WO2020126125A1 - Vorrichtung zur unterstützung und entlastung der arme eines nutzers - Google Patents

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WO2020126125A1
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user
joint
support device
spatial direction
arm
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Simon Käsmann
Lars Melzer
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Hilti Aktiengesellschaft
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    • A61H2201/1676—Pivoting

Definitions

  • the present invention relates to a device for supporting and relieving a right th arm and / or a left arm of a user, the device comprising an upper partial area and a lower partial area for each side of the body, the partial areas being able to be connected to a joint, so that the upper section can be pivoted in an upper and a lower spatial direction about a horizontal axis of rotation of the joint.
  • the support device is characterized in that it can be operated in preferably two different states.
  • Conventional support devices are known in the prior art, which are also referred to as passive exoskeletons for supporting the upper extremities of a user.
  • the upper extremities of a user are in particular the user's arms.
  • These passive support devices often use the restoring force of elastic elements in order to be able to guarantee the support, for example to compensate for the weight of the upper extremities.
  • the weight force of elastic elements such as springs or spring mechanisms, can be taken up.
  • the additional weight of a tool or other object that is held by the user with one hand can also be compensated for.
  • the principle of action of the conventional support devices which is based on the absorption or compensation of forces by an elastic element, is associated with the disadvantage that the support force provided by the elastic element continues to act in an end position, so that the arms of the user a desired posture.
  • the direction of the support force for many activities does not coincide with the direction of force actually required, which would be required for the execution of a specific activity.
  • the support force that usually acts in the spatial direction “upwards” has to be overcome, which is sometimes bothersome or exhausting.
  • the object of the present invention is therefore to overcome the disadvantages of conventional support devices described above and to provide a support device in which the support force does not continue to act over an end position, so that the arms of the user are not pushed out of a desired posture. Furthermore, it would be desirable if, in the support device to be provided, the direction of the support force coincided with the direction of the force required to perform a particular activity. Another concern of the invention is that the annoying overcoming of the preferably upward supporting or compensating force when lowering the arm is no longer necessary.
  • the object is achieved by the subject matter of independent claim 1.
  • Advantageous embodiments of the subject matter of the independent claim can be found in the dependent claims.
  • the object is achieved by a support device which can be operated in preferably two different states.
  • the object is achieved in particular by a device for supporting and relieving a right arm and a left arm of a user, the device comprising an upper partial area and a lower partial area for each body side, the upper partial area comprising an arm strut with an armrest, wherein the partial areas of the support device can be connected to a joint having a horizontal axis of rotation, so that the upper partial area can be pivoted in an upper and a lower spatial direction about a horizontal axis of rotation of the joint.
  • the device is characterized in that the joint can be pivoted in the first spatial direction and in the lower spatial direction in a first state and can only be pivoted in the upper spatial direction in a second state.
  • the joint can be in a first state and in a second state, the upper part of the support device being pivotable in the first state in the upper and lower spatial directions and in the second state being pivotable only in the upper spatial direction.
  • the changeover from the first to the second state, or vice versa can be carried out, for example, by voice control, gesture control or by using electromyography (EMG).
  • EMG electromyography
  • a control device can be provided in the neck area of the user, which is preferably also referred to as a “neck switch device”.
  • the neck control is controlled by means of a head movement of the user.
  • the change from a first state to a second state of the joint of the support device can be done with a movement of the head of the user, wherein a corresponding control device can be arranged in the neck of the user.
  • the device is referred to as a support device or as an exoskeleton.
  • the first state can preferably be referred to as a deactivated state and the second state of the joint as an activated state.
  • the upper part of the device is preferably blocked in the lower spatial direction.
  • the invention achieves the advantage that the nut zer completely retains its freedom of movement in the upper and lower spatial direction in the first state and the arm of the user is supported in the second state in that the movement of the joint in the lower spatial direction is blocked is.
  • the arm strut of the upper part of the device cannot move downward and the (upper) arm of the user is effectively supported downward.
  • the joint unlocks in both directions of rotation around a horizontal axis in the deactivated state.
  • the joint is in the free-running state in both spatial directions.
  • the directions of rotation are preferably also referred to as spatial direction or direction of movement.
  • the two spatial directions are preferably the spatial direction “upward” and the spatial direction “downward”.
  • the spatial directions can be defined in relation to a vertical mental axis, which can preferably be defined by the spine of the user.
  • the spatial direction “upwards” preferably corresponds to a spatial direction along or parallel to this vertical conceptual axis, namely in the direction of the head of the user, that is, in the direction of the highest point of the user.
  • the room direction “upwards” is preferably towards the ceiling of the room.
  • the spatial direction “downward” preferably corresponds to the spatial direction along or parallel to this vertical virtual axis, specifically in the direction of the user's feet, that is, in the direction of the lowest point of the user.
  • the spatial direction points "downwards” towards a floor or a surface on which the user of the support device stands.
  • the joint is unlocked in the deactivated state about the horizontal axis in both directions or directions of movement, the upper part of the support device can be moved in both directions - up and down.
  • This advantageously leads to the fact that the user has unrestricted freedom of movement with respect to movements around the horizontal axis and is not restricted in his freedom of movement is.
  • the proposed exoskeleton with the two operating states offers support to the user in the form of a contact surface by blocking the joint in one direction of movement.
  • the blocked direction of movement is preferably the “downward” direction of movement.
  • the preferred blocking of the direction of movement “downwards” advantageously supports the arm of the user, which is preferably placed on the armrest.
  • the user can perform overhead work, for example, while the user can rest his arm or arms on the armrest of the arm strut and can carry out the overhead work from the storage position.
  • the user of the device or the carrier of the exoskeleton can raise his arms further, the arms in the new position advantageously being supported downwards.
  • the upper part of the device is below the upper arm of a user and that the lower part rests on the side trunk of the user.
  • the device has an upper and a lower partial area on each half of the body.
  • the device is provided to support both arms of a slot.
  • only one arm is supported or relieved at work with the device struck before.
  • the upper part of the device comprises an arm strut with an armrest on which the arm of the user can be placed.
  • the arm strut can preferably comprise fastening means with which the arm can be fixed to the arm support of the arm strut.
  • the arms of the user and the upper part of the support device are preferably moved together.
  • the movements of the upper sections and the arms can be coupled to one another.
  • the lower section preferably runs along the side trunk of the user. It is preferred in the sense of the invention that the lower part of the region extends in particular in an upper region of the user's torso. This upper area can, for example, be at the level of the user's chest.
  • the support device can preferably comprise further fastening means for fastening the device to the trunk of the user.
  • the upper and the lower partial area of the support device form an angle with one another, which is preferably an obtuse angle.
  • the angle that is closed by the partial areas of the device can be in a range between 0 and 180 degrees.
  • the arms can be moved completely freely when using the support device.
  • the arms on the body or Hang the user's torso down which preferably corresponds to an angle of 0 degrees.
  • the user's arms can also be stretched up substantially parallel to the body, which preferably corresponds to an angle of 180 degrees.
  • the angle values are given in relation to the spine of the user, which preferably runs vertically and is present centrally in the body of the user.
  • the joint of the support device can be locked in the entire movement range of the user, the movement range preferably covering an angular range from 0 to 180 degrees.
  • the horizontal axis of rotation of the joint is in spatial proximity to the armpit or in the area of the armpit of the user.
  • the joint can also be provided at other locations, for example in the region of the user's shoulder or next to the user's shoulder or above the user's shoulder.
  • the upper and the lower region of the support device can run along a side surface of the body or trunk of the user or can be arranged in spatial proximity to the body flank.
  • the upper portion of the support device runs on an underside of the upper arm of the user, which is preferably opposite the side surface of the torso of the user.
  • the lower area of the support device is arranged on this side surface of the user's torso at chest level.
  • the joint is set up to switch between a freewheel and a locked spatial direction.
  • these directions of movement are preferably referred to as “permitted direction of rotation” and as “blocked direction of rotation”.
  • the joint encompasses a ratchet, the joint with the ratchet being set up to switch between a freewheel and a locked spatial direction.
  • the joint preferably comprises an adapted ratchet, the ratchet being set up to enable the switching between a freewheel and a locked spatial direction.
  • the ratchet used in the context of the present invention is preferably adapted in the sense that it is not possible - as in a conventional ratchet - to choose between two free directions of rotation, but that it is possible to switch between a freewheel and a blocked direction of rotation.
  • the principle of operation of the proposed support device differs from conventional passive exoskeletons in that no Fe-
  • the mechanism is used to compensate for any forces, such as the weight of an arm, but that preferably a support for the arm of the user is created by using in the context of the present invention a joint locking in a spatial direction.
  • the user can move his arms in complete freedom of movement at all times in the deactivated state of the support device.
  • the support device when the support device is activated, the user can move his arms further up, but no longer down in the blocked direction of movement.
  • the device or its upper section advantageously remains in the activated state in a middle rest position in which the arm of the user is supported by the upper section of the device.
  • a joint is used in the context of the proposed support device, which preferably comprises an adapted ratchet. While a conventional ratchet can be chosen between two directions of rotation, it is preferred in the sense of the adapted ratchet that the joint of the proposed exoskeleton can be switched between a freewheel and a locked direction.
  • the freewheel preferably corresponds to the deactivated state. It is preferred in the sense of the invention that the joint absorbs forces in one direction in the activated state, while it slips in the other direction with minimal forces. In the deactivated state, which in the sense of the invention is also preferably referred to as Freilaufzu, no teeth are in the interior of the ratchet, so that the joint slips in both directions of rotation in the deactivated state.
  • the upper partial area can be fastened to the lower partial area via a coupling rod with a partial gear.
  • This connection mechanism which preferably comprises at least the coupling rod and the partial gear, is designed to compensate for the shoulder movements of the user.
  • the user's shoulders or shoulder joints may also be raised. This lifting of the shoulders or shoulder joints takes place in particular when the arms are raised by more than 90 degrees, i.e. if parts of the user's arms are above the shoulder belt.
  • the connecting mechanism preferably ensures that the support device tracks the shoulder or shoulder movement, so that the axes of rotation of the device and the shoulder joint advantageously coincide further.
  • the user's shoulder movements can be, for example, that the shoulders rise when a user is working.
  • This lifting of the shoulder is preferably also referred to as shoulder elevation in the sense of the invention.
  • the support is preferably Tongue device configured to synchronize an elevation of a user's shoulders with the device.
  • the structure of the proposed support device enables the pivot joint of the device to be moved upwards by a height difference Ah when the upper extremity is raised. This advantageously ensures that a height offset is compensated for.
  • This compensation of the shoulder movement enables the support device to follow movements of the human body better, so that a significantly more effective support for the user is made possible than is the case with conventional systems without elevation compensation.
  • a vertically standing component of the support device is preferably extended such that the joint of the support device tracks the shoulder joint.
  • a mechanism coupled to the angular position of the arm which can comprise, for example, at least one coupling rod and a partial gear.
  • a rack is guided within a sleeve rotatable about a vertical axis.
  • the rack can be deflected by means of a partial gear, so that the sleeve and the connected ratchet move in the direction of the slide bearing. This shift preferably takes place in the spatial direction “upwards”.
  • the movement of the partial gear is preferably carried out by a mechanical coupling to the movement of the armrest of the support device.
  • the coupling rod can comprise an opening, which can be designed as an elongated hole, for example. The provision of the opening enables the arm strut to be lowered without having to exert any force on the partial gear.
  • a lever of the partial gearwheel can preferably be provided at one end of the opening, as a result of which a further lifting of the armrest above the partial gearwheel leads to a displacement of the toothed rack.
  • the joint can preferably be guided upwards by a spindle or an actuator.
  • the angular position of the arm strut can be determined using a suitable sensor system in order to compensate for an elevation of the shoulders of a user of the support device.
  • the coupling rod preferably runs essentially parallel to the lower portion of the support device, while an angle that the coupling rod with the upper portion area includes, may vary depending on the state in which the support device is operated or depending on the angle between the upper and lower part of the area.
  • the coupling rod is preferably connected to the partial gear. In the sense of the invention, it is particularly preferred that the coupling rod is connected to the lower partial region of the support device via the partial gearwheel.
  • the lower section preferably comprises a connecting plate and a toothed rack, which are essentially parallel to one another.
  • the rack can comprise a sleeve, with slide bearings being provided on the rack above and below the sleeve. It is preferred in one embodiment of the invention that the lower portion of the support device comprises at least one slide bearing in order to ensure a height adjustment of the upper portion.
  • the number of plain bearings in the context of the present invention can be varied as needed.
  • the proposed support device can in particular relieve the user of overhead work. It can in particular lead to relief of the upper extremities during activities above the shoulder level, with the provision of a support surface for the upper arms in particular creating a relief option for the user. In the deactivated state, this contact surface follows the movements of the upper extremities without offering any support. In the activated state, the proposed support device provides the upper arm with support from below while continuing to follow upward movements in order to always provide support in the opposite direction in the new position.
  • the proposed support device can preferably comprise means for activating the support device.
  • the activation can take place, for example, by taking a head posture typical of overhead work by the user. The taking of this head posture can be used by the activating means to activate the functions of the support device. It was completely surprising that with the activation means, a possibility can be created to control the proposed support device by activating or deactivating individual functions of the support device. In this sense, the activation means can also be referred to as the neck circuit of the support device. In order for the user to be able to look at an overhead work location, the head is usually tilted backwards, the wording “backwards” in the sense of the invention preferably being understood as “in the neck”.
  • This Movement of the head in the neck can advantageously be used to activate individual functions of the support device or to control the support device.
  • the invention enables a translation of the head movement into the activation of the joint of the support device.
  • the activation can represent a mechanical activation using the neck switch.
  • a Bowden cable can be deflected via a two-part lever construction, which ensures that the joint of the support device is switched.
  • an inclination of the head is determined by a position sensor which is installed, for example, in a helmet or in glasses of the user of the support device.
  • the joint of the support device can be switched by moving the head of the user, for example on his neck.
  • Fig. 2 is a schematic side view of a preferred embodiment of the support device
  • FIG. 3 detailed view of a preferred embodiment of the ratchet
  • Fig. 4 shows another schematic side view of a preferred embodiment of the support device
  • Figure 1 shows on the left half of the picture the deactivated state and in the right half of the activated state of a preferred embodiment of the proposed support device (1).
  • a user is shown who wants to use his arms (2) to perform overhead work with a tool device, for example.
  • the schematic representation of Figure 1 is in particular the upper portion (3) and the lower portion (4) of the support device (1).
  • the upper section (3) is preferably on an inside of the upper arm (2) of the user, the term “inside” preferably referring to the fact that when the arms (2) are not raised, one side of the arm faces the trunk.
  • This side of the arm (2) facing the trunk is preferably referred to in the sense of the invention as the inside, while the side of the trunk facing the upper arm is referred to as the side surface of the trunk.
  • the lower section (4) of the support device (1) is preferably present on this side surface of the user's torso. In other words, the lower part of the support device (1) is designed to be carried by a user in the area of the trunk, in particular at chest height.
  • the upper region (3) of the support device (1) preferably comprises an arm strut (5) and an armrest (6) (shown in FIG. 2).
  • the arms (2) of the user can be placed on the armrests (6) when using the support device (1).
  • the upper right section (3) and the lower section (4) of the support device (1) are preferably connected to one another via a joint (7).
  • the articulation (7) is preferably arranged in an axis of rotation (8) that enables the upper part (3) to be pivoted horizontally relative to the lower part (4) of the support device (1).
  • a horizontal axis of rotation preferably runs through a pivot point (8) or the pivot point (8) is preferably part of this horizontal axis of rotation.
  • the pivotability, in particular of the upper partial area (3) of the support device (1) preferably leads to the fact that in particular the upper partial area (3) can move in an upper spatial direction (9) and a lower spatial direction (10). It is preferred in the sense of the invention that the upper portion (3) of the support device (1) can rotate about the horizontal axis (8) or the corresponding pivot point (8). In the sense of the invention, it can furthermore be preferred that the upper partial region (3) and the lower partial region (4) of the support device (1) can additionally be rotated about a vertical axis, which preferably runs essentially parallel to the longitudinal axis of the body.
  • the pivotability is indicated in Figure 1 in particular by the arrows in the area of the arms (2) of the user.
  • the up arrow represents a movement of the upper part (3) of the support device (1) up and the down arrow indicates a movement of the upper part (3) of the support device (1) down.
  • both directions of movement (9, 10) of the joint (7) are admitted, ie both spatial directions (9, 10) are permitted directions of rotation in the deactivated state (1 1).
  • the activated state of the support device (1) is shown in the right half of the figure.
  • the user's arms (2) move upwards, i.e. possible in the upper spatial direction (9).
  • the upper direction of rotation (9) of the upper portion (3) of the support device (1) in the activated state is a permitted direction of rotation (1 1).
  • the link (7) locks in the activated state in a lower direction of rotation (10).
  • the lower direction of rotation (10) therefore represents a blocked direction of rotation (12) in the activated state.
  • the permitted direction of rotation (11) and the blocked direction of rotation (12) are indicated by arrows in FIG.
  • Figure 2 shows a schematic side view of a preferred embodiment of the support device (1).
  • the structure of the partial area (3, 4) of the support device (1) is shown.
  • the arm strut (5) and the armrest (6) which form the upper portion (3) of the support device (1).
  • the joint (7) can in particular comprise a ratchet (17) which can preferably be designed as a fine tooth ratchet.
  • the lower section (4) in particular comprises a toothed rack (19), which preferably runs essentially parallel to a connecting plate (18) and a coupling rod (13).
  • the coupling rod (13) is preferably connected to the arm strut (5) of the upper portion (3) of the support device (1).
  • the connec tion plate (18) may preferably be connected to the rack (19) with plain bearings (15). On the rack (19) there is also a sleeve (16) which can be connected to a partial gear (14).
  • Figure 3 shows a detailed representation of a preferred embodiment of the ratchet.
  • the joint (7) or the ratchet is in the activated state.
  • the joint (7) or the ratchet (17) absorbs forces in one direction in the activated state, while it slips in the other direction with minimal forces.
  • the force absorption in one direction preferably corresponds to that Blocking the corresponding spatial direction.
  • the joint (7) blocks the downward direction of rotation (10) in the activated state, so that a movement of the upper partial region (3) of the support device (1) downwards is prevented in the activated state.
  • the lower direction of rotation or movement (10) in the activated state of the support device (1) corresponds to the blocked direction of rotation (12).
  • the slipping of the joint (7) speaks ent preferably the free or permitted direction of movement (1 1).
  • both the upper direction of rotation (9) and the lower direction of rotation (10) are permitted directions of rotation (1 1).
  • no teeth are engaged in the interior of the ratchet (17) in the deactivated state, so that the joint (7) can slip in both directions of rotation (9, 10) in the deactivated state.
  • the permitted directions of rotation (11) are preferably also referred to as free-wheeling in the sense of the invention.
  • Figure 4 shows a further schematic side view of a preferred embodiment of the support device (1).

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Unterstützung und Entlastung der Arme (2) eines Nutzers, wobei die Vorrichtung (1) für jede Körperseite einen oberen Teilbereich (3) und einen unteren Teilbereich (4) umfasst, wobei die Teilbereiche (3, 4) mit einem Gelenk (7) verbunden sind, so dass der obere Teilbereich (3) in eine obere (9) und eine untere (10) Raumrichtung um eine horizontale Drehachse (8) des Gelenks (7) schwenkbar ist, wobei das Gelenk (7) in einem ersten Zustand in die obere Raumrichtung (9) und in die untere Raumrichtung (10) schwenkbar ist und in einem zweiten Zustand nur in die obere Raumrichtung (9) schwenkbar ist.

Description

Vorrichtung zur Unterstützung und Entlastung
der Arme eines Nutzers
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterstützung und Entlastung eines rech ten Arms und/oder eines linken Arms eines Nutzers, wobei die Vorrichtung für jede Körperseite einen oberen Teilbereich und einen unteren Teilbereich umfasst, wobei die Teilbereiche mit ei nem Gelenk verbunden werden können, so dass der obere Teilbereich in eine obere und eine untere Raumrichtung um eine horizontale Drehachse des Gelenks schwenkbar ist. Insbesonde re ist die Unterstützungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie in bevorzugt zwei ver schiedenen Zuständen betrieben werden kann.
Es sind im Stand der Technik konventionelle Unterstützungsvorrichtungen bekannt, die bei spielsweise auch als passive Exoskelette zur Unterstützung der oberen Extremitäten eines Nut zers bezeichnet werden. Die oberen Extremitäten eines Nutzers sind insbesondere die Arme des Nutzers. Diese passiven Unterstützungsvorrichtungen nutzen häufig, um die Unterstützung gewährleisten zu können, die Rückstellkraft elastischer Elemente, um beispielsweise die Ge wichtskraft der oberen Extremitäten zu kompensieren. Mit anderen Worten kann die Gewichts kraft von elastischen Elementen, wie beispielsweise Federn oder Federmechanismen, aufge nommen werden. Neben der Gewichtskraft der Arme kann beispielsweise auch die zusätzliche Gewichtskraft eines Werkzeugs oder eines anderen Gegenstands, der von dem Nutzer mit einer Hand gehalten wird, kompensiert werden.
Das Wirkprinzip der konventionellen Unterstützungsvorrichtungen, das auf einer Aufnahme bzw. Kompensierung von Kräften durch ein elastisches Element beruht, ist allerdings mit dem Nach teil verbunden, dass die durch das elastische Element bereitgestellte Unterstützungskraft auch in einer Endposition weiterwirkt, so dass die Arme des Nutzers aus einer gewünschten Haltung herausgedrückt werden. Darüber hinaus fällt bei den bekannten Unterstützungsvorrichtungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, die Richtung der Unterstützungskraft für viele Tä tigkeiten nicht zusammen mit der eigentlich benötigten Kraftrichtung, die für die Ausführung ei ner bestimmten Tätigkeit erforderlich wäre. Ferner muss beim Absenken der Arme die Unter stützungskraft, die üblicherweise in die Raumrichtung «nach oben» wirkt, überwunden werden, was zum Teil als störend oder anstrengend empfunden wird. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, die vorstehend beschriebenen Nachteile kon ventioneller Unterstützungsvorrichtungen zu überwinden und eine Unterstützungsvorrichtung bereitzustellen, bei der die Unterstützungskraft nicht über eine Endposition weiterwirkt, so dass die Arme des Nutzers nicht aus einer gewünschten Haltung herausgedrückt werden. Ferner wä re es wünschenswert, wenn bei der bereitzustellenden Unterstützungsvorrichtung die Richtung der Unterstützungskraft mit der Richtung der Kraft, die für die Ausführung einer bestimmten Tä tigkeit erforderlich ist, zusammenfallen würde. Ein weiteres Anliegen der Erfindung besteht da rin, dass die störende Überwindung der vorzugsweise nach oben wirkenden Unterstützungs- bzw. Kompensationskraft beim Absenken des Arms nicht mehr erforderlich ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen zu dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs finden sich in den ab hängigen Ansprüchen. Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine Unterstützungsvorrich tung, die in bevorzugt zwei verschiedenen Zuständen betrieben werden kann.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch eine Vorrichtung zur Unterstützung und Entlastung eines rechten Arms und eines linken Arms eines Nutzers, wobei die Vorrichtung für jede Körper seite einen oberen Teilbereich und einen unteren Teilbereich umfasst, wobei der obere Teilbe reich eine Armstrebe mit einer Armauflage umfasst, wobei die Teilbereiche der Unterstützungs vorrichtung mit einem Gelenk, das eine horizontale Drehachse aufweist, verbindbar sind, so dass der obere Teilbereich in eine obere und eine untere Raumrichtung um eine horizontale Drehachse des Gelenks schwenkbar ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk in einem ersten Zustand in die obere Raumrichtung und in die untere Raumrichtung schwenkbar ist und in einem zweiten Zustand nur in die obere Raumrichtung schwenkbar ist. Mit anderen Worten kann das Gelenk in einem ersten Zustand und in einem zweiten Zustand vor liegen, wobei der obere Teilbereich der Unterstützungsvorrichtung im ersten Zustand in die obe re und in die untere Raumrichtung schwenkbar ist und im zweiten Zustand nur in die obere Raumrichtung schwenkbar ist. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Umstellung von dem ersten in den zweiten Zustand, oder umgekehrt, beispielsweise durch eine Sprachsteue rung, eine Gestensteuerung oder durch die Nutzung einer Elektromyografie (EMG) erfolgen kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine Steuervorrich tung im Nackenbereich des Nutzers vorgesehen sein, die vorzugsweise auch als„Nackenschal tung“ bezeichnet wird. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Nackenschaltung mit Hilfe einer Kopfbewegung des Nutzers gesteuert wird. Mit anderen Worten kann die Umstellung von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand des Gelenks der Unterstützungsvorrichtung mit einer Bewegung des Kopfes des Nutzers erfolgen kann, wobei eine entsprechende Steuer vorrichtung im Nacken des Nutzers angeordnet vorliegen kann.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Vorrichtung als Unterstützungsvorrichtung oder als Exoskelett bezeichnet wird. Der erste Zustand kann im Sinne der Erfindung vorzugs weise als deaktivierter Zustand und der zweite Zustand des Gelenks als aktivierter Zustand be zeichnet werden. Vorzugsweise ist der obere Teilbereich der Vorrichtung im zweiten Zustand in der unteren Raumrichtung gesperrt. Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, dass der Nut zer in dem ersten Zustand seine Bewegungsfreiheit in die obere und die untere Raumrichtung vollständig behält und der Arm des Nutzers im zweiten Zustand dadurch eine Unterstützung erfährt, dass die Bewegung des Gelenk in die untere Raumrichtung gesperrt ist. Dadurch kann sich die Armstrebe des oberen Teilbereichs der Vorrichtung nicht nach unten bewegen und der (Ober-)Arm des Nutzers wird wirksam nach unten abgestützt.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass das Gelenk im deaktivierten Zustand um eine horizontale Achse in beide Drehrichtungen entsperrt. Mit anderen Worten befindet sich das Ge lenk in beiden Raumrichtungen im Freilaufzustand. Die Drehrichtungen werden im Sinne der Erfindung bevorzugt auch als Raumrichtung oder Bewegungsrichtung bezeichnet. Im Kontext der vorliegenden Erfindung sind die beiden Raumrichtungen vorzugsweise die Raumrichtung „nach oben“ und die Raumrichtung„nach unten“. Die Raumrichtungen können in Bezug auf eine vertikale gedankliche Achse festgelegt werden, die vorzugsweise von der Wirbelsäule des Nut zers definiert werden kann. Die Raumrichtung„nach oben“ entspricht vorzugsweise einer Raum richtung entlang bzw. parallel zu dieser vertikalen gedanklichen Achse, und zwar in Richtung des Kopfes des Nutzers, also in Richtung des höchsten Punktes des Nutzers. Wenn sich der Nutzer in einem geschlossenen Raum aufhält, weist die Raumrichtung„nach oben“ vorzugswei se in Richtung der Decke des Raumes. Die Raumrichtung„nach unten“ entspricht vorzugsweise der Raumrichtung entlang bzw. parallel zu dieser vertikalen virtuellen Achse, und zwar in Rich tung der Füße des Nutzers, also in Richtung des niedrigsten Punktes des Nutzers. Vorzugswei se weist die Raumrichtung„nach unten“ in Richtung eines Bodens oder eines Untergrunds, auf dem der Nutzer der Unterstützungsvorrichtung steht.
Dadurch, dass das Gelenk im deaktivierten Zustand um die horizontale Achse in beide Raum oder Bewegungsrichtungen entsperrt ist, kann der obere Teilbereich der Unterstützungsvorrich tung in beide Raumrichtungen - nach oben und nach unten - bewegt werden. Dies führt vorteil hafterweise dazu, dass der Nutzer eine uneingeschränkte Bewegungsfreiheit in Bezugs auf Be wegungen um die horizontale Achse hat und in seiner Bewegungsfreiheit nicht eingeschränkt ist. Im aktivierten Zustand bietet das vorgeschlagene Exoskelett mit den zwei Betriebszuständen eine Unterstützung des Nutzers in Form einer Auflagefläche, indem das Gelenk in einer Bewe gungsrichtung gesperrt ist. Bei der gesperrten Bewegungsrichtung handelt es sich vorzugsweise um die Bewegungsrichtung„nach unten“. Durch die bevorzugte Sperrung der Bewegungsrich tung„nach unten“ wird vorteilhafterweise eine Abstützung des Arms des Nutzers, der vorzugs weise auf der Armauflage abgelegt ist, erreicht. Auf diese Weise kann der Nutzer beispielsweise Überkopfarbeiten durchführen, während der Nutzer seinen Arm bzw. seine Arme auf der Arm auflage der Armstrebe ablegen kann und die Überkopfarbeiten aus der Ablageposition heraus ausführen kann. Mit anderen Worten kann der Nutzer der Vorrichtung bzw. der Träger des Exo- skeletts seine Arme weiter anheben, wobei die Arme in der neuen Position vorteilhafterweise nach unten abgestützt sind.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der obere Teilbereich der Vorrichtung unterhalb des Oberarms eines Nutzers vorliegt und der untere Teilbereich am seitlichen Rumpf des Nut zers anliegt. Die Vorrichtung weist auf jeder Körperhälfte einen oberen und einen unteren Teil bereich auf. Vorzugsweise ist die Vorrichtung zur Unterstützung von beiden Armen eines Nut zers vorgesehen. Es kann im Sinne der Erfindung aber auch bevorzugt sein, dass mit der vor geschlagenen Vorrichtung nur ein Arm bei der Arbeit unterstützt bzw. entlastet wird. Der obere Teilbereich der Vorrichtung umfasst eine Armstrebe mit einer Armauflage, auf den der Arm des Nutzers abgelegt werden kann. Vorzugsweise kann die Armstrebe Befestigungsmittel umfassen, mit denen der Arm an der Armauflage der Armstrebe fixiert werden kann. Vorzugsweise werden die Arme des Nutzers und der obere Teilbereich der Unterstützungsvorrichtung zusammen mit einander bewegt. Mit anderen Worten können die Bewegungen der oberen Teilbereiche und der Arme miteinander gekoppelt sein. Der untere Teilbereich verläuft vorzugsweise am seitlichen Rumpf des Nutzers entlang. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der untere Teilbe reich insbesondere in einem oberen Bereich des Rumpfes des Nutzers entlangverläuft. Dieser obere Bereich kann beispielsweise auf Höhe der Brust des Nutzers liegen. Vorzugsweise kann die Unterstützungsvorrichtung weitere Befestigungsmittel zur Befestigung der Vorrichtung am Rumpf des Nutzers umfassen.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der obere und der untere Teilbereich der Unter stützungsvorrichtung einen Winkel miteinander einschließen, bei dem es vorzugsweise um ei nen stumpfen Winkel handelt. Der Winkel, der von den Teilbereichen der Vorrichtung einge schlossen wird, kann in einem Bereich zwischen 0 und 180 Grad liegen. Es ist im Sinne der Er findung bevorzugt, dass die Arme bei Verwendung der Unterstützungsvorrichtung im Wesentli chen vollständig frei bewegt werden können. Beispielsweise können die Arme am Körper oder Rumpf des Nutzers herunterhängen, was vorzugsweise einem Winkel von 0 Grad entspricht. Die Arme des Nutzers können auch im Wesentlichen parallel zum Körper nach oben gestreckt wer den, was vorzugsweise Winkel von 180 Grad entspricht. Es ist im Sinne der Erfindung bevor zugt, dass die Winkelwerte in Bezug auf die Wirbelsäule des Nutzers angegeben werden, die vorzugsweise vertikal verläuft und zentral im Körper des Nutzers vorliegt. Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass das Gelenk der Unterstützungsvorrichtung in der gesamten Bewegungs-Range des Nutzers gesperrt werden kann, wobei die Bewegungs-Range vorzugsweise einen Winkelbereich von 0 bis 180 Grad abdeckt.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die horizontale Drehachse des Gelenks in räumli cher Nähe zur Armbeuge bzw. im Bereich der Achselhöhle des Nutzers vorliegt. Das Gelenk kann aber auch an anderen Orten vorgesehen sein, beispielsweise im Bereich der Schulter des Nutzers oder neben der Schulter des Nutzers oder oberhalb der Schulter des Nutzers. Mit ande ren Worten können der obere und der untere Bereich der Unterstützungsvorrichtung an einer Seitenfläche des Körpers bzw. Rumpf des Nutzers entlangverlaufen bzw. in räumlicher Nähe zu der Körperflanke angeordnet vorliegen. Vorzugsweise verläuft der obere Teilbereich der Unter stützungsvorrichtung auf einer Unterseite des Oberarms des Nutzers, die vorzugsweise der Sei tenfläche des Rumpfes des Nutzers gegenüberliegt. Vorzugsweise liegt an dieser Seitenfläche des Rumpfes des Nutzers auf Brusthöhe der untere Bereich der Unterstützungsvorrichtung an geordnet vor.
Es ist in einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass das Gelenk dazu eingerichtet ist, zwischen einem Freilauf und einer gesperrten Raumrichtung zu schalten. Diese Bewegungsrich tungen werden im Sinne der Erfindung bevorzugt als„erlaubte Drehrichtung“ und als„gesperrte Drehrichtung“ bezeichnet. Es ist ganz besonders bevorzugt, dass das Gelenk eine Knarre um fasst, wobei das Gelenk mit der Knarre dazu eingerichtet ist, zwischen einem Freilauf und einer gesperrten Raumrichtung zu schalten. Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, eine Feinzahnknarre zu verwenden.
Vorzugsweise umfasst das Gelenk eine adaptierte Knarre, wobei die Knarre dazu eingerichtet ist, die Schaltung zwischen einem Freilauf und einer gesperrten Raumrichtung zu ermöglichen. Die im Kontext der vorliegenden Erfindung verwendete Knarre ist vorzugsweise in dem Sinne adaptiert, dass nicht - wie bei einer konventionellen Knarre - zwischen zwei freien Drehrichtun gen gewählt werden kann, sondern dass zwischen einem Freilauf und einer gesperrten Dreh richtung geschaltet werden kann. Insofern unterscheidet sich das Wirkprinzip der vorgeschlage nen Unterstützungsvorrichtung von konventionellen passiven Exoskeletten darin, dass kein Fe- dermechanismus verwendet wird, um etwaige Kräfte, wie zum Beispiel die Gewichtskraft eines Armes, zu kompensieren, sondern dass vorzugsweise eine Abstützmöglichkeit für den Arm des Nutzers geschaffen wird, indem im Kontext der vorliegenden Erfindung ein in eine Raumrichtung sperrendes Gelenk eingesetzt wird. Somit kann der Nutzer im deaktivierten Zustand der Unter stützungsvorrichtung seine Arme in vollkommener Bewegungsfreiheit zu allen Zeiten nach oben bewegen. Im aktivierten Zustand der Unterstützungsvorrichtung dahingegen kann der Nutzer seine Arme weiter nach oben bewegen, aber nicht mehr in die gesperrte Bewegungsrichtung nach unten. Die Vorrichtung bzw. ihr oberer Teilbereich verharren im aktivierten Zustand vorteil hafterweise in einer mittleren Ruheposition, in der der Arm des Nutzers durch den oberen Teil bereich der Vorrichtung abgestützt wird. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass im Kon text der vorgeschlagenen Unterstützungsvorrichtung ein Gelenk verwendet wird, das vorzugs weise eine adaptierte Knarre umfasst. Während bei einer üblichen Knarre zwischen zwei Dreh richtungen gewählt werden kann, ist es im Sinne der adaptierten Knarre bevorzugt, dass sich das Gelenk des vorgeschlagenen Exoskeletts zwischen einem Freilauf und einer gesperrten Richtung schalten lässt. Der Freilauf korrespondiert vorzugsweise mit dem deaktivierten Zu stand. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass das Gelenk im aktivierten Zustand Kräfte in die eine Richtung aufnimmt, während es in der anderen Richtung bei minimalen Kräften durch rutscht. Im deaktivierten Zustand, der im Sinne der Erfindung vorzugsweise auch als Freilaufzu stand bezeichnet wird, sind keine Zähne im Inneren der Knarre im Eingriff, so dass das Gelenk im deaktivierten Zustand in beiden Drehrichtungen durchrutscht.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der obere Teilbereich über eine Koppelstange mit einem Teilzahnrad an dem unteren Teilbereich befestigbar ist. Dieser Verbindungsmechanis mus, der vorzugsweise zumindest die Koppelstange und das Teilzahnrad umfasst, ist dazu ein gerichtet, die Schulterbewegungen des Nutzers auszugleichen. Es kann beim hieben der Arme des Nutzers Vorkommen, dass auch die Schultern des Nutzers bzw. seine Schultergelenke an gehoben werden. Dieses Anheben der Schultern bzw. der Schultergelenke erfolgt insbesondere ab einem Anheben der Arme um mehr als 90 Grad, d.h. wenn sich Teile der Arme des Nutzers oberhalb des Schultergürtels befinden. Vorzugsweise sorgt der Verbindungsmechanismus da für, dass die Unterstützungsvorrichtung der Schulter bzw. der Schulterbewegung nachgeführt wird, so dass die Drehachsen der Vorrichtung und des Schultergelenks vorteilhafterweise weiter zusammenfallen.
Die Schulterbewegungen des Nutzers können beispielsweise darin bestehen, dass sich die Schultern bei der Arbeit eines Nutzers anheben. Dieses Anheben der Schulter wird im Sinne der Erfindung bevorzugt auch als Schulterelevation bezeichnet. Vorzugsweise ist die Unterstüt- Zungsvorrichtung dazu eingerichtet, eine Elevation der Schultern eines Nutzers mit der Vorrich tung zu synchronisieren. Insbesondere ermöglicht es die Struktur der vorgeschlagenen Unter stützungsvorrichtung, dass beim Anheben der oberen Extremität das Drehgelenk der Vorrich tung um eine Höhendifferenz Ah nach oben nachgeführt wird. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass ein Höhenversatz ausgeglichen wird. Durch diesen Ausgleich der Schulterelevati on kann die Unterstützungsvorrichtung Bewegungen des menschlichen Körpers besser folgen, so dass eine deutlich wirksamere Unterstützung des Nutzers ermöglicht wird, als dies bei kon ventionellen Systemen ohne Elevationsausgleich der Fall ist.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Elevation der Schulter(n) ab einer bestimmten Winkellage der oberen Extremitäten, d.h. der Arme, einsetzt. Vorzugsweise verlängert sich bei dieser Winkellage eine vertikal stehende Komponente der Unterstützungsvorrichtung dergestalt, dass das Gelenk der Unterstützungsvorrichtung dem Schultergelenk nachgeführt wird. Dies wird vorzugsweise durch die Vorsehung eines an die Winkellage des Armes gekoppelten Mechanis mus bewirkt, der beispielsweise zumindest eine Koppelstange und ein Teilzahnrad umfassen kann. Dadurch bleibt vorteilhafterweise der natürliche Bewegungsablauf für die oberen Extremi täten erhalten und die Anbindungsstellen zwischen dem menschlichen Körper und der Unter stützungsvorrichtung bleiben bestehen.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass innerhalb einer um eine vertikale Achse drehba ren Hülse eine Zahnstange geführt wird. Die Zahnstange kann über ein Teilzahnrad ausgelenkt werden, sodass sich die Hülse und die angebundene Knarre in Richtung der Gleitlager ver schieben. Diese Verschiebung erfolgt vorzugsweise in die Raumrichtung„nach oben“. Die Be wegung des Teilzahnrads erfolgt vorzugsweise durch eine mechanische Kopplung an die Be wegung der Armauflage der Unterstützungsvorrichtung. Beispielsweise kann die Koppelstange eine Öffnung umfassen, die zum Beispiel als Langloch ausgebildet sein kann. Die Vorsehung der Öffnung ermöglicht es, dass die Armstrebe abgesenkt werden kann, ohne dass eine Kraft auf das Teilzahnrad ausgeübt werden muss. Vorzugsweise kann ein Hebel des Teilzahnrads an einem Ende der Öffnung vorgesehen sein, wodurch ein weiteres Anheben der Armauflage über das Teilzahnrad zu einer Verschiebung der Zahnstange führt. Das Gelenk kann vorzugsweise durch eine Spindel oder einen Aktor nach oben geführt werden. Alternativ zu der mechanischen Kopplung kann die Winkellage der Armstrebe über eine geeignete Sensorik bestimmt werden, um eine Elevation der Schultern eines Nutzers der Unterstützungsvorrichtung auszugleichen.
Die Koppelstange verläuft vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu dem unteren Teilbereich der Unterstützungsvorrichtung, während ein Winkel, den die Koppelstange mit dem oberen Teil- bereich einschließt, variieren kann, je nachdem, in welchem Zustand die Unterstützungsvorrich tung betrieben wird bzw. in Abhängigkeit davon, welchen Winkel der obere und der untere Teil bereich miteinander einschließen. Die Koppelstange liegt vorzugsweise mit dem Teilzahnrad verbunden vor. Es ist im Sinne der Erfindung besonders bevorzugt, dass die Koppelstange über das Teilzahnrad mit dem unteren Teilbereich der Unterstützungsvorrichtung verbunden ist. Der untere Teilbereich umfasst vorzugsweise ein Anbindungsblech, sowie eine Zahnstange, die im Wesentlichen parallel zueinander ausgebildet sind. Die Zahnstange kann eine Hülse umfassen, wobei oberhalb und unterhalb der Hülse Gleitlager an der Zahnstange vorgesehen sind. Es ist in einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass der untere Teilbereich der Unterstüt zungsvorrichtung mindestens ein Gleitlager umfasst, um eine Höhenverstellbarkeit des oberen Teilbereichs zu gewährleisten. Vorzugsweise kann die Anzahl der Gleitlager im Kontext der vor liegenden Erfindung je nach Bedarf variiert werden.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass mit der vorgeschlagenen Unterstützungsvorrich tung insbesondere eine Entlastung des Nutzers bei Überkopfarbeiten erreicht werden kann. Sie kann insbesondere zu einer Entlastung der oberen Extremitäten während Tätigkeiten über Schulterniveau führen, wobei durch die Vorsehung einer Auflagefläche für die Oberarme insbe sondere eine Entlastungsmöglichkeit für den Nutzer geschaffen wird. Im deaktivierten Zustand folgt diese Auflagefläche den Bewegungen der oberen Extremitäten, ohne eine Abstützung zu bieten. Im aktivierten Zustand bietet die vorgeschlagene Unterstützungsvorrichtung dem Ober arm eine Abstützung von unten, während sie Bewegungen nach oben weiterhin folgt, um in der neuen Position stets wieder eine Abstützung in die Gegenrichtung zu bieten.
Vorzugsweise kann die vorgeschlagene Unterstützungsvorrichtung Mittel zur Aktivierung der Unterstützungsvorrichtung umfassen. Die Aktivierung kann beispielsweise durch die Einnahme einer für Überkopfarbeit typischen Kopfhaltung des Nutzers erfolgen. Die Einnahme dieser Kopfhaltung kann von den Aktivierungsmitteln verwendet werden, um die Funktionen der Unter stützungsvorrichtung zu aktivieren. Es war vollkommen überraschend, dass mit den Aktivie rungsmitteln eine Möglichkeit geschaffen werden kann, die vorgeschlagene Unterstützungsvor richtung zu steuern, indem einzelne Funktionen der Unterstützungsvorrichtung aktiviert oder deaktiviert werden können. In diesem Sinne können die Aktivierungsmittel auch als Nacken schaltung der Unterstützungsvorrichtung bezeichnet werden. Damit der Nutzer den Blick zu ei nem Überkopf-Arbeitsort richten kann, findet in der Regel eine Neigung des Kopfes nach hinten statt, wobei die Formulierung„nach hinten“ im Sinne der Erfindung vorzugsweise als„in den Nacken“ verstanden wird. Mit anderen Worten legen viele Nutzer bei Überkopfarbeiten den Kopf intuitiv in den Nacken, um ihren Arbeitsort für die Hände optimal einsehen zu können. Diese Bewegung des Kopfes in den Nacken kann vorteilhafterweise genutzt werden, um einzelne Funktionen der Unterstützungsvorrichtung zu aktivieren bzw. um die Unterstützungsvorrichtung zu steuern. Insbesondere ermöglicht die Erfindung eine Übersetzung der Kopfbewegung in die Aktivierung des Gelenks der Unterstützungsvorrichtung. Insbesondere kann die Aktivierung eine mechanische Aktivierung unter Verwendung des Nackenschalters darstellen. Beispielsweise kann über eine zweiteilige Hebelkonstruktion ein Bowdenzug ausgelenkt werden, der für eine Schaltung des Gelenks der Unterstützungsvorrichtung sorgt. Ebenso kann es im Sinne der Er findung bevorzugt sein, dass eine Neigung des Kopfes durch einen Lagesensor bestimmt wird, der beispielsweise in einem Helm oder in einer Brille des Nutzers der Unterstützungsvorrichtung verbaut ist. Durch die Vorsehung einer geeigneten Aktorik kann das Gelenk der Unterstützungs vorrichtung durch eine Bewegung des Kopfes des Nutzers, beispielsweise in seinen Nacken, geschaltet werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die Figuren, die Be schreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
In den Figuren sind gleiche und gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Es zeigen:
Fig. 1 schematische Darstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, insbe sondere Darstellung des deaktivierten und des aktivierten Zustands
Fig. 2 schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausgestaltung der Unterstützungs vorrichtung
Fig. 3 Detaildarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Knarre
Fig. 4 weitere schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausgestaltung der Unterstüt zungsvorrichtung
Ausführunqsbeispiele:
Figur 1 zeigt auf der linken Bildhälfte den deaktivierten Zustand und in der rechten Bildhälfte des aktivierten Zustand einer bevorzugten Ausgestaltung der vorgeschlagenen Unterstützungsvor richtung (1 ). Dargestellt ist jeweils ein Nutzer, der mit seinen Armen (2) beispielsweise Über kopfarbeiten mit einem Werkzeuggerät ausführen möchte. In der schematischen Darstellung der Figur 1 ist insbesondere der obere Teilbereich (3) und der untere Teilbereich (4) der Unterstüt zungsvorrichtung (1 ). Der obere Teilbereich (3) liegt vorzugsweise an einer Innenseite des Oberarms (2) des Nutzers vor, wobei sich der Begriff «Innenseite» vorzugsweise darauf bezieht, dass bei nicht angehobenen Armen (2) eine Seite des Armes dem Rumpf zugewandt ist. Diese dem Rumpf zugewandte Seite des Arms (2) wird im Sinne der Erfindung vorzugsweise als In nenseite bezeichnet, während die dem Oberarm zugewandte Seite des Rumpfes als Seitenflä che des Rumpfes bezeichnet wird. An dieser Seitenfläche des Rumpfes des Nutzers liegt vor zugsweise der untere Teilbereich (4) der Unterstützungsvorrichtung (1 ) vor. Mit anderen Worten ist der untere Teilbereich der Unterstützungsvorrichtung (1 ) dazu eingerichtet, von einem Nutzer im Bereich des Rumpfes, insbesondere auf Brusthöhe, getragen zu werden.
Der obere Bereich (3) der Unterstützungsvorrichtung (1 ) umfasst vorzugsweise eine Armstrebe (5) und eine Armauflage (6) (dargestellt in Figur 2). Die Arme (2) des Nutzers können bei Ver wendung der Unterstützungsvorrichtung (1 ) auf den Armauflagen (6) abgelegt werden. Der obe re Teilbereich (3) und der untere Teilbereich (4) der Unterstützungsvorrichtung (1 ) sind vor zugsweise über ein Gelenk (7) miteinander verbunden. Das Gelenkt (7) ist vorzugsweise in einer Drehachse (8) angeordnet, dass eine horizontale Schwenkbarkeit des oberen Teilbereichs (3) gegenüber dem unteren Teilbereich (4) der Unterstützungsvorrichtung (1 ) ermöglicht. Vorzugs weise verläuft eine horizontale Drehachse durch einen Drehpunkt (8) bzw. der Drehpunkt (8) ist vorzugsweise Teil dieser horizontalen Drehachse. Die Schwenkbarkeit insbesondere des obe ren Teilbereichs (3) der Unterstützungsvorrichtung (1 ) führt vorzugsweise dazu, dass sich insbe sondere der obere Teilbereich (3) in eine obere Raumrichtung (9) und eine untere Raumrichtung (10) bewegen kann. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass sich der obere Teilbereich (3) der Unterstützungsvorrichtung (1 ) um die horizontale Achse (8) bzw. den entsprechenden Dreh punkt (8) drehen kann. Es kann im Sinne der Erfindung darüber hinaus bevorzugt sein, dass sich der der obere Teilbereich (3) und der untere Teilbereich (4) der Unterstützungsvorrichtung (1 ) zusätzlich um eine vertikale Achse drehen lassen, die vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Körperlängsachse verläuft. Die Schwenkbarkeit ist in der Figur 1 insbesondere durch die Pfeile im Bereich der Arme (2) des Nutzers angedeutet. Dabei steht der Pfeil nach oben für eine Bewegung des oberen Teilbe reichs (3) der Unterstützungsvorrichtung (1 ) nach oben und der Pfeil nach unten für eine Bewe gung des oberen Teilbereichs (3) der Unterstützungsvorrichtung (1 ) nach unten. Im deaktivierten Zustand des Exoskeletts (1 ) werden beide Bewegungsrichtungen (9, 10) vom Gelenk (7) zuge lassen, d.h. beide Raumrichtungen (9, 10) sind im deaktivierten Zustand erlaubte Drehrichtun gen (1 1 ).
In der rechten Bildhälfte von Figur 1 wird der aktivierte Zustand der Unterstützungsvorrichtung (1 ) gezeigt. Im aktivierten Zustand ist eine Bewegung der Arme (2) des Nutzers nach oben, d.h. in die obere Raumrichtung (9), weiter möglich. Somit stellt die obere Drehrichtung (9) des obe ren Teilbereichs (3) der Unterstützungsvorrichtung (1 ) im aktivierten Zustand eine erlaubte Dreh richtung (1 1 ) dar. Das Gelenkt (7) sperrt im aktivierten Zustand in eine untere Drehrichtung (10). Daher stellt die untere Drehrichtung (10) im aktivierten Zustand eine gesperrte Drehrichtung (12) dar. Die erlaubte Drehrichtung (1 1 ) und die gesperrte Drehrichtung (12) werden in Figur 1 mit Pfeilen angedeutet.
Figur 2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausgestaltung der Unterstüt zungsvorrichtung (1 ). Dargestellt ist insbesondere der Aufbau der Teilbereich (3, 4) der Unter stützungsvorrichtung (1 ). Dargestellt sind die Armstrebe (5) und die Armauflage (6), die den obe ren Teilbereich (3) der Unterstützungsvorrichtung (1 ) bilden. Zu sehen sind auch die weiteren Bestandteile des unteren Teilbereichs (4) und des Gelenks (7), das die Teilbereiche (3, 4) mitei nander verbindet. Das Gelenk (7) kann insbesondere eine Knarre (17) umfassen, die vorzugs weise als Feinzahnknarre ausgebildet sein kann. Der untere Teilbereich (4) umfasst insbesonde re eine Zahnstange (19), die vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu einem Anbindungsblech (18) und einer Koppelstange (13) verläuft. Die Koppelstange (13) ist vorzugsweise mit der Arm strebe (5) des oberen Teilbereichs (3) der Unterstützungsvorrichtung (1 ) verbunden. Das Anbin dungsblech (18) kann vorzugsweise mit Gleitlagern (15) mit der Zahnstange (19) verbunden vorliegen. An der Zahnstange (19) ist darüber hinaus eine Hülse (16) angeordnet, die mit einem Teilzahnrad (14) verbunden werden kann.
Figur 3 zeigt eine Detaildarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Knarre. In dem in Figur 3 dargestellten Zustand liegt das Gelenk (7) bzw. die Knarre im aktivierten Zustand vor.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass das Gelenk (7) bzw. die Knarre (17) im aktivierten Zustand Kräfte in die eine Richtung aufnimmt, während es in der anderen Richtung bei minima len Kräften durchrutscht. Die Kraftaufnahme in die eine Richtung entspricht vorzugsweise der Sperrung der entsprechenden Raumrichtung. Insbesondere sperrt das Gelenk (7) im aktivierten Zustand die Drehrichtung nach unten (10), so dass eine Bewegung des oberen Teilbereichs (3) der Unterstützungsvorrichtung (1 ) nach unten im aktivierten Zustand verhindert wird. Dadurch entspricht die untere Dreh- bzw. Bewegungsrichtung (10) im aktivierten Zustand der Unterstüt- Zungsvorrichtung (1 ) der gesperrten Drehrichtung (12). Das Durchrutschen des Gelenks (7) ent spricht vorzugsweise der freien oder erlaubten Bewegungsrichtung (1 1 ). Im deaktivierten Zu stand sind sowohl die obere Drehrichtung (9), als auch die untere Drehrichtung (10) erlaubte Drehrichtungen (1 1 ). Insbesondere sind im deaktivierten Zustand keine Zähne im Inneren der Knarre (17) im Eingriff, so dass das Gelenk (7) im deaktivierten Zustand in beide Drehrichtungen (9, 10) durchrutschen kann. Die erlaubten Drehrichtungen (11 ) werden im Sinne der Erfindung bevorzugt auch als Freilauf bezeichnet.
Figur 4 zeigt eine weitere schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausgestaltung der Un terstützungsvorrichtung (1 ).
Bezuqszeichenliste
1 Vorrichtung / Unterstützungsvorrichtung
2 Arme eines Nutzers
3 oberer Teilbereich
4 unterer Teilbereich
5 Armstrebe
6 Armauflage
7 Gelenk
8 horizontaler Drehpunkt bzw. horizontale Drehachse
9 obere Raumrichtung
10 untere Raumrichtung
1 1 erlaubte Drehrichtung
12 gesperrte Drehrichtung
13 Koppelstange
14 Teilzahnrad
15 Gleitlager
16 Hülse
17 Knarre
18 Anbindungsblech
19 Zahnstange

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1 ) zur Unterstützung und Entlastung der Arme (2) eines Nutzers, wobei die Vorrichtung (1 ) für jede Körperseite einen oberen Teilbereich (3) und einen unteren Teilbereich (4) umfasst, wobei der obere Teilbereich (3) eine Armstrebe (5) mit einer Armauflage (6) umfasst, wobei die Teilbereiche (3, 4) mit einem Gelenk (7), das eine horizontale Drehachse (8) aufweist, verbindbar sind, so dass der obere Teilbereich (3) in eine obere Raumrichtung (9) und eine untere Raumrichtung (10) um eine horizonta le Drehachse des Gelenks (7) schwenkbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gelenk (7) in einem ersten Zustand in die obere Raumrichtung (9) und in die unte re Raumrichtung (10) schwenkbar ist und in einem zweiten Zustand nur in die obere Raumrichtung (9) schwenkbar ist.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
der obere Teilbereich (3) unterhalb des Oberarms (3) eines Nutzers vorliegt und der untere Teilbereich (4) am seitlichen Rumpf des Nutzers anliegt.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet, dass
ein horizontaler Drehpunkt (8) in räumlicher Nähe zur Armbeuge bzw. im Bereich der Achselhöhle des Nutzers vorliegt.
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gelenk (7) dazu eingerichtet ist, zwischen einem Freilauf und einer gesperrten Raumrichtung (12) zu schalten.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
der obere Teilbereich (3) über eine Koppelstange (13) mit einem Teilzahnrad (14) an dem unteren Teilbereich (4) befestigbar ist.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
der untere Teilbereich (4) mindestens ein Gleitlager (15) umfasst, um eine Höhenver stellbarkeit des oberen Teilbereichs (3) zu gewährleisten.
PCT/EP2019/071717 2018-12-17 2019-08-13 Vorrichtung zur unterstützung und entlastung der arme eines nutzers WO2020126125A1 (de)

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