umfasst der zweite Gelenkabschnitt 306 einen äußeren Befestigungsabschnitt 307 , der insbesondere als äußere Befestigungsplatte ausgeführt ist . Zweckmäßigerweise umfasst der zweite Gelenkabschnitt 306 ferner wenigstens einen inneren Befestigungsabschnitt 308 , der beispielsweise wenigstens eine innere Befestigungsplatte umfasst .
Der äußere Befestigungsabschnitt 307 und der innere Befestigungsabschnitt 308 dienen zweckmäßigerweise zur Einleitung der von dem Kraf tübertragungselement 18 übertragenen Kraf t , insbesondere der Reaktionskraf t , in den Beckengurt 16 . Zweckmäßigerweise erstreckt sich der äußere Befestigungsabschnitt 307 und/oder der innere Befestigungsabschnitt 308 in z -Richtung über wenigstens die Hälf te der z -Erstreckung des Beckengurts 16 . Exemplarisch beträgt die y-Erstreckung des äußeren Befestigungsabschnitts 307 und/oder des inneren Befestigungsabschnitts 308 zwischen 15 und 20 cm .
In der Figur 5 ist aus Gründen der besseren Darstellbarkeit der zwischen dem inneren Befestigungsabschnitt 308 und dem äußeren Befestigungsabschnitt 307 angeordnete Beckengurt 16 nicht gezeigt .
Bevorzugt liegt der äußere Befestigungsabschnitt 307 außen - also insbesondere auf der vom Anwender abgewandten Seite - am Beckengurt 16 an, und der innere Befestigungsabschnitt 308 liegt bevorzugt innen - also insbesondere auf der dem Anwender zugewandten Seite - am Beckengurt 16 an . Der äußere Befestigungsabschnitt 307 und der innere Befestigungsabschnitt 308 sind zweckmäßigerweise aneinander befestigt , insbesondere durch eine oder mehrere Schrauben, die beispielsweise durch den Beckengurt 16 verlaufen .
Bevorzugt umfasst das Kraf tübertragungselement -Gelenk 17 einen Kugelabschnitt 309 , der exemplarisch Teil des zweiten Gelenkabschnitts 306 ist und insbesondere an dem äußeren Befestigungsabschnitt 307 angebracht ist . Der Kugelabschnitt 309 ist in der Figur 6 gezeigt . Beispielsweise ragt der Kugelabschnitt 309 von dem vorzugsweise plattenförmig ausgeführten äußeren Befestigungsabschnitt 307 nach hinten ab , exemplarisch in ( insbesondere negativer) x-Richtung . Der Kugelabschnitt 309 weist einen Kugelkopf 310 auf .
Exemplarisch besteht der Kugelkopf aus einem Kunststof f , beispielsweise aus glasfaserverstärktem Polyamid, insbesondere Schulamid 6 GF30 .
Bevorzugt ist der Kugelkopf 310 abgef lacht ausgeführt . Insbesondere hat der Kugelkopf 310 die Form einer abgef lachten Kugel . Insbesondere ist die von dem Beckengurt
16 abgewandte Seite des Kugelkopfes 310 abgef lacht . Beispielsweise hat der Kugelkopf 310 die Form einer Kugel , von der ein Teil in vertikaler Ebene abgeschnitten wurde . Der abgef lachte Kugelkopf stellt vorzugsweise eine kompaktere Gelenkanordnung bereit . Der abgef lachte Kugelkopf ermöglicht insbesondere eine Reduktion eines infolge der Kraf teinleitung aus dem ersten Gelenkabschnitt 305 auf den zweiten Gelenkabschnitt 306 wirkenden Hebelarms .
Zweckmäßigerweise umfasst das Kraf tübertragungselement -Gelenk
17 ferner eine Kugelkopf -Aufnahme 311 , die den Kugelkopf 310 auf nimmt , und insbesondere Teil des ersten Gelenkabschnitts 305 ist .
Die Kugelkopf -Auf nähme 311 ist vorzugsweise aus Metall gefertigt . Zweckmäßigerweise ist der Kugelkopfabschnitt 309 vom Exoskelett 20 abnehmbar , insbesondere zusammen mit dem äußeren Befestigungsabschnitt 307 , beispielsweise durch Lösen entsprechender Schrauben und durch Entriegeln des nachstehend erläuterten Verriegelungsmechanismus 312 , und dann austauschbar , beispielsweise bei Verschleiß des Kugelkopf s 310 .
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist der Kugelabschnitt 309 Teil des ersten Gelenkabschnitts 305 und die Kugelkopf - Aufnahme 311 ist Teil des zweiten Gelenkabschnitts 306 .
Wie vorstehend bereits erwähnt , verfügt das Gelenk , insbesondere das Kraf tübertragungselement -Gelenk 17 , über den ersten Gelenkabschnitt 305 und über den zweiten Gelenkabschnitt 306 . Der zweite Gelenkabschnitt 306 ist insbesondere werkzeuglos vom ersten Gelenkabschnitt 305 abnehmbar , beispielsweise um den Beckengurt 16 ( insbesondere zusammen mit dem zweiten Gelenkabschnitt 305 ) vom Rückenteil 8 und/oder vom steifen Kraf tübertragungselement 18 abzunehmen .
Bevorzugt umfasst das Exoskelett 20 einen Verriegelungsmechanismus 312 zur Verriegelung des zweiten Gelenkabschnitts 306 an dem ersten Gelenkabschnitt 305 . Der Verriegelungsmechanismus 312 verfügt exemplarisch über ein manuell betätigbares Betätigungselement 313 , über dessen Betätigung die Verriegelung lösbar ist . Vorzugsweise ist der Verriegelungsmechanismus 312 ein rein mechanischer Verriegelungsmechanismus . Die Figuren 6 und 7 zeigen eine exemplarische Ausgestaltung des Verriegelungsmechanismus 312 . Die Figur 6 zeigt einen Schnitt durch eine x- z -Ebene und die Figur 7 zeigt einen Schnitt durch eine y- z -Ebene . Die Schnitte verlaufen j eweils durch den Kugelkopf 310 .
Zweckmäßigerweise dient der Verriegelungsmechanismus 312 dazu , den Kugelkopf 310 wahlweise in der Kugelkopf -Aufnahme 311 zu verriegeln, so dass der Kugelkopf 310 nicht aus der Kugelkopf -Auf nähme 311 entnommen werden kann, oder den Kugelkopf 310 relativ zur Kugelkopf -Aufnahme 311 f reizugeben, sodass der Kugelkopf 310 aus der Kugelkopf -Aufnahme 311 entnommen werden kann . Der Verriegelungsmechanismus 312 ist vorzugsweise ohne Zuhilfenahme von Werkzeug betätigbar .
Exemplarisch verfügt der Verriegelungsmechanismus über ein Verriegelungsteil 314 , das zweckmäßigerweise mechanisch mit dem Betätigungselement 313 verbunden ist und insbesondere über das Betätigungselement 313 bewegt werden kann, um das Verriegelungsteil 314 wahlweise in eine Verriegelungsstellung oder in eine Freigabestellung zu versetzen . In der Verriegelungsstellung hält das Verriegelungsteil 314 den Kugelkopf 310 zumindest teilweise in einer Verriegelungsvertiefung 315 , wodurch der Kugelkopf 310 in der Kugelkopf -Auf nähme 311 verriegelt wird . Exemplarisch ist die Verriegelungsvertiefung 315 oberhalb des Kugelkopf 310 angeordnet und/oder das Verriegelungsteil 314 ist zweckmäßigerweise unterhalb des Kugelkopf s 310 angeordnet .
Exemplarisch ist das Verriegelungsteil 314 über das Betätigungselement 313 um eine insbesondere parallel zur y- Richtung verlaufende Drehachse rotierbar , um das Verriegelungsteil 314 durch Rotation wahlweise in die Verriegelungsstellung oder die Freigabestellung zu versetzen . Das Verriegelungsteil 314 umfasst zweckmäßigerweise eine Freigabeaussparung 316 , die in der Freigabestellung dem Kugelkopf 310 zugewandt ist , so dass der Kugelkopf 310 durch Bewegung in einen durch die Freigabeaussparung 316 f reigegebenen Raum die Verriegelungsvertiefung 315 verlassen kann . In der Verriegelungsstellung ist die Freigabeaussparung 316 dem Kugelkopf 310 nicht zugewandt .
Das Betätigungselement 313 ist vorzugsweise als Bedienhebel ausgeführt und insbesondere um eine parallel zur y-Richtung verlaufende Drehachse rotierbar , beispielsweise durch den Anwender , um das Verriegelungsteil 314 wahlweise in die Verriegelungsstellung oder die Freigabestellung zu versetzen . Beispielsweise ist eine Rotation um 90 Grad erforderlich, um das Verriegelungsteil 314 von der Verriegelungsstellung in die Freigabestellung zu versetzen .
Exemplarisch ist das Betätigungselement 313 Teil des ersten Gelenkabschnitts 305 , insbesondere Teil des Kraf tübertragungselements 18 . Das Betätigungselement 313 ist insbesondere an einem ( in Breitenrichtung) seitlichen Rand des Kraf tübertragungselements 18 angeordnet . Insbesondere ist das Betätigungselement 313 derart in das Kraf tübertragungselement 18 integriert , dass das Betätigungselement 313 eine ( in Breitenrichtung) seitliche Außenkontur des Kraf tübertragungselements 18 kontinuierlich fortführt . Der Teil des Kraf tübertragungselements 18 ohne das Betätigungselement 313 soll auch als Kraf tübertragungselement -Körper 317 bezeichnet werden . Das Kraf tübertragungselement 18 umfasst den Kraf tübertragungselement -Körper 317 und das Betätigungselement 313 . Im Kraf tübertragungselement -Körper ist eine Aussparung vorhanden, insbesondere am ( in Breitenrichtung) seitlichen Rand, in der das Betätigungselement 313 angeordnet ist . Die Aussparung hat zweckmäßigerweise die gleiche Größe wie das Betätigungselement 313 und nimmt das Betätigungselement 313 vollständig auf . Von oben kommend entlang der seitlichen Außenkontur des Kraf tübertragungselement -Körpers 317 wird die Aussparung durch eine Stufe 318 in der seitlichen Außenkontur nach innen in Richtung hin zum Zentrum ( in Breitenrichtung) des Kraf tübertragungselements 18 und einen darauf folgenden vertikal nach unten verlaufenden Abschnitt 319 der seitlichen Außenkontur des Kraf tübertragungselement -Körpers 317 gebildet .
Bevorzugt sind zwei verschiedene , aufeinanderfolgende Betätigungsbewegungen des Betätigungselements 313 erforderlich, um die Verriegelung zu lösen .
Exemplarisch ist das Betätigungselement 313 wahlweise in einen Sicherungszustand oder einen Betätigungszustand versetzbar , insbesondere durch den Anwender , und kann zweckmäßigerweise nur in dem Betätigungszustand in die Freigabestellung versetzt werden, und insbesondere nicht im Sicherungszustand . Insbesondere ist eine erste Betätigungsbewegung des Betätigungselements 313 , beispielsweise ein Ziehen des Betätigungselements 313 in Breitenrichtung seitlich nach außen, erforderlich, um das Betätigungselement 313 von dem Sicherungszustand in den Betätigungszustand zu versetzten, und darauf folgend ist eine zweite Betätigungsbewegung, insbesondere eine Rotation um eine parallel zur y-Richtung verlaufende Drehachse , des Betätigungselements 313 erforderlich, um das Betätigungselement 313 im Betätigungszustand von der Verriegelungsstellung in die Freigabestellung zu versetzen . Exemplarisch verfügt das Betätigungselement 313 über einen ersten Eingrif f sabschnitt 321 , der im Sicherungszustand mit einem zweiten Eingrif f sabschnitt 322 des Kraf tübertragungselement -Körpers 317 in Eingrif f steht und dadurch verhindert , dass das Betätigungselement 313 in die Freigabestellung versetzt werden kann . Exemplarisch ist der erste Eingrif f sabschnitt 321 als insbesondere seitlich abragender Vorsprung und der zweite Eingrif f sabschnitt 322 als insbesondere seitliche Vertiefung ausgeführt . Durch ein Ziehen des Betätigungselements 313 in Breitenrichtung seitlich nach außen wird der Eingrif f zwischen dem ersten Eingrif f sabschnitt 321 und dem zweiten Eingrif f sabschnitt 322 aufgelöst , sodass eine Rotation des Betätigungselements 313 um eine parallel zur y-Richtung verlaufende Drehachse ermöglicht wird .
Gemäß einer alternativen (nicht gezeigten) Ausgestaltung ist der Kugelkopf seitlich in die Kugelkopf -Aufnahme einführbar und der Verriegelungsmechanismus verschließt die Kugelkopf - Aufnahme seitlich . Bei dieser Ausgestaltung ist zweckmäßigerweise der Verriegelungsmechanismus nicht in der gleichen Ebene angeordnet wie eine Hauptkraf trichtung . Vorzugsweise umfasst der Verriegelungsmechanismus ein vorzugsweise als Bedienhebel ausgeführtes Betätigungselement , das beispielsweise wie das vorstehend diskutierte Betätigungselement 313 geformt ist . Das Betätigungselement , insbesondere der Bedienhebel , umfasst einen Verriegelungsabschnitt , der insbesondere dazu dient , die Kugelkopf -Auf nähme seitlich zu verschließen . Exemplarisch ist das Betätigungselement um eine insbesondere parallel zur y- Richtung verlaufende Drehachse rotierbar , um den Verriegelungsabschnitt durch Rotation wahlweise in die Verriegelungsstellung oder in Freigabestellung zu versetzen . In der Freigabestellung wird von dem Verriegelungsabschnitt eine Aussparung, beispielsweise eine Öf fnung, in dem ersten Gelenkabschnitt 305 , beispielsweise in y-Richtung, f reigegeben . In der Verriegelungsstellung wird die Aussparung oder Öf fnung von dem Verriegelungsabschnitt blockiert , insbesondere so blockiert , dass der zweite Gelenkabschnitt 306 nicht vom ersten Gelenkabschnitt 306 abgenommen werden kann .
Ferner ist es alternativ möglich, dass der Kugelkopf am Kraf tübertragungselement angebracht ist und die Kugelkopf - Aufnahme am Beckengurt angeordnet ist .
Unter Bezugnahme auf die Figure 10 bis 14 soll nachstehend auf Varianten des Gelenks , insbesondere des Kraf tübertragungselement -Gelenks 17 eingegangen werden .
Gemäß der in der Figur 10 gezeigten Variante verfügt der erste Gelenkabschnitt 305 über einen Stif tabschnitt 323 , der in Eingrif f mit einem ersten Lagerelement 324 steht . Zweckmäßigerweise ist der zweite Gelenkabschnitt 306 als am Beckengurt 16 angebrachte Platte ausgeführt und der Stif tabschnitt 323 greif t in eine Öf fnung der Platte ein . Zweckmäßigerweise ist der Stif tabschnitt 323 in der Öf fnung mittels eines Lagers gelenkig gelagert . Das Lager ist ein Kugellager oder ein Gleitlager , insbesondere ein Pendel - Gleitlager . Das Lager wird durch das erste Lagerelement 324 und ein in der Öf fnung angeordnetes zweites Lagerelement 325 des zweiten Gelenkabschnitts 306 gebildet .
Gemäß der in der Figur 11 gezeigten Variante verfügt der insbesondere als Platte ausgeführte und/oder am Beckengurt angebrachte zweite Gelenkabschnitt 306 über ein vertikal orientiertes Langloch 326 , in dem ein an dem Kraf tübertragungselement 18 angeordneter Stif t 327 (als der erste Gelenkabschnitt 305 ) geführt ist .
Alternativ kann das Langloch Teil des Kraf tübertragungselements sein und der Stif t Teil des zweiten Gelenkabschnitts .
Bevorzugt ist das Gelenk als ein Drehgelenk , insbesondere als ein translatorisch verschiebbares Drehgelenk , ausgeführt .
Beispielsweise ist der Stif t 327 rotativ (um eine horizontale Drehachse) relativ zum zweiten Gelenkabschnitt 306 bewegbar , so dass die Variante gemäß Figur 11 ein Drehgelenk bereitstellt . Das Drehgelenk ist zweckmäßigerweise translatorisch über ein Verschieben des Stif ts 327 im Langloch 326 bewegbar . Bevorzugt def iniert das Gelenk eine lineare Bahn - exemplarisch mittels des linear verlaufenden Langlochs 326 - für eine Bewegung, insbesondere eine translatorische Bewegung, des Rückenteils 8 relativ zum Beckengurt 16 .
Bei auf rechtem Stand des Anwenders liegt der in dem Langloch 326 geführte Stif t 327 am unteren Ende des Langlochs 326 an . Bückt sich der Nutzer nach vorne , kann der Stif t 327 innerhalb des Langlochs 326 nach oben ausrücken und dem Anwender im Bereich seines Rückens somit mehr Freiraum in der gebückten Stellung geben .
Die Figuren 13 und 14 zeigen Varianten, bei denen das Gelenk eine nicht - lineare Bahn für eine Bewegung, insbesondere ein translatorische Bewegung, des Rückenteils 8 relativ zum Beckengurt 16 def iniert . Insbesondere lässt die nicht - lineare Bahn eine rotatorische Bewegung, insbesondere ein Beugen, des Anwenders zu . Exemplarisch verfügt der zweite Gelenkabschnitt 306 über ein Langloch 326 , das die nicht - lineare Bahn def iniert . Die nicht - lineare Bahn ist , wie in Figur 13 gezeigt , zweckmäßigerweise konkav ( in Bezug auf den Anwender) oder , wie in Figur 14 gezeigt , konvex ( in Bezug auf den Anwender) .
Beispielsweise hat das Langloch 326 in einer x- z - Seitenansicht den Verlauf eines Bogens , dessen gedachter Mittelpunkt im Körper des Anwenders (vgl . Fig . 13 ) oder hinter dem Anwender (vgl . Fig . 14 ) liegt .
Das Kraf tübertragungselement 18 umfasst einen Stif t 327 , der den ersten Gelenkabschnitt 305 bildet und im Langloch 326 geführt ist .
Optional ist der zweite Gelenkabschnitt 306 rotativ am Beckengurt 16 gelagert , insbesondere über eine rotierbare Befestigungsplatte 328 .
Unter Bezugnahme auf die Figur 12 sollen weitere Varianten diskutiert werden, bei denen das Kraf tübertragungselement - Lager 17 insbesondere als Linearführung ausgeführt sein kann, das zweckmäßigerweise eine translatorische Verschiebung des Kraf tübertragungselements 18 (als erster Gelenkabschnitt 305 ) relativ zu dem am Beckengurt 16 angebrachten zweiten Gelenkabschnitt 306 ermöglicht . Rein exemplarisch ist der zweite Gelenkabschnitt 306 über ein Drehlager 329 an dem Beckengurt 16 angebracht und somit rotativ am Beckengurt 16 gelagert , insbesondere um eine parallel zur Breitenrichtung verlaufende Drehachse .
Der zweite Gelenkabschnitt 306 ist zweckmäßigerweise länglich ausgeführt und mit seiner Längsachse vertikal ausgerichtet . Vorzugsweise verfügt der zweite Gelenkabschnitt 306 über einen hin zum Rücken des Anwenders verlaufenden Abschnitt 330 , der insbesondere als Stufe , Knick oder Kurve im Verlauf des zweiten Gelenkabschnitts 306 ausgeführt ist . Auf diese Weise kann die Linearführung näher am Rücken des Anwenders positioniert werden .
Beispielsweise ist die Linearführung mit einer Schiene in einer Fassung, die mit einer gleitenden Beschichtung versehen wurde , ausgeführt . Durch die Konstruktion ist es insbesondere möglich, eine Rückenverlängerung auszugleichen und eine minimale Distanz zwischen dem Rücken und der Linearführung zu erhalten . Es ergibt sich zweckmäßigerweise keine Beeinträchtigung eines Bück-Vorgangs .
Gemäß einer weiteren Variante kann das Kraf tübertragungselement -Lager 17 , insbesondere die Linearführung, als Zylindergelenk ausgeführt sein . Das Zylindergelenk bietet Freiheitsgrade in der Translation und der Rotation . Vorzugsweise sind sowohl das Bücken als auch das Rotieren des Oberkörpers ohne Einschränkungen möglich .
Gemäß einer weiteren Variante kann die Linearführung eine industriell gelagerte Linearführung sein .

Claims

38 Ansprüche
1. Exoskelett (20) , umfassend:
- einen Basisabschnitt (1) zur Anbringung an einen Torso (2) eines menschlichen Körpers,
- einen beweglich mit dem Basisabschnitt (1) gekoppelten Unterstützungsabschnitt (3) zur Unterstützung eines Arms (4) des menschlichen Körpers,
- eine auf den Unterstützungsabschnitt (3) wirkende, insbesondere pneumatische, Aktoreinrichtung (5) zur Bereitstellung einer Unterstützungskraft für den Arm (4) , wobei
- der Basisabschnitt (1) ein Rückenteil (8) , einen Beckengurt (16) sowie eine vom Rückenteil (8) zum Beckengurt (16) verlaufende Kraftübertragungsanordnung umfasst, die einen Kraftübertragungspfad vom Rückenteil (8) zum Beckengurt (16) bereitstellt, um eine vom Unterstützungsabschnitt (3) auf das Rückenteil (8) übertragene Reaktionskraft weiter zum Beckengurt (16) zu übertragen,
- die Kraftübertragungsanordnung eine Gelenkanordnung zur Bereitstellung wenigstens eines rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgrads zwischen dem Rückenteil (8) und dem Beckengurt (16) umfasst, und 39
- die Kraftübertragungsanordnung ferner ein sich vom Rückenteil (8) hin zum Beckengurt (16) erstreckendes steifes Kraftübertragungselement (18) umfasst, über das der Kraftübertragungspfad verläuft.
2. Exoskelett (20) nach Anspruch 1, wobei der Kraftübertragungspfad der einzige Pfad zur Übertragung der Reaktionskraft von dem Rückenteil (8) zu dem Beckengurt (16) ist, so dass die gesamte vom Rückenteil (8) zu dem Beckengurt (16) übertragene Reaktionskraft über das steife Kraftübertragungselement (18) verläuft.
3. Exoskelett (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kraftübertragungselement (18) nur über die Gelenkanordnung mit dem Beckengurt (16) verbunden ist.
4. Exoskelett (20) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Gelenkanordnung drei rotatorische Freiheitsgrade bereitstellt .
5. Exoskelett (20) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Gelenkanordnung ein Kugelgelenk und/oder ein Drehgelenk, insbesondere ein translatorisch verschiebbares Drehgelenk, umfasst .
6. Exoskelett (20) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Gelenkanordnung ein Gelenk auf weist, welches zwischen dem steifen Kraftübertragungselement (18) und dem Beckengurt (16) angeordnet ist, insbesondere auf Höhe des Beckengurts (16) .
7. Exoskelett (20) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Kraftübertragungsanordnung, insbesondere das Kraftübertragungselement (18) , in Breitenrichtung (y) des Exoskeletts (20) mittig angeordnet ist. 40
8. Exoskelett (20) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei das Kraf übertragungselement (18) einen steifen leistenförmigen Leistenabschnitt (301) aufweist, der sich über wenigstens 50% der vertikalen Erstreckung des Kraftübertragungselements (18) erstreckt.
9. Exoskelett (20) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Gelenkanordnung ein Verlängerungs -Gelenk (302) mit wenigstens einem translatorischen Freiheitsgrad umfasst, über das die vertikale Erstreckung des Exoskeletts (20) einstellbar ist.
10. Exoskelett (20) nach Anspruch 10, wobei das Kraftübertragungselement (18) über das Verlängerungs -Gelenk (302) am Rückenteil (8) gelagert ist.
11. Exoskelett (20) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei der Beckengurt (16) insbesondere werkzeuglos lösbar über die Kraftübertragungsanordnung mit dem Rückenteil (8) verbunden ist .
12. Exoskelett (20) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Gelenkanordnung über einen ersten Gelenkabschnitt (305) und über einen zweiten Gelenkabschnitt (306) verfügt, und der zweite Gelenkabschnitt (306) insbesondere werkzeuglos vom ersten Gelenkabschnitt (305) abnehmbar ist, um den Beckengurt (16) vom Rückenteil (8) und/oder vom steifen Kraftübertragungselement (18) abzunehmen.
13. Exoskelett (20) nach Anspruch 12, ferner umfassend einen Verriegelungsmechanismus (312) zur Verriegelung des zweiten Gelenkabschnitts (306) an dem ersten Gelenkabschnitt (305) , wobei der Verriegelungsmechanismus (312) über ein manuell betätigbares Betätigungselement (313) verfügt, über dessen Betätigung die Verriegelung lösbar ist.
14. Exoskelett (20) nach Anspruch 13, wobei zwei verschiedene, aufeinanderfolgende Betätigungsbewegungen des Betätigungselements (313) erforderlich sind, um die Verriegelung zu lösen.
15. Exoskelett (20) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Gelenkanordnung eine lineare oder nicht -lineare Bahn für eine translatorische Bewegung des Rückenteils (8) relativ zum Beckengurt (16) definiert.
16. Verfahren zum Betreiben eines Exoskeletts (20) , umfassend den Schritt: Übertragen der Reaktionskraft von dem Unterstützungsabschnitt (3) auf das Rückenteil (8) und vom Rückenteil (8) über den Kraftübertragungspfad weiter zum Beckengurt (16) .
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