WO2022219119A1 - Quick coupling for an exoskeleton and exoskeleton system comprising a quick coupling - Google Patents

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WO2022219119A1
WO2022219119A1 PCT/EP2022/060010 EP2022060010W WO2022219119A1 WO 2022219119 A1 WO2022219119 A1 WO 2022219119A1 EP 2022060010 W EP2022060010 W EP 2022060010W WO 2022219119 A1 WO2022219119 A1 WO 2022219119A1
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WO
WIPO (PCT)
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coupling
exoskeleton
coupling part
quick coupling
quick
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/060010
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Maximilian Biehler
Tobias Klemm
Marius Kiss
Original Assignee
German Bionic Systems Gmbh
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Publication date
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006Exoskeletons, i.e. resembling a human figure

Definitions

  • the invention relates to a quick coupling for the detachable coupling of an exoskeleton to a user according to the preamble of claim 1, a corresponding user-side support structure with a corresponding coupling part according to claim 22, an exoskeleton with a corresponding coupling part according to claim 23 and an exoskeleton system with a corresponding quick coupling according to claim 24.
  • Exoskeletons are mechanical support systems for supporting and relieving the body muscles of a wearer during certain movements, with an exoskeleton having active and/or passive actuators available to support the movement sequences of the wearer. For support, these exoskeletons must be connected to the wearer in a force-conducting manner.
  • Force-conducting connections are usually made by fastening the exoskeleton to the wearer's body using belts and/or carrying harnesses integrated into the exoskeleton.
  • the exoskeleton is attached to the extremities of the wearer, e.g. via backpack-like carrying harnesses and additional leg attachments and/or arm attachments.
  • the position of the straps and carrying harness must be readjusted regularly after the exoskeleton has been put on, positioned in the right places and adjusted if necessary.
  • a quick coupling for detachably coupling an exoskeleton to a user comprising a first coupling part on the user side, connected to a carrying harness, and a second coupling part that can be coupled thereto and is connected to a basic structure of the exoskeleton on the exoskeleton side, the quick coupling being electroactive or mechanical lockable quick coupling is formed.
  • connection points on the user side for example the harness and the corresponding adjustment or adjustment of the harness
  • the harness can be transferred to the harness, which except for the design of the quick-release coupling can be performed independently of the exoskeleton.
  • different carrying harnesses can be permanently assigned to different users.
  • the use of several similar or different exoskeletons in connection with the coupling part of the harness is possible.
  • the coupling of a quick coupling is always to be understood as meaning a force- or torque-conducting coupling.
  • the second coupling part of the quick coupling is advantageously arranged on a substantially rigid back plate of the exoskeleton.
  • the first, user-side coupling part is advantageously arranged on a substantially rigid, back-side connecting plate of the carrying harness. Forces and moments can be distributed over a large area on the back of a wearer via a rigid connection plate without the need for a large number of connection points. In other words, a single connection point in the form of the coupling part is sufficient to introduce all the essential forces and moments.
  • the first, user-side coupling part is mounted in the back plate of the exoskeleton so that it can be adjusted in height.
  • the coupling part can be fastened displaceably in a slot that extends essentially in the vertical direction.
  • the height adjustability can also be realized by a height-variable coupling of the first and second coupling parts. This enables the wearer to have a coupling shape that is adapted to the anatomy, in particular the body stature of the wearer.
  • the quick coupling can preferably be coupled and/or decoupled via an actuating unit, in particular a switch or a cable pull.
  • the coupling can be established or released easily and in a matter of seconds via the actuation unit.
  • the exoskeleton has a basic structure with a back plate and a hip frame.
  • a preferably active actuator eg a pneumatic muscle or an electric motor
  • the exoskeleton comprises two thigh attachments, which are preferably freely pivotable in the vertical axis and non-rotatably connected to the actuators in a horizontal axis coinciding with a flexion axis of the user, for contact and power transmission between one thigh of the wearer and the actuators or the back plate.
  • a corresponding design makes it easier for the wearer to stand up from a bent over to an upright posture.
  • the quick coupling is designed electroactively as an electro-adhesion coupling, the first quick coupling part having an electrostatically chargeable electrode and the second quick coupling part having a corresponding electrostatically chargeable electrode to form a capacitor. Large coupling forces can be generated with very little energy expenditure via electrostatic adhesion.
  • the electrodes are advantageously of planar design.
  • non-planar, e.g. concave-convex, electrode pairs are also conceivable and possible.
  • the first and the second coupling part can each have a rib-shaped cross section, in particular a U-shape with two connecting webs or a W-shape with three connecting webs.
  • a paired connection of the coupling surfaces (capacitor surfaces) can reduce the amount of energy needed to generate the necessary coupling forces and lower the necessary voltage difference between the electrode surfaces.
  • the electrode surfaces of the first and of the second coupling part are arranged on the side walls of the ribs or connecting webs.
  • the Electrode surfaces are thus arranged laterally on the legs of the rib-shaped connecting webs.
  • the rib-shaped coupling parts are preferably arranged vertically in such a way that a vertical height offset between the first and second coupling part is possible for stepless height adjustability between the first and second coupling part.
  • a vertical height offset between the first and second coupling part is possible for stepless height adjustability between the first and second coupling part.
  • one of the coupling parts can have a greater longitudinal extent than the other of the coupling parts. As a result, the other of the coupling parts can always be fully accommodated by one of the coupling parts.
  • the electroactive quick coupling can include permanent magnets for provisional fixing and/or guidance between the first and second coupling part.
  • the permanent magnets can be arranged in the first, in the second or with opposite poles in both clutch parts.
  • the permanent magnets can provide a sufficiently high force for the static fixation of the first and second coupling part.
  • the electroactive coupling is preferably activated.
  • the permanent magnets can also be aligned in such a way that the first coupling part is attracted to one another in a desired relation to one another in relation to the second coupling part, in particular for the desired alignment of ribs to one another.
  • the application of the exoskeleton in particular when the coupling part is arranged on the back of the carrying structure (vest), can be significantly simplified, since the user no longer has to pay attention to an exact alignment of the first to the second coupling part.
  • the coupling part on the user side and the exoskeleton side have electro-couplings that are preferably integrated into the coupling parts of the adhesion coupling.
  • This can, in particular, be designed as a plug-in coupling or as an induction coupling.
  • the exoskeleton and/or the carrying structure can comprise an appropriate energy source for charging.
  • the electrode surfaces of the first and second coupling parts are advantageously embedded in a solid dielectric, especially a plastic or a ceramic, over their entire circumference. As a result, in addition to safety, the discharge speed of the electrode surfaces can also be reduced by passive discharge.
  • the first or second coupling part preferably also has a control unit and an associated measuring unit for measuring the charge in the electrode surfaces, the control unit recharging the electrode surface to a desired charge level if the charge falls below a specified limit.
  • the quick coupling is electromagnetic and has at least one electromagnet in the second coupling part and a ferromagnetic first coupling part (or at least one ferromagnetic coupling element in the coupling part) or vice versa.
  • An embodiment with electromagnets both in the first and in the second clutch part is also conceivable and possible.
  • a base body of the first coupling part is essentially peg-shaped and the base body of the second coupling part is essentially ring-shaped, with the peg-shaped base body being held in the ring-shaped clutch part in a force-fitting manner (electromagnetically) for the purpose of coupling.
  • the functional exchange of the first and second clutch part is equivalent for this as well as all other embodiments and their modifications.
  • the arrangement of the first and the second coupling part on the exoskeleton or its basic structure and the user-side support structure are to be understood as being interchangeable without limiting the invention.
  • the annular coupling part of the first coupling part comprises an annular cylinder which can be magnetized via a current-conducting coil, in particular via a coil arranged in the annular cylinder.
  • the ring cylinder can also include a coil on the bottom of the ring cylinder to form an electromagnet.
  • the quick-release coupling is designed as an active or passive snap-in coupling, with the first coupling part having a receiving opening for receiving and guiding the second coupling part in a receiving direction and at least one locking element, which can be displaced preferably transversely to the receiving direction, which causes a movement of the second coupling part prevented against the recording direction.
  • Active detent coupling means that the detent elements are moved into a detent position by an external force during coupling, e.g. via a cable pull.
  • a passive snap-in clutch means that the snap-in elements can be operated independently, e.g
  • the latching element in the case of a passive latching coupling, can be held in a preferred position designed as a latching position by means of spring preloading of a spring.
  • the latching element can be moved into a release position by means of an unlocking element that can be actuated, in particular mechanically, such as a cable pull, in which the latching element allows movement of the second coupling part counter to the receiving direction and thus decoupling of the first and second coupling parts.
  • the first and second coupling parts are each essentially rotationally symmetrical for coupling along a coupling axis that defines the receiving direction, with the first coupling element having a cylinder body with bearing grooves made in its lateral surface that run in the direction of the coupling axis for guiding rolling elements, in particular one or more Balls, formed or formed latching element(s), the latching element(s) being located in a preferred radial position via an axially acting spring, the latching elements via an axially displaceable unlocking element preferably designed as a sleeve-shaped unlocking ring by radial displacement of the latching elements by means of the unlocking element can be brought into a release position, and being coaxial with the cylinder body around or in this cylinder body in the form of a peg or sleeve
  • the cylinder body of the first coupling element can preferably be designed as a hollow cylinder, the hollow cylinder being designed to accommodate a pin of the second coupling part.
  • the first and second coupling parts can have an electric, pneumatic or electropneumatic plug-in coupling with a first and second electric, pneumatic or electropneumatic connection part with corresponding interfaces on the first and second coupling part.
  • an electric plug-in coupling can also be designed as a non-contact electric coupling, for example as an induction coupling.
  • the subject matter of the invention is also a user-side carrying structure of an exoskeleton system, in particular in the form of a vest, with a first coupling part of a quick coupling according to a previously described embodiment of the quick coupling.
  • the subject matter of the invention is also an exoskeleton of an exoskeleton system with a second coupling part of a quick coupling according to a previously described embodiment of the quick coupling.
  • the invention also includes an exoskeleton system with a carrying structure on the user side and an exoskeleton that can be coupled thereto, the coupling being designed as a quick coupling in the manner described above.
  • the exoskeleton can comprise an active adjustment unit for automatic size adjustment of the exoskeleton.
  • an adjustment unit for automatic size adjustment is to be understood as a system via which the size of the exoskeleton is adjusted semi-automatically, for example at the push of a button, or fully automatically, for example via user data stored in the exoskeleton and retrieved automatically.
  • an electric motor or another suitable motorized actuator can be provided in the actuating unit be that, for example, via suitable gears (spindle drive; rack and pinion drive, etc.) with adjustable parts of the exoskeleton (e.g.
  • the actuating unit thus enables the size of the exoskeleton to be quickly adapted to the user.
  • the setting unit can include a control unit for regulating and controlling the actuator of the setting unit.
  • the adjusting unit is designed as a height adjustment for adjusting a height of the second quick-coupling part in the back plate and/or as a lateral adjustment for adjusting a width of the hip frame.
  • the exoskeleton can be quickly and easily adapted to the anatomical conditions of a user.
  • the or a control unit of the exoskeleton expediently has a communication interface for receiving data sets from size settings assigned to a user and/or other control characteristics (eg user-specific resistance moments, support services or personalized speed profiles for the actuators of the exoskeleton).
  • the control unit can control the size adjustment and/or the actuators according to the received data sets.
  • User-specific data sets with e.g. size settings can be transferred once and stored in an internal memory of the exoskeleton control unit for future use. However, they can also be transmitted to the exoskeleton in real time every time.
  • the communication interface is preferably designed as a wireless short-range communication interface (Bluetooth, RFID, NFC) or long-distance communication interface (WLAN), so that user-specific size settings and/or control characteristics can be transmitted to the control unit automatically, in particular without any active action on the part of the user.
  • Bluetooth Bluetooth, RFID, NFC
  • WLAN long-distance communication interface
  • the user-specific size settings and/or control characteristics can be seen, for example, in a mobile device (smartphone, etc.) assigned to the user be stored on an RFID chip assigned to the user, which automatically couples to the exoskeleton via the communication interface or is recognized by the exoskeleton when the user approaches the exoskeleton. It is particularly preferred if the size settings and/or control characteristics are stored directly in the carrying structure or integrated into it, for example by integrating a (rewritable) RFID chip in the carrying structure. As a result, the carrying structure, such as a vest, can be personalized for specific users.
  • the invention therefore also relates to a support structure that includes a data memory in which user-specific size settings and/or control characteristics are stored, and a wireless transmission interface for transmitting the data stored in the data memory to the exoskeleton and vice versa.
  • Suitable parameters for the size setting are body measurements of the user such as height, shoulder or hip height and hip width or setting characteristics previously determined by the user such as the desired height of a back plate or the desired width of a hip frame.
  • the invention also relates to a first method for adjusting the size of a basic structure of the exoskeleton according to the previous statements, in which, in particular, user-specific size settings stored in a carrying structure are transmitted from the carrying structure to the control unit of the exoskeleton via the communication interface of the exoskeleton, and the control unit of the Exoskeletons after receiving the size adjustments, a height adjustment or a lateral adjustment of the basic structure, after a user has mechanically coupled to the exoskeleton via the quick coupling (first or second quick coupling part).
  • a second method according to the invention corresponds to the first method with the only difference that at least one size adjustment, eg a height or lateral adjustment, takes place before the user has coupled himself mechanically to the exoskeleton via the quick coupling.
  • FIG. 2 shows a carrying structure together with a user-side coupling part according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an exoskeleton together with a coupling part on the exoskeleton side according to FIG. 1,
  • FIG. 5 shows a carrying structure together with a user-side coupling part according to FIG. 4
  • FIG. 6 an exoskeleton together with an exoskeleton-side coupling part according to FIG. 4,
  • FIG. 7A - E shows a quick coupling according to the invention with a coupling part on the user side and a coupling part on the exoskeleton side as a passive snap-in coupling in a non-coupled state (FIG. 7A), an introducing position (FIG. 7B), a coupled state (FIG. 7C), an initial position for Decoupling (Fig. 7D) and an unlocked state (Fig. 7E), and
  • FIG. 8 shows a variant of a quick coupling designed as a passive snap-in coupling with an integrated electropneumatic plug-in coupling.
  • Figures 1-3 show a first embodiment of a quick coupling 1 for an exoskeleton system or a corresponding exoskeleton system.
  • the exoskeleton system consists of a carrying structure 2 designed here as a vest, which is worn on the body of a user or wearer P and has a first coupling part 1B-E on the back (dorsal) for coupling to an exoskeleton 3 .
  • the exoskeleton 3 comprises a basic structure made up of a substantially rigid back plate 31 and a curved hip frame 30.
  • a second coupling part 1A-E is arranged centrally on the back plate 31 for detachable connection to the first coupling part 1B-E.
  • the first and second coupling parts 1 A-E and 1B-E together form the quick coupling 1-E.
  • An electromotive actuator 32 is arranged on the left and right of the lateral ends of the hip frame 30 to generate support moments when walking and/or bending, especially when lifting loads.
  • the support structure 2 is used to introduce and dissipate forces and moments from the upper body of the wearer P to the exoskeleton via the quick coupling 1-E in the back plate 31 of the exoskeleton 3, from where they are passed on to the actuators.
  • the first coupling part 1B-E is formed in the form of ribs from a base body 50 with a U-shaped cross section with two ribs, referred to here as connecting webs 51, with a receiving groove 52 lying between them.
  • the first coupling part 1B-E is integrated or connected to the support structure 2 over a large area via a reinforcement plate 53 arranged dorsally.
  • the ribs of the main body 50 run essentially vertically, ie in the superior-inferior direction. Both on the laterally outer ones as well as on the lateral ones On the inner side surfaces of the ribs or connecting webs 51 there are a total of four electrodes 53 embedded in an electrically non-conductive synthetic resin (dielectric).
  • the electrodes can be supplied with current or charged via an electrical contact (not shown here).
  • the electrodes 53 form a capacitor surface of a capacitor described in more detail below.
  • the dielectric could also be made of or with a ceramic.
  • the entire support structure 2 together with the first coupling part 1B-E weighs only a few 100g and can therefore be worn over a long period of time without any loss of comfort for the wearer, e.g. also over normal everyday or work clothing.
  • the second coupling part 1 A-E of the exoskeleton 3 is described below, which is arranged on the back side of the above-mentioned back plate 31 of the exoskeleton, i.e. facing the back of the wearer.
  • It consists of a base body 60 with three ribs referred to as connecting webs (lateral connecting webs 65, central web 64).
  • the base body 60 is therefore W-shaped.
  • the ribs are also arranged vertically here.
  • a total of four electrodes 63 covered with a dielectric made of synthetic resin are arranged on the inner side surfaces of the connecting webs 65 and on the side surfaces of the central web 64 .
  • the electrodes 63 can be supplied with electricity and charged via an energy store (accumulator, not shown) installed in the back plate 31 .
  • the second coupling part 1A-E also has a two-pole electrical contact, not shown here, for connection to the above-mentioned electrical contact of the first coupling part 1B-E.
  • the contact is advantageously arranged on the bottom of the base body 60 in one of the connecting grooves 62 .
  • the user P steps backwards to the exoskeleton 3, which is carried in a form-fitting manner on a wall bracket 4 on two retaining brackets 40, and guides the ribs of the first coupling part 1B-E into the connecting grooves 62 of the second coupling part 1A-E and at the same time the central web 64 of the second coupling part 1A-E into the receiving groove 52 of the first coupling part 1B-E.
  • the wearer P can move the first coupling part 1B-E relative to the second coupling part 1A-E in the direction of the longitudinal extension of the ribs, i.e. vertically, so that the pivot points of the hip actuators 32 can be positioned as congruently as possible at the height of the anatomical pivot point of his hip joints.
  • the introduction process could also be supported by permanent magnets installed in at least one of the clutch parts.
  • the magnets can prevent or at least make more difficult an unwanted relative displacement in the vertical direction by means of a magnetic pre-fixation.
  • the wearer presses the button D (see Fig. 1) on the exoskeleton.
  • a control unit of the exoskeleton now charges all the electrodes of both coupling parts via the energy store of the exoskeleton 3, so that the electrodes of the first and second coupling part form capacitor surfaces charged with opposite poles.
  • the exoskeleton is thus connected to the support structure 2 in a field-positive manner via electrostatic forces of attraction of the capacitor surfaces.
  • the wearer P can now lift the exoskeleton out of the wall mount 4 by a slight upward movement, optionally connects thigh connections (not shown here) to his thighs and/or activates the exoskeleton or a desired support mode.
  • the wearer P can place the exoskeleton 3 on the wall bracket and press the button D.
  • the control unit of the exoskeleton will then discharge all the electrodes of both coupling parts, so that the field adhesion is canceled and the carrier P with the support structure 2 can step away from the exoskeleton 3 .
  • the completed coupling or decoupling process is advantageously indicated to the user P acoustically or visually.
  • a second exemplary embodiment of an electroactive quick coupling will now be explained with reference to FIGS. Since components of the same type are provided with the same reference symbols, reference is made in this regard to the previous statements.
  • the quick coupling of the second exemplary embodiment is an electromagnetic quick coupling 1-M with a first and a second coupling part 1A-M and 1B-M, which, analogously to the previous example, is connected to the exoskeleton 3 and the support structure 2 are connected.
  • the first coupling part 1B-M consists of a base body 70, which is connected to the support structure 2 and is essentially hollow-cylindrical, in which a cylindrical core 71 made of a ferromagnetic material with high magnetic conductivity is firmly embedded.
  • the outer surface of the base body 70 also has a recess to form a stop shoulder 72 .
  • the stop shoulder serves to limit the immersion of the ferromagnetic core 71 along the coupling axis X into the second coupling part 1A-M.
  • the second coupling part 1A-M on the exoskeleton side, cf. Fig. 6, consists of a base body 80 mounted in the back plate 31 so that it can be adjusted in height.
  • the base body 80 can be releasably connected to the back plate in a suitable position, e.g. screwed, see double arrow in Fig. 6 and displacement area 85.
  • the base body 80 consists, among other things, of a cylinder receptacle 81, also referred to as a ring cylinder, which is shaped inversely to the base body 70 of the first coupling part 1B-M with an enclosed core 71.
  • a first electrical coil to form an electromagnet is embedded in the contact surface 84 at the bottom of the annular cylinder.
  • a second electrically conductive coil is installed in the ring cylinder to form a second electromagnet. Both electromagnets can be activated by pressing button D on the exoskeleton, see Fig. 4.
  • the user steps backwards onto the support structure analogous to the previous exemplary embodiment
  • Wall mount 4 positively held exoskeleton 3 until the core of the second coupling part touches the contact surface 84 and then actuates the pushbutton switch D to activate the electromagnets, ie the coils in the bottom and in the wall of the ring cylinder.
  • the coupling parts are held by electromagnetic interaction, ie in a force-fitting manner.
  • a form-fitting anti-twist device could advantageously also be provided, for example as a spring-groove connection with a spring on the ring cylinder 81 protruding radially into the ring cylinder and a corresponding groove in the base body 70 .
  • permanent magnets for guiding the coupling movement and pre-fixing until the electromagnets are activated could also be installed in preferably the second coupling part 1 A-M.
  • a third embodiment of the quick coupling as a mechanical and passively locking quick coupling (locking coupling) 1-MC is shown with reference to FIGS. 7A to 7E.
  • the quick coupling 1-MC is essentially rotationally symmetrical and consists, as in the previous exemplary embodiments, of a first coupling part 1B-MC on the user side and a second coupling part 1A-MC on the exoskeleton side.
  • the second coupling part 1A-MC on the exoskeleton side comprises a base body 200 consisting of an annular base plate 201 and a hollow cylinder 202 extending perpendicularly and centrally away from it and having an outer surface and an inner surface.
  • the base plate 201 is suitably connected or connectable to a back plate of an exoskeleton.
  • the hollow cylinder 202 or its almond inner surface serves to accommodate a coupling pin 101 of the user-side coupling part 1B-MC in the coupling direction R+.
  • the axis of symmetry of the hollow cylinder simultaneously forms the coupling axis X.
  • the guide grooves 203 are designed to be narrower than the diameter of the balls, but wide enough such that the balls 220 protrude slightly radially into the interior of the hollow cylinder 202 .
  • the balls 220 are prestressed via a spring 215, designed here as a spiral spring, with a spring plate 216 at the end, the spring 215 and the spring plate 216 being mounted coaxially around the hollow cylinder 202. The balls 220 are therefore always located at the upper end of the guide grooves 203 in the normal state.
  • the ring-shaped spring plate 216 has a radially inner conical surface 217 that interacts with the balls 220 and thus presses the balls radially inwards, which as a result protrude slightly into the hollow cylinder 202 .
  • the position of the balls 220 at the upper end of the guide grooves 203 can also be referred to as the preferred position or locking position.
  • the balls 220 are guided radially on the outside by a retaining ring 206 which is firmly connected to an axially displaceable unlocking ring 210 .
  • the unlocking ring 210 is sleeve-shaped with a first recess for receiving and abutting the securing ring 206 and a second rounded recess below a shoulder referred to here as the ring web 212, and is mounted coaxially to the coupling axis X so that it can be displaced axially.
  • the unlocking ring 210 is guided radially on the inside over the inner surface of the hollow cylinder 202 , the unlocking ring 210 is guided radially on the outside over a sleeve 205 fastened to the base plate 201 .
  • the unlocking ring 210 can move axially between a lower stop surface formed by the base plate 201 and an upper stop surface formed by a retaining ring 211 mounted in an annular groove of the hollow cylinder 202 .
  • the unlocking ring 210 is always located on the upper stop surface of the locking ring 211 due to the spring preload of the spring 215, which is introduced via the spring plate 216 into the locking ring 206 and thus into the unlocking ring 210.
  • the first coupling part 1B-MC on the user side consists of the coupling pin 101 already mentioned and an annular plate 100 fastened to it at the end, which is firmly connected in a suitable manner to a carrying structure, for example a vest described above.
  • An annular groove, referred to here as a ball receptacle 102 is formed on the outside of the coupling pin. In the coupled state, the annular groove accommodates the parts of the balls 220 that protrude into the hollow cylinder 22, as can be seen in particular from FIG. 7C.
  • the quick connector 1-MC is shown in a coupled state.
  • the coupling pin 101 is completely accommodated in the hollow cylinder 202 .
  • the balls 220 are in the preferred position, which can also be referred to as the detent position, and lie in a form-fitting manner in the ball receptacle 102, which is referred to as the annular groove.
  • the coupling pin cannot be pulled out of the hollow cylinder 202 in the axial direction due to this positive latching.
  • the unlocking ring 210 is moved axially downwards against the spring preload. This can advantageously be done by a cable attached to the unlocking ring (not shown here).
  • An unlocking process is shown in Figures 7D and 7E:
  • the locking ring 206 With the movement of the unlocking ring 210 downwards, the locking ring 206 is also moved downwards and thus releases a radial freedom of movement between the annular web 212 and the locking ring 206 for the balls 220, compare FIG. 7D.
  • An axially downward force is applied to the balls via the rounded ball guide surface 213 of the annular web 212 of the unlocking ring 210, with the balls 220 being pushed away radially outwards via the annular groove 102 of the coupling pin 101 by a pulling movement on the coupling pin 101, so that the balls 220 no longer into the interior of Hollow cylinder 220 protrude.
  • the quick coupling 1-MC is thus disengaged and the coupling pin 102 can be pulled out of the hollow cylinder 202, see FIG.
  • FIGS. 7A and 7B A coupling process is shown in FIGS. 7A and 7B: To couple the two coupling parts 1A-MC and 1B-MC, the coupling pin 100 is inserted axially into the hollow cylinder 202. On its underside, the coupling pin 100 has a guide phase 103 radially on the outside. About the guide phase 103, the balls 220 against the spring biasing force are pressed axially downwards and - as soon as the balls 220 are below the locking ring 206 - radially outwards and thus give the way for the coupling pin 101 free.
  • FIG. 8 shows a modification of the third exemplary embodiment, which differs from this in that an electropneumatic plug-in coupling is integrated into the quick-action coupling.
  • the electropneumatic plug-in coupling 251 consists of a first plug 251A associated with the first coupling part 1B-MC and a second plug 251B associated with the second coupling part, which can be releasably connected to one another.
  • the coupling pin 101 is hollow with a pin bore 249 , the first connecting part 251 A being permanently installed in the pin bore 249 .
  • the base plate 201 of the second coupling part 1A-MC also has a hole in the middle, in which the second connecting part 251B is permanently installed.
  • a corresponding plug-in coupling can also be appropriately implemented in any of the other embodiments.
  • the exoskeleton 3 has no active adjustment units for size adjustment (height adjustment, lateral adjustment).
  • the hip frame of the exoskeleton can be supplemented with side parts that can be moved laterally and that can be adjusted automatically via electromotive adjustment units.
  • the second coupling part of the exoskeleton can be supplemented by an active adjustment unit, which adjusts the height of the second, height-adjustable coupling part.
  • the adjustment can preferably be made when a support structure approaches the exoskeleton or the support structure is mechanically coupled to the exoskeleton, with setting parameters (size settings and/or control characteristics) being stored in the support structure or in a memory embedded in the support structure, and after the setting parameters have been transmitted wirelessly via wireless communication interfaces of the exoskeleton or the supporting structure between the supporting structure and the exoskeleton to the control unit of the exoskeleton.
  • the support structure can be brought closer to the exoskeleton and the setting parameters can be transmitted via Bluetooth, for example.
  • Changes to the setting parameters which are made manually via a user interface on the exoskeleton, for example, or which occur as a result of a self-learning control algorithm controlling the exoskeleton, can be sent back from the exoskeleton via the communication interfaces to a data memory in the support structure, in which user-specific setting parameters are stored will.
  • exemplary embodiments of a quick coupling presented here as an example enable an exoskeleton to be put on and taken off quickly and without great effort.
  • Corresponding exoskeleton systems are particularly suitable for areas of application with frequent changes in tasks, in which the support of an exoskeleton is not always necessary, or in which an exoskeleton is to be shared with several users.
  • All directional information used here refers to the anatomical directional information customary in medicine from a body perspective or, in the case of other directional information, to the customary designations in relation to a standing person.

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Abstract

The invention relates to a quick coupling for releasable coupling of an exoskeleton to a user or their support harness. The quick coupling can be designed for example electroactively in the form of an electroadhesive or electromagnetic quick coupling, and makes it possible to quickly put on and take off exoskeletons of the same or different types.

Description

Schnellkupplung für ein Exoskelett und Exoskelettsystem mit einer Schnellkupplung Quick connector for an exoskeleton and exoskeleton system with a quick connector
Die Erfindung betrifft eine Schnellkupplung zur lösbaren Kopplung eines Exoskeletts mit einem Nutzer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine entsprechende nutzerseitige Tragestruktur mit einem entsprechenden Kupplungsteil nach Anspruch 22, ein Exoskelett mit einem entsprechenden Kupplungsteil nach Anspruch 23 sowie ein Exoskelett-System mit einer entsprechenden Schnellkupplung nach Anspruch 24. Exoskelette sind mechanische Unterstützungssysteme zur Unterstützung und Entlastung der Körpermuskulatur eines Trägers bei bestimmten Bewegungen, wobei ein Exoskelett aktive und/oder passive Aktuatoren zur Unterstützung der Bewegungsabläufe des Trägers vorhält. Zur Unterstützung müssen diese Exoskelette kraftleitend mit dem Träger verbunden werden. Kraftleitende Verbindungen erfolgen üblicherweise durch Befestigung des Exoskeletts über in das Exoskelett integrierte Gurte und/oder Tragegeschirre am Körper des Trägers. Das Exoskelett wird z.B. über rucksackähnliche Tragegeschirre sowie zusätzliche Beinanbindungen und/oder Armanbindungen an den Extremitäten des Trägers befestigt. Die Position von Gurten und Tragegeschirr müssen nach Anlage des Exoskeletts regelmäßig nachjustiert, an den richtigen Stellen positioniert und gegebenenfalls verstellt werden. The invention relates to a quick coupling for the detachable coupling of an exoskeleton to a user according to the preamble of claim 1, a corresponding user-side support structure with a corresponding coupling part according to claim 22, an exoskeleton with a corresponding coupling part according to claim 23 and an exoskeleton system with a corresponding quick coupling according to claim 24. Exoskeletons are mechanical support systems for supporting and relieving the body muscles of a wearer during certain movements, with an exoskeleton having active and/or passive actuators available to support the movement sequences of the wearer. For support, these exoskeletons must be connected to the wearer in a force-conducting manner. Force-conducting connections are usually made by fastening the exoskeleton to the wearer's body using belts and/or carrying harnesses integrated into the exoskeleton. The exoskeleton is attached to the extremities of the wearer, e.g. via backpack-like carrying harnesses and additional leg attachments and/or arm attachments. The position of the straps and carrying harness must be readjusted regularly after the exoskeleton has been put on, positioned in the right places and adjusted if necessary.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung ein nutzerfreundliches Exoskelett anzugeben, das zumindest einige Nachteile aus dem Stand der Technik vermeidet. Die Aufgabe wird u.a. gelöst durch eine Schnellkupplung zur lösbaren Kopplung eines Exoskeletts mit einem Nutzer umfassend ein erstes, nutzerseitiges, mit einem Tragegeschirr verbundenen Kupplungsteil und ein damit kuppelbares, zweites, exoskelettseitig an einer Grundstruktur des Exoskeletts verbundenen Kupplungsteil, wobei die Schnellkupplung elektroaktiv oder als mechanisch verrastbare Schnellkupplung ausgebildet ist. Durch den Einsatz einer Schnellkupplung kann das Exoskelett in Sekundenschnelle an- und abgelegt werden. In anderen Worten können hierdurch die nutzerseitigen Anbindungspunkte, z.B. Gurtzeug und die entsprechende Verstellung bzw. Anpassung des Gurtzeugs, auf das Tragegeschirr übertragen werden, das bis auf die Ausgestaltung der Schnellkupplung unabhängig vom Exoskelett ausgeführt werden kann. Beispielsweise können damit unterschiedlichen Nutzern unterschiedliche Tragegeschirre fest zugeordnet werden. Ferner ist der Einsatz mehrerer gleichartiger oder auch unterschiedlicher Exoskelette in Verbindung mit dem Kupplungsteil des Trageschirrs möglich. Against this background, it is the object of the invention to specify a user-friendly exoskeleton that avoids at least some of the disadvantages of the prior art. The object is achieved, inter alia, by a quick coupling for detachably coupling an exoskeleton to a user, comprising a first coupling part on the user side, connected to a carrying harness, and a second coupling part that can be coupled thereto and is connected to a basic structure of the exoskeleton on the exoskeleton side, the quick coupling being electroactive or mechanical lockable quick coupling is formed. By using a quick coupling, the exoskeleton can be put on and taken off in a matter of seconds. In other words, the connection points on the user side, for example the harness and the corresponding adjustment or adjustment of the harness, can be transferred to the harness, which except for the design of the quick-release coupling can be performed independently of the exoskeleton. For example, different carrying harnesses can be permanently assigned to different users. Furthermore, the use of several similar or different exoskeletons in connection with the coupling part of the harness is possible.
Unter Kopplung einer Schnellkupplung ist stets eine kraft- bzw. momentenleitende Kopplung zu verstehen. The coupling of a quick coupling is always to be understood as meaning a force- or torque-conducting coupling.
Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Further features and advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims and the following description.
Vorteilhaft ist das zweite Kupplungsteil der Schnellkupplung an einer im Wesentlichen starren Rückenplatte des Exoskeletts angeordnet. Hierdurch können Kräfte und Momente unaufwendig auf weitere Leit- und Stütz Strukturen des Exoskeletts, insb. Aktuatoren und damit verbundene Beinanbindungen, verteilt werden. The second coupling part of the quick coupling is advantageously arranged on a substantially rigid back plate of the exoskeleton. As a result, forces and moments can be distributed to other control and support structures of the exoskeleton, in particular actuators and the leg attachments connected therewith.
Vorteilhaft ist das erste, nutzerseitige Kupplungsteil an einer im Wesentlichen starren und rückenseitigen Verbindungsplatte des Tragegeschirrs angeordnet. Über eine starre Verbindungsplatte können Kräfte und Momente großflächig auf die Rückenpartie eines Trägers verteilt werden, ohne dass hierzu eine Vielzahl von Anbindungspunkten notwendig wäre. In anderen Worten genügt ein einziger Anbindungspunkt in Form des Kupplungsteils zur Einleitung aller wesentlichen Kräfte und Momente. The first, user-side coupling part is advantageously arranged on a substantially rigid, back-side connecting plate of the carrying harness. Forces and moments can be distributed over a large area on the back of a wearer via a rigid connection plate without the need for a large number of connection points. In other words, a single connection point in the form of the coupling part is sufficient to introduce all the essential forces and moments.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das erste, nutzerseitige Kupplungsteil höhenverstellbar in der Rückenplatte des Exoskeletts gelagert. Insbesondere kann das Kupplungsteil dabei in einem sich im Wesentlichen in der vertikalen erstreckenden Langloch verschiebbar befestigt sein. In anderen Ausführungsformen kann die Höhenverstellbarkeit auch durch eine höhenvariable Kopplung von erstem und zweitem Kupplungsteil realisiert sein. Hierdurch wird dem Träger eine an die Anatomie, insbesondere der Körperstatur des Trägers, angepasste Kupplungsform ermöglicht. In an expedient embodiment, the first, user-side coupling part is mounted in the back plate of the exoskeleton so that it can be adjusted in height. In particular, the coupling part can be fastened displaceably in a slot that extends essentially in the vertical direction. In other embodiments, the height adjustability can also be realized by a height-variable coupling of the first and second coupling parts. This enables the wearer to have a coupling shape that is adapted to the anatomy, in particular the body stature of the wearer.
Bevorzugt ist die Schnellkupplung über eine Betätigungseinheit, insbesondere einen Schalter oder einem Seilzug, koppelbar und/oder entkoppelbar. Über die Betätigungseinheit kann die Kopplung einfach und in Sekundenschnelle hergestellt bzw. gelöst werden. In einer zweckmäßigen Ausfiihrungsform weist das Exoskelett eine Grundstruktur mit einer Rückenplatte sowie einem Hüftrahmen auf. Am Hüftrahmen können lateral jeweils ein vorzugsweise aktiver Aktuator (z. B. ein pneumatischer Muskel oder ein Elektromotor) zur Unterstützung einer Geh- oder Beugebewegung des Nutzers angeordnet sein. The quick coupling can preferably be coupled and/or decoupled via an actuating unit, in particular a switch or a cable pull. The coupling can be established or released easily and in a matter of seconds via the actuation unit. In an expedient embodiment, the exoskeleton has a basic structure with a back plate and a hip frame. A preferably active actuator (eg a pneumatic muscle or an electric motor) can be arranged laterally on the hip frame to support a walking or bending movement of the user.
Vorzugsweise umfasst das Exoskelett zwei vorzugsweise in der Hochachse frei ver sch wenkbare und in einer mit einer Beugeachse des Nutzers übereinstimmenden Horizontalachse drehfest mit den Aktuatoren verbundene Oberschenkelanbindungen zur Anlage und Kraftleitung zwischen jeweils einem Oberschenkel des Trägers und den Aktuatoren bzw. der Rückenplatte. Eine entsprechende Ausführung erleichtert das Aufrichten des Trägers von einer gebückten in eine aufrechte Haltung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schnellkupplung elektroaktiv als Elektroadhäsionskupplung ausgebildet, wobei das erste Schnellkupplungsteil eine elektrostatisch aufladbare Elektrode und das zweite Schnellkupplungsteil eine korrespondierende elektrostatisch aufladbare Elektrode zur Ausbildung eines Kondensators aufweist. Über eine elektrostatische Adhäsion können große Kopplungskräfte mit sehr geringem Energieaufwand erzeugt werden. Preferably, the exoskeleton comprises two thigh attachments, which are preferably freely pivotable in the vertical axis and non-rotatably connected to the actuators in a horizontal axis coinciding with a flexion axis of the user, for contact and power transmission between one thigh of the wearer and the actuators or the back plate. A corresponding design makes it easier for the wearer to stand up from a bent over to an upright posture. In a preferred embodiment, the quick coupling is designed electroactively as an electro-adhesion coupling, the first quick coupling part having an electrostatically chargeable electrode and the second quick coupling part having a corresponding electrostatically chargeable electrode to form a capacitor. Large coupling forces can be generated with very little energy expenditure via electrostatic adhesion.
Vorteilhaft sind alle Elektroden plan ausgebildet. Denkbar und möglich sind jedoch auch eine nicht-plane, z.B. konkav-konvexe, Elektrodenpaare. Zur Vergrößerung der Kopplungsfläche bzw. Kopplungsflächen kann das erste und das zweite Kupplungsteil im Querschnitt jeweils rippenförmig ausgebildet sein, insbesondere U-förmig mit zwei Verbindungsstegen oder W-förmig mit drei Verbindungsstegen. Über eine paarige Verbindung der Kopplungsflächen (Kondensatorflächen) kann der zur Erzeugung der notwendigen Kopplungskräfte notwendige Energieaufwand reduziert bzw. die notwendige Spannungsdifferenz zwischen den Elektrodenflächen gesenkt werden. All the electrodes are advantageously of planar design. However, non-planar, e.g. concave-convex, electrode pairs are also conceivable and possible. In order to increase the coupling surface or coupling surfaces, the first and the second coupling part can each have a rib-shaped cross section, in particular a U-shape with two connecting webs or a W-shape with three connecting webs. A paired connection of the coupling surfaces (capacitor surfaces) can reduce the amount of energy needed to generate the necessary coupling forces and lower the necessary voltage difference between the electrode surfaces.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Elektrodenflächen des ersten und des zweiten Kupplungsteils an Seitenwänden der Rippen bzw. Verbindungsstege angeordnet sind. Die Elektrodenflächen sind also seitlich an den Schenkeln der rippenförmigen Verbindungsstege angeordnet. It is particularly advantageous if the electrode surfaces of the first and of the second coupling part are arranged on the side walls of the ribs or connecting webs. the Electrode surfaces are thus arranged laterally on the legs of the rib-shaped connecting webs.
Bevorzugterweise sind die rippenförmigen Kupplungsteile vertikal angeordnet, und zwar derart, dass ein vertikaler Höhenversatz zwischen erstem und zweitem Kupplungsteil für eine stufenlose Höhenverstellbarkeit zwischen erstem und zweitem Kupplungsteil möglich ist. In diesem Fall kann auf eine mechanische Höhenverstellbarkeit am Tragegeschirr bzw. am Exoskelett des ersten bzw. des zweiten Kupplungsteils verzichtet werden. Für eine gleichbleibende Kopplungskraft kann dabei das eines der Kupplungsteile eine größere Längserstreckung als das andere der Kupplungsteile aufweisen. Hierdurch kann das andere der Kupplungsteile stets vollumfänglich vom einen der Kupplungsteile aufgenommen werden. The rib-shaped coupling parts are preferably arranged vertically in such a way that a vertical height offset between the first and second coupling part is possible for stepless height adjustability between the first and second coupling part. In this case, there is no need for mechanical height adjustment on the carrying harness or on the exoskeleton of the first or second coupling part. For a constant coupling force, one of the coupling parts can have a greater longitudinal extent than the other of the coupling parts. As a result, the other of the coupling parts can always be fully accommodated by one of the coupling parts.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die elektroaktive Schnellkupplung Dauermagneten umfassen zur vorläufigen Fixierung und/oder Führung zwischen erstem und zweitem Kupplungsteil. Die Dauermagneten können dabei im ersten, im zweiten oder auch gegenpolig in beiden Kupplungsteilen angeordnet sein. Die Dauermagneten können dabei eine ausreichend hohe Kraft zur statischen Fixierung von erstem und zweitem Kupplungsteils bereitstellen. In an advantageous development, the electroactive quick coupling can include permanent magnets for provisional fixing and/or guidance between the first and second coupling part. The permanent magnets can be arranged in the first, in the second or with opposite poles in both clutch parts. The permanent magnets can provide a sufficiently high force for the static fixation of the first and second coupling part.
Für die Übertragung höherer Kräfte, insbesondere zum Heben einer Last mit Unterstützung des Exoskeletts, ist die elektroaktive Kupplung vorzugsweise jedoch aktiviert. Auch können die Dauermagneten so ausgerichtet sein, dass das erste Kupplungsteils gegenüber dem zweiten Kupplungsteil in einer gewünschten Relation zueinander voneinander angezogen werden, insb. zur gewünschten Ausrichtung von Rippen zueinander. Hierdurch kann das Anlegen des Exoskeletts, insbesondere bei rückseitig an der Tragestruktur (Weste) angeordnetem Kupplungsteil wesentlich vereinfacht werden, da der Nutzer auf eine genaue Ausrichtung von erstem zum zweitem Kupplungsteils nicht mehr achten muss. However, for the transmission of higher forces, in particular for lifting a load with the support of the exoskeleton, the electroactive coupling is preferably activated. The permanent magnets can also be aligned in such a way that the first coupling part is attracted to one another in a desired relation to one another in relation to the second coupling part, in particular for the desired alignment of ribs to one another. In this way, the application of the exoskeleton, in particular when the coupling part is arranged on the back of the carrying structure (vest), can be significantly simplified, since the user no longer has to pay attention to an exact alignment of the first to the second coupling part.
Da die Elektrodenflächen von erste und zweite Kupplungsteil mit entgegengesetzter Polarität aufgeladen werden müssen, weist in einer vorteilhaften Ausführungsform das nutzerseitige und das exoskelettseitige Kupplungsteil jeweils und vorzugsweise in die Kupplungsteile der Adhäsionskupplung integrierte Elektrokupplung auf. Diese kann insb. als Steckkupplung oder als Induktionskupplung, ausgebildet sein. Zur Aufladung kann das Exoskelett und/oder die Tragestruktur eine entsprechende Energiequelle umfassen. Zum Schutz vor ungewollter Entladung sind die Elektrodenflächen von erstem und zweitem Kupplungsteil vorteilhaft vollumfänglich in einem festen Dielektrikum, insb. einem Kunststoff oder einer Keramik, eingebettet. Dadurch kann neben der Sicherheit auch die Entladungsgeschwindigkeit der Elektrodenflächen durch passive Entladung reduziert werden. Since the electrode surfaces of the first and second coupling parts have to be charged with opposite polarity, in an advantageous embodiment the coupling part on the user side and the exoskeleton side have electro-couplings that are preferably integrated into the coupling parts of the adhesion coupling. This can, in particular, be designed as a plug-in coupling or as an induction coupling. The exoskeleton and/or the carrying structure can comprise an appropriate energy source for charging. To protect against unwanted discharge, the electrode surfaces of the first and second coupling parts are advantageously embedded in a solid dielectric, especially a plastic or a ceramic, over their entire circumference. As a result, in addition to safety, the discharge speed of the electrode surfaces can also be reduced by passive discharge.
Vorzugsweise weist das erste oder zweite Kupplungsteil auch eine Steuereinheit sowie eine zugordnete Messeinheit zur Messung der Ladung in den Elektrodenflächen auf, wobei die Steuereinheit bei Unterschreiten eines festgelegten Ladungsgrenze die Elektrodenfläche wieder auf ein gewünschtes Ladungsniveau auflädt. The first or second coupling part preferably also has a control unit and an associated measuring unit for measuring the charge in the electrode surfaces, the control unit recharging the electrode surface to a desired charge level if the charge falls below a specified limit.
In einer alternativen, nicht minder vorteilhaften Ausführungsform einer elektroaktiven Schnellkupplung ist die Schnellkupplung elektromagnetisch ausgeführt und weist wenigstens einen Elektromagneten im zweiten Kupplungsteil sowie ein ferromagnetisches erstes Kupplungsteil (oder zumindest ein ferromagnetisches Kupplungselement im Kupplungsteil) oder umgekehrt auf. Denkbar und möglich ist auch eine Ausführung mit Elektromagneten sowohl im ersten als auch im zweiten Kupplungsteil. In an alternative, no less advantageous embodiment of an electroactive quick coupling, the quick coupling is electromagnetic and has at least one electromagnet in the second coupling part and a ferromagnetic first coupling part (or at least one ferromagnetic coupling element in the coupling part) or vice versa. An embodiment with electromagnets both in the first and in the second clutch part is also conceivable and possible.
Für eine einfache Kupplung ist ein Grundkörper des ersten Kupplungsteils im Wesentlichen zapfenförmig und der Grundkörper des zweiten Kupplungsteils im Wesentlichen ringförmig ausgebildet, wobei zur Kupplung der zapfenförmige Grundkörper feldkraftschlüssig (elektromagnetisch) in dem ringförmigen Kupplungsteil aufgenommen wird. For a simple coupling, a base body of the first coupling part is essentially peg-shaped and the base body of the second coupling part is essentially ring-shaped, with the peg-shaped base body being held in the ring-shaped clutch part in a force-fitting manner (electromagnetically) for the purpose of coupling.
Im Sinne der Erfindung ist der fünktionelle Austausch von erstem und zweiten Kupplungsteil für dieses wie auch alle anderen Ausführungsformen und deren Abwandlungen gleichbedeutend. Insbesondere sind die Anordnung des ersten und des zweiten Kupplungsteils am Exoskelett bzw. dessen Grundstruktur sowie der nutzerseitigen Tragestruktur ohne Beschränkung der Erfindung als miteinander austauschbar zu verstehen. In terms of the invention, the functional exchange of the first and second clutch part is equivalent for this as well as all other embodiments and their modifications. In particular, the arrangement of the first and the second coupling part on the exoskeleton or its basic structure and the user-side support structure are to be understood as being interchangeable without limiting the invention.
In einer zweckmäßigen Weiterentwicklung umfasst das ringförmige Kupplungsteil des ersten Kupplungsteils einen Ringzylinder, der über eine Strom leitende Spule magnetisierbar ist, insb. über eine im Ringzylinder angeordnete Spule. Zusätzlich oder alternativ kann der Ringzylinder auch eine Spule am Boden des Ringzylinders zur Ausbildung eines Elektromagneten umfassen. In einer anderen Ausführung der Erfindung ist die Schnellkupplung als aktive oder passive Rastkupplung ausgebildet, wobei das erste Kupplungsteil eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme und Führung des zweiten Kupplungsteils in einer Aufnahmerichtung sowie wenigstens ein vorzugsweise quer zur Aufnahmerichtung verschiebliches Rastelement, aufweist, das eine Bewegung des zweiten Kupplungsteils entgegen der Aufnahmerichtung verhindert. In an expedient further development, the annular coupling part of the first coupling part comprises an annular cylinder which can be magnetized via a current-conducting coil, in particular via a coil arranged in the annular cylinder. Additionally or alternatively, the ring cylinder can also include a coil on the bottom of the ring cylinder to form an electromagnet. In another embodiment of the invention, the quick-release coupling is designed as an active or passive snap-in coupling, with the first coupling part having a receiving opening for receiving and guiding the second coupling part in a receiving direction and at least one locking element, which can be displaced preferably transversely to the receiving direction, which causes a movement of the second coupling part prevented against the recording direction.
Unter aktive Rastkupplung ist zu verstehen, dass die Rastelemente bei der Kopplung durch eine externe Kraft in eine Raststellung bewegt werden, z.B. über einen Seilzug. Unter passiver Rastkupplung ist zu verstehen, dass die Rastelemente eigenständig, z.B. durchActive detent coupling means that the detent elements are moved into a detent position by an external force during coupling, e.g. via a cable pull. A passive snap-in clutch means that the snap-in elements can be operated independently, e.g
Federvorspannung, in eine Raststellung bewegt werden. Spring preload, are moved into a detent position.
Insbesondere kann das Rastelement im Falle einer passiven Rastkopplung durch eine Federvorspannung einer Feder in einer als Raststellung ausgebildeten Vorzugsposition gehalten sein. Das Rastelement kann durch ein insb. mechanisch betätigbares Entriegelungselement, wie z.B. einem Seilzug, in eine Lösestellung verschiebbar sein, in welcher das Rastelement eine Bewegung des zweiten Kupplungsteils entgegen der Aufnahmerichtung und damit eine Entkopplung des ersten und des zweiten Kupplungsteils erlaubt. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Kopplungsteil im Wesentlichen jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet zur Kopplung entlang einer die Aufnahmerichtung definierenden Kopplungsachse, wobei das erste Kopplungselement einen Zylinderkörper mit in dessen Mantelfläche eingebrachten in Richtung der Kopplungsachse verlaufenden Lagernuten zur Führung von als Wälzkörper, insb. einer oder mehreren Kugeln, ausgebildetem bzw. ausgebildeten Rastelement(en) aufweist, wobei das oder die Rastelemente über eine axial wirkende Feder in einer radialen Vorzugsstellung befindlich sind, wobei die Rastelemente über einen axial verschieblichen vorzugsweise als hülsenförmiger Entriegelungsring ausgebildetes Entriegelungselement durch radiale Verschiebung der Rastelemente mittels des Entriegelungselements in eine Lösestellung bringbar sind, und wobei koaxial zum Zylinderkörper um oder in diesen Zylinderkörper ein zapfen- oder hülsenförmigesIn particular, in the case of a passive latching coupling, the latching element can be held in a preferred position designed as a latching position by means of spring preloading of a spring. The latching element can be moved into a release position by means of an unlocking element that can be actuated, in particular mechanically, such as a cable pull, in which the latching element allows movement of the second coupling part counter to the receiving direction and thus decoupling of the first and second coupling parts. Preferably, the first and second coupling parts are each essentially rotationally symmetrical for coupling along a coupling axis that defines the receiving direction, with the first coupling element having a cylinder body with bearing grooves made in its lateral surface that run in the direction of the coupling axis for guiding rolling elements, in particular one or more Balls, formed or formed latching element(s), the latching element(s) being located in a preferred radial position via an axially acting spring, the latching elements via an axially displaceable unlocking element preferably designed as a sleeve-shaped unlocking ring by radial displacement of the latching elements by means of the unlocking element can be brought into a release position, and being coaxial with the cylinder body around or in this cylinder body in the form of a peg or sleeve
Kopplungselement, insb. ein Kupplungszapfen, des zweiten Kupplungsteils führbar ist und wobei das Kopplungselement radial rückspringende Aufnahmeflächen zur formschlüssigen Aufnahme der Rastelemente in der Vorzugsstellung aufweist. Der Zylinderkörper des ersten Kopplungselements kann vorzugsweise als Hohlzylinder ausgebildet sein, wobei der Hohlzylinder zur Aufnahme eines Zapfens des zweiten Kupplungsteils ausgebildet ist. Denkbar und möglich ist jedoch auch eine inverse Ausführung. In einer zweckmäßigen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schnellkupplung können erstes und zweites Kupplungsteil eine elektrische, pneumatische oder elektropneumatische Steckkupplung mit erstem und zweitem elektrischen, pneumatischem bzw. elektropneumatischem Verbindungsteil mit entsprechenden Schnittstellen an erstem und zweitem Kupplungsteil aufweisen. Hierdurch können bedarfsgerecht Strom, Signale und/oder Luft unidirektional oder bidirektional zwischen Exoskelett und Tragestruktur ausgetauscht werden. Eine elektrische Steckkupplung kann alternativ jedoch auch als berührungslose Elektrokupplung ausgeführt sein, z.B. als Induktionskupplung. Coupling element, esp. The cylinder body of the first coupling element can preferably be designed as a hollow cylinder, the hollow cylinder being designed to accommodate a pin of the second coupling part. However, an inverse embodiment is also conceivable and possible. In an expedient embodiment of a quick coupling according to the invention, the first and second coupling parts can have an electric, pneumatic or electropneumatic plug-in coupling with a first and second electric, pneumatic or electropneumatic connection part with corresponding interfaces on the first and second coupling part. As a result, electricity, signals and/or air can be exchanged unidirectionally or bidirectionally between the exoskeleton and the support structure as required. Alternatively, however, an electric plug-in coupling can also be designed as a non-contact electric coupling, for example as an induction coupling.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine nutzerseitige Tragestruktur eines Exoskelettsystems, insbesondere in Form einer Weste, mit einem ersten Kupplungsteil einer Schnellkupplung nach einer vorbeschriebenen Ausführung der Schnellkupplung. The subject matter of the invention is also a user-side carrying structure of an exoskeleton system, in particular in the form of a vest, with a first coupling part of a quick coupling according to a previously described embodiment of the quick coupling.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Exoskelett eines Exoskelettsystems mit einem zweiten Kupplungsteil einer Schnellkupplung nach einer vorbeschriebenen Ausführung der Schnellkupplung. The subject matter of the invention is also an exoskeleton of an exoskeleton system with a second coupling part of a quick coupling according to a previously described embodiment of the quick coupling.
Die Erfindung umfasst auch ein Exoskelettsystem mit einer nutzerseitigen Tragestruktur und einem damit koppelbaren Exoskelett, wobei die Kopplung als Schnellkopplung in vorbeschriebener Weise ausgebildet ist. The invention also includes an exoskeleton system with a carrying structure on the user side and an exoskeleton that can be coupled thereto, the coupling being designed as a quick coupling in the manner described above.
Für alle Aspekte der Erfindung gilt, dass das Exoskelett in einer vorteilhaften Weiterentwicklung eine aktive Stelleinheit zur automatischen Größenverstellung des Exoskeletts umfassen kann. Unter Stelleinheit zur automatischen Größenverstellung ist - im Gegensatz zu einer manuellen Größenverstellung - ein System zu verstehen, über das eine Größenverstellung des Exoskeletts halbautomatisch, beispielsweise auf Knopfdruck, oder vollautomatisch, beispielsweise über im Exoskelett hinterlegte und automatisch abgerufene Nutzerdaten, erfolgt. Hierfür kann in der Stelleinheit ein Elektromotor oder ein anderes, geeignetes, motorisches Stellglied vorgesehen sein, das z.B. über geeignete Getriebe (Spindeltrieb; Zahnstangentrieb etc.) mit verstellbaren Teilen des Exoskeletts (z.B. Seitenteile eines mehrteiligen Hüftrahmen, bei dem die Seitenteile zur Anpassung der Breite des Exoskeletts lateral verfahrbar sind; z.B. in einem Schlitten höhenverstellbar gelagertes zweites Kupplungsteil zur Anpassung der Höhe) verbunden ist. Der Nutzer muss zur Größenverstellung also keine eigene Kraft aufbringen. Die erfindungsgemäße Stelleinheit ermöglicht dadurch eine schnelle Größenanpassung des Exoskeletts an den Nutzer. Die Stelleinheit kann eine Steuereinheit zur Regelung und Steuerung des Stellglieds der Stelleinheit umfassen. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die die Stelleinheit als Höhenverstellung zur Anpassung einer Höhe des zweiten Schnellkupplungsteils in der Rückenplatte und/oder als Seitenverstellung zur Anpassung einer Breite des Hüftrahmens ausgebildet. Hierdurch kann das Exoskelett schnell und einfach an anatomische Gegebenheiten eines Nutzers angepasst werden. Zweckmäßig weist die oder eine Steuereinheit des Exoskeletts eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfangen von Datensätzen von einem Nutzer zugeordneten Größeneinstellungen und/oder anderen Ansteuerungscharakteristiken (z.B. nutzerspezifische Widerstandsmomente, Unterstützungsleistungen oder personalisierte Geschwindigkeitsprofile für die Aktuatoren des Exoskeletts) auf. For all aspects of the invention, in an advantageous further development, the exoskeleton can comprise an active adjustment unit for automatic size adjustment of the exoskeleton. In contrast to a manual size adjustment, an adjustment unit for automatic size adjustment is to be understood as a system via which the size of the exoskeleton is adjusted semi-automatically, for example at the push of a button, or fully automatically, for example via user data stored in the exoskeleton and retrieved automatically. For this purpose, an electric motor or another suitable motorized actuator can be provided in the actuating unit be that, for example, via suitable gears (spindle drive; rack and pinion drive, etc.) with adjustable parts of the exoskeleton (e.g. side parts of a multi-part hip frame, in which the side parts can be moved laterally to adjust the width of the exoskeleton; e.g. height-adjustable second coupling part mounted in a carriage for adjustment the height) is connected. The user does not have to exert his own strength to adjust the size. The actuating unit according to the invention thus enables the size of the exoskeleton to be quickly adapted to the user. The setting unit can include a control unit for regulating and controlling the actuator of the setting unit. In an advantageous embodiment, the adjusting unit is designed as a height adjustment for adjusting a height of the second quick-coupling part in the back plate and/or as a lateral adjustment for adjusting a width of the hip frame. As a result, the exoskeleton can be quickly and easily adapted to the anatomical conditions of a user. The or a control unit of the exoskeleton expediently has a communication interface for receiving data sets from size settings assigned to a user and/or other control characteristics (eg user-specific resistance moments, support services or personalized speed profiles for the actuators of the exoskeleton).
Die Steuereinheit kann die Größeneinstellung und/oder die Aktuatoren nach Maßgabe der empfangenen Datensätze steuern. Nutzerspezifische Datensätze mit z.B. Größeneinstellungen können dabei einmalig übertragen und für den zukünftigen Gebrauch in einem internen Speicher der Steuereinheit des Exoskeletts hinterlegt werden. Sie können jedoch auch jedes Mal in Echtzeit an das Exoskelett übermittelt werden. The control unit can control the size adjustment and/or the actuators according to the received data sets. User-specific data sets with e.g. size settings can be transferred once and stored in an internal memory of the exoskeleton control unit for future use. However, they can also be transmitted to the exoskeleton in real time every time.
Bevorzugt ist die Kommunikationsschnittstelle als drahtlose Nahkommunikationsschnittstelle (Bluetooth, RFID, NFC) oder Fernkommunikationsschnittstelle (WLAN) ausgeführt, so dass nutzerspezifische Größeneinstellungen und/oder Ansteuerungscharakteristiken automatisch, insbesondere ohne aktive Handlung des Nutzers, an die Steuereinheit übertragen werden können. The communication interface is preferably designed as a wireless short-range communication interface (Bluetooth, RFID, NFC) or long-distance communication interface (WLAN), so that user-specific size settings and/or control characteristics can be transmitted to the control unit automatically, in particular without any active action on the part of the user.
Die nutzerspezifi sehen Größeneinstellungen und/oder Ansteuerungscharakteristiken können beispielsweise in einem dem Nutzer zugeordneten, mobilen Endgerät (Smartphone etc.) oder einem dem Nutzer zugeordneten RFID-Chip hinterlegt sein, die sich automatisch über die Kommunikationsschnittstelle mit dem Exoskelett koppeln bzw. von dem Exoskelett erkannt werden, wenn der Nutzer sich dem Exoskelett nähert. Besonders bevorzugt ist, wenn die Größeneinstellungen und/oder Ansteuerungscharakteristiken unmittelbar in der Tragestruktur hinterlegt bzw. in diese eingebunden werden, etwa durch Integration eines (wiederbeschreibbaren) RFID-Chips in die Tragestruktur. Hierdurch kann die Trage Struktur, etwa eine Weste, nutzerspezifisch personalisiert werden. Es ist dann möglich, dass unterschiedliche Nutzer mit jeweils nur ihnen zugeordneten Tragestrukturen sich (nacheinander) mit demselben Exoskelett koppeln und das Exoskelett mit ihren nutzerspezifi sehen Einstellungen (Größeneinstellungen; Ansteuerungscharakteristika) nutzen können, wobei die nutzerspezifi sehen Einstellungen praktisch instantan im Zuge des Koppelns zwischen der Tragestruktur und dem Exoskelett von der Tragestruktur an das Exoskelett übermittelt oder - falls diese bereits in dem Speicher der Steuereinheit des Exoskeletts hinterlegt sind - aktualisiert und aktiviert werden. The user-specific size settings and/or control characteristics can be seen, for example, in a mobile device (smartphone, etc.) assigned to the user be stored on an RFID chip assigned to the user, which automatically couples to the exoskeleton via the communication interface or is recognized by the exoskeleton when the user approaches the exoskeleton. It is particularly preferred if the size settings and/or control characteristics are stored directly in the carrying structure or integrated into it, for example by integrating a (rewritable) RFID chip in the carrying structure. As a result, the carrying structure, such as a vest, can be personalized for specific users. It is then possible for different users, each with support structures assigned only to them, to couple (one after the other) to the same exoskeleton and use the exoskeleton with their user-specific settings (size settings; control characteristics), with the user-specific settings being practically instantaneous in the course of the coupling between of the support structure and the exoskeleton from the support structure to the exoskeleton or - if they are already stored in the memory of the control unit of the exoskeleton - updated and activated.
Die Erfindung betrifft daher auch eine Tragestruktur, die einen Datenspeicher, in welchem nutzerspezifische Größeneinstellungen und/oder Ansteuerungscharakteristiken hinterlegt sind, und eine drahtlose Übermittlungsschnittstelle zur Übertragung der im Datenspeicher hinterlegten Daten an das Exoskelett und vice versa umfasst. The invention therefore also relates to a support structure that includes a data memory in which user-specific size settings and/or control characteristics are stored, and a wireless transmission interface for transmitting the data stored in the data memory to the exoskeleton and vice versa.
Geeignete Parameter für die Größeneinstellung stellen Körpermaße des Nutzers wie Größe, Schulter- oder Hüfthöhe und Hüftbreite oder von dem Nutzer zuvor bestimmte Einstellcharakteristika wie gewünschter Höhe einer Rückenplatte oder gewünschte Breite eines Hüftrahmens dar. Suitable parameters for the size setting are body measurements of the user such as height, shoulder or hip height and hip width or setting characteristics previously determined by the user such as the desired height of a back plate or the desired width of a hip frame.
Die Erfindung betrifft außerdem ein erstes Verfahren zur Größeneinstellung eines Grundstruktur des Exoskeletts gemäß den bisherigen Ausführungen, bei dem insb. in einer Tragestruktur hinterlegte, nutzerspezifi sehe Größeneinstellungen über die Kommunikationsschnittstelle des Exoskeletts von der Tragestruktur an die Steuereinheit des Exoskeletts übermittelt werden, und die Steuereinheit des Exoskeletts nach Erhalt der Größeneinstellungen eine Höhenverstellung oder eine Seitenverstellung der Grundstruktur vomimmt, nachdem sich ein Nutzer mechanisch über die Schnellkupplung (erstes bzw. zweites Schnellkupplungsteil) mit dem Exoskelett gekuppelt hat. Ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren entspricht dem ersten Verfahren mit dem einzigen Unterschied, dass wenigstens eine Größeneinstellung, z.B. eine Höhen- oder eine Seitenverstellung, erfolgt, bevor sich der Nutzer mechanisch über die Schnellkupplung mit dem Exoskelett gekuppelt hat. The invention also relates to a first method for adjusting the size of a basic structure of the exoskeleton according to the previous statements, in which, in particular, user-specific size settings stored in a carrying structure are transmitted from the carrying structure to the control unit of the exoskeleton via the communication interface of the exoskeleton, and the control unit of the Exoskeletons after receiving the size adjustments, a height adjustment or a lateral adjustment of the basic structure, after a user has mechanically coupled to the exoskeleton via the quick coupling (first or second quick coupling part). A second method according to the invention corresponds to the first method with the only difference that at least one size adjustment, eg a height or lateral adjustment, takes place before the user has coupled himself mechanically to the exoskeleton via the quick coupling.
Die Erfindung wird nachfolgend erläuternd anhand der beigefügten Figuren beispielhaft beschrieben. Eine Beschränkung der Erfindung ist hierdurch nicht intendiert. Gleichwohl können sich aus der nachfolgenden Erläuterung vorteilhafte Weiterbildungen und weitergehende Merkmale der Erfindung ergeben. The invention is described in the following by way of example using the attached figures. This is not intended to limit the invention. Nevertheless, advantageous developments and further features of the invention can result from the following explanation.
Dabei zeigen: show:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Exoskelett-System mit einem Exoskelett und einer nutzerseitigen Tragestruktur mit einer erfindungsgemäßen elektroaktiven Schnellkupplung als Elektroadhäsionskupplung, 1 an exoskeleton system according to the invention with an exoskeleton and a carrying structure on the user side with an electroactive quick coupling according to the invention as an electro-adhesion coupling,
Fig. 2 eine Tragestruktur mitsamt einem nutzerseitigen Kupplungsteil gemäß Fig. 1,FIG. 2 shows a carrying structure together with a user-side coupling part according to FIG. 1,
Fig. 3 ein Exoskelett mitsamt einem exoskelettseitigem Kupplungsteil gemäß Fig. 1, 3 shows an exoskeleton together with a coupling part on the exoskeleton side according to FIG. 1,
Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Exoskelett-System mit einem Exoskelett und einer nutzerseitigen Tragestruktur mit einer erfindungsgemäßen elektroaktiven Schnellkupplung als elektromagnetische Schnellkupplung, 4 an exoskeleton system according to the invention with an exoskeleton and a carrying structure on the user side with an electroactive quick coupling according to the invention as an electromagnetic quick coupling,
Fig. 5 eine Tragestruktur mitsamt einem nutzerseitigen Kupplungsteil gemäß Fig. 4, Fig. 6 ein Exoskelett mitsamt einem exoskelettseitigem Kupplungsteil gemäß Fig. 4, 5 shows a carrying structure together with a user-side coupling part according to FIG. 4, FIG. 6 an exoskeleton together with an exoskeleton-side coupling part according to FIG. 4,
Fig. 7A - E eine erfindungsgemäße Schnellkupplung mit nutzerseitigem Kupplungsteil und exoskelettseitigem Kupplungsteil als passive Rastkupplung in einem nicht gekoppelten Zustand (Fig. 7A), einer einführenden Stellung (Fig. 7B), einem gekoppelten Zustand (Fig. 7C), einer Initial Stellung zum Entkoppeln (Fig. 7D) sowie einem entriegelten Zustand (Fig. 7E), sowie 7A - E shows a quick coupling according to the invention with a coupling part on the user side and a coupling part on the exoskeleton side as a passive snap-in coupling in a non-coupled state (FIG. 7A), an introducing position (FIG. 7B), a coupled state (FIG. 7C), an initial position for Decoupling (Fig. 7D) and an unlocked state (Fig. 7E), and
Fig. 8 eine Variante einer als passiven Rastkupplung ausgeführten Schnellkupplung mit integrierter elektropneumatischer Steckkupplung. Die Figuren 1-3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schnellkupplung 1 für ein Exoskelett-System bzw. ein entsprechendes Exoskelett-System. 8 shows a variant of a quick coupling designed as a passive snap-in coupling with an integrated electropneumatic plug-in coupling. Figures 1-3 show a first embodiment of a quick coupling 1 for an exoskeleton system or a corresponding exoskeleton system.
Das Exoskelett-System besteht aus einer hier als Weste ausgeführten Tragestruktur 2, die am Körper eines Nutzers bzw. Trägers P getragen wird und rückenseitig (dorsal) ein erstes Kupplungsteils 1B-E zur Kopplung mit einem Exoskelett 3 aufweist. The exoskeleton system consists of a carrying structure 2 designed here as a vest, which is worn on the body of a user or wearer P and has a first coupling part 1B-E on the back (dorsal) for coupling to an exoskeleton 3 .
Das Exoskelett 3 umfasst eine Grundstruktur aus einer im Wesentlichen starren Rückenplatte 31 und einem gebogenen Hüftrahmen 30. Mittig an der Rückenplatte 31 ist ein zweites Kupplungsteil 1A-E zur lösbaren Verbindung mit dem erste Kupplungsteil 1B-E angeordnet. The exoskeleton 3 comprises a basic structure made up of a substantially rigid back plate 31 and a curved hip frame 30. A second coupling part 1A-E is arranged centrally on the back plate 31 for detachable connection to the first coupling part 1B-E.
Erstes und zweites Kupplungsteil 1 A-E bzw. 1B-E bilden zusammen die Schnellkupplung 1-E. An den lateralen Enden des Hüftrahmen 30 ist linksseitig bzw. rechtsseitig jeweils ein elektromotorischer Aktuator 32 zur Erzeugung von Unterstützungsmomenten beim Gehen und oder Beugen, insb. beim Heben von Lasten, angeordnet. The first and second coupling parts 1 A-E and 1B-E together form the quick coupling 1-E. An electromotive actuator 32 is arranged on the left and right of the lateral ends of the hip frame 30 to generate support moments when walking and/or bending, especially when lifting loads.
Die Tragestruktur 2 dient der Kraftein- und ausleitung von Kräften und Momenten vom Oberkörper des Trägers P auf das Exoskelett über die Schnellkupplung 1-E in die Rückenplatte 31 des Exoskeletts 3, von wo diese auf die Aktuatoren weitergeleitet werden. The support structure 2 is used to introduce and dissipate forces and moments from the upper body of the wearer P to the exoskeleton via the quick coupling 1-E in the back plate 31 of the exoskeleton 3, from where they are passed on to the actuators.
Kräfte und Momente können über hier nicht dargestellte Oberschenkelanbindungen auf die Oberschenkel des Trägers P weitergeleitet werden, wobei die Oberschenkelanbindungen drehfest mit Ausgangswellen der Aktuatoren 32 verbunden sind. Übliche Ausführungsformen entsprechender Oberschenkelanbindungen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt, so dass auf nähere Ausführungen an dieser Stelle verzichtet wird. Forces and moments can be passed on to the thighs of the wearer P via thigh connections, not shown here, with the thigh connections being connected in a torque-proof manner to the output shafts of the actuators 32 . Customary embodiments of corresponding thigh attachments are well known in the prior art, so that no more detailed explanations are given at this point.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist das erste Kupplungsteil 1B-E rippenförmig aus einem Grundkörper 50 mit einem U-förmigem Querschnitt mit zwei hier als Verbindungsstege 51 bezeichneten Rippen mit einer dazwischen liegenden Aufnahmenut 52 ausgebildet. Über eine dorsal angeordnete Verstärkungsplatte 53 ist das erste Kupplungsteil 1B-E großflächig in die Tragestruktur 2 eingebunden bzw. mit ihr verbunden. As can be seen from FIG. 2, the first coupling part 1B-E is formed in the form of ribs from a base body 50 with a U-shaped cross section with two ribs, referred to here as connecting webs 51, with a receiving groove 52 lying between them. The first coupling part 1B-E is integrated or connected to the support structure 2 over a large area via a reinforcement plate 53 arranged dorsally.
Die Rippen des Grundkörpers 50 verlaufen im Wesentlichen vertikal, d.h. in der Richtung superior-inferior. Sowohl an den seitlich außen liegenden als auch an den seitlich innenliegenden Seitenflächen der Rippen bzw. Verbindungsstege 51 befinden sich insg. vier in einem elektrisch nicht leitenden Kunstharz (Dielektrikum) eingebettete Elektroden 53. Die Elektroden sind über einen hier nicht dargestellten elektrischen Kontakt mit Strom beaufschlagbar bzw. aufladbar. Die Elektroden 53 bilden eine Kondensatorfläche eines nachfolgend noch näher beschriebenen Kondensators aus. Alternativ oder zusätzlich könnte das Dielektrikum auch aus oder mit einer Keramik ausgeführt sein. The ribs of the main body 50 run essentially vertically, ie in the superior-inferior direction. Both on the laterally outer ones as well as on the lateral ones On the inner side surfaces of the ribs or connecting webs 51 there are a total of four electrodes 53 embedded in an electrically non-conductive synthetic resin (dielectric). The electrodes can be supplied with current or charged via an electrical contact (not shown here). The electrodes 53 form a capacitor surface of a capacitor described in more detail below. Alternatively or additionally, the dielectric could also be made of or with a ceramic.
Die gesamte Tragestruktur 2 mitsamt dem ersten Kupplungsteil 1B-E wiegt nur wenige 100g und kann daher auch problemlos über einen langen Zeitraum ohne Komforteinbußen für den Träger z.B. auch über gewöhnlicher Alltags- oder Arbeitsbekleidung getragen werden. The entire support structure 2 together with the first coupling part 1B-E weighs only a few 100g and can therefore be worn over a long period of time without any loss of comfort for the wearer, e.g. also over normal everyday or work clothing.
Mit Verweis auf Fig. 3 wird nachfolgend das Gegenstück zum ersten Kupplungsteil 1B-E, das zweite Kupplungsteil 1 A-E des Exoskeletts 3 beschrieben, das rückenseitig an der oben bereits erwähnten Rückenplatte 31 des Exoskeletts, d.h. dem Rücken des Trägers zugewandt, angeordnet ist. Es besteht aus einem Grundkörper 60 mit drei als Verbindungsstege (seitliche Verbindungsstege 65, Zentralsteg 64) bezeichneten Rippen. Der Grundkörper 60 ist also W- förmig, ausgeformt. Die Rippen sind auch hier vertikal angeordnet. Zwischen jeweils zwei Rippen befindet sich eine Verbindungsnut 62. An den innenliegenden Seitenflächen der Verbindungsstege 65 sowie an den Seitenflächen des Zentralstegs 64 sind insgesamt vier Elektroden 63 mit einem Dielektrikum aus Kunstharz überzogen, angeordnet. Über einen in der Rückenplatte 31 verbauten Energiespeicher (Akkumulator, nicht dargestellt) können die Elektroden 63 mit Strom versorgt und aufgeladen werden. With reference to Fig. 3, the counterpart to the first coupling part 1B-E, the second coupling part 1 A-E of the exoskeleton 3 is described below, which is arranged on the back side of the above-mentioned back plate 31 of the exoskeleton, i.e. facing the back of the wearer. It consists of a base body 60 with three ribs referred to as connecting webs (lateral connecting webs 65, central web 64). The base body 60 is therefore W-shaped. The ribs are also arranged vertically here. There is a connecting groove 62 between each two ribs. A total of four electrodes 63 covered with a dielectric made of synthetic resin are arranged on the inner side surfaces of the connecting webs 65 and on the side surfaces of the central web 64 . The electrodes 63 can be supplied with electricity and charged via an energy store (accumulator, not shown) installed in the back plate 31 .
Das zweite Kupplungsteil 1A-E weist außerdem einen hier nicht gezeigten zweipoligen elektrischen Kontakt zur Verbindung mit dem oben erwähnten elektrischen Kontakt des ersten Kupplungsteils 1B-E auf. Der Kontakt ist vorteilhaft auf dem Boden des Grundkörpers 60 in einer der Verbindungsnuten 62 angeordnet. The second coupling part 1A-E also has a two-pole electrical contact, not shown here, for connection to the above-mentioned electrical contact of the first coupling part 1B-E. The contact is advantageously arranged on the bottom of the base body 60 in one of the connecting grooves 62 .
Zur Kopplung von Exoskelett 3 und Tragestruktur 2 tritt der Nutzer P, wie in Fig. 1 skizziert, rückwärts an das an einer Wandhalterung 4 auf zwei Haltebügeln 40 formschlüssig getragene Exoskelett 3 heran und führt die Rippen des ersten Kupplungsteils 1B-E in die Verbindungsnuten 62 des zweiten Kupplungsteils 1A-E und gleichzeitig also den Zentralsteg 64 des zweiten Kupplungsteils 1A-E in die Aufnahmenut 52 des ersten Kupplungsteils 1B-E ein. In dieser Position kann der Träger P das erste Kupplungsteil 1B-E gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 1A-E in Richtung der Rippenlängserstreckung, also vertikal, verschieben, so dass Drehpunkte der Hüftaktuatoren 32 möglichst deckungsgleich auf Höhe des anatomischen Drehpunkts seiner Hüftgelenke positioniert werden können. To couple the exoskeleton 3 and the support structure 2, the user P, as sketched in Fig. 1, steps backwards to the exoskeleton 3, which is carried in a form-fitting manner on a wall bracket 4 on two retaining brackets 40, and guides the ribs of the first coupling part 1B-E into the connecting grooves 62 of the second coupling part 1A-E and at the same time the central web 64 of the second coupling part 1A-E into the receiving groove 52 of the first coupling part 1B-E. In this position, the wearer P can move the first coupling part 1B-E relative to the second coupling part 1A-E in the direction of the longitudinal extension of the ribs, i.e. vertically, so that the pivot points of the hip actuators 32 can be positioned as congruently as possible at the height of the anatomical pivot point of his hip joints.
Der Einführungsprozess könnte dabei auch durch wenigstens in einem der Kupplungsteile verbaute Dauermagneten unterstützt werden. Insbesondere können die Magnete dabei eine ungewollte Relativverschiebung in vertikaler Richtung durch eine magnetische Vorfixierung unterbinden oder zumindest erschweren. The introduction process could also be supported by permanent magnets installed in at least one of the clutch parts. In particular, the magnets can prevent or at least make more difficult an unwanted relative displacement in the vertical direction by means of a magnetic pre-fixation.
Zur Kopplung der Kupplungsteile 1B-E und 1 A-E betätigt der Träger den Taster D (s. Fig. 1) des Exoskeletts. Eine Steuereinheit des Exoskeletts lädt nun alle Elektroden beider Kupplungsteile über den Energiespeicher des Exoskeletts 3 auf, so dass die Elektroden des ersten bzw. zweiten Kupplungsteils gegenpolig geladene Kondensatorflächen ausbilden. Das Exoskelett ist damit feldkraftschlüssig über elektrostatische Anziehungskräfte der Kondensatorflächen mit der Tragestruktur 2 verbunden. To couple the coupling parts 1B-E and 1A-E, the wearer presses the button D (see Fig. 1) on the exoskeleton. A control unit of the exoskeleton now charges all the electrodes of both coupling parts via the energy store of the exoskeleton 3, so that the electrodes of the first and second coupling part form capacitor surfaces charged with opposite poles. The exoskeleton is thus connected to the support structure 2 in a field-positive manner via electrostatic forces of attraction of the capacitor surfaces.
Der Träger P kann das Exoskelett nun durch eine leichte Aufwärtsbewegung aus der Wandhalterung 4 herausheben, verbindet gegebenenfalls hier nicht dargestellte Oberschenkelanbindungen mit seinen Oberschenkeln und/oder aktiviert das Exoskelett bzw. einen gewünschten Unterstützungsmodus. The wearer P can now lift the exoskeleton out of the wall mount 4 by a slight upward movement, optionally connects thigh connections (not shown here) to his thighs and/or activates the exoskeleton or a desired support mode.
Zur Entkopplung von Tragestruktur 2 und Exoskelett kann der Träger P das Exoskelett 3 auf der Wandhalterung ablegen und den Taster D betätigen. Die Steuereinheit des Exoskeletts wird daraufhin alle Elektroden beider Kupplungsteile entladen, so dass der Feldkraftschluss aufgehoben wird und der Träger P mit der Tragestruktur 2 von dem Exoskelett 3 wegtreten kann. Vorteilhaft wird der abgeschlossene Kupplungs- bzw. Entkupplungsvorgang dem Nutzer P akustisch oder visuell angezeigt. Mit Verweis auf die Fig. 4 bis 6 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektroaktiven Schnellkupplung erläutert. Da gleichartige Bauteile mit gleichartigen Bezugszeichen versehen sind, wird diesbezüglich auf die vorhergehenden Ausführungen verwiesen. To decouple the support structure 2 and the exoskeleton, the wearer P can place the exoskeleton 3 on the wall bracket and press the button D. The control unit of the exoskeleton will then discharge all the electrodes of both coupling parts, so that the field adhesion is canceled and the carrier P with the support structure 2 can step away from the exoskeleton 3 . The completed coupling or decoupling process is advantageously indicated to the user P acoustically or visually. A second exemplary embodiment of an electroactive quick coupling will now be explained with reference to FIGS. Since components of the same type are provided with the same reference symbols, reference is made in this regard to the previous statements.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Schnellkupplung des zweiten Ausführungsbeispiels um eine elektromagnetische Schnellkupplung 1-M mit einem ersten und einem zweiten Kupplungsteil 1A-M bzw. 1B-M, die analog dem vorhergehenden Beispiel mit dem Exoskelett 3 bzw. der Tragestruktur 2 verbunden sind. In contrast to the first exemplary embodiment, the quick coupling of the second exemplary embodiment is an electromagnetic quick coupling 1-M with a first and a second coupling part 1A-M and 1B-M, which, analogously to the previous example, is connected to the exoskeleton 3 and the support structure 2 are connected.
Das erste Kupplungsteil 1B-M, vgl. Fig. 5, besteht aus einem mit der Tragestruktur 2 verbunden hier im wesentlichen hohlzylinderförmigen Grundkörper 70, in welchen ein zylindrischer Kern 71 aus einem ferromagnetischen Material mit einer hohen magnetischen Leitfähigkeit fest eingelassen ist. Die Mantelfläche des Grundkörpers 70 weist außerdem einen Rücksprung zur Ausbildung einer Anschlagsschulter 72 aus. Die Anschlagsschulter dient der Begrenzung des Eintauchens des ferromagnetischen Kerns 71 entlang der Kopplungsachse X in das zweite Kupplungsteil 1A-M. The first coupling part 1B-M, see FIG. 5, consists of a base body 70, which is connected to the support structure 2 and is essentially hollow-cylindrical, in which a cylindrical core 71 made of a ferromagnetic material with high magnetic conductivity is firmly embedded. The outer surface of the base body 70 also has a recess to form a stop shoulder 72 . The stop shoulder serves to limit the immersion of the ferromagnetic core 71 along the coupling axis X into the second coupling part 1A-M.
Das exoskelettseitige zweite Kupplungsteil 1A-M, vgl. Fig. 6, besteht aus einem höhenverstellbar in der Rückenplatte 31 gelagerten Grundkörper 80. Die Rückenplatte 31 weist hierzu eine als Langloch 82 ausgeführte Vertikalnut zur Führung eines in den Figuren nicht gezeigten Zapfens des Grundkörpers 80. Der Grundkörper 80 kann in einer geeigneten Position lösbar mit der Rückenplatte verbunden, z.B. verschraubt sein, vgl. Doppelpfeil der Fig. 6 und Verschiebungsbereich 85. The second coupling part 1A-M on the exoskeleton side, cf. Fig. 6, consists of a base body 80 mounted in the back plate 31 so that it can be adjusted in height. The base body 80 can be releasably connected to the back plate in a suitable position, e.g. screwed, see double arrow in Fig. 6 and displacement area 85.
Der Grundkörper 80 besteht u.a. aus einer auch als Ringzylinder bezeichneten Zylinderaufnahme 81, die invers zum Grundkörper 70 des ersten Kupplungsteils 1B-M mit eingefasstem Kern 71 ausgeformt ist. In der Kontaktfläche 84 am Boden des Ringzylinders ist eine erste elektrische Spule zur Bildung eines Elektromagneten eingelassen. Zusätzlich ist außerdem in dem Ringzylinder eine zweite elektrisch leitfähige Spule zur Bildung eines zweiten Elektromagneten verbaut. Beide Elektromagneten können durch Drücken des Tasters D am Exoskelett, vgl. Fig. 4, aktiviert werden. The base body 80 consists, among other things, of a cylinder receptacle 81, also referred to as a ring cylinder, which is shaped inversely to the base body 70 of the first coupling part 1B-M with an enclosed core 71. A first electrical coil to form an electromagnet is embedded in the contact surface 84 at the bottom of the annular cylinder. In addition, a second electrically conductive coil is installed in the ring cylinder to form a second electromagnet. Both electromagnets can be activated by pressing button D on the exoskeleton, see Fig. 4.
Zur Kopplung von erstem und zweitem Kupplungsteil 1 A-M und 1B-M tritt der Nutzer mit der Tragestruktur analog dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel rückwärts auf die an der Wandhaltemng 4 formschlüssig gehaltene Exoskelett 3 zu, bis der Kern des zweiten Kupplungsteils die Kontaktfläche 84 berührt und betätigt dann den Tastschalter D zur Aktivierung der Elektromagneten, d.h. der Spulen im Boden und in der Wandung des Ringzylinders. Hierdurch werden die Kupplungsteile durch elektromagnetische Wechselwirkung, d.h. feldkraftschlüssig, gehalten. To couple the first and second coupling parts 1AM and 1B-M, the user steps backwards onto the support structure analogous to the previous exemplary embodiment Wall mount 4 positively held exoskeleton 3 until the core of the second coupling part touches the contact surface 84 and then actuates the pushbutton switch D to activate the electromagnets, ie the coils in the bottom and in the wall of the ring cylinder. As a result, the coupling parts are held by electromagnetic interaction, ie in a force-fitting manner.
Durch die Einführung des Grundkörpers 70 mit Kern 71 in den Ringzylinder muss die elektromagnetische Wechselwirkung dabei nur so schwach ausgeführt werden, um lösende Kräfte in Richtung der Kopplungsachse X aufnehmen und weiterleiten zu können. Dazu senkrecht wirkende Kräfte können formschlüssig von dem Grundkörper 70 bzw. Kern 71 auf den Ringzylinder 81 übertragen werden. Due to the introduction of the base body 70 with the core 71 into the ring cylinder, the electromagnetic interaction only has to be carried out so weakly in order to be able to absorb and transmit releasing forces in the direction of the coupling axis X. Forces acting perpendicularly to this can be transmitted from the base body 70 or core 71 to the annular cylinder 81 in a form-fitting manner.
Zur Aufnahme von Momenten in Richtung der Kopplungsachse X könnte vorteilhaft außerdem eine formschlüssige Verdrehsicherung, beispielsweise als Feder-Nut- Verbindung mit einer radial in den Ringzylinder hineinstehenden Feder am Ringzylinder 81 und einer entsprechenden Nut im Grundkörper 70, vorgesehen sein. To absorb torques in the direction of the coupling axis X, a form-fitting anti-twist device could advantageously also be provided, for example as a spring-groove connection with a spring on the ring cylinder 81 protruding radially into the ring cylinder and a corresponding groove in the base body 70 .
Wie zuvor beschrieben könnten auch hier Dauermagneten zur Führung der Kopplungsbewegung und einer Vorfixierung bis zur Aktivierung der Elektromagneten, in vorzugsweise dem zweiten Kopplungsteil 1 A-M verbaut sein. As described above, permanent magnets for guiding the coupling movement and pre-fixing until the electromagnets are activated could also be installed in preferably the second coupling part 1 A-M.
Anhand der Figuren 7A bis 7E ist eine dritte Ausführungsform der Schnellkupplung als mechanische und passiv verrastende Schnellkupplung (Rastkupplung) 1-MC gezeigt. Die Schnellkupplung 1-MC ist im wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut und besteht wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen aus einem nutzerseitigen, erste Kupplungsteil 1B-MC und einem zweiten, exoskelettseitigen Kupplungsteils 1 A-MC. A third embodiment of the quick coupling as a mechanical and passively locking quick coupling (locking coupling) 1-MC is shown with reference to FIGS. 7A to 7E. The quick coupling 1-MC is essentially rotationally symmetrical and consists, as in the previous exemplary embodiments, of a first coupling part 1B-MC on the user side and a second coupling part 1A-MC on the exoskeleton side.
Das exoskelettseitige zweite Kupplungsteil 1 A-MC umfasst einen Grundkörper 200 bestehend aus einer ringförmigen Grundplatte 201 und einem sich senkrecht und zentral davon weg erstreckendem Hohlzylinder 202 mit einer Mantel außenfläche und einer Mantelinnenfläche. Die Grundplatte 201 ist in geeigneter Weise mit einer Rückenplatte eines Exoskeletts fest verbunden bzw. verbindbar. Der Hohlzylinder 202 bzw. dessen Mandelinnenfläche dient der Aufnahme eines Kopplungzapfens 101 des nutzerseitigen Kupplungsteils 1B-MC in Kopplungsrichtung R+. Die Symmetrieachse des Hohlzylinders bildet gleichzeitig die Kopplungsachse X. In einer Mantelaußenfläche des Hohlzylinders 202 sind umlaufend mehrere längliche sich in Richtung der Kopplungsachse X erstreckende Führungsnuten 203 zur Aufnahme und Führung von als Kugeln 220 ausgebildeten Rastelementen. Die Führungsnuten 203 sind dabei schmaler ausgeführt als der Durchmesser der Kugeln, jedoch breit genug, derart, dass die Kugeln 220 geringfügig radial ins Innere des Hohlzylinders 202 hineinragen. Die Kugeln 220 werden über eine hier als Spiralfeder ausgeführte Feder 215 mit einem endseitigen Federblech 216 vorgespannt, wobei die Feder 215 und das Federblech 216 koaxial um den Hohlzylinder 202 herum gelagert sind. Die Kugeln 220 befinden sich damit im Normalzustand stets am oberen Ende der Führungsnuten 203. Das ringförmig ausgeformte Federblech 216 weist radial innen eine mit den Kugeln 220 wechselwirkende Konusfläche 217 auf und drückt die Kugeln damit nach radial innen, welche hierdurch leicht in den Hohlzylinder 202 hineinragen. Die Position der Kugeln 220 am oberen Ende der Führungsnuten 203 kann auch als Vorzugsstellung oder Raststellung bezeichnet werden. The second coupling part 1A-MC on the exoskeleton side comprises a base body 200 consisting of an annular base plate 201 and a hollow cylinder 202 extending perpendicularly and centrally away from it and having an outer surface and an inner surface. The base plate 201 is suitably connected or connectable to a back plate of an exoskeleton. The hollow cylinder 202 or its almond inner surface serves to accommodate a coupling pin 101 of the user-side coupling part 1B-MC in the coupling direction R+. The axis of symmetry of the hollow cylinder simultaneously forms the coupling axis X. In an outer surface of the hollow cylinder 202 there are several longitudinal guide grooves 203 extending in the direction of the coupling axis X for receiving and guiding locking elements designed as balls 220 . The guide grooves 203 are designed to be narrower than the diameter of the balls, but wide enough such that the balls 220 protrude slightly radially into the interior of the hollow cylinder 202 . The balls 220 are prestressed via a spring 215, designed here as a spiral spring, with a spring plate 216 at the end, the spring 215 and the spring plate 216 being mounted coaxially around the hollow cylinder 202. The balls 220 are therefore always located at the upper end of the guide grooves 203 in the normal state. The ring-shaped spring plate 216 has a radially inner conical surface 217 that interacts with the balls 220 and thus presses the balls radially inwards, which as a result protrude slightly into the hollow cylinder 202 . The position of the balls 220 at the upper end of the guide grooves 203 can also be referred to as the preferred position or locking position.
Eine radial außenseitige Führung der Kugeln 220 erfolgt im in Fig. 7A gezeigten Zustand durch einen Sicherungsring 206, der fest verbunden mit einem axial verschieblichen Entriegelungsring 210 ist. Der Entriegelungsring 210 ist hülsenförmige mit einem ersten Rücksprung zur Aufnahme und Anlage des Sicherungsringes 206 und einem zweiten verrundet ausgeführten Rücksprung unterhalb einer hier als Ringsteg 212 bezeichnen Schulter, ausgeführt und koaxial zur Kopplungsachse X axial verschieblich gelagert. In the state shown in FIG. 7A, the balls 220 are guided radially on the outside by a retaining ring 206 which is firmly connected to an axially displaceable unlocking ring 210 . The unlocking ring 210 is sleeve-shaped with a first recess for receiving and abutting the securing ring 206 and a second rounded recess below a shoulder referred to here as the ring web 212, and is mounted coaxially to the coupling axis X so that it can be displaced axially.
Der Entriegelungsring 210 ist radial innen über die Mantelinnenfläche des Hohlzylinders 202 geführt, radial außen ist der Entriegelungsring 210 über eine an der Grundplatte 201 befestigte Hülse 205 geführt. Der Entriegelungsring 210 kann sich axial zwischen einem unteren durch die Grundplatte 201 gebildeten Anschlagfläche sowie einer oberen durch einen in einer Ringnut des Hohlzylinders 202 gelagerten Sicherungsring 211 gebildete Anschlagsfläche axial bewegen. Im Normalzustand ist der Entriegelungsring 210 durch die Federvorspannung der Feder 215, die über das Federblech 216 in den Sicherungsring 206 und damit in den Entriegelungsring 210 eingeleitet wird, stets an der oberen Anschlagsfläche des Sicherungsrings 211 befindlich.The unlocking ring 210 is guided radially on the inside over the inner surface of the hollow cylinder 202 , the unlocking ring 210 is guided radially on the outside over a sleeve 205 fastened to the base plate 201 . The unlocking ring 210 can move axially between a lower stop surface formed by the base plate 201 and an upper stop surface formed by a retaining ring 211 mounted in an annular groove of the hollow cylinder 202 . In the normal state, the unlocking ring 210 is always located on the upper stop surface of the locking ring 211 due to the spring preload of the spring 215, which is introduced via the spring plate 216 into the locking ring 206 and thus into the unlocking ring 210.
In dieser Stellung können die Kugeln 220 nicht nach radial außen bewegt werden. In this position, the balls 220 cannot be moved radially outward.
Das nutzerseitige erste Kupplungsteil 1B-MC besteht aus der bereits genannten Kupplungszapfen 101 und einer endseitig daran befestigten Ringplatte 100, welche auf geeignete Weise mit einer Tragestruktur, zum Beispiel einer vorbeschriebenen Weste, fest verbunden ist. Am Kopplungszapfen ist außenseitig eine hier als Kugelaufnahme 102 bezeichnete Ringnut ausgebildet. Die Ringnut nimmt im gekoppelten Zustand die in den Hohlzylinder 22 hineinragenden Teile der Kugeln 220, wie insbesondere aus der Figur 7C, ersichtlich auf. The first coupling part 1B-MC on the user side consists of the coupling pin 101 already mentioned and an annular plate 100 fastened to it at the end, which is firmly connected in a suitable manner to a carrying structure, for example a vest described above. An annular groove, referred to here as a ball receptacle 102 , is formed on the outside of the coupling pin. In the coupled state, the annular groove accommodates the parts of the balls 220 that protrude into the hollow cylinder 22, as can be seen in particular from FIG. 7C.
In Figur 7C ist die Schnellkupplung 1-MC in einem gekoppelten Zustand gezeigt. Der Kupplungszapfen 101 ist vollständig in dem Hohlzylinder 202 aufgenommen. Die Kugeln 220 befinden sich in der auch als Raststellung bezeichenbaren Vorzugsstellung, und liegen in der als Ringnut bezeichneten Kugelaufnahme 102 formschlüssig an. Der Kopplungszapfen kann aufgrund dieser formschlüssigen Verrastung nicht nach axial aus dem Hohlzylinder 202 herausgezogen werden. In Figure 7C, the quick connector 1-MC is shown in a coupled state. The coupling pin 101 is completely accommodated in the hollow cylinder 202 . The balls 220 are in the preferred position, which can also be referred to as the detent position, and lie in a form-fitting manner in the ball receptacle 102, which is referred to as the annular groove. The coupling pin cannot be pulled out of the hollow cylinder 202 in the axial direction due to this positive latching.
Zur Lösung der Kupplung der beiden Kupplungsteile 1A-MC und 1B-MC wird der Entriegelungsring 210 axial entgegen der Federvorspannung nach unten bewegt. Dies kann vorteilhaft durch ein am Entriegelungsring befestigten Seilzug (hier nicht dargestellt) erfolgen. Ein Entriegelungsvorgang ist in den Fig. 7D und 7E gezeigt: To release the coupling of the two coupling parts 1A-MC and 1B-MC, the unlocking ring 210 is moved axially downwards against the spring preload. This can advantageously be done by a cable attached to the unlocking ring (not shown here). An unlocking process is shown in Figures 7D and 7E:
Mit der Bewegung des Entriegelungsrings 210 nach unten wird ebenfalls der Sperrring 206 nach unten bewegt und gibt damit einen radialen Bewegungsspielraum zwischen dem Ringsteg 212 und dem Sperrring 206 für die Kugeln 220 frei, vergleiche Figur 7D. Über die verrundete Kugelführungsfläche 213 des Ringstegs 212 des Entriegelungsrings 210 werden die Kugeln mit einer axial nach unten gerichteten Kraft beaufschlagt, wobei die Kugeln 220 durch eine Zugbewegung an dem Kopplungszapfen 101 über die Ringnut 102 des Kupplungszapfens 101 nach radial außen weggedrückt werden, sodass die Kugeln 220 nicht mehr in das Innere des Hohlzylinders 220 hineinragen. Die Schnellkupplung 1-MC ist damit entrastet und der Kupplungszapfen 102 kann aus dem Hohlzylinder 202 herausgezogen werden, vgl. Figur 7E. With the movement of the unlocking ring 210 downwards, the locking ring 206 is also moved downwards and thus releases a radial freedom of movement between the annular web 212 and the locking ring 206 for the balls 220, compare FIG. 7D. An axially downward force is applied to the balls via the rounded ball guide surface 213 of the annular web 212 of the unlocking ring 210, with the balls 220 being pushed away radially outwards via the annular groove 102 of the coupling pin 101 by a pulling movement on the coupling pin 101, so that the balls 220 no longer into the interior of Hollow cylinder 220 protrude. The quick coupling 1-MC is thus disengaged and the coupling pin 102 can be pulled out of the hollow cylinder 202, see FIG.
Ein Kupplungsvorgang ist in den Figuren 7A und 7B gezeigt: Zur Kopplung der beiden Kupplungsteile 1 A-MC und 1B-MC wird der Kupplungszapfen 100 axial in den Hohlzylinder 202 eingeführt. An seiner Unterseite weist der Kupplungszapfen 100 radial außen eine Führungsphase 103 auf. Über die Führungsphase 103 werden die Kugeln 220 entgegen der Federvorspannkraft nach axial unten und - sobald die Kugeln 220 sich unterhalb des Sperrrings 206 befinden - nach radial außen gedrückt und geben so den Weg für den Kupplungszapfen 101 frei. Sobald der Kupplungszapfen 101 vollständig in den Hohlzylinder 202 eingeführt ist, liegt die Ringnut (Kugelaufnahme 102) des Kopplung Zapfens 101 auf Höhe des Sperrrings 206, sodass die Kugeln 220 durch die Federvorspannung der Feder 215 in die Ringnut gedrückt und damit ein verrasteter Kopplungszustand hergestellt wird, vergleiche Figur IC. Ohne aktive Entriegelung über den Entriegelungsring 210 kann diese Verrastung ni cht aufgehob en werden . A coupling process is shown in FIGS. 7A and 7B: To couple the two coupling parts 1A-MC and 1B-MC, the coupling pin 100 is inserted axially into the hollow cylinder 202. On its underside, the coupling pin 100 has a guide phase 103 radially on the outside. About the guide phase 103, the balls 220 against the spring biasing force are pressed axially downwards and - as soon as the balls 220 are below the locking ring 206 - radially outwards and thus give the way for the coupling pin 101 free. As soon as the coupling pin 101 is fully inserted into the hollow cylinder 202, the annular groove (ball receptacle 102) of the coupling pin 101 is at the level of the locking ring 206, so that the balls 220 are pressed into the annular groove by the spring preload of the spring 215, thus creating a locked coupling state , compare figure IC. Without active unlocking via the unlocking ring 210, this latching cannot be canceled.
In Figur 8 ist schließlich eine Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels dargestellt, dass sich von diesem dadurch unterscheidet, dass in die Schnellkupplung eine elektropneumatische Steckkupplung integriert ist. Die elektropneumatischen Steckkupplung 251 besteht aus einem erstem, dem erste Kupplungsteils 1B-MC zugeordneten Stecker 251 A und einem zweiten, dem zweiten Kupplungsteil zugeordneten Stecker 251B, die lösbar miteinander verbunden werden können. Finally, FIG. 8 shows a modification of the third exemplary embodiment, which differs from this in that an electropneumatic plug-in coupling is integrated into the quick-action coupling. The electropneumatic plug-in coupling 251 consists of a first plug 251A associated with the first coupling part 1B-MC and a second plug 251B associated with the second coupling part, which can be releasably connected to one another.
In dem analog dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ausgeführten ersten Kupplungsteil 1B-MC ist der Kopplungszapfen 101 hohl mit einer Zapfenbohrung 249 ausgeführt, wobei das erste Verbindungsteil 251 A fest in der Zapfenbohrung 249 eingebaut ist. Auch die Grundplatte 201 des zweite Kupplungsteils 1A-MC weist mittig eine Bohrung auf, in welcher das zweite Verbindungsteils 251 B fest verbaut ist. Beim Kuppeln beider Kopplungsteile 1A-MC und 1B-MC wird neben der mechanischen Verrastung - wie im vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben - auch ein Steckkontakt der beiden Stecker 251 A bzw. 251 B hergestellt. Über den Steckkontakt können damit elektrische Ströme, Signale und Druckluft ausgetauscht werden. Eine zweckmäßige Anwendung der Verbindungsteile in die elektrischen und/oder pneumatischen Kreise des Exoskeletts bzw. der Tragestruktur 2 ist über die Schnittstellen 250A bzw. 250 B der Stecker 251A/B realisierbar. In the first coupling part 1B-MC designed analogously to the previous exemplary embodiment, the coupling pin 101 is hollow with a pin bore 249 , the first connecting part 251 A being permanently installed in the pin bore 249 . The base plate 201 of the second coupling part 1A-MC also has a hole in the middle, in which the second connecting part 251B is permanently installed. When the two coupling parts 1A-MC and 1B-MC are coupled, a plug-in contact of the two plugs 251 A and 251 B is produced in addition to the mechanical latching--as described in the previous exemplary embodiment. Electrical currents, signals and compressed air can be exchanged via the plug contact. An appropriate application of Connection parts in the electrical and/or pneumatic circuits of the exoskeleton or the support structure 2 can be realized via the interfaces 250A or 250B of the plug 251A/B.
Eine entsprechende Steckkupplung kann auch in jeder der anderen Ausführungsformen zweckmäßig umgesetzt sein. A corresponding plug-in coupling can also be appropriately implemented in any of the other embodiments.
In den bislang dargestellten Ausführungsbeispielen weist das Exoskelett 3 keine aktiven Stelleinheiten zur Größeneinstellung (Höhenverstellung, Seitenverstellung) auf. In hier nicht dargestellten Ausfuhrungsbeispielen kann der Hüftrahmen des Exoskeletts um lateral verfahrbare Seitenteile ergänzt werden, die automatisch über elektromotorische Stelleinheiten verstellt werden können. Ebenso kann das zweite Kupplungsteil des Exoskeletts um eine aktive Stelleinheit ergänzt werden, welche das zweite, höhenverstellbar gelagerte Kupplungsteil, in der Höhe verstellt. Die Verstellung kann dabei bevorzugt dann vorgenommen werden, wenn eine Tragestruktur sich dem Exoskelett nähert oder die Tragestruktur mechanisch mit dem Exoskelett gekoppelt wird, wobei Einstellungsparameter (Größeneinstellungen und/oder Ansteuerungscharakteristiken) in der Tragestruktur bzw. einem in der Tragestruktur eingebetteten Speicher hinterlegt sind, und nachdem die Einstellungsparameter über drahtlos über drahtlose Kommunikationsschnittstellen des Exoskeletts bzw. der Tragestruktur zwischen der Tragestruktur und dem Exoskelett an die Steuereinheit des Exoskeletts übertragen wurden. Eine Annäherung der Tragestruktur an das Exoskelett als auch eine Übertragung der Einstellungsparameter kann bspw. über Bluetooth erfolgen. Änderungen an den Einstellungsparametern, die bspw. manuell über eine Nutzerschnittstelle am Exoskelett vorgenommen werden oder die infolge eines selbstlernenden Regelungsalgorithmus der Ansteuerung des Exoskeletts auftreten, können über die Kommunikationsschnittstellen von dem Exoskelett zurück an einen Datenspeicher der Tragestruktur, in welchem nutzerspezifische Einstellungsparameter hinterlegt sind, übermittelt werden. In the exemplary embodiments presented so far, the exoskeleton 3 has no active adjustment units for size adjustment (height adjustment, lateral adjustment). In exemplary embodiments that are not shown here, the hip frame of the exoskeleton can be supplemented with side parts that can be moved laterally and that can be adjusted automatically via electromotive adjustment units. Likewise, the second coupling part of the exoskeleton can be supplemented by an active adjustment unit, which adjusts the height of the second, height-adjustable coupling part. The adjustment can preferably be made when a support structure approaches the exoskeleton or the support structure is mechanically coupled to the exoskeleton, with setting parameters (size settings and/or control characteristics) being stored in the support structure or in a memory embedded in the support structure, and after the setting parameters have been transmitted wirelessly via wireless communication interfaces of the exoskeleton or the supporting structure between the supporting structure and the exoskeleton to the control unit of the exoskeleton. The support structure can be brought closer to the exoskeleton and the setting parameters can be transmitted via Bluetooth, for example. Changes to the setting parameters, which are made manually via a user interface on the exoskeleton, for example, or which occur as a result of a self-learning control algorithm controlling the exoskeleton, can be sent back from the exoskeleton via the communication interfaces to a data memory in the support structure, in which user-specific setting parameters are stored will.
Durch die hier exemplarisch vorgestellten Ausführungsbeispiele einer Schnellkupplung ist ein schnelles Anlegen und Ablegen eines Exoskeletts ohne großen Aufwand möglich. Entsprechende Exoskelett-Systeme eignen sich insbesondere für Anwendungsgebiete mit häufigen Aufgabenwechsel, in denen nicht immer die Unterstützung durch ein Exoskelett notwendig ist, oder ein Exoskelett mit mehreren Nutzern geteilt werden soll. Alle hier benutzten Richtungsangaben beziehen sich auf die in der Medizin üblichen anatomischen Richtungsangaben aus Körpersicht bzw. im Falle anderer Richtungsangaben auf die üblichen Bezeichnungen in Bezug auf einen stehenden Menschen. The exemplary embodiments of a quick coupling presented here as an example enable an exoskeleton to be put on and taken off quickly and without great effort. Corresponding exoskeleton systems are particularly suitable for areas of application with frequent changes in tasks, in which the support of an exoskeleton is not always necessary, or in which an exoskeleton is to be shared with several users. All directional information used here refers to the anatomical directional information customary in medicine from a body perspective or, in the case of other directional information, to the customary designations in relation to a standing person.
Bezugszeichenliste Reference List
D Aktivierungsschalter (Betätigungseinheit) E elektrostatische Adhäsionskupplung D activation switch (operating unit) E electrostatic adhesion clutch
M magnetische Schnellkupplung M magnetic quick coupling
MC mechanische Schnellkupplung MC mechanical quick coupling
P Person R+ Aufnahmerichtung (Kopplungsrichtung) P Person R+ pick-up direction (coupling direction)
S Schrauben S screws
W Wand w wall
X Kopplungsachse 1 Schnellkupplung X Coupling axis 1 quick coupling
1 A Schnellkupplung (zweites, exoskelettseitiges Kupplungsteil) 1 A quick coupling (second, exoskeleton-side coupling part)
1B Schnellkupplung (erstes, nutzerseitiges Kupplungsteil) 1B quick coupling (first, user-side coupling part)
2 Tragegeschirr 2‘ Verbindungsplatte 2 Harness 2' connecting plate
3 Exoskelett 3 exoskeleton
30 Hüftrahmen/Hüftbügel 30 hip frame/hip bar
31 Rückenplatte 32 Hüftaktuatoren 31 back plate 32 hip actuators
4 Wandhalterung 4 wall bracket
40 Haltebügel 50 Grundkörper 40 retaining brackets 50 basic bodies
51 Verbindungssteg 51 connecting bridge
52 Aufnahmenut 52 receiving groove
53 Elektrode bzw. Elektrodenfläche 53 electrode or electrode surface
60 Grundkörper 60 basic bodies
62 Verbindungsnut 62 connection groove
63 Elektrode bzw. Elektrodenfläche 63 electrode or electrode surface
64 Zentral Steg 65 Verbindungssteg 64 central bar 65 connecting bar
70 Grundkörper 70 basic bodies
71 ferromagneti scher Kern 72 Anschlagsschulter 71 ferromagnetic core 72 stop shoulder
80 Grundkörper 80 basic bodies
81 Zylinderaufnahme 81 cylinder mount
82 Langloch mit nicht gezeigten Führungsbolzen, mechanisch verriegelbar 82‘ Führungszapfen 82 elongated hole with guide bolts not shown, mechanically lockable 82' guide pin
84 Elektromagnet 84 electromagnet
85 Höhenverstellb arer Kontaktb er ei ch 85 Height-adjustable contact area
100 Ringplatte 101 Kopplungszapfen 100 ring plate 101 coupling pin
102 Kugelaufnahme 102 ball mount
103 Führungsfase 103 guide chamfer
200 Grundkörper 201 Grundplatte 200 body 201 base plate
202 Hohlzylinder 202 hollow cylinder
203 Führungsnuten (Kugel) 203 guide grooves (ball)
205 Hülse 206 Sperrring 205 sleeve 206 locking ring
210 Entriegelungsring 210 release ring
211 Sicherungsring 212 Ringsteg 211 retaining ring 212 ring bar
213 Kugelführungsfläche 213 ball guide surface
215 Feder 215 spring
216 Federblech 216 spring plate
217 Konusfläche 217 cone surface
220 Kugel 220 bullet
249 Zapfenbohrung (Kopplungszapfen) 250A Schnittstelle 250B Schnittstelle 249 trunnion hole (coupling trunnion) 250A interface 250B interface
251 Elektropneumatische Steckkupplung 251A erstes Verbindungsteil (Stecker)251 Electro-pneumatic plug-in coupling 251A first connecting part (plug)
251B zweites Verbindungsteil (Stecker) 251B second connector (plug)

Claims

Ansprüche Expectations
1. Schnellkupplung (1) zur lösbaren Kopplung eines Exoskeletts (3) mit einem Nutzer (P), umfassend ein erstes, nutzerseitiges, mit einem Tragegeschirr (2) verbundenes Kupplungsteil (1B) und ein damit kuppelbares zweites, exoskelettseitig an einer Grundstruktur des Exoskeletts (3) verbundenes Kupplungsteil (1A), wobei die1. Quick coupling (1) for detachably coupling an exoskeleton (3) to a user (P), comprising a first coupling part (1B) on the user side, connected to a harness (2) and a second coupling part (1B) that can be coupled thereto, on the exoskeleton side on a basic structure of the exoskeleton (3) connected coupling part (1A), wherein the
Schnellkupplung (1) elektroaktiv (E, M) oder als mechanisch (MC) verrastbare Schnellkupplung ausgebildet ist. Quick coupling (1) is designed electroactively (E, M) or as a mechanical (MC) lockable quick coupling.
2. Schnellkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das exoskelettseitige Kupplungsteil (1A) an einer im Wesentlichen starren Rückenplatte2. Quick coupling (1) according to claim 1, characterized in that the exoskeleton-side coupling part (1A) on a substantially rigid back plate
(31) des Exoskeletts (3) angeordnet ist. (31) of the exoskeleton (3) is arranged.
3. Schnellkupplung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, nutzerseitige Kupplungsteil (1B) an einer im Wesentlichen starren Verbindungsplatte (2') des Tragegeschirrs (2) angeordnet ist. 3. Quick coupling (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the first, user-side coupling part (1B) is arranged on a substantially rigid connecting plate (2') of the carrying harness (2).
4. Schnellkupplung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungsteil (1B) höhenverstellbar in der Rückenplatte (31) des Exoskeletts (3) gelagert ist, insbesondere in einem Langloch (82). 4. Quick coupling (1) according to claim 3, characterized in that the first coupling part (1B) is mounted in the back plate (31) of the exoskeleton (3) so that it can be adjusted in height, in particular in a slot (82).
5. Schnellkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellkupplung (1) über eine Betätigungseinheit (D), insbesondere einen Schalter oder einem Seilzug, gekoppelt und/oder entkoppelt werden kann. 5. Quick coupling (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the quick coupling (1) can be coupled and/or decoupled via an actuating unit (D), in particular a switch or a cable pull.
6. Schnellkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundstruktur des Exoskeletts (3) eine Rückenplatte (31) sowie einen Hüftrahmen (30) aufweist, wobei am Hüftrahmen (30) lateral jeweils ein Aktuator (32) zur Unterstützung einer Beugebewegung des Nutzers angeordnet sein können. 6. Quick coupling (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the basic structure of the exoskeleton (3) has a back plate (31) and a hip frame (30), wherein the hip frame (30) each laterally Actuator (32) can be arranged to support a bending movement of the user.
7. Schnellkupplung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Exoskelett (3) zwei vorzugsweise in der Hochachse frei ver sch wenkbaren und in einer mit einer Beugeachse des Nutzers übereinstimmenden Horizontalachse drehfest mit den Aktuatoren (32) verbundene Oberschenkelanbindungen zur Anlage und Kraftleitung zwischen jeweils einem Oberschenkel und der Rückenplatte (31) aufweist. 7. Quick coupling (1) according to claim 6, characterized in that the exoskeleton (3) has two thigh attachments which are preferably freely pivotable in the vertical axis and non-rotatably connected to the actuators (32) in a horizontal axis which coincides with a flexion axis of the user Power line between each thigh and the back plate (31).
8. Schnellkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellkupplung (1) elektroaktiv als8. Quick coupling (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the quick coupling (1) as an electroactive
Elektroadhäsionskupplung (1-E) ausgebildet ist, wobei das ersteElectroadhesive coupling (1-E) is formed, the first
Schnellkupplungsteil (1B-E) eine elektrostatisch aufladbare Elektrode (53) und das zweite Schnellkupplungsteil (1A-B) eine korrespondierende elektrostatisch aufladbare Elektrode (63) zur Ausbildung eines Kondensators aufweist. Quick coupling part (1B-E) has an electrostatically chargeable electrode (53) and the second quick coupling part (1A-B) has a corresponding electrostatically chargeable electrode (63) for forming a capacitor.
9. Schnellkupplung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Kupplungsteil (1A-E, 1B-E) im Querschnitt rippenförmig ausgebildet sind, insbesondere U-förmig mit zwei Verbindungsstegen (51) oder W-förmig mit drei Verbindungsstegen (64,65). 9. Quick coupling (1) according to claim 8, characterized in that the first and the second coupling part (1A-E, 1B-E) are rib-shaped in cross section, in particular U-shaped with two connecting webs (51) or W-shaped three connecting webs (64,65).
10. Schnellkupplung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (53;63) des ersten und des zweiten Kupplungsteils (1A-E bzw. 1B-E) an Seitenwänden der Verbindungsstege (51;64; 65) angeordnet sind. 10. Quick coupling (1) according to claim 9, characterized in that the electrodes (53; 63) of the first and the second coupling part (1A-E or 1B-E) are arranged on side walls of the connecting webs (51; 64; 65). .
11. Schnellkupplung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das die rippenförmigen Kupplungsteile (1A-E, 1B-E) vertikal angeordnet sind, derart, dass ein vertikaler Höhenversatz zwischen erstem und zweitem Kupplungsteil (1 A-E, 1B-E) für eine stufenlose Höhenverstellbarkeit zwischen erstem und zweitem11. Quick coupling (1) according to claim 9 or 10, characterized in that the rib-shaped coupling parts (1A-E, 1B-E) are arranged vertically, such that a vertical height offset between the first and second coupling part (1 AE, 1B- E) for stepless height adjustment between the first and second
Kupplungsteil (1 A-E, 1B-E) möglich ist. coupling part (1 AE, 1B-E) is possible.
12. Schnellkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kupplungsteil (1A-E, 1B-E) einen12. Quick coupling (1) according to any one of the preceding claims 8 to 11, characterized in that at least one coupling part (1A-E, 1B-E) a
Dauermagneten zur vorläufigen Fixierung und/oder Führung zwischen erstem und zweitem Kupplungsteil (1 A-E, 1B-E) aufweist. Has permanent magnets for provisional fixing and/or guidance between the first and second coupling parts (1 A-E, 1B-E).
13. Schnellkupplung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das nutzerseitige und das exoskelettseitige Kupplungsteil (1A-E; 1B-E) über eine vorzugsweise in die Adhäsionskupplung (1-E) integrierte Elektrokupplung, insb. als Steckkupplung oder als Induktionskupplung, zur gegengleichen Aufladung der Elektroden (53,63) aufweisen, wobei das Exoskelett (3) oder die Tragestruktur (2) eine Energiequelle umfassen. As a Plug-in coupling or as an induction coupling, for charging the electrodes (53, 63) in opposite directions, the exoskeleton (3) or the support structure (2) comprising an energy source.
14. Schnellkupplung (1) nach einem der Ansprüche 8-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenflächen (53, 63) vollumfänglich in einem festen Dielektrikum, insb. einem Kunststoff oder einer Keramik, eingebettet sind. 14. Quick coupling (1) according to any one of claims 8-13, characterized in that the electrode surfaces (53, 63) are completely embedded in a solid dielectric, esp. A plastic or a ceramic.
15. Schnellkupplung (1) nach, einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellkupplung als elektromagnetische Schnellkupplung (1-M) mit einem Elektromagneten (84) im zweiten Kupplungsteil (1A-M) und einem ferromagnetischen, ersten Kupplungsteil (1B-M) oder umgekehrt ausgebildet sind. 15. Quick coupling (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the quick coupling as an electromagnetic quick coupling (1-M) with an electromagnet (84) in the second coupling part (1A-M) and a ferromagnetic, first coupling part (1B -M) or vice versa.
16. Schnellkupplung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundkörper (80) des ersten Kupplungsteils (1B-M) im Wesentlichen zapfenförmig und der Grundkörper (70) des zweiten Kupplungsteils (1A-M) im Wesentlichen ringförmig ausgebildet sind. 16. Quick coupling (1) according to claim 15, characterized in that a base body (80) of the first coupling part (1B-M) is essentially pin-shaped and the base body (70) of the second coupling part (1A-M) is essentially ring-shaped.
17. Schnellkupplung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringzylinder (81) des ringförmigen Kupplungsteils und/oder ein Boden (84) des Ringzylinders (81) über eine Spule des ersten Kupplungsteils (1 A-M) magnetisierbar ist, insb. über eine im Ringzylinder und/oder in dem Boden (84) des Ringzylinders (81) angeordnete Spule. 17. Quick coupling (1) according to claim 16, characterized in that an annular cylinder (81) of the annular coupling part and/or a bottom (84) of the annular cylinder (81) can be magnetized via a coil of the first coupling part (1 AM). via a coil arranged in the annular cylinder and/or in the base (84) of the annular cylinder (81).
18. Schnellkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellkupplung als mechanische Rastkupplung (1-MC) ausgebildet ist, wobei das erste Kupplungsteil (1B-MC) eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme und Führung des zweiten Kupplungsteils (1 A-MC) in einer Aufnahmerichtung (R+) sowie wenigstens ein vorzugsweise quer zur Aufnahmerichtung (R+) verschiebliches Rastelement (220), aufweist, das eine Bewegung des zweiten Kupplungsteils (1A- MC) entgegen der Aufnahmerichtung (R+) verhindert. 18. Quick coupling (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the quick coupling is designed as a mechanical locking coupling (1-MC), the first coupling part (1B-MC) having a receiving opening for receiving and guiding the second coupling part ( 1 A-MC) in a receiving direction (R+) and at least one latching element (220), which can be displaced preferably transversely to the receiving direction (R+), which prevents movement of the second coupling part (1A-MC) counter to the receiving direction (R+).
19. Schnellkupplung (1-MC) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (220) durch eine Federvorspannung einer Feder (215) in einer als Raststellung ausgebildeten Vorzugsposition gehalten wird und durch ein insb. mechanisch betätigbares Entriegelungselement (210) in eine Lösestellung verschiebbar ist. 19. Quick coupling (1-MC) according to claim 18, characterized in that the latching element (220) is held in a preferred position designed as a latching position by the spring preload of a spring (215) and is moved into a Release position is movable.
20. Schnellkupplung (1-MC) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Kopplungsteil (1A-MC bzw. 1B-MC) im Wesentlichen jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet sind zur Kopplung entlang einer die20. Quick coupling (1-MC) according to claim 18 or 19, characterized in that the first and the second coupling part (1A-MC or 1B-MC) are each formed substantially rotationally symmetrical for coupling along one of the
Aufnahmerichtung (R+) definierenden Kopplungsachse (X), wobei das erste Kopplungselement (1B-MC) einen Zylinderkörper (202) mit in dessen Mantelfläche eingebrachten in Richtung der Kopplungsachse (X) verlaufenden Führungsnuten (203) zur Führung von als Wälzkörper ausgebildeten Rastelementen (220) aufweist, wobei die Rastelemente über eine axial wirkende Feder (215) in eine radiale Vorzugsstellung befindlich sind, wobei die Rastelemente (220) über ein axial verschieblichen vorzugsweise als hülsenförmiges Entriegelungsring (210) ausgebildetes Entriegelungselement durch radiale Verschiebung der Rastelemente (220) in eine Lösestellung bringbar sind, und wobei koaxial zum Zylinderkörper (202) um oder in diesen Zylinderkörper ein zapfen- oder hülsenförmiges KopplungselementThe coupling axis (X) defining the receiving direction (R+), the first coupling element (1B-MC) having a cylindrical body (202) with guide grooves (203) introduced in its lateral surface running in the direction of the coupling axis (X) for guiding locking elements (220 ), wherein the latching elements are located in a preferred radial position via an axially acting spring (215), the latching elements (220) being released via an axially displaceable, preferably sleeve-shaped unlocking ring (210) by radial displacement of the latching elements (220) into a Release position can be brought, and wherein coaxially to the cylinder body (202) around or in this cylinder body a pin or sleeve-shaped coupling element
(101) des zweiten Kupplungsteils (1A-C) führbar ist und wobei das Kopplungselement (101) radial rückspringende Aufnahmeflächen (102) zur formschlüssigen Aufnahme der Rastelemente (220) in der Vorzugsstellung aufweist. (101) of the second coupling part (1A-C) can be guided and wherein the Coupling element (101) has radially set-back receiving surfaces (102) for positively locking receiving of the locking elements (220) in the preferred position.
21. Schnellkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Kupplungsteil (1A bzw. 1B) eine elektrische, eine pneumatische oder eine elektropneumatische Steckkupplung (251) mit erstem ersten Verbindungsteil (251A) im ersten Kupplungsteil und einem zweiten Verbindungsteil (251B) im zweiten Kupplungsteil zur unidirektionalen oder bidirektionalen Übertragung von Strom, Signalen und/oder Luft zwischen Exoskelett und Tragestruktur. 21. Quick coupling (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second coupling part (1A or 1B) is an electrical, a pneumatic or an electropneumatic plug-in coupling (251) with a first connecting part (251A) in the first coupling part and a second connection part (251B) in the second coupling part for the unidirectional or bidirectional transmission of power, signals and/or air between the exoskeleton and the support structure.
22. Nutzerseitige Tragestruktur (2) eines Exoskelettsystems mit einem ersten Kupplungsteil (1B) einer Schnellkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 22. User-side support structure (2) of an exoskeleton system with a first coupling part (1B) of a quick coupling (1) according to any one of the preceding claims.
23. Exoskelett (3) eines Exoskelettsystems mit einem zweiten Kupplungsteil (1A) einer Schnellkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 23. Exoskeleton (3) of an exoskeleton system with a second coupling part (1A) of a quick coupling (1) according to any one of the preceding claims.
24. Exoskelettsystem mit einer nutzerseitigen Tragestruktur (2) und einem damit koppelbaren Exoskelett (3), wobei die Kopplung als Schnellkopplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 21 ausgebildet ist. 24. Exoskeleton system with a user-side support structure (2) and an exoskeleton (3) that can be coupled thereto, wherein the coupling is designed as a quick coupling (1) according to one of the preceding claims 1 to 21.
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