WO2016119765A1 - Mobiles assistenzsystem - Google Patents

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WO2016119765A1
WO2016119765A1 PCT/DE2015/000354 DE2015000354W WO2016119765A1 WO 2016119765 A1 WO2016119765 A1 WO 2016119765A1 DE 2015000354 W DE2015000354 W DE 2015000354W WO 2016119765 A1 WO2016119765 A1 WO 2016119765A1
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WO
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segment
assistance system
limb
segments
actuators
Prior art date
Application number
PCT/DE2015/000354
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Kostelnik
Original Assignee
Würth Elektronik GmbH & Co. KG
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Application filed by Würth Elektronik GmbH & Co. KG filed Critical Würth Elektronik GmbH & Co. KG
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A45—HAND OR TRAVELLING ARTICLES
    • A45F—TRAVELLING OR CAMP EQUIPMENT: SACKS OR PACKS CARRIED ON THE BODY
    • A45F3/00—Travelling or camp articles; Sacks or packs carried on the body
    • A45F3/14—Carrying-straps; Pack-carrying harnesses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A45—HAND OR TRAVELLING ARTICLES
    • A45F—TRAVELLING OR CAMP EQUIPMENT: SACKS OR PACKS CARRIED ON THE BODY
    • A45F3/00—Travelling or camp articles; Sacks or packs carried on the body
    • A45F3/14—Carrying-straps; Pack-carrying harnesses
    • A45F2003/144—Pack-carrying waist or torso belts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A45—HAND OR TRAVELLING ARTICLES
    • A45F—TRAVELLING OR CAMP EQUIPMENT: SACKS OR PACKS CARRIED ON THE BODY
    • A45F2200/00—Details not otherwise provided for in A45F
    • A45F2200/05—Holder or carrier for specific articles
    • A45F2200/0575—Portable tools

Definitions

  • the invention relates to a mobile assistance system with a support system for carrying and / or attachment to a body comprising at least one limb, wherein the limb has at least two segments each with two ends and the segments are hinged together at the ends facing each other.
  • auxiliary systems are known to facilitate heavy physical work.
  • a disadvantage of this design is the elaborate preparation by attaching the support device with drilling holes and introducing eyebolts. All in all, however, only one function is served and has only a limited field of application.
  • DE 20 2008 000 908 U1 discloses a body-carrying belt for
  • Camera tripods stabilization A cameraman can fasten a camera on a tripod with the help of the carrying strap to his body and position it fatigue-free.
  • a disadvantage of this design is the purpose of the camera owed, frontal arrangement of the support arm and the lack of ability to lock the system in a particular position.
  • No drill can be brought up to head height and then fixed in this position, so as to have a corresponding
  • the invention is based on the object to provide a technically superior assistance system with a larger range of functions.
  • a mobile assistance system with at least one limb, having at least two segments, wherein one segment can be fixed relative to the other segment in its relative orientation.
  • this assistance system is mobile and can be applied to any body as needed. Especially in physically strenuous work, at least one additional limb is provided, which is equipped with a larger force and can work fatigue-free over a longer period or assist in the work. It is advantageous that the body is a human, an animal body, a machine body or a transport container.
  • the limb be hinged to the support system and / or the body, the support system fixing the relative position of the proximal end of the limb to the body.
  • At least one joint section is arranged on each one end of a segment facing an adjacent segment, the opposing joint sections complementarily forming at least one joint.
  • At least at one end of a segment of the joint portion along the longitudinal axis of the segment is longitudinally movable and / or rotatably mounted about the longitudinal axis of the segment or the hollow profile or the strut.
  • the relative position of the joint portion to the segment or the hollow profile or the strut can be adjusted and / or fixed via actuators.
  • At least at one end of a segment of the joint portion is elastically mounted and can damp vibrations of an opposite segment or hollow profile or a strut.
  • At least one pretensioned tension medium is arranged along and / or parallel to the longitudinal axis of the limb, which pulls the segments together axially and holds them against one another.
  • the joint has a joint bearing and the complementary part is designed as a hinge joint or as a ball joint.
  • cross section of the joint bearing is reduced in size, with such a reduced cross-section clamping forces or friction forces between
  • Fixation of a segment in its relative orientation relative to the other segment is effected.
  • the force for fixing the traction medium and / or the spherical plain bearing is generated with at least one actuator or applied with a preload and is canceled by the actuator.
  • actuators and / or actuators are provided and arranged to effect a fixation of one segment in its relative orientation to the other segment and / or the relative orientation of a segment to its adjacent segment and thus the position of the distal end of the segment
  • Pressure struts hydraulic and / or pneumatic tension and / or pressure cylinders, piezo motors and / or electric motors and / or artificial muscle or follow a similar drive principle.
  • the actuators and / or actuators at least partially in / or on a segment or between two segments and / or in the support system
  • the limb or at least one segment is at least partially formed as an exoskeleton and / or as a support rail and / or at least partially receives and / or supports a limb of the body.
  • a control for fixing, releasing and / or positioning of the segments or of the distal end of the limb is present and operates manually, semi-automatically and / or automatically.
  • At least one control element of the controller is arranged at an accessible location on the limb and / or on at least one segment.
  • sensors are present on the limb and / or at least on a segment and / or on an actuator or an actuator
  • Angle positions, acting forces and / or similar operating variables capture and forward to the controller.
  • the distal end of the limb as a gripping device, a tool or a similar functional unit or as a universal holder for receiving a gripping device, a tool or the like
  • the assistance system preferably has at least one central drive unit for locking and / or moving the segments or the limb, at least one control unit for controlling and controlling the at least one limb and the drive unit and / or at least one energy supply unit for the
  • the support system at least partially the drive unit, the
  • Control unit and / or the power unit includes.
  • the limb a corresponding interface to Receiving and / or forwarding the at least one supply line has.
  • Fig. 2 is a schematic representation of two segments and their relative
  • Fig. 3 is a schematic representation of the arrangement of the limb on
  • FIG. 5 shows exemplary embodiments of the segments with joint sections
  • FIG. 6 shows embodiments of the segments with a pulling medium
  • FIG. 7 shows an embodiment for fixing the segments
  • Figure 8 embodiment of a segment with movably mounted
  • FIG. 12 schematic representation of the assistance system Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment.
  • a craftsman 120 uses an inventive assistance system 100 with a
  • the carrying system 100 has a side-mounted
  • Limb 130 with multiple segments 140, wherein the limb 130 is movably and lockably arranged on the support system. On of the carrying system
  • Functional unit here for example a drill attached.
  • the craftsman does not have to spend any more power to bring the drill to a desired height and keep it there during use.
  • the limb is so flexible due to the division into several segments that the drill can be brought into any desired position. After the drill has been positioned, the limb or segments are fixed and the drill is held in place without tiring the arms.
  • the craftsman now only has to start the drill and can now use his entire limb
  • the carrying system is designed with shoulder straps and a lap belt for receiving and transmitting the load and can be adapted to a number of differently proportioned body.
  • the carrying system is preferably reinforced and
  • the carrying system may have different shaped limbs, for example strong and robust or light and filigree, but longer.
  • a carrying system can also be designed to accommodate more than just one limb, so that the
  • Limb or the attached functional units can complement each other, for example, can be attached to a universal mount a tool or it can be held with a attached to a limb gripping a tool and on the second limb a lamp for illuminating the work area is attached.
  • the limb by at least two segments which are movably connected to each other at one end facing each other, so that the two opposite sides of the connected ends can be freely positioned relative to each other.
  • This principle is based on all segments of a Limb so that one end of the limb can be freely positioned relative to its opposite end. (Fig. 2)
  • One end of the limb or a proximal segment is movable on
  • Carrying system arranged such that the limb can be pivoted away from the body and rotated about the longitudinal axis of the limb. (Fig. 3)
  • FIG. 4 shows a plurality of schematic representations of exemplary embodiments for constructing a segment.
  • Fig. 4a shows a segment of a hollow profile with an elongated extension, e.g. a smooth, cylindrical tube.
  • an elongated extension e.g. a smooth, cylindrical tube.
  • an elongate solid material would be possible, but compared to a hollow profile has advantages in terms of cost and weight and the cavity in addition to housing and protection of further functionally relevant
  • a segment can also be a hollow profile with a bulbous curvature formed (Fig. 4 b).
  • Such a segment can also be made up of a plurality of parallel struts (FIG. 4 d).
  • FIG. 5 a shows two segments, one end of a segment one
  • FIG. 5 b shows a further embodiment of a segment, which is concave-shaped on both sides and can receive on each side a convex end of an adjacent segment.
  • Several of these segments arranged along a common axis thus form the limb.
  • these segments are connected to one another by a pulling medium 210.
  • a traction medium for example a wire, a fiber material or a Bowden cable along the central axis through each arranged in the segments axially or at least parallel to the longitudinal axis openings from the first to the last segment of the limb are performed or from one segment to the next or after next segment.
  • a fixation of adjacent segments with each other is achieved by the tensile stress Fz of the traction medium is increased, so strong that the abutting surfaces of the hinge portions of adjacent segments are pressed together and so a frictional force FR is generated, which is a fixation of a segment in his relative alignment with the other adjacent segment ( Figure 7).
  • the tension of the pulling medium can be purely manually e.g. be increased via a gear and an operating lever for fixing. To release the segments or the limbs then simply enough to move the lever back to its original position and thus causing relaxation of the pulling medium. Or, however, this change in tension is adjusted via an actuator, e.g. an electric or piezomotor (not shown).
  • an actuator e.g. an electric or piezomotor (not shown).
  • FIG. 8 shows in a further exemplary embodiment that the
  • Joint portion of a side of a segment with respect to the longitudinal axis is mounted longitudinally and rotatably. This increases the functionality of the limb, on the one hand the length of the limb can be increased or so the fixation of the segments with each other or the limb can be achieved. The possibility of rotation of the joint section opens up another possibility that the
  • Figure 9 shows a further embodiment of the connection of two adjacent segments by each of the joint portion of the abutting segments is slightly offset and as a bearing shell for receiving a bearing pin as a hinge joint (Fig. 9 b) or for receiving a ball as a ball joint (Fig. 9 c) is formed.
  • a fixation of adjacent segments with each other is achieved by the cross section of the joint bearing is reduced so far that the bearing pin (Fig. 9 d) or the ball joint (Fig. 9 e) are clamped with a clamping force F K.
  • this can be effected by a special clamping element (not shown) acting on the bearing elements (182, 183) in addition to the actual bearing.
  • clamping force F K is also carried out here preferably via actuators.
  • Reversing mobility or fixation by permanently clamping the segments together by bias or by actuator, and actively releasing the fixation to reorient the limb.
  • FIG. 10 shows the arrangement of further actuators or actuators, in addition to a passive, manual alignment of the limb, also an active, driven one
  • FIG. 11 shows schematically a segment which is designed as an exoskeleton and accommodates parts of an arm and supports this arm.
  • the hand can control the functionality of the limb and / or the functional unit with appropriately arranged controls and a controller.
  • the functionality as a whole is shown schematically in a further exemplary embodiment in FIG.
  • the assistance system 100 has for this purpose a support system to which a limb is attached.
  • the limb has at its end opposite the support system a functional unit, such as a tool. To operate the tool, the limb contains a supply line and / or a
  • Control line 260 This line 260 has at its end facing the carrier system of the limb an interface 270 for connecting the line and
  • the carrier system includes a central drive unit, a control unit and a power supply to ensure mobility.

Landscapes

  • Manipulator (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

Mobiles Assistenzsystem (100) mit einem Tragsystem (110) zum Tragen und/oder zur Befestigung an einem Körper, aufweisend mindestens eine Gliedmaße, wobei die Gliedmaße mindestens 2 Segmente mit jeweils zwei Enden aufweist und die Segmente an den einander zugewandten Enden gelenkig miteinander verbunden sind, wobei ein Segment in seiner relativen Ausrichtung gegenüber dem anderen Segment fixierbar ist.

Description

Mobiles Assistenzsystem
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein mobiles Assistenzsystem mit einem Tragsystem zum Tragen und / oder zur Befestigung an einem Körper, aufweisend mindestens eine Gliedmaße, wobei die Gliedmaße mindestens 2 Segmente mit jeweils zwei Enden aufweist und die Segmente an den einander zugewandten Enden gelenkig miteinander verbunden sind.
Generell sind Hilfssysteme zur Erleichterung schwerer körperlicher Arbeit bekannt.
Aus der DE 102 22 077 C1 ist eine Tragvorrichtung bekannt, mit deren Hilfe eine schwere Werkzeugmaschine über Kopf in Position gebracht und benutzt werden kann.
Nachteilig bei dieser Ausführung ist die aufwendige Vorbereitung durch die Anbringung der Tragvorrichtung mit Bohren von Löchern und Einbringen von Augenschrauben. Insgesamt wird damit aber auch nur eine Funktion bedient und verfügt über einen nur eingeschränkten Einsatzbereich.
Darüber hinaus sind weitere Assistenzsysteme bekannt. Die DE 20 2008 000 908 U1 offenbart einen Körpertragegurt für
Kamerastabilisierungsstative. Ein Kameramann kann eine Kamera auf einem Stativ mit Hilfe des Tragegurts an seinem Körper anschnallen und kraftschonend ermüdungsfrei positionieren.
Nachteilig bei dieser Ausführung ist die dem Zwecke der Kamera geschuldete, frontale Anordnung des Haltearms sowie die fehlende Möglichkeit, das System in einer bestimmten Position zu arretieren. So kann z.B. keine Bohrmaschine auf Kopfhöhe gebracht und dann in dieser Position fixiert werden, um so eine entsprechende
Verwendung zu unterstützen.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein technisch höherwertiges Assistenzsystem mit einem größeren Funktionsumfang bereit zu stellen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen der
unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein mobiles Assistenzsystem mit zumindest einer Gliedmaße, aufweisend zumindest zwei Segmente, wobei ein Segment in seiner relativen Ausrichtung gegenüber dem anderen Segment fixierbar ist.
Der Vorteil dieses Assistenzsystems ist, dass es mobil ist und bei Bedarf an einen beliebigen Körper angelegt werden kann. Vor allem bei körperlich anstrengender Arbeit wird zumindest eine zusätzliche Gliedmaße bereitgestellt, welche mit einer größeren Kraft ausgestattet ist und auch über einen längeren Zeitraum ermüdungsfrei arbeiten bzw. bei der Arbeit assistieren kann. Vorteilhaft ist, dass der Körper ein menschlicher, ein tierischer Körper, ein Maschinenkörper oder ein Transportbehältnis ist.
Bevorzugt ist, dass die Gliedmaße gelenkig am Tragsystem und / oder am Körper befestigt ist, wobei das Tragsystem die relative Position des proximalen Endes der Gliedmaße gegenüber dem Körper fixiert.
Vorteilhaft ist, dass ein Segment aus einem Hohlprofil oder aus einem oder mehreren, zueinander beabstandeten, sich annähernd parallel in einer Längsrichtung
erstreckenden Hohlprofilen und / oder Streben aufgebaut ist.
Bevorzugt ist, dass an jeweils einem, einen benachbarten Segment zugewandten Ende eines Segments zumindest ein Gelenkabschnitt angeordnet ist, wobei die sich gegenüberliegenden Gelenkabschnitte komplementär zumindest ein Gelenk bilden.
Vorteilhaft ist, dass zumindest an einem Ende eines Segments der Gelenkabschnitt entlang der Längsachse des Segments längs beweglich und / oder um die Längsachse des Segments bzw. des Hohlprofils oder der Strebe drehbar gelagert ist.
Bevorzugt ist, dass die relative Position des Gelenkabschnitts zum Segment bzw. des Hohlprofils oder der Strebe über Stellglieder eingestellt und / oder fixiert werden kann.
Vorteilhaft ist, dass zumindest an einem Ende eines Segments der Gelenkabschnitt elastisch gelagert ist und Schwingungen eines gegenüberliegenden Segments bzw. Hohlprofils oder einer Strebe dämpfen kann.
Bevorzugt ist, dass entlang und / oder parallel der Längsachse der Gliedmaße zumindest ein vorgespanntes Zugmedium angeordnet ist, welches die Segmente axial aneinander zieht und aneinander hält.
Vorteilhaft ist, dass das Zugmedium vom ersten bis zum letzten Segment der
Gliedmaße und / oder zumindest von einem Segment zum nächsten oder übernächsten Segment führt. Bevorzugt ist, dass die Oberflächenbeschaffenheit und Größe der aneinanderliegenden Gelenkabschnitte so gestaltet ist, dass bei einer Erhöhung der Zugkraft des
Zugmediums derart Reibungskräfte entstehen, die eine Fixierung eines Segments in seiner relativen Ausrichtung gegenüber dem anderen Segment bewirken.
Vorteilhaft ist, dass das Gelenk ein Gelenklager aufweist und der komplementäre Teil als Scharniergelenk oder als Kugelgelenk ausgebildet ist.
Bevorzugt ist, dass der Querschnitt des Gelenklagers verkleinerbar ist, wobei mit einem verkleinerten Querschnitt derart Klemmkräfte bzw. Reibungskräfte zwischen
Lagerschale und Lagerbolzen oder Gelenkkugel entstehen, dass dadurch eine
Fixierung eines Segments in seiner relativen Ausrichtung gegenüber dem anderen Segment bewirkt wird.
Vorteilhaft ist, dass die Kraft zum Fixieren am Zugmedium und / oder am Gelenklager mit zumindest einem Aktuator erzeugt wird oder mit einer Vorlast anliegt und per Aktuator aufgehoben wird.
Bevorzugt ist, dass Aktoren und / oder Stellglieder vorgesehen und so angeordnet sind, dass sie eine Fixierung eines Segments in seiner relativen Ausrichtung gegenüber dem anderen Segment bewirken und / oder die relative Ausrichtung eines Segments zu seinem benachbarten Segment und damit die Position des distalen Endes der
Gliedmaße zum proximalen Ende bzw. zum Körper steuern.
Vorteilhaft ist, dass die Aktoren oder Stellglieder Zugmedien, Zug- und / oder
Druckstreben, hydraulische und / oder pneumatische Zug- und / oder Druckzylinder, Piezomotoren und / oder Elektromotoren und / oder künstliche Muskel sind oder einem ähnlichen Antriebsprinzip folgen.
Bevorzugt ist, dass die Aktoren und / oder Stellglieder zumindest teilweise in/ oder an einem Segment bzw. zwischen zwei Segmenten und / oder im Tragsystem
untergebracht sind. Vorteilhaft ist, dass die Gliedmaße bzw. zumindest ein Segment zumindest teilweise als Exoskelett und / oder als Stützschiene ausgebildet ist und / oder .zumindest teilweise eine Extremität des Körpers aufnimmt und / oder stützt.
Bevorzugt ist, dass eine Steuerung zum Fixieren, Lösen und / oder Positionieren der Segmente bzw. des distalen Endes der Gliedmaße vorhanden ist und manuell, halbautomatisch und / oder automatisch arbeitet.
Vorteilhaft ist, dass zumindest ein Bedienungselemente der Steuerung an einer zugänglichen Stelle an der Gliedmaße und / oder an zumindest einem Segment angeordnet ist.
Bevorzugt ist, dass am Gliedmaße und / oder zumindest an einem Segment und / oder an einem Aktor bzw. einem Stellglied Sensoren vorhanden sind, welche
Winkelstellungen, einwirkende Kräfte und / oder ähnliche Betriebsgrößen erfassen und an die Steuerung weiterleiten.
Vorteilhaft ist, dass das distale Ende der Gliedmaße als eine Greifvorrichtung, ein Werkzeug oder als eine ähnliche Funktionseinheit oder als eine Universalhalterung für die Aufnahme einer Greifvorrichtung, eines Werkzeugs oder für eine ähnliche
Funktionseinheit ausgebildet ist.
Bevorzugt weist das Assistenzsystem zumindest eine zentrale Antriebseinheit für die Verriegelung und / oder die Bewegung der Segmente bzw. der Gliedmaße, zumindest eine Steuereinheit zur Kontrolle und Steuerung der zumindest einen Gliedmaße und der Antriebseinheit und / oder zumindest eine Energieversorgungseinheit für die
Antriebseinheit und / oder Steuereinheit auf.
Vorteilhaft ist, dass das Tragsystem zumindest teilweise die Antriebseinheit, die
Steuerungseinheit und / oder die Energieeinheit beinhaltet.
Bevorzugt ist, dass vom Tragsystem und / oder vom Körper zumindest eine
Versorgungsleitung für die Gliedmaße und / oder weiterer Funktionseinheiten
bereitgestellt wird und die Gliedmaße eine entsprechende Schnittstelle zur Entgegennahme und / oder Weiterleitung der mindestens einen Versorgungsleitung aufweist.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Schutzansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird. Die vorstehend genannten und die nachstehenden noch zu erläuternden Merkmale sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und werden in der anschließenden
Beschreibung näher erläutert.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 schematische Darstellung des Assistenzsystems,
Fig. 2 schematische Darstellung zweier Segmente und deren relative
Ausrichtung zueinander,
Fig. 3 schematische Darstellung der Anordnung der Gliedmaße am
Trägersystem,
Fig 4 Ausführungsbeispiele der Segmente ,
Fig 5 Ausführungsbeispiele der Segmente mit Gelenkabschnitten, Fig 6 Ausführungsbeispiele der Segmente mit einem Zugmedium, Fig 7 Ausführungsbeispiel zur Fixierung der Segmente ,
Fig 8 Ausführungsbeispiel eines Segments mit beweglich gelagertem
Gelenkabschnitt,
Fig. 9 Ausführungsbeispiele der Segmente mit einem Lagergelenk
Ausführungen zum Lagergelenk,
Fig. 10 Ausführungsbeispiel der Segmente mit Aktuatoren bzw. Stellglieder,
Fig. 11 Segment als Exoskelett,
Fig. 12 schematische Darstellung zum Assistenzsystem Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels. Beispielsweise ein Handwerker 120 nutzt ein erfindungsgemäß Assistenzsystem 100 mit einem
Tragesystem 110. Das Tragesystem 100 weist eine an der Seite angeordnete
Gliedmaße 130 mit mehreren Segmenten 140 auf, wobei die Gliedmaße 130 beweglich und arretierbar am Tragesystem angeordnet ist. Am vom Tragesystem
entgegengesetzten Ende der Gliedmaße ist an einer Universalhalterung eine
Funktionseinheit, hier zum Beispiel eine Bohrmaschine angebracht. Der Handwerker muss keine Kraft mehr aufwenden um die Bohrmaschine auf eine gewünschte Höhe zu bringen und sie dort während der Nutzung zu halten. Die Gliedmaße ist aufgrund der Aufteilung in mehrere Segmente so flexibel, dass die Bohrmaschine in jede gewünschte Position gebracht werden kann. Nachdem die Bohrmaschine positioniert wurde, wird die Gliedmaße bzw. werden die Segmente fixiert und die Bohrmaschine wird entsprechend gehalten ohne die Arme zu ermüden. Der Handwerker muss die Bohrmaschine jetzt nur noch starten und kann sich jetzt über die Gliedmaße mit seinem gesamten
Körpergewicht gegen die Bohrmaschine stemmen, um Kraft schonend ein Loch in die Wand zu bohren. Das Tragesystem ist mit Schulterriemen und einem Beckengurt für die Aufnahme und Weiterleitung der Belastung entsprechend ausgelegt und kann an eine Anzahl unterschiedlich proportionierter Körper angepasst werden. Im Bereich der Aufhängung der Gliedmaße ist das Tragesystem vorzugsweise verstärkt und
ausgesteift, zum Nutzer hin vorzugsweise gepolstert. Am Tragesystem können unterschiedliche gestaltete Gliedmaße angebracht sein, zum Beispiel kräftig und robust oder leicht und filigran, dafür aber länger. Ein Tragesystem kann prinzipiell auch für die Aufnahme von mehr als nur einer Gliedmaße ausgelegt sein, so dass sich die
Gliedmaßen bzw. die daran befestigten Funktionseinheiten gegenseitig ergänzen können, zum Beispiel kann an einer Universalhalterung ein Werkzeug angebracht sein oder es kann mit einer an einer Gliedmaße befestigten Greifhand ein Werkzeug gehalten werden und an der zweiten Gliedmaße ist eine Lampe zur Ausleuchtung des Arbeitsbereichs befestigt.
Ihre Funktionalität erhält die Gliedmaße durch mindestens zwei Segmenten welche an jeweils einem einander zugewandten Ende beweglich miteinander verbunden sind, so dass die beiden den verbundenen Enden entgegengesetzten Seiten relativ zueinander frei positioniert werden können. Dieses Prinzip setzt sich über alle Segmente einer Gliedmaße fort, so dass ein Ende der Gliedmaße relativ zu ihrem entgegengesetzten Ende frei positioniert werden kann. (Fig. 2)
Ein Ende der Gliedmaße bzw. eines proximalen Segments ist beweglich am
Tragesystem angeordnet derart dass die Gliedmaße vom Körper weg geschwenkt und um die Längsachse der Gliedmaße rotiert werden kann. (Fig. 3)
Fig. 4 zeigt mehrere schematische Darstellungen zu Ausführungsbeispielen zum Aufbau eines Segments.
Fig. 4 a zeigt ein Segment aus einem Hohlprofil mit einer länglichen Erstreckung, z.B. ein glattes, zylindrisches Rohr. Im Prinzip wäre auch ein längliches Vollmaterial möglich, dem gegenüber ein Hohlprofil jedoch Vorteile an Kosten und Gewicht aufweist und der Hohlraum zusätzlich zur Unterbringung und Schutz weiterer funktionsrelevanter
Elemente genutzt werden kann.
Ein Segment kann auch ein Hohlprofil mit einer bauchigen Wölbung geformt sein (Fig. 4 b).
Es ist auch denkbar ein Segment anstatt mit einem Hohlprofil mit einem größeren Durchmesser durch mehrere kleinere, parallel verlaufende Rohre zu ersetzen (Fig. 4 c).
Auch lässt sich ein solches Segment aus mehreren parallel verlaufenden Streben aufbauen (Fig. 4 d).
Die Enden einander zugewandten Seiten von Segmenten sind miteinander beweglich verbunden, wobei die Enden zueinander komplementär geformte Gelenkabschnitte aufweisen. Figur 5 a zeigt zwei Segmente, wobei ein Ende eines Segments eine
Vertiefung mit einem umlaufenden Kragen aufweist, der das andere entsprechend komplementär geformte Ende teilweise umschließt und peripher stützt. Diese
Anordnung kann sich dann über alle Segmente einer Gliedmaße fortsetzen. Figur 5 b zeigt eine weitere Ausführungsform eines Segments, welches an beiden Seiten konkav geformt ist und an einer Seite jeweils ein konvexes Ende eines benachbarten Segments aufnehmen kann. Mehrere dieser entlang einer gemeinsamen Achse so angeordneten Segmente bilden damit die Gliedmaße. Untereinander sind diese Segment mit einem Zugmedium 210 miteinander verbunden. Dabei kann ein Zugmedium, z.B. ein Draht, ein Fasermaterial oder ein Bowdenzug entlang der Mittelachse durch jeweils in den Segmenten axial oder zumindest parallel zur Längsachse angeordnete Öffnungen vom ersten bis zum letzten Segment der Gliedmaße geführt werden oder von einem Segment zum nächsten oder übernächsten Segment. Auch eine Ausführung mit mehreren Strängen des
Zugmediums ist denkbar sowie eine Kombination all dieser Ausführungsformen.
Vorteilhaft ist es, das Zugmedium mit einer Vorspannung zu versehen. Dies kann durch die Verwendung eines elastischen Fasermaterials geschehen oder durch die
Verwendung von Federelementen (nicht dargestellt).
Ein Fixierung benachbarter Segmente untereinander wird dadurch erreicht, indem die Zugspannung Fz des Zugmediums erhöht wird, und zwar so stark, dass die aneinander anliegenden Oberflächen der Gelenkabschnitte benachbarter Segmente aufeinander gepreßt werden und so eine Reibungskraft FR erzeugt wird, die eine Fixierung eines Segments in seiner relativen Ausrichtung gegenüber dem anderen, benachbarten Segment bewirkt (Fig. 7).
Die Zugspannung des Zugmediums kann rein manuell z.B. über ein Getriebe und einem Betätigungshebel zum Fixieren erhöht werden. Zum Lösen der Segmente bzw. der Gliedmaße reicht dann einfach ein Bewegen des Hebels in seine Ausgangslage zurück und eine damit bewirkte Entspannung des Zugmediums. Oder aber diese Veränderung der Zugspannung wird über einen Aktor eingestellt, z.B. einen Elektro- oder Piezomotor (nicht dargestellt).
In Figur 8 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt, dass der
Gelenkabschnitt einer Seite eines Segments in Bezug zur Längsachse längs- und drehbeweglich gelagert ist. Dies erhöht die Funktionalität der Gliedmaße, da einerseits die Länge der Gliedmaße vergrößert werden kann oder so auch die Fixierung der Segmente untereinander bzw. der Gliedmaße erreicht werden kann. Die Möglichkeit zur Rotation des Gelenkabschnitts eröffnet eine weitere Möglichkeit, dass sich die
Segmente zueinander ausrichten lassen. Figur 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Verbindung zweier benachbarter Segmente, indem jeweils der Gelenkabschnitt der aneinander anliegenden Segmenten etwas abgesetzt ist und als Lagerschale zur Aufnahme für einen Lagerbolzen als Scharniergelenk (Fig. 9 b) oder zur Aufnahme für eine Kugel als Kugelgelenk (Fig. 9 c) ausgebildet ist.
Ein Fixierung benachbarter Segmente untereinander wird dadurch erreicht, indem der Querschnitt des Gelenklagers soweit verringert wird, dass der Lagerbolzen (Fig. 9 d) oder das Kugelgelenk (Fig. 9 e) mit einer Klemmkraft FK festgeklemmt werden.
Alternativ kann dies durch ein spezielles, neben der eigentlichen Lagerung auf die Lagerelemente (182, 183) einwirkendes Klemmelement (nicht dargestellt) bewirkt werden.
Das Aufbringen einer solchen Klemmkraft FK erfolgt hier auch vorzugsweise über Aktoren.
Prinzipiell wie auch im vorherigen Ausführungsbeispiel läßt sich das Prinzip der
Beweglichkeit oder Fixierung auch umkehren, indem die Segmente permanent per Vorspannung oder per Aktuator gegeneinander fixiert sind und die Fixierung aktiv aufgehoben werden muss, um eine Neuausrichtung der Gliedmaße vorzunehmen.
Figur 10 zeigt die Anordnung weiterer Aktoren oder Stellglieder, um neben einer passiven, manuellen Ausrichtung der Gliedmaße auch eine aktive, angetriebene
Neuausrichtung oder Positionierung zu erreichen. Hier sind außen an den Segmenten angebrachte Aufhängungen dargestellt, zwischen denen Aktoren oder Stellglieder angeordnet sind und eine Änderung der Ausrichtung eines Segments relativ zu einem anderen Segment bewirken. Solche Aktoren oder Stellglieder können selbstverständlich auch im Inneren eines Segments angeordnet sein. .
Figur 11 zeigt schematisch ein Segment, welches als Exoskelett ausgebildet ist und Teile eines Arms in sich aufnimmt und diesen Arm dabei stützt. Die Hand kann dabei mit entsprechend angeordneten Bedienelementen und einer Steuerung die Funktionalität der Gliedmaße und / oder der Funktionseinheit kontrollieren. Die Funktionalität insgesamt wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel in Figur 12 schematisch dargestellt. Das Assistenzsystem 100 weist dazu ein Trägersystem auf, an dem eine Gliedmaße befestigt ist. Die Gliedmaße hat an ihrem dem Trägersystem entgegengesetzten Ende eine Funktionseinheit, z.B. ein Werkzeug. Zum Betrieb des Werkzeugs enthält die Gliedmaße eine Versorgungsleitung und / oder eine
Steuerleitung 260. Diese Leitung 260 hat an ihrem dem Trägersystem zugewandten Ende der Gliedmaße eine Schnittstelle 270 zum Anschluss der Leitung und
Sicherstellung der Funktionalität der Funktionseinheit. Das Trägersystem beinhaltet für die Sicherstellung der Mobilität eine zentrale Antriebseinheit, eine Steuerungseinheit und eine Energieversorung.
Bezugszeichenliste
100 Assistenzsystem
110 Tragsystem
120 Körper
130 Gliedmaße
140 Segment
141, 142 Segementende
143 Gelenkabschnitt
150 Segment
151 Segementende
153 Gelenkabschnitt
160 Hohlprofil
170 Strebe
180 Gelenk
181 Gelenklager
182 Lagerbolzen
183 Kugelgelenk
190 Aktuatoren
200 Stellglieder
210 Zugmedium
220 Steuerung
221 Bedienelement
230 Sensor
240 Funktionseinheit
250 Universalhalterung
260 Versorgungsleitung
270 Schnittstelle
310 Antriebseinheit
320 Steuereinheit
330 Energieeinheit

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Mobiles Assistenzsystem (100) mit einem Tragsystem 110 zum Tragen und / oder zur Befestigung an einem Körper 120 , aufweisend mindestens eine Gliedmaße 130 , wobei die Gliedmaße mindestens 2 Segmente 140, 150 mit jeweils zwei Enden (141 , 142) aufweist und die Segmente an den einander zugewandten Enden (141 , 151) gelenkig miteinander verbunden sind dadurch gekennzeichnet, dass ein Segment 140 in seiner relativen Ausrichtung gegenüber dem anderen Segment 150 fixierbar ist.
2. Assistenzsystem (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Körper 120 ein menschlicher, ein tierischer Körper, ein Maschinenkörper oder ein Transportbehältnis ist.
3. Assistenzsystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gliedmaße 130 gelenkig am Tragsystem 110 und / oder am Körper 120 befestigt ist, wobei das Tragsystem 110 die relative Position des proximalen Endes der Gliedmaße 130 gegenüber dem Körper 120 fixiert.
4. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Segment 140, 150 aus einem Hohlprofil oder aus einem oder mehreren, zueinander beabstandeten, sich annähernd parallel in einer Längsrichtung erstreckenden Hohlprofilen 160 und / oder Streben 170 aufgebaut ist.
5. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass an jeweils einem, einen benachbarten Segment 150 zugewandten Ende 141 eines Segments 140 zumindest ein Gelenkabschnitt 143 angeordnet ist, wobei die sich gegenüberliegenden Gelenkabschnitte 143, 153 komplementär zumindest ein Gelenk 180 bilden.
6. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einem Ende 141 eines Segments 140 der Gelenkabschnitt 180 entlang der Längsachse des Segments 140 längs beweglich und / oder um die Längsachse des Segments 140 bzw. des
Hohlprofils 160 oder der Strebe 170 drehbar gelagert ist.
7. Assistenzsystem (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass die relative Position des Gelenkabschnitts 143 zum Segment 140 bzw. des Hohlprofils 160 oder der Strebe 170 über Aktuatoren 190 und / oder Stellglieder 200 eingestellt und / oder fixiert werden kann.
8. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest an einem Ende 141 eines Segments 140 der Gelenkabschnitt 143 elastisch gelagert ist und Schwingungen eines
gegenüberliegenden Segments 150 bzw. Hohlprofils 160 oder einer Strebe 170 dämpfen kann.
9. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass entlang und / oder parallel der Längsachse der Gliedmaße 130 zumindest ein vorgespanntes Zugmedium 210 angeordnet ist, welches die Segmente 140, 150 axial aneinander zieht und aneinander hält.
10. Assistenzsystem (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass das Zugmedium 210 vom ersten bis zum letzten Segment 140, 150 der Gliedmaße 130 und / oder zumindest von einem Segment 140 zum nächsten oder übernächsten Segment 150 führt.
11. Assistenzsystem (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschaffenheit und Größe der
aneinanderliegenden Gelenkabschnitte 143, 153 so gestaltet ist, dass bei einer Erhöhung der Zugkraft des Zugmediums derart Reibungskräfte entstehen, die eine Fixierung eines Segments in seiner relativen Ausrichtung gegenüber dem anderen Segment bewirken.
12. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk 180 ein Gelenklager 181 aufweist und der komplementäre Teil als Scharniergelenk mit einem Lagerbolzen 182 oder als Kugelgelenk 183 ausgebildet ist.
13. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Gelenklagers 181 verkleinerbar ist, wobei mit einem verkleinerten Querschnitt derart Klemmkräfte bzw.
Reibungskräfte zwischen Lagerschale 181 und Lagerbolzen 182 oder
Gelenkkugel 183 entstehen, dass dadurch eine Fixierung eines Segments 140 in seiner relativen Ausrichtung gegenüber dem anderen Segment 150 bewirkt wird.
14. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kraft zum Fixieren am Zugmedium 210 und / oder am Gelenklager 181 mit zumindest einem Aktuator 190 erzeugt wird oder mit einer Vorlast anliegt und per Aktuator 190 aufgehoben wird.
15. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass Aktoren 190 und / oder Stellglieder 200 vorgesehen und so angeordnet sind, dass sie eine Fixierung eines Segments 140 in seiner relativen Ausrichtung gegenüber dem anderen Segment 150 bewirken und / oder die relative Ausrichtung eines Segments 140 zu seinem benachbarten Segment 150 und damit die Position des distalen Endes der Gliedmaße 130 zum
proximalen Ende bzw. zum Körper steuern.
16. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Aktoren 190 oder Stellglieder 200 Zugmedien 210, Zug- und / oder Druckstreben, hydraulische und / oder pneumatische Zug- und / oder Druckzylinder, Piezomotoren und / oder Elektromotoren und / oder künstliche Muskel sind oder einem ähnlichen Antriebsprinzip folgen.
17. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Aktoren 190 und / oder Stellglieder 200 zumindest teilweise in/ oder an einem Segment 140 bzw. zwischen zwei Segmenten 140, 150 und / oder im Tragsystem 110 untergebracht sind.
18. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gliedmaße 130 bzw. zumindest ein Segment 140 zumindest teilweise als Exoskelett und / oder als Stützschiene ausgebildet ist und / oder .zumindest teilweise eine Extremität 121 des Körpers 120 aufnimmt und / oder stützt.
19. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Steuerung 220 zum Fixieren, Lösen und / oder Positionieren der Segmente 140, 150 bzw. des distalen Endes der Gliedmaße 130 vorhanden ist und manuell, halbautomatisch und / oder automatisch arbeitet.
20. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest ein Bedienungselement 221 der Steuerung 220 an einer Stelle an der Gliedmaße 130 und / oder an zumindest einem Segment 140 und / oder am Tragesystem 110 angeordnet ist.
21. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass an der Gliedmaße 130 und / oder zumindest an einem Segment 140, 150 und / oder an einem Aktor 190 bzw. einem Stellglied 200 Sensoren 230 vorhanden sind, welche Winkelstellungen, einwirkende Kräfte und / oder ähnliche Betriebsgrößen erfassen und an die Steuerung 220 weiterleiten.
22. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das distale Ende der Gliedmaße 130 als eine
Greifvorrichtung, ein Werkzeug oder als eine ähnliche Funktionseinheit 240 oder als eine Universalhalterung 250 für die Aufnahme einer Greifvorrichtung, eines Werkzeugs oder für eine ähnliche Funktionseinheit 240 ausgebildet ist.
23. Assistenzsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend zumindest eine zentrale Antriebseinheit 310 für die Verriegelung und / oder die Bewegung der Segmente 140, 150 bzw. der Gliedmaße 130, zumindest eine Steuereinheit 320 zur Kontrolle und Steuerung der zumindest einen Gliedmaße 130 und der Antriebseinheit 310 und / oder zumindest eine
Energieversorgungseinheit 330 für die Antriebseinheit 310 und / oder
Steuereinheit 320.
24. Assistenzsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragsystem 110 zumindest teilweise die
Antriebseinheit 310, die Steuerungseinheit 320 und / oder die Energieeinheit 330 beinhaltet.
25. Assistenzsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass vom Tragsystem 110 und / oder vom Körper 120 zumindest eine Versorgungsleitung 260 für die Gliedmaße 130 und / oder zumindest einer weiteren Funktionseinheit 240 bereit gestellt wird und die Gliedmaße 130 eine entsprechende Schnittstelle 270 zur Entgegennahme und / oder Weiterleitung der mindestens einen Versorgungsleitung 260 aufweist.
PCT/DE2015/000354 2015-01-30 2015-07-11 Mobiles assistenzsystem WO2016119765A1 (de)

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