WO2014195373A1 - Körpergetragene hebehilfe - Google Patents
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- WO2014195373A1 WO2014195373A1 PCT/EP2014/061626 EP2014061626W WO2014195373A1 WO 2014195373 A1 WO2014195373 A1 WO 2014195373A1 EP 2014061626 W EP2014061626 W EP 2014061626W WO 2014195373 A1 WO2014195373 A1 WO 2014195373A1
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- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
Definitions
- the invention relates to a body-worn device for mobile support of lifting and carrying loads by an operator according to the preamble of claim 1.
- lifting aids with which a user is physically supported in picking up and carrying heavy loads, for example in the field of logistics in warehouses, in production halls for handling heavy piece goods, for depalletizing / palletizing or picking in the field from a goods logistics.
- lifting aids are transported in often quite unergonomic postures cargo with a weight of up to 35 kg per piece and a total of 7-12 tons in a shift by a worker, which can lead to physical consequential damage without lifting aids.
- lifting aids are known in the art, but often stationary and are accordingly inflexible.
- stationary lifting aids such as tube lifters, cable balancers or manipulators are known in the art for the transfer and lifting of heavy piece goods, with which taken over, for example, a pivotable gallows-like beam and vacuum grippers or the like the piece goods and moved from one position to another can be.
- stationary lifting aids Even with such stationary lifting aids, the respective load-bearing body parts of the operator often can not be specifically supported, so that long-term damage can occur.
- WO 2011 1127421 discloses a complex exoskeleton which, as a complete system, actively supports each body part, including the legs of the user, from outside and supports itself. Such self-supporting complete systems are complex in design and control and costly.
- a device for supporting and relieving the spine which consists of a support structure with a plurality of interconnected and mutually movable support segments and a plurality of straps, which is applied to the upper body of the user in the manner of a vest. While this vest-like device with vertebral support has been proven to prevent spinal damage, it provides only a kind of passive lift protection function and does not provide active support for the loaded body parts when picking up and transporting heavy cargo. Other protection systems except the vortex protection segments are not provided.
- the device has a support structure which is worn on the body of the operator. It is a device carried on the body of the operator, that is, it is not designed as a self-supporting structure, but is attracted by the user, for example in the form of a sort of vest with support functions, in order to handle heavy loads support. Such devices are more flexible than stationary lifting devices.
- the support structure comprises a plurality of articulated, mutually movable and fixable support elements and a plurality of body attachment points, wherein the support structure movement aids to support movement of load-absorbing body parts of the operator and / or to protect injuries to the operator, which act at least passive, but depending on the design also can be actively driven.
- At least one actuator or drive is provided, which can be selectively activated by the operator to actively support the handling of the loads and which acts as a load-dependent support between load-absorbing body parts of the operator.
- a carrying device or lifting aid which can be flexibly applied by the user as required and is comfortably portable.
- the body-worn device has at least passive-action movement aids, which, preferably without being actively driven by oneself, assist in handling heavy loads.
- passive mobility aids can be provided in various forms and configurations, for example, by spring elements, bendable components, corset-like support parts, etc. and will be explained in more detail below.
- the movement aids are arranged on the device so that they provide a kind of passive supportive support and motion support alike.
- the device has at least one actuator, i. an actively driven actuator which serves to increase the power or to assist the movement of the load-bearing body parts of the operator.
- Such an actuator is e.g. provided on the supporting structure of the device and can be used for actively actuating the respective supporting elements, which are movable relative to each other.
- An actuator or drive unit provided for assisting movement may also be provided separately from the support structure, e.g. in the form of support components mounted between load-bearing body parts and actively drivable, e.g. an active cable between the hands or forearms of the operator and provided on the back support structure.
- directly motor-driven actuators can be present at hinge portions of the device as actuators, for example, when there is a lever mechanism with one or more joints to support the user's arms.
- a powered actuator may be present at the shoulder joint and another at the wrist joint between the upper arm and forearm.
- such an activatable actuator may be present between the ankle of the operator and a basin-side support, which then actively supports getting up from a bent position to release the load.
- the device may be comparatively light in weight, since no heavy, load-bearing supports on the part of the operator's legs are required with the device.
- the support structure can be adjusted between an inactive and an active form, e.g. by the support elements are fixed to each other, which are otherwise more mobile in the unfixed form and thus hardly hinder movement of the operator when it is not carrying loads.
- an active support for lifting the loads can be achieved by the actuators, which preferably act in a force-enhancing manner in accordance with the movements of the operator.
- the support structure is formed as an exoskeleton, which is like a backpack by the operator to be worn, wherein the support elements and the actuator are integrated in the exoskeleton.
- the exoskeleton is particularly lightweight.
- a lightweight construction can be made, for example, by pelvic and thoracic straps with a support structure of tubes, e.g. be realized as used in backpacks.
- the passive movement aids are preferably manually or automatically activated to support the load and to avoid injury to the operator in an activated actuator (or active drive part). Thereby, a targeted adjustment of the protective function of the device can be made, for example, by pressing a button, by sensors or by voice control, if this is desired by the user. In the non-adjusted state, the passive mobility aids are therefore less disturbing to the normal movements of the operator. If the activation of the passive movement aids takes place automatically, for example by means of an appropriate control and sensor system, the operator is reliably protected in every situation from anatomically unfavorable movement sequences corresponding to the load to be absorbed.
- the passive movement aids are also in the activated state no directly driven units, but only serve a passive protective function of the body parts of the operator, especially the spine and the arm joints and leg joints.
- the actuator which is activatable by the operator, is provided with a switching control for activation, e.g. a switch button on a handpiece of the device.
- a switching control can also be implemented in the form of sensors or a sensor that reacts load-dependent, or a voice control that responds to voice commands of the operator.
- the operator can selectively activate the actuator or the plurality of actuators of the device in a particular need, so that it has a sufficiently large freedom of movement and flexibility in the implementation of loads in an inactivated actuator.
- the actuator can be deactivated again immediately after the heavy loads have been switched off by the operator so that she can move back to another location with normal movements and force exertions.
- the support elements of the support structure are provided with actuators for active movement relative to each other.
- the support members of the support structure are shaped as segments movable relative to each other and actuators are provided between the respective support members to cause movement of the support members relative to one another as needed.
- At least one spring element is provided as protection against injuries caused by anatomically harmful movements.
- This spring element can also form a movement aid.
- Protection against injury may e.g. can be achieved that the spring element counteracts anatomically harmful movements.
- the spring element is e.g. provided on the movable parts of the support structure or between the load-bearing body parts of the operator that a counterforce against an anatomically harmful bending is generated. This provides passive injury protection. It also provides assistance in standing up from a stooped position.
- a spring element a variety of forms of spring types can be used, which are suitable for generating a counter force against a diffraction direction. It can e.g. be provided a spring element which is adjustable or variable in the hardness of the spring.
- the support structure of the body-worn device itself on the support elements cross bending spring.
- the support elements which are movable relative to one another, can be subjected to a bias in the bent situation.
- the spring stiffness of the spiral spring can be adjustable.
- the spiral spring can also be activated and deactivated by the user, for example via a cable or the like.
- a sensor for detecting an applied force and / or movement and / or activity of the operator or the muscles of the operator is provided and the at least one actuator of the device is controllable in response to control signals of the sensor.
- the body attachment points of the support structure are provided with sensors.
- a sensor system can be realized with different types and forms of sensors, which are basically mounted at different locations of the body-worn device, to which it rests against the body.
- the force exerted by an operator may be accomplished by detecting muscle motion through corresponding sensors attached to the respective area of the load bearing body portion.
- a radial extension of a musculature on the forearm may be detected to determine how strong the force required by the operator to lift a load is.
- the device and in particular the support structure can then be actively activated in order to provide the appropriate support by the activatable actuator.
- a corresponding control can be provided with which the at least one actuator and / or the support structure can be controlled on the basis of sensor values as a function of the process of load manipulation.
- the control of the body-worn device is e.g. Connected via corresponding lines with the sensors of a sensor and with the driven actuators.
- the controller is adapted such that a support by the actuators in response to the movements of the operator takes place.
- the actuator can be realized in the form of a driven cable pull, a telescopic limb support, an activatable adaptive spring element or a rotary drive installed at hinge points.
- a powered cable may for example be mounted on a back region of an operator. When lifting the loads, the lifting movement of the arms can thus be actively assisted by the device by wrapping the cable accordingly.
- Also can be used to support the arms of an operator teleskopischen limbs with a drive that can be extended or retracted as needed. The same applies to an equally possible support of knee flexion, in which case the telescopic limb support is mounted between a pelvic region and the ankle of the user, for example via sleeves or the like.
- a rotary drive can be provided as a further form of actuator at the respective articulation points.
- the sensor system comprises a glove with tactile sensors, via which load and movement-related signals for controlling the device can be detected.
- a glove equipped with sensors e.g. directly upon picking up a load, the corresponding values are recorded with respect to the weight of the load and the shape of the load, and thus used for effective control of the device. This provides an intuitively operator-controlled device.
- the support structure on a thigh part which is connected to a pelvic or back part of the support structure via a three-dimensional joint.
- the support structure may include a foot portion coupled to a pelvic portion of the support structure via an adaptive leg support.
- This can have an adaptive, in particular activatable and deactivatable spring.
- a leg rest may be provided between the ankle of the operator and the pelvic area in the form of a telescoping post which collapses when lowered to the bent position and actively supports the operator's load lifting operation upon rising from the flexed position with a certain support force.
- an active arm support coupled to the support structure in the back region, adjustable boom or a motor-driven lever mechanism.
- An arm support arm may be adjustably formed, for example, in height and in a horizontal direction so that it can directly follow the respective movements of the user's arms connected to the boom via a cable or the like. The forces acting on the lower arms when lifting a load can be redirected directly to the more stable areas of a back of the operator and partially derived in part, so that the arms are significantly relieved.
- an arm support via a motor-driven lever mechanism can be done.
- bottom engaging levers may be attached to the forearm via cuffs that allow for active driving and support of the arms.
- Such a form of lever mechanism is also preferably coupled to the support structure provided on the back region, so that the forces are derived at the stable back region of the operator.
- the body attachment points of the support structure are provided in the form of flexible straps or cuffs.
- the upper body comprehensive straps may be provided with corresponding closing elements, which also allow adaptation to respective body sizes.
- On the forearms in the area of the wrists and in the region of the ankle of the operator flexible cuffs can be provided as body attachment points.
- adaptive springs with or without energy storage can be used as passive mobility aids.
- the body-worn device and in particular the support structure, the passive movement aids and the actuator modular design.
- the individual components can be grown or removed as needed, e.g. Elements of leg support and arm support.
- the device is formed for example of a basic construction, the corresponding interfaces for modular coupling with other elements, such as the passive movement aids or activatable actuators, is provided. From a kind of modular system with various add-on elements can be constructed in each case a precisely fitting device for the particular purpose in intralogistics. Also, each operator can put together the corresponding lifting aid individually, without the need for special constructions or cumbersome conversions would be required.
- Fig. 1 is a perspective view of a first embodiment of a device according to the invention on an operator in a bent position;
- Fig. 2 is a schematic side view of a second embodiment of a device according to the invention.
- Fig. 3 is a schematic side view of a third embodiment of a device according to the invention.
- Fig. 4 is a schematic side view of a fourth embodiment of a device according to the invention.
- Fig. 5 is a schematic side view of a fifth embodiment of a device according to the invention.
- Fig. 6 is a schematic side view of a sixth embodiment of a device according to the invention.
- the device according to the invention is a body-supported lifting aid or device for assisting in handling loads which is applied to the body of an operator.
- the body-worn device 10 is fully worn on the body of the operator.
- a support structure 1 is applied in the region of the upper body of the operator in the manner of a vest.
- the support structure 1 runs essentially along the back part of the operator and comprises at least two support elements 2, 3 which are movable relative to one another, wherein the support elements 2, 3 can be fixed relative to one another by a corresponding mechanism.
- the support structure 1 can be selectively activated by the movable support elements 2, 3 then either automatically by an operation of the user or automatically fixed.
- two passive movement aids 7, 8 are provided which, without having their own drive, support the movement by, for example, a spring action.
- a spring element 7 and between the pelvic region and the ankle a second adaptive spring element 8 is provided.
- the spring element 7 In a bend, the spring element 7 generates a counterforce, which supports a subsequent Auffield.
- the spring element 8 between the pelvic area and the ankle is attached via a foot part 14.
- the spring element 8 is a type of adaptive spring, which supports the operator when erecting from the bent position passively, like a legrest 15th
- an activatable actuator 9 in the form of a driven cable pull is provided here, which is integrated in the region of the rear support structure 1.
- two shoulder bars 4 are provided, which extend in a curved shape over the shoulders of the operator to the front and have Seilumlenka 18 at their free ends.
- a rope 19 is guided to a glove 16 on the hands of the operator, which can be actuated via the actuator 9.
- body attachment points 5, 6 of the device 10 are used in this embodiment, a chest belt and a lap belt that hold the device 10 to the body of the operator.
- a thigh member 12 is coupled via a three-dimensional joint 13 to the support structure 1, which is also created with a kind of belt on the thigh of the operator as a further body attachment point.
- a spring element 7 is installed as a passive supportive aid and movement aid here, which causes a spring force in the direction of erecting the operator. After picking up the load by the user with the gloves 16 so this is supported and relieved by the movement aids 7, 8 and the driven actuator 9.
- the device 10 is equipped with a special control (not shown), which is controlled by switching elements by the operator or automatically by means of sensors to actuate the actuator 9 provided here as a cable drive, so that the cables 19 are retracted and loaded This actively supports the operator's arms when lifting the load.
- a special control (not shown), which is controlled by switching elements by the operator or automatically by means of sensors to actuate the actuator 9 provided here as a cable drive, so that the cables 19 are retracted and loaded This actively supports the operator's arms when lifting the load.
- the critical areas for injuries are specifically relieved by the passive movement aids 7, 8 and the drivable actuator 9.
- the forces involved in lifting and transporting the load are selectively dissipated into the loadable areas of the hull and the back, in this example via the ropes 19 and the shoulder bars 4 which, via the shoulders, reach the area of the support structure 1 at the back of the upper body to lead.
- the device 10 according to the invention is flexibly very adaptable, since it has a modular structure and, depending on requirements, can be expanded with additional devices and actuators 9.
- the glove 16 can be realized as a glove with tactile sensors, so that the respective load parameters and movement measuring signals can be detected directly via it, which can then be used to control the ropes 19 of the actuator 9 via an appropriate control.
- a sensor at the body attachment points 5, 6 and the 3D joint 13 is provided, which detects corresponding values of the movement and the load.
- Fig. 2 shows a schematic side view of another device 10 for supporting a lifting and transporting heavy loads.
- a support structure 1 with at least two mutually movable support elements 2, 3 is also provided in the back region, which are fixed against each other via a mechanism.
- the support structure 1 here has a spiral spring 11, which is built across the support elements 2, 3 of the support structure 1 and thus provides a spring action, which causes a bending force in the direction of erecting at a bending of the upper body of the operator.
- the overarching spiral spring 11 is thus also a kind of passive movement aid in the context of the present invention.
- an actuator 9 a winch in the upper region of the support structure 1 is installed.
- the cable 19 is guided here via a boom 17 to the front via corresponding cable deflections 18 and is connected to a hand area or forearm area of the operator. As illustrated by the arrows in FIG. 2, the boom 17 is adjustable both horizontally and vertically so that the position of the cable 19 can be adjusted accordingly.
- the trained as a driven cable actuator 9 can be operated both automatically and manually by the operator.
- the device 10 is applied in the manner of a backpack or a vest on the upper body of the user via a chest belt and a lap belt, which serve as body attachment points 5, 6 here.
- a spiral rod spring is schematically indicated in the leg area as a passive movement aid 8.
- This spiral rod spring generates a spring force in the direction of rising from an angled position of the operator's legs, so as to assist in lifting loads as a kind of passive stand-up aid.
- other passive movement aids 8 can alternatively be provided as spring elements or the like, which support the movement sequences when lifting the loads.
- About the spiral spring 11 and the movable support members 2, 3 of the support structure 1 anatomically unfavorable movements of the back are prevented, such as a hollow back or excessive forward bending, which can lead to injuries and long-term damage when lifting heavy loads.
- FIG. 3 shows a schematic side view of another device 10 as a lifting aid for carrying heavy loads.
- a support structure 1 with a plurality of mutually hinged support elements 2, 3 are provided, which are resiliently coupled together via an overarching bending spring 11.
- a cable 20 is installed for a targeted stiffening of the support structure 1.
- the support elements 2, 3 are engaged with each other in such a way that the support structure 1 is stiffened as a whole.
- a rigid support of the back of the operator is provided when needed.
- the device 10 is fully worn on the body of the operator via the body attachment points 5, 6 in the form of a chest belt and a lap belt.
- the armrest 21 may be provided both as a passive support member and as an active support member. In the latter case, the armrest 21 is formed, for example, by telescopic elements provided with drives, which are respectively connected via rods and joints. Upon actuation of the arm support 21, a force for lifting a load on the arms of the operator can be applied from below.
- a spiral rod spring is present, which generates a restoring force in an in-the-knee walking, which acts as a supportive person when the operator gets up.
- corresponding sensors, actuators and a controller are provided so that the movements when handling heavy loads by the device 10 can be actively supported, for example by operating the cable 20 and the armrest 21.
- the device 10 is modular, so that different attachments and additional components can be easily integrated, without complicated redesigns of the design are required.
- FIG. 4 shows a further device 10 of the type mentioned.
- an arm support here an arm lever 22 is realized with two joints.
- two rotary actuators 23 in the form of electric motors or the like are provided in each case.
- the support of the arms is achieved with the drive of the rotary actuators 23 via the arm lever 22 by being controlled according to the movement sequence when lifting the loads via a corresponding control (not shown).
- a lifting aid both passive movement aids 8, 11 and actuators 9 in the form of rotary actuators 23 are provided.
- the spiral rod spring 8 installed in the leg area assists in getting the operator up from the kneeling position.
- Biegefeder 11 protects against a strong and anatomically unfavorable bending the back.
- An active supply of forces to assist the manipulation of the load is provided here by the arm lever 22 and the rotary drives 23, which are mounted directly on the respective arm joints.
- FIG. 5 shows a device 10, in particular for the support and active application of force during the transport of loads, in a schematic side view.
- a support structure 1 in the form of a so-called Fin-Ray element 24 is provided in the back region.
- Such a fin-ray element 24 is specially adapted not to buckle in laterally acting forces, but to buckle directed according to the force.
- the fin-ray element 24 can in principle also be used as an energy store for erecting the spine. The same applies to the o.g. Feather.
- an arm lever 22 is provided with respective rotary drivers 23 at the joints of the arms.
- a passive movement aid 8 is provided, here in the form of a swelling body 25.
- the swelling body can also be designed as an actuator 9, that is to say an active stand-up aid, in that it can be controlled by a corresponding control to actively assist the process of getting up by swelling of the erectile tissue 25.
- the device 10 according to FIG. 6 has a back-side support structure 1 made up of a plurality of support elements 2, 3 connected to one another in an articulated manner.
- an arm lever 22 is attached directly, which is connected via two joints with the forearm.
- the attachment to the forearm via a sleeve 26 which is coupled to the free end of the arm lever 22.
- respective rotary drives 23 are installed, which can be activated via a control as needed to assist the movement and the forces due to the load carried by the arms on the stable back region and in particular the support structure derive.
- the device 10 is constructed in a lightweight construction, so that it has a low weight and generates the least possible restriction on the movement of the operator.
- the device 10 provides flexible spine support by both passive elements and active elements, namely the actuators 9, which are exemplified herein in the form of the rotary actuators 23 on the arm lever 22.
- the device 10 thus provides active support and passive protection against injuries, the device 10 being optimally adapted to the specific biomechanics of an operator.
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Abstract
Körpergetragene Vorrichtung (10) zur mobilen Unterstützung eines Hebens und Tragens von Lasten durch eine Bedienperson mit einer Stützstruktur (1), welche am Körper der Bedienperson getragen wird, und mehrere gelenkig verbundene, zueinander bewegliche und fixierbare Stützelemente (2, 3) sowie mehrere Korperanbindungspunkte (5, 6) aufweist, wobei die Stützstruktur (1 ) mindestens passiv wirkende Bewegungshilfen (7, 8, 1 1) zur Unterstützung einer Bewegung von lastaufnehmenden Körperteilen und zum Schutz vor Verletzungen der Bedienperson aufweist, und wobei mindestens ein Aktuator (9) vorgesehen ist, welcher durch die Bedienperson zur aktiven Unterstützung der Handhabung der Lasten gezielt aktivierbar ist und welcher lastabhängig unterstützend zwischen lastaufnehmenden Körperteilen der Bedienperson wirkt.
Description
Die Erfindung betrifft eine körpergetragene Vorrichtung zur mobilen Unterstützung eines Hebens und Tragens von Lasten durch eine Bedienperson gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Dabei handelt es sich um solche Hebehilfen, mit welchen ein Nutzer beim Aufheben und Tragen von schweren Lasten körperlich unterstützt wird, beispielsweise auf dem Gebiet der Logistik in Warenlagern, in Produktionshallen zum Handhaben von schweren Stückgütern, zum Depalettieren/Palettieren oder für ein Kommissionieren im Bereich von einer Warenlogistik. Hierbei werden in oft recht unergonomischen Körperhaltungen Stückgüter mit einem Gewicht von bis zu 35 kg pro Stück und insgesamt 7-12 Tonnen in einer Schicht durch einen Arbeiter bewegt, was ohne Hebehilfen zu körperlichen Folgeschäden führen kann.
Um dies zu verhindern, sind im Stand der Technik unterschiedliche Formen und Bautypen derartiger Hebehilfen bekannt, die jedoch häufig ortsfest und entsprechend unflexibel sind. Beispielsweise sind für die Versetzung und das Anheben von schweren Stückgütern sogenannte stationäre Hebehilfen wie Schlauchheber, Seilbalancer oder Manipulatoren im Stand der Technik bekannt, mit welchen über beispielsweise einen verschwenkbaren galgenartigen Balken und entsprechende Vakuumgreifer oder Ähnliches die Stückgüter aufgenommen und von einer Position zu einer anderen verlagert werden können. Auch lassen sich mit derartigen stationären Hebehilfen die jeweiligen lasttragenden Körperteile der Bedienperson oft nicht gezielt unterstützen, sodass es zu langfristigen Schädigungen kommen kann.
Auf der anderen Seite wurden in den vergangenen Jahren sogenannte Exoskelette entwickelt, welche direkt außen an dem Körper eines Nutzers angebracht werden. So ist beispielsweise aus der WO 2011 1127421 ein komplexes Exoskelett bekannt, das als ein Komplettsystem jedes Körperteil einschließlich der Beine des Nutzers von außen her aktiv unterstützt und sich selbst trägt. Solche selbsttragenden Komplettsysteme sind in der Bauform und Steuerung komplex und kostenaufwändig.
Um eine Verletzung und langfristige Schädigung des Körpers einer Bedienperson zu vermeiden, ist z.B. aus der DE 10 2011 0768843 ist eine Vorrichtung zur Stützung und Entlastung speziell der Wirbelsäule bekannt, die aus einer Stützstruktur mit mehreren miteinander verbundenen und zueinander beweglichen Stützsegmenten und mehreren Gurten besteht, welche nach Art einer Weste an dem Oberkörper des Nutzers angelegt wird. Während diese westenartige Vorrichtung mit Wirbelstütze sich zur Vermeidung von Schädigungen der Wirbelsäule bewährt hat, bietet sie jedoch lediglich eine Art passive Hebeschutzfunktion und ermöglicht keine aktive Unterstützung der belasteten Körperteile beim Aufheben und Transportieren von schwerem Stückgut. Weitere Schutzsysteme außer den Wirbelschutzsegmenten sind nicht vorgesehen.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine körpergetragene Vorrichtung zur mobilen Unterstützung eines Hebens und Tragens von Lasten durch eine Bedienperson bereitzustellen, welche an unterschiedliche Aufgabenbereiche flexibel anpassbar ist und sowohl eine passive als auch eine aktive Unterstützung von verschiedenen lasttragenden Körperteilen bietet.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 mit einer körpergetragenen Vorrichtung zum Lasttragen und zur mobilen Unterstützung eines Hebens und Tragens von Lasten gelöst. Die Vorrichtung weist eine Stützstruktur auf, welche am Körper der Bedienperson getragen wird. Es handelt sich um eine am Körper der Bedienperson getragene Vorrichtung, das heißt, sie ist nicht als eine selbsttragende Struktur ausgebildet, sondern wird durch den Nutzer, beispielsweise in Form einer Art Weste mit Stützfunktionen, angezogen, um ihn bei dem Handhaben von schweren Lasten zu unterstützen. Solche Vorrichtungen sind flexibler einsetzbar als stationäre Lasthebevorrichtungen.
Die Stützstruktur umfasst mehrere gelenkig verbundene, zueinander bewegliche und fixierbare Stützelemente sowie mehrere Körperanbindungspunkte, wobei die Stützstruktur Bewegungshilfen zur Unterstützung einer Bewegung von lastaufnehmenden Körperteilen der Bedienperson und/oder zum Schutz von Verletzungen der Bedienperson aufweist, welche zumindest passiv wirken, jedoch je nach Ausgestaltung auch aktiv angetrieben sein können.
Es ist wenigstens ein Aktuator oder Antrieb vorgesehen, welcher durch die Bedienperson zur aktiven Unterstützung der Handhabung der Lasten gezielt aktivierbar ist und welcher lastabhängig unterstützend zwischen lastaufnehmenden Körperteilen der Bedienperson wirkt.
Es wird eine Tragevorrichtung bzw. Hebehilfe bereitgestellt, die von dem Nutzer flexibel bei Bedarf angelegt werden kann und komfortabel tragbar ist.
Die körpergetragene Vorrichtung weist mindestens passiv wirkende Bewegungshilfen auf, die, vorzugsweise ohne selbst aktiv angetrieben zu sein, unterstützend beim Handhaben von schweren Lasten wirken. Solche passiven Bewegungshilfen können in unterschiedlichster Form und Ausgestaltung vorgesehen sein, beispielsweise durch Federelemente, biegbare Baukomponenten, korsettartige Stützteile usw. und werden nachstehen noch näher erläutert. Die Bewegungshilfen sind derart an der Vorrichtung angeordnet, dass sie eine Art passive Stützhilfe und Bewegungsunterstützung gleichermaßen bieten. Zusätzlich weist die Vorrichtung mindestens einen Aktuator auf, d.h. ein aktiv angetriebenes Betätigungselement, welches zur Kraftverstärkung oder zur Bewegungsunterstützung der lastaufnehmenden Körperteile der Bedienperson dient.
Solch ein Aktuator ist z.B. an der Stützstruktur der Vorrichtung vorgesehen und kann zum aktiven Betätigen der jeweiligen Stützelemente, die beweglich zueinander sind, eingesetzt werden.
Ein zur Bewegungsunterstützung vorgesehener Aktuator bzw. eine Antriebseinheit kann auch separat zu der Stützstruktur vorgesehen werden, z.B. in Form von zwischen lastaufnehmenden Körperteilen angebrachten und aktiv antreibbaren Stützkomponenten, wie z.B. einem aktiven Seilzug zwischen den Händen oder Unterarmen der Bedienperson und der an dem Rücken vorgesehenen Stützstruktur. Auch können direkt motorgetriebene Aktuatoren an Gelenkbereichen der Vorrichtung als Aktuatoren vorhanden sein, wenn beispielsweise ein Hebelmechanismus mit einem oder mehreren Gelenken zur Unterstützung der Arme des Nutzers vorhanden ist. In solch einem Fall kann beispielsweise ein angetriebener Aktuator an dem Schultergelenk und ein weiterer an dem Armgelenk zwischen Oberarm und Unterarm vorhanden sein. Auch kann zwischen dem Sprunggelenk der Bedienperson und einer beckenseitigen Abstützung ein solcher aktivierbarer Aktuator vorhanden sein, der dann das Aufstehen aus einer gebeugten Position zum Aufheben der Last aktiv mit unterstützt.
Insofern sind nicht nur passive Bewegungshilfen zur Verhinderung einer Verletzung, z.B. der Rückenwirbel, vorgesehen, sondern zusätzlich sind noch aktive Bauelemente vorhanden, die eine aktive, kraftverstärkende und bewegungsunterstützende Funktion der Vorrichtung erfüllen. Das Gewicht von Lasten kann daher gezielt in stabilere Bereiche des Körpers eines Nutzers umgeleitet werden.
Die Vorrichtung kann vergleichsweise leicht im Gewicht ausgestaltet sein, da keine schweren, lasttragenden Abstützungen auf Seiten der Beine der Bedienperson mit der Vorrichtung erforderlich sind.
Die Stützstruktur lässt sich zwischen einer inaktiven und einer aktiven Form verstellen, z.B. indem die Stützelemente zueinander fixiert werden, welche ansonsten in der nicht fixierten Form mehr zueinander beweglich sind und somit eine Bewegung der Bedienperson kaum behindern, wenn diese gerade keine Lasten trägt.
Gleichzeitig kann eine aktive Unterstützung zum Heben der Lasten durch die Aktuatoren erzielt werden, die vorzugsweise kraftverstärkend entsprechend der Bewegungsabläufe der Bedienperson wirken.
Besonders bevorzugt ist, dass die Stützstruktur als ein Exoskelett ausgebildet ist, welches rucksackartig von der Bedienperson tragbar ist, wobei die die Stützelemente und der Aktuator in dem Exoskelett integriert sind.
Das Exoskelett ist insbesondere in Leichtbauweise ausgeführt. Eine Leichtbauweise kann zum Beispiel mittels Gurten im Becken- und Brustbereich mit einer Tragestruktur aus Rohren, z.B. wie sie bei Rucksäcken verwendet wird, realisiert sein.
Die passiven Bewegungshilfen sind vorzugsweise zur Unterstützung der Lastaufnahme und zur Vermeidung von Verletzungen der Bedienperson bei einem aktivierten Aktuator (beziehungsweise aktivem Antriebsteil) manuell oder automatisch aktivierbar. Dadurch kann eine gezielte Einstellung der Schutzfunktion der Vorrichtung vorgenommen werden, zum Beispiel durch einen Tastendruck, durch Sensoren oder durch eine Sprachsteuerung, wenn diese durch den Nutzer gewünscht ist. In nicht eingestelltem Zustand sind die passiven Bewegungshilfen daher weniger störend für die normalen Bewegungsabläufe der Bedienperson. Wenn die Aktivierung der passiven Bewegungshilfen auf automatische Weise erfolgt, beispielsweise durch eine entsprechende Steuerung und Sensorik, ist die Bedienperson in jeder Situation sicher vor anatomisch ungünstigen Bewegungsabläufen entsprechend der aufzunehmenden Last geschützt.
Vorzugsweise stellen die passiven Bewegungshilfen auch in aktiviertem Zustand keine direkt angetriebenen Einheiten dar, sondern dienen lediglich einer passiven Schutzfunktion der Körperteile der Bedienperson, insbesondere der Wirbelsäule und der Armgelenke und Beingelenke.
Vorzugsweise ist der Aktuator, welcher durch die Bedienperson aktivierbar ist, mit einer Schaltsteuerung zur Aktivierung versehen, z.B. ein Schalttaster an einem Handteil der Vorrichtung. Alternativ kann eine Schaltsteuerung auch in Form von Sensoren oder eines Sensors, der lastabhängig reagiert, oder einer Sprachsteuerung, die auf Sprachbefehle der Bedienperson reagiert, realisiert werden. Hierdurch kann die Bedienperson bei einem jeweiligen Bedarf den Aktuator oder die Mehrzahl von Aktuatoren der Vorrichtung gezielt aktivieren, sodass sie bei einem nicht aktivierten Aktuator eine ausreichend große Bewegungsfreiheit und Flexibilität in dem Umsetzen von Lasten hat. Beispielsweise kann der Aktuator direkt nach einem Abstellen der schweren Lasten durch die Bedienperson wieder deaktiviert werden, sodass sie wieder mit normalen Bewegungsabläufen und Kraftanstrengungen sich an eine andere Stelle zurückbewegen kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Stützelemente der Stützstruktur mit Aktuatoren zur aktiven Bewegung relativ zueinander versehen. Die Stützelemente der Stützstruktur sind als zueinander bewegbare Segmente geformt und zwischen den jeweiligen Stützelementen sind Aktuatoren vorgesehen, um eine Bewegung der Stützelemente relativ zueinander bei Bedarf zu verursachen.
Vorzugsweise ist mindestens ein Federelement als Schutz vor Verletzungen durch anatomisch schädliche Bewegungen vorgesehen. Dieses Federlelement kann auch eine Bewegungshilfe bilden.
Ein Schutz vor Verletzungen kann z.B. dadurch erzielt werden kann, dass das Federelement anatomisch schädlichen Bewegungen entgegenwirkt. Das Federelement ist z.B. so an den beweglichen Teilen an der Stützstruktur oder zwischen den lasttragenden Körperteilen der Bedienperson vorgesehen, dass eine Gegenkraft gegen ein anatomisch schädliches Beugen erzeugt wird. Dies bietet einen passiven Verletzungsschutz. Außerdem wird eine Unterstützung beim Aufrichten aus einer gebeugten Position ermöglicht. Als Federelement können unterschiedlichste Formen von Federarten verwendet werden, die zur Erzeugung einer Gegenkraft entgegen einer Beugungsrichtung geeignet sind. Es kann z.B. ein Federelement vorgesehen sein, das in der Härte der Feder einstellbar oder variierbar ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Stützstruktur der körpergetragenen Vorrichtung selbst eine die Stützelemente übergreifende Biegefeder auf. Dadurch können die Stützelemente, welche beweglich zueinander sind, mit einer Vorspannung in der gebogenen Situation beaufschlagt sein. Sobald sich die Bedienperson nach vorne oder nach hinten beugt, wird eine zunehmende Gegenkraft durch die Biegefeder erzeugt, sodass eine weitere Unterstützung beim Heben der Lasten hierdurch bereitgestellt wird. Insbesondere kann die Federhärte der Biegefeder einstellbar sein. Außerdem kann die Biegefeder auch durch den Nutzer aktivierbar und deaktivierbar sein, beispielsweise über einen Seilzug oder Ähnliches.
Vorzugsweise ist eine Sensorik zur Erfassung einer ausgeübten Kraft und/oder Bewegung und/oder Aktivität der Bedienperson beziehungsweise der Muskulatur der Bedienperson vorgesehen und der mindestens eine Aktuator der Vorrichtung ist in Abhängigkeit von Steuersignalen der Sensorik steuerbar. Insbesondere sind die Körperanbindungspunkte der Stützstruktur mit Sensoren versehen. Eine Sensorik kann mit unterschiedlichen Arten und Formen von Sensoren realisiert werden, die grundsätzlich an verschiedenen Stellen der körpergetragenen Vorrichtung, an welchen diese an dem Körper anliegt montiert sind. Die durch eine Bedienperson ausgeübte Kraft kann beispielsweise durch eine Erfassung einer Muskelbewegung durch entsprechende Sensoren erfolgen, die an dem jeweiligen Bereich des lasttragenden Körperteils angebracht sind. Beispielsweise kann eine radiale Erweiterung einer Muskulatur am Unterarm so erfasst werden, um festzustellen, wie stark die Kraft ist, welche durch die Bedienperson zum Heben einer Last benötigt wird. Entsprechend dieser Signalwerte kann dann die Vorrichtung und insbesondere die Stützstruktur aktiv angesteuert werden, um die geeignete Unterstützung durch den aktivierbaren Aktuator bereitzustellen. Entsprechendes gilt für Sensoren zur Erfassung einer Bewegung oder einer Aktivität der Bedienperson, sodass beispielsweise auch eine Bewegungsrichtung durch die Sensorik und zur Steuerung der Vorrichtung ermittelt werden kann. Dies ermöglicht eine ergonomisch und anatomisch optimierte Steuerung der Vorrichtung.
Es kann eine entsprechende Steuerung vorgesehen sein, mit welcher der mindestens eine Aktuator und/oder die Stützstruktur in Abhängigkeit des Vorgangs einer Lastmanipulation auf Basis von Sensorwerten steuerbar ist/sind. Die Steuerung der körpergetragenen Vorrichtung ist z.B. über entsprechende Leitungen mit den Sensoren einer Sensorik sowie mit den antreibbaren Aktuatoren verbunden. Vorzugsweise ist die Steuerung derart angepasst, dass eine Unterstützung durch die Aktuatoren in Abhängigkeit der Bewegungen der Bedienperson erfolgt.
Der Aktuator kann in Form eines angetriebenen Seilzugs, einer teleskopförmigen Gliederstütze, eines aktivierbaren adaptiven Federelements oder eines an Gelenkstellen eingebauten Drehantriebs realisiert sein. Ein angetriebener Seilzug kann beispielsweise an einem Rückenbereich einer Bedienperson montiert sein. Bei einem Anheben der Lasten kann so die Hebebewegung der Arme aktiv durch die Vorrichtung unterstützt werden, indem der Seilzug entsprechend eingewickelt wird. Auch können zur Unterstützung der Arme einer Bedienperson teleskopförmige Gliederstützen mit einem Antrieb verwendet werden, die bei Bedarf ausgefahren oder eingefahren werden können. Gleiches gilt für eine ebenso mögliche Unterstützung der Kniebeugung, wobei hier die teleskopförmige Gliederstütze zwischen einem Beckenbereich und dem Sprunggelenk des Nutzers beispielsweise über Manschetten oder Ähnliches montiert wird. Bei hebelförmigen oder gelenkartigen Elementen der Stützstruktur, kann an den jeweiligen Gelenkpunkten ein Drehantrieb als eine weitere Form eines Aktuators vorgesehen sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sensorik einen Handschuh mit taktilen Sensoren, über welchen last- und bewegungsbezogene Signale zur Steuerung der Vorrichtung erfassbar sind. Mit solch einem mit Sensoren ausgestatteten Handschuh können z.B. direkt beim Aufnehmen einer Last die entsprechenden Werte hinsichtlich des Gewichts der Last und der Form der Last aufgenommen werden, und so für eine wirksame Steuerung der Vorrichtung verwendet werden. Dadurch wird eine intuitiv durch die Bedienperson gesteuerte Vorrichtung bereitgestellt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Stützstruktur ein Oberschenkelteil auf, welches mit einem Becken- oder Rückenteil der Stützstruktur über ein dreidimensionales Gelenk verbunden ist. Dadurch kann eine aktive Unterstützung insbesondere beim Beugen zwischen den Beinen der Bedienperson und dem Oberkörper realisiert werden. Die Oberschenkel können so aktiv mit einer Kraft beim Heben einer Last beaufschlagt werden.
Die Stützstruktur kann ein Fußteil aufweisen, welches mit einem Beckenteil der Stützstruktur über eine adaptive Beinstütze gekoppelt ist. Diese kann eine adaptive, insbesondere aktivierbare und deaktivierbare Feder aufweisen. Auch kann eine Beinstütze zwischen dem Sprunggelenk der Bedienperson und dem Beckenbereich in Form einer teleskopförmigen Stabstütze vorgesehen werden, die beim Heruntergehen in die gebeugte Position zusammengefahren wird und beim Aufstehen aus der gebeugten Position mit einer gewissen Stützkraft aktiv den Vorgang der Bedienperson beim Lastheben unterstützt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist als aktive Armstütze ein mit der Stützstruktur im Rückenbereich gekoppelter, verstellbarer Ausleger oder eine motorgetriebene Hebelmechanik vorgesehen. Ein Ausleger zur Armunterstützung kann beispielsweise in der Höhe und in horizontaler Richtung verstellbar gebildet sein, sodass er den jeweiligen Bewegungsabläufen der Arme des Nutzers direkt folgen kann, die an dem Ausleger über ein Seil oder Ähnliches verbunden sind. Die auf die Unterarme wirkenden Kräfte beim Heben einer Last können so direkt auf die stabileren Bereiche eines Rückens der Bedienperson umgeleitet und teilweise teilweise abgeleitet werden, sodass die Arme deutlich entlastet sind. Alternativ kann eine Armunterstützung über eine motorgetriebene Hebelmechanik erfolgen. Beispielsweise können von unten angreifende Hebel über Manschetten an dem Unterarm befestigt werden, die ein aktives Antreiben und Unterstützen der Arme ermöglichen. Auch solch eine Form einer Hebelmechanik ist vorzugsweise mit der am Rückenbereich vorgesehenen Stützstruktur gekoppelt, sodass die Ableitung der Kräfte an dem stabilen Rückenbereich der Bedienperson erfolgt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Körperanbindungspunkte der Stützstruktur in Form von flexiblen Gurten oder Manschetten vorgesehen. Beispielsweise können im Becken- und Rückenbereich jeweils den Oberkörper umfassende Gurte mit entsprechenden Schließelementen vorgesehen sein, die auch eine Anpassung an jeweilige Körpergrößen erlauben. An den Unterarmen im Bereich der Handgelenke und im Bereich der Sprunggelenke der Bedienperson können als Körperanbindungspunkte flexible Manschetten vorgesehen werden. Mit solch einer Form von Körperanbindungspunkten lässt sich ein guter Halt der Vorrichtung, welche am Körper getragen wird, an verschiedenen lastkritischen Stellen herstellen. Außerdem sind so ein guter Tragekomfort und eine Leichtbauweise hierdurch gewährleistet.
Als passive Bewegungshilfen können grundsätzlich adaptive Federn mit oder ohne Energiespeicher eingesetzt werden.
Vorzugsweise ist die körpergetragene Vorrichtung und insbesondere die Stützstruktur, die passiven Bewegungshilfen und der Aktuator, modular aufgebaut. Dies erlaubt eine flexible Anpassung an unterschiedliche Einsatzzwecke der körpergetragenen Hebevorrichtung. Die einzelnen Bestandteile können je nach Bedarf angebaut oder entfernt werden, z.B. Elemente einer Beinunterstützung und einer Armunterstützung. Die Vorrichtung ist zum Beispiel aus einer Grundkonstruktion gebildet, die entsprechende Schnittstellen zur modularen Kopplung mit weiteren Elementen, wie den passiven Bewegungshilfen oder den aktivierbaren Aktuatoren, versehen ist. Aus einer Art Baukastensystem mit verschiedenen Anbauelementen kann so eine jeweils genau passende Vorrichtung für den jeweiligen Einsatzzweck in der Intralogistik aufgebaut werden. Auch kann jede Bedienperson sich die entsprechende Hebehilfe individuell zusammenstellen, ohne dass jeweils spezielle Konstruktionen oder umständliche Umbauten hierfür erforderlich wären.
Weitere Einzelheiten werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an einer Bedienperson in gebeugter Stellung;
Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3 ist eine schematische Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 ist eine schematische Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 5 ist eine schematische Seitenansicht eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Fig. 6 ist eine schematische Seitenansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Wie es aus den in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen ist, handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung um eine körpergetragene Hebehilfe oder Vorrichtung zur Unterstützung eines Handhabens von Lasten, die an den Körper einer Bedienperson angelegt wird. Die körpergetragene Vorrichtung 10 wird vollständig an dem Körper der Bedienperson getragen.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zum Unterstützen eines Hebens und Tragens von Lasten (vgl. Fig. 1) ist eine Stützstruktur 1 im Bereich des Oberkörpers der Bedienperson nach Art einer Weste angelegt. Die Stützstruktur 1 verläuft im Wesentlichen entlang der Rückenpartie der Bedienperson und umfasst mindestens zwei Stützelemente 2, 3, welche zueinander beweglich sind, wobei die Stützelemente 2, 3 durch einen entsprechenden Mechanismus im Verhältnis zueinander fixierbar sind. Dadurch kann im Falle eines Hebens einer Last die Stützstruktur 1 gezielt aktiviert werden, indem die beweglichen Stützelemente 2, 3 dann entweder durch eine Betätigung des Nutzers oder automatisch fixiert werden. Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel sind zwei passive Bewegungshilfen 7, 8 vorgesehen, die, ohne einen eigenen Antrieb aufzuweisen, die Bewegung durch beispielsweise eine Federwirkung unterstützen. Als eine passive Bewegungshilfe ist einerseits im Rückenbereich ein Federelement 7 und zwischen dem Beckenbereich und dem Sprunggelenk ein zweites adaptives Federelement 8 vorgesehen. Bei einem Beugen erzeugt das Federelement 7 eine Gegenkraft, die ein danach erfolgendes Aufrichten unterstützt. Das Federelement 8 zwischen dem Beckenbereich und dem Sprunggelenk ist über ein Fußteil 14 angebracht. Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 8 eine Art adaptive Feder, welche die Bedienperson beim Aufrichten aus der gebeugten Position passiv unterstützt, nach Art einer Beinstütze 15.
Zusätzlich zu diesen passiven Bewegungshilfen 7, 8 ist hier noch ein aktivierbarer Aktuator 9 in Form eines angetriebenen Seilzugs vorgesehen, der im Bereich der rückseitigen Stützstruktur 1 integriert ist. Seitlich von der Stützstruktur 1 sind zwei Schulterstangen 4 vorhanden, die in einer gebogenen Form über die Schultern der Bedienperson nach vorne verlaufen und Seilumlenkpunkte 18 an ihren freien Enden aufweisen. Über diese Seilumlenkpunkte 18 ist ein Seil 19 zu einem Handschuh 16 an den Händen der Bedienperson geführt, das über den Aktuator 9 betätigt werden kann. Als Körperanbindungspunkte 5, 6 der Vorrichtung 10 dienen bei diesem Ausführungsbeispiel ein Brustgurt und ein Beckengurt, die die Vorrichtung 10 an dem Körper der Bedienperson halten. Außerdem ist über ein dreidimensionales Gelenk 13 an der Stützstruktur 1 ein Oberschenkelteil 12 angekoppelt, das ebenfalls mit einer Art Gurt an dem Oberschenkel der Bedienperson als weiterem Körperanbindungspunkt angelegt ist. Zwischen dem oberen Teil der Stützstruktur 1 und dem Oberschenkelteil 12 ist ein Federelement 7 als eine passive Stützhilfe und Bewegungshilfe hier eingebaut, die eine Federkraft in Richtung eines Aufrichtens der Bedienperson bewirkt. Nach einem Aufnehmen der Last durch den Nutzer mit den Handschuhen 16 wird so dieser durch die Bewegungshilfen 7, 8 und den angetriebenen Aktuator 9 unterstützt und entlastet. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung 10 mit einer speziellen Steuerung (nicht dargestellt) ausgestattet, die über Schaltelemente durch die Bedienperson oder automatisch mittels Sensoren angesteuert wird, um den hier als Seilantrieb vorgesehenen Aktuator 9 zu betätigen, sodass die Seile 19 eingefahren werden und die belasteten Arme der Bedienperson dadurch beim Heben der Last aktiv unterstützen.
Die für Verletzungen kritischen Bereiche, wie die Wirbelsäule und die Gelenke der Arme und Beine, werden gezielt durch die passiven Bewegungshilfen 7, 8 und den antreibbaren Aktuator 9 entlastet. Die auftretenden Kräfte beim Anheben und Transportieren der Last werden in die belastbaren Bereiche des Rumpfes und des Rückens gezielt abgeleitet, bei diesem Beispiel über die Seile 19 und die Schulterstangen 4, welche über die Schultern in den Bereich der Stützstruktur 1 an der Rückseite von dem Oberkörper führen.
Ferner ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 flexibel sehr anpassbar, da sie modular aufgebaut ist und je nach Bedarf mit zusätzlichen Einrichtungen und Aktuatoren 9 ausgebaut werden kann.
Der Handschuh 16 kann als ein Handschuh mit taktilen Sensoren realisiert werden, sodass über ihn die jeweiligen Lastparameter und Bewegungsmesssignale direkt erfassbar sind, die dann zur Steuerung der Seile 19 des Aktuators 9 über eine entsprechende Steuerung verwendbar sind. Außerdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Sensorik an den Körperanbindungspunkten 5, 6 und dem 3D-Gelenk 13 vorgesehen, die entsprechende Werte der Bewegung und der Belastung erfasst.
Die Fig. 2 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine weitere Vorrichtung 10 zur Unterstützung eines Hebens und Transportierens von schweren Lasten. Bei dieser ist ebenfalls im Rückenbereich eine Stützstruktur 1 mit mindestens zwei zueinander beweglichen Stützelementen 2, 3 vorgesehen, welche über einen Mechanismus gegeneinander fixierbar sind. Ferner weist die Stützstruktur 1 hier eine Biegefeder 11 auf, welche übergreifend von den Stützelementen 2, 3 der Stützstruktur 1 eingebaut ist und so eine Federwirkung bereitstellt, die bei einem Beugen des Oberkörpers der Bedienperson eine Kraft in Richtung eines Aufrichtens bewirkt. Die übergreifende Biegefeder 11 ist damit ebenfalls eine Art passive Bewegungshilfe im Sinne der vorliegenden Erfindung. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist als ein Aktuator 9 eine Seilwinde im oberen Bereich der Stützstruktur 1 eingebaut. Das Seil 19 wird hier über einen Ausleger 17 nach vorne über entsprechende Seilumlenkungen 18 geleitet und ist mit einem Handbereich oder Unterarmbereich der Bedienperson verbunden. Wie es mit den Pfeilen in der Fig. 2 veranschaulicht ist, ist der Ausleger 17 sowohl horizontal als auch vertikal verstellbar, sodass die Position des Seils 19 jeweils entsprechend angepasst werden kann. Der als angetriebener Seilzug ausgebildete Aktuator 9 kann sowohl automatisch als auch manuell durch die Bedienperson betätigt werden.
Für eine automatische Betätigung des Aktuators 9 sind entsprechende Sensoren eingebaut, die den jeweiligen Bewegungsablauf, die Lastparameter und die Körperpositionen entsprechend erfassen und den Aktuator 9 und die Stützstruktur 1 entsprechend ansteuern. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 ist die Vorrichtung 10 nach Art eines Rucksackes oder einer Weste an dem Oberkörper des Nutzers über einen Brustgurt und einen Beckengurt angelegt, die hier als Körperanbindungspunkte 5, 6 dienen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Beinbereich als eine passive Bewegungshilfe 8 eine Spiralstabfeder schematisch angedeutet. Diese Spiralstabfeder erzeugt eine Federkraft in Richtung eines Aufstehens aus einer angewinkelten Position der Beine der Bedienperson, sodass sie als eine Art passive Aufstehhilfe das Heben von Lasten mit unterstützt. Selbstverständlich können alternativ auch andere passive Bewegungshilfen 8 als Federelemente oder Ähnliches vorgesehen werden, die die Bewegungsabläufe beim Heben der Lasten mit unterstützen. Über die Biegefeder 11 und die beweglichen Stützelemente 2, 3 der Stützstruktur 1 werden anatomisch ungünstige Bewegungen der Rückens verhindert, wie zum Beispiel ein Hohlkreuz oder ein übermäßiges Nach-vorne-Beugen, was beim Heben von schweren Lasten zu Verletzungen und langfristigen Schädigungen führen kann.
Die Fig. 3 zeigt in einer schematischen Seitenansicht einer weiteren Vorrichtung 10 als Hebehilfe zum Tragen von schweren Lasten. Hier eine Stützstruktur 1 mit einer Mehrzahl von aneinander angelenkten Stützelementen 2, 3 vorgesehen, die über eine übergreifende Biegefeder 11 federelastisch miteinander gekoppelt sind. An den Stützelementen 2, 3 und der Biegefeder 11 ist ein Seilzug 20 für eine gezielte Versteifung der Stützstruktur 1 eingebaut. Bei Betätigung des Seilzugs 20 werden die Stützelemente 2, 3 derart miteinander in Eingriff gebracht, dass die Stützstruktur 1 insgesamt versteift wird. So wird eine starre Unterstützung der Rückenpartie der Bedienperson bei Bedarf bereitgestellt.
Die Vorrichtung 10 ist über die Körperanbindungspunkte 5, 6 in Form eines Brustgurtes und eines Beckengurtes vollständig am Körper der Bedienperson getragen. Eine Unterstützung des Unterarms der Bedienperson erfolgt über eine Armstütze 21, die zwischen der Stützstruktur 1 im Rückenbereich und dem Unterarm eingebaut ist und wirkt. Die Armstütze 21 kann sowohl als ein passives Stützelement als auch als ein aktives Stützelement vorgesehen sein. In letzterem Fall ist die Armstütze 21 beispielsweise durch mit Antrieben versehene Teleskopelemente gebildet, die über Stangen und Gelenke jeweils verbunden sind. Bei einer Ansteuerung der Armstütze 21 kann so eine Kraft zum Anheben einer Last auf die Arme der Bedienperson von unten her angelegt werden. Wie auch im vorherigen Ausführungsbeispiel ist im Bereich der Beine der Bedienperson als eine passive Bewegungshilfe 8 eine Spiralstabfeder vorhanden, die bei einem In-die-Knie-Gehen eine Rückstellkraft erzeugt, welche beim Aufstehen der Bedienperson unterstützend wirkt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind entsprechende Sensoren, Betätigungselemente und eine Steuerung vorgesehen, sodass die Bewegungsabläufe beim Handhaben von schweren Lasten durch die Vorrichtung 10 aktiv unterstützt werden können, beispielsweise durch ein Betätigen des Seilzugs 20 und der Armstütze 21. Die Vorrichtung 10 ist modular aufgebaut, sodass unterschiedliche Anbauten und Zusatzkomponenten leicht integriert werden können, ohne dass komplizierte Umgestaltungen der Konstruktion erforderlich sind.
Die Fig. 4 zeigt eine weitere Vorrichtung 10 der genannten Art. Hier ist eine weitere Variante für eine Unterstützung der Arme einer Bedienperson beim Heben von Lasten gezeigt. Als Armunterstützung ist hier ein Armhebel 22 mit zwei Gelenken realisiert. An den Gelenken zwischen dem Unterarm und der Schulter sind jeweils zwei Drehantriebe 23 in Form von Elektromotoren oder Ähnlichem vorgesehen. Die Unterstützung der Arme wird mit dem Antrieb der Drehantriebe 23 über den Armhebel 22 erreicht, indem sie entsprechend dem Bewegungsablauf beim Anheben der Lasten über eine entsprechende Steuerung (nicht gezeigt) angesteuert werden. Als Lasthebehilfe sind sowohl passive Bewegungshilfen 8, 11 als auch Aktuatoren 9 in Form der Drehantriebe 23 vorgesehen. Die im Beinbereich installierte Spiralstabfeder 8 unterstützt ein Aufstehen der Bedienperson aus der knienden Lage. Die im Rückenbereich vorhandene Biegefeder 11 schützt vor einem überstarken und anatomisch ungünstigen Beugen der Rückenpartie. Eine aktive Zuleitung von Kräften zur Unterstützung der Manipulation der Last wird hier durch den Armhebel 22 und die Drehantriebe 23 geboten, welche direkt an den jeweiligen Armgelenken montiert sind.
In der Fig. 5 ist eine Vorrichtung 10 insbesondere zur Unterstützung und aktiven Krafteinleitung beim Transportieren von Lasten in einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Hier im Rückenbereich eine Stützstruktur 1 in Form eines sogenannten Fin-Ray-Elements 24 vorgesehen. Ein solches Fin-Ray-Element 24 ist speziell darauf angepasst, bei seitlich wirkenden Kräften nicht wegzuknicken, sondern sich entsprechend der Krafteinwirkung gerichtet zu wölben. Hierdurch wird die Wirbelsäule der Bedienperson besonders geschützt gegen anatomisch ungünstige Bewegungen. Das Fin-Ray-Element 24 kann grundsätzlich auch als Energiespeicher für das Aufrichten der Wirbelsäule verwendet werden. Entsprechendes gilt für die o.g. Feder. Als eine Unterstützung für die Arme ist ein Armhebel 22 mit jeweiligen Drehantrieben 23 an den Gelenken der Arme vorgesehen. Im Bereich der Beine ist eine weitere Alternative einer passiven Bewegungshilfe 8 vorgesehen, und zwar hier in Form eines Schwellkörpers 25. Der Schwellkörper kann auch als ein Aktuator 9, das heißt eine aktive Aufstehhilfe, ausgebildet sein, indem er durch eine entsprechende Steuerung angesteuert werden kann, um den Vorgang eines Aufstehens durch ein Anschwellen des Schwellkörpers 25 aktiv zu unterstützen.
Die Vorrichtung 10 gemäß Figur 6 weist eine rückenseitige Stützstruktur 1 aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Stützelementen 2, 3 auf. An der oberen Seite der Stützstruktur 1 ist direkt ein Armhebel 22 angebaut, der über zwei Gelenke mit dem Unterarm verbunden ist. Die Befestigung an dem Unterarm erfolgt über eine Manschette 26, die mit dem freien Ende des Armhebels 22 gekoppelt ist. An den Gelenken zwischen Unterarm und Oberarm und im Schulterbereich sind jeweilige Drehantriebe 23 eingebaut, die bei Bedarf über eine Steuerung aktiviert werden können, um die Bewegung zu unterstützen und die Kräfte aufgrund der getragenen Last von den Armen auf den stabileren Rückenbereich und insbesondere die Stützstruktur 1 abzuleiten. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 10 in einer Leichtbauweise konstruiert, sodass sie ein geringes Gewicht aufweist und eine möglichst geringe Einschränkung bei der Bewegung der Bedienperson erzeugt. Wie auch bei den zuvorigen Ausführungsbeispielen bietet die Vorrichtung 10 eine flexible Wirbelsäulenunterstützung durch sowohl passive Elemente als auch aktive Elemente, nämlich die Aktuatoren 9, die hier in Form der Drehantriebe 23 am Armhebel 22 beispielhaft realisiert sind. Mit der Vorrichtung 10 wird somit eine aktive Unterstützung und ein passiver Schutz vor Verletzungen bereitgestellt, wobei die Vorrichtung 10 auf die spezielle Biomechanik einer Bedienperson bestens abgestimmt ist.
Claims (15)
- Körpergetragene Vorrichtung (10) zur mobilen Unterstützung eines Hebens und Tragens von Lasten durch eine Bedienperson mit einer Stützstruktur (1), welche am Körper der Bedienperson getragen wird, und welche mehrere zueinander bewegliche und zuneinander fixierbare, insbesondere gelenkig verbundene, Stützelemente (2, 3) sowie mehrere Körperanbindungspunkte (5, 6) umfasst, wobei die Stützstruktur (1) zumnindest passiv wirkende Bewegungshilfen (7, 8, 11) zur Unterstützung einer Bewegung von lastaufnehmenden Körperteilen und/oder zum Schutz vor Verletzungen der Bedienperson aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Aktuator (9) vorgesehen ist, welcher durch die Bedienperson zur aktiven Unterstützung der Handhabung der Lasten gezielt aktivierbar ist und welcher lastabhängig unterstützend zwischen lastaufnehmenden Körperteilen der Bedienperson wirkt.
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (1) als ein insbesondere in Leichtbauweise insbesondere mit Gurten und Rohren ausgeführtes Exoskelett, welches rucksackartig von der Bedienperson tragbar ausgebildet ist, wobei die die Stützelemente (2, 3) und der Aktuator (9) in dem Exoskelett integriert sind.
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die passiven Bewegungshilfen (7, 8, 11) zur Unterstützung der Lastaufnahme bei aktiviertem Aktuator (9) manuell oder automatisch aktivierbar sind.
- Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (9) eine Schaltsteuerung zur Aktivierung, insbesondere in Form eines Schalttasters, eines Sensors oder einer Sprachsteuerung, aufweist.
- Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (2, 3) der Stützstruktur (1) mit Aktuatoren oder Antrieben zur aktiven Bewegung relativ zueinander versehen sind.
- Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein vorzugsweise mit den Stützelementen (2, 3) zusammenwirkendes Federelement (7) als Schutz vor Verletzungen durch anatomisch schädliche Bewegungen vorgesehen ist.
- Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (1) eine die Stützelemente (2, 3) übergreifende Biegefeder (11) aufweist.
- Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensorik zur Erfassung einer ausgeübten Kraft und/oder Bewegung und/oder Aktivität der Bedienperson vorgesehen ist, und dass der Aktuator (9) in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Sensorik steuerbar ist, wobei vorzugsweise die Körperanbindungspunkte (5, 6) der Stützstruktur (1) mit Sensoren versehen sind.
- Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (9) in Form eines angetriebenen Seilzugs, einer teleskopförmigen Gliederstütze, einem aktivierbarem adaptiven Federelement oder einem an Gelenkstellen eingebauten Drehantrieb realisiert ist.
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (9) in Form eines angetriebenen Seilzugs zwischen der Stützstruktur (1) und einem Handbereich der Bedienperson vorgesehen ist.
- Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) einen Handschuh (16) umfasst, welcher eine Sensorik mit taktilen Sensoren aufweist, mittels welchen bei der Handhabung der Lasten last- und bewegungsbezogene Signale zur Steuerung der Vorrichtung (10) erfassbar sind.
- Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (1) ein Oberschenkelteil (12) aufweist, welches mit einem Becken- oder Rückenteil über ein dreidimensional gelenkiges Gelenk (13) verbunden ist.
- Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (1) ein Fußteil (14) aufweist und das Fußteil (14) mit einem Beckenteil über eine adaptive Beinstütze (15) gekoppelt ist.
- Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als aktive Armstütze ein mit der Stützstruktur (1) gekoppelter, verstellbarer Ausleger (17) oder ein motorgetriebene Hebelmechanik (18) vorgesehen ist.
- Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (1) an den Körperanbindungspunkte (5, 6) flexible Gurte und/oder Manschetten zur Anbindung an die Bedienperson aufweist.
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