WO2014195373A1 - Körpergetragene hebehilfe - Google Patents

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

Körpergetragene Hebehilfe

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)

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (1) eine die Stützelemente (2, 3) übergreifende Biegefeder (11) aufweist.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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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