用于支撑和减轻使用者手臂的装置的制作方法

本发明涉及一种用于支撑和减轻在使用者右手臂和/或左手臂上的负载的装置，其中，该装置针对身体每一侧包括上部子区域和下部子区域，其中，这些子区域可以通过关节连接，使得上部子区域可围绕关节的水平旋转轴线沿上部空间方向和下部空间方向枢转。特别地，支撑装置的特征在于，其可以在优选地两种不同的状态下操作。

常规的支撑装置是现有技术中已知的，有被称为例如用于支撑使用者的上肢的被动外骨骼。使用者的上肢尤其是使用者的手臂。为了能够确保支撑，这些被动支撑装置经常使用弹性元件的恢复力以便补偿例如上肢的重力。换句话说，重力可以被弹性元件(例如弹簧或弹簧机构)吸收。除了手臂的重力，还可以例如补偿使用者握持在手中的工具或某些其他物体的附加重力。

但是，常规支撑装置的操作原理(基于弹性元件吸收力或补偿力)与如下缺点关联，即由弹性元件提供的支撑力还继续在最终位置起作用，使得使用者的手臂被推出期望的位置。此外，在从现有技术中已知的已知支撑装置中，对于许多活动，支撑力的方向与要进行特定活动时需要的实际所需力的方向不一致。而且，当手臂被降低时，必须克服通常在“向上”空间方向作用的支撑力，这有时被认为是麻烦的或具有挑战性。

因此，本发明的目的是克服常规支撑装置的上述缺点，并且提供一种支撑装置，在该支撑装置中，支撑力在最终位置之外不会继续作用，使得使用者的手臂不被推出期望的位置。还期望的是，在提供的支撑装置中，支撑力的方向与进行特定活动所需的力的方向一致。本发明的另一个目的是，当降低手臂时，不再需要去麻烦地克服优选向上地作用支撑力或补偿力。

此目的是通过独立权利要求1的主题来实现。独立权利要求的主题的有利的实施例可以在从属权利要求中找到。特别地，该目的通过可以在优选地两种不同的状态下操作的支撑装置来实现。

此目的尤其通过一种用于支撑和减轻使用者右手臂和左手臂上的负载的装置来实现，其中，该装置针对身体每一侧包括上部子区域和下部子区域，其中，上部子区域包括具有扶手的手臂支柱，其中，支撑装置的子区域能够通过具有水平旋转轴线的关节连接，使得上部子区域围绕关节的水平旋转轴线沿上部和下部空间方向是可枢转的。该装置的特征在于，关节在第一状态下可沿上部空间方向和下部空间方向枢转，而在第二状态下仅可沿上部空间方向枢转。换句话说，关节可以处于第一状态和第二状态，其中，支撑装置的上部子区域在第一状态下可沿上部和下部空间方向枢转，但在第二状态下仅可沿上部空间方向枢转。出于本发明的目的，优选的是从第一状态转换到第二状态(反之亦然)能够通过声音控制、手势控制或通过使用肌电图(emg)来实现。在本发明特别优选的实施例中，控制装置可以被设置在使用者的颈部区域，优选地，还可以被称为“颈部开关装置”。出于本发明的目的，优选的是颈部开关装置通过使用者的头部移动来控制。换句话说，将支撑装置的关节从第一状态转换到第二状态可以通过使用者的头部移动来实现，其中，相应的控制装置可以被布置在使用者的颈部。

出于本发明的目的，优选的是该装置被称为支撑装置或外骨骼。出于本发明的目的，关节的第一状态可以优选地被称为去激活状态，关节的第二状态被称为激活状态。优选地，装置的上部子区域在第二状态下沿下部空间方向被阻挡。本发明产生的优点是，在第一状态下，使用者沿上部和下部空间方向保持完全自由移动，并且在第二状态下，使用者的手臂被支撑，因为关节沿下部空间方向的移动被阻挡。结果，装置的上部子区域的手臂支柱无法向下移动，并且使用者的(上部)手臂被有效地向下支撑。

出于本发明的目的，优选的是关节在去激活状态下围绕水平轴线沿旋转方向两者均未受阻。换句话说，关节沿两个空间方向均是自由运行状态。出于本发明的目的，旋转方向还被优选地称为空间方向或移动方向。在本发明的背景下，两个空间方向优选地是“向上”空间方向和“向下”空间方向。空间方向可以关于竖直假想轴线被限定，优选地可以由使用者的脊柱限定。“向上”空间方向优选地对应于沿着或平行于这条竖直假想轴线的空间方向，具体地是沿使用者的头部方向，即沿使用者的最高点的方向。如果使用者处于封闭空间，“向上”空间方向优选地指沿空间的天花板的方向。“向下”空间方向优选地对应于沿或平行于这条竖直的虚拟轴线的空间方向，具体地是沿使用者的脚部方向，即沿使用者的最低点的方向。优选地，“向下”空间方向指向支撑装置的使用者站立的地板或地面的方向。

由于关节在去激活状态下沿两个空间方向或移动方向围绕水平轴线均未受阻，因此，支撑装置的上部子区域可以沿两个空间方向(向上和向下)移动。这有利地意味着，使用者具有关于围绕水平轴线移动方面未受限的自由移动，并且在自由移动方面不被限制。在激活状态下，提出的具有两种操作状态的外骨骼以支承表面的形式为使用者提供支撑，因为关节沿一个移动方向被阻挡。受阻的移动方向优选地是“向下”移动方向。由于“向下”移动方向的优选的阻挡，有利地实现对使用者手臂的支撑(手臂优选地搁置在扶手上)。以此方式，使用者可以进行例如在头顶上方的工作，而使用者可以将他们的一只或多只手臂搁置在手臂支柱的扶手上，并且可以在静止位置进行在头顶上方的工作。换句话说，装置的使用者或外骨骼的穿戴者可以进一步升高他们的手臂，其中，手臂在新的位置被有利地向下支撑。

出于本发明的目的，优选的是装置的上部子区域存在于使用者的上手臂下方，并且下部子区域抵靠在使用者的躯干侧。对于身体的每个半部，装置具有上部子区域和下部子区域。优选地，装置被设置用于支撑使用者的两只手臂。然而，出于本发明的目的，还可以优选的是工作过程中，使用提出的装置，仅一只手臂被支撑或被减轻负载。装置的上部子区域包括具有扶手的手臂支柱，使用者的手臂可以搁置在扶手上。优选地，手臂支柱可以包括紧固装置，通过该紧固装置，手臂可以被固定到手臂支柱的扶手。优选地，使用者的手臂和支撑装置的上部子区域可以彼此共同地移动。换句话说，上部子区域的移动和手臂的移动可以彼此联接。下部子区域优选地沿使用者的躯干侧延伸。出于本发明的目的，优选的是下部子区域特别地沿使用者躯干的上部区域延伸。这个上部区域可以位于例如使用者胸部的高度。优选地，支撑装置可以包括另一紧固装置，用于将装置紧固到使用者的躯干。

出于本发明的目的，优选的是支撑装置的上部子区域和下部子区域彼此围成一个角，优选地为钝角。由装置的子区域包围成的角可以位于0到180度之间的范围。出于本发明的目的，优选的是当使用支撑装置时，手臂能够基本上完全自由地移动。例如，手臂可以垂下靠在使用者的身体或躯干上，这优选地对应于0度的角。使用者的手臂还可以被向上伸展成基本上平行于身体，这优选地对应于180度的角。出于本发明的目的，优选的是角度值参考使用者的脊柱来指定，脊柱优选地竖直延伸并且居中存在于使用者身体中。出于本发明的目的，特别优选的是支撑装置的关节在使用者的整个移动范围内被阻挡，其中，移动范围优选地覆盖0到180度的角范围。

出于本发明的目的，优选的是关节的水平旋转轴线存在于手臂的臂弯的附近或使用者的腋下区域。然而，关节还可以被设置在其他位置，例如使用者的肩部区域或使用者的肩部旁边或使用者的肩部上方。换句话说，支撑装置的上部和下部区域可以沿使用者的身体的一侧或躯干的一侧延伸或被布置在身体的侧面附近。优选地，支撑装置的上部子区域在使用者的上臂的下侧延伸，该下侧优选地与使用者的躯干侧相反。优选地，支撑装置的下部区域抵靠在使用者躯干的这侧布置在胸部高度。

在本发明的一个实施例中，优选的是关节被设计用于在自由运行与受阻的空间方向之间切换。出于本发明的目的，这些移动方向被优选地称为“允许的旋转方向”和“受阻的旋转方向”。特别优选的是关节包括棘轮，其中，具有棘轮的关节被设计用于在自由运行与受阻的空间方向之间切换。出于本发明的目的，特别优选的是使用细齿棘轮。

优选地，关节包括适配的棘轮，其中，棘轮被设计用于允许在自由运行与受阻的空间方向之间切换。本发明的上下文中使用的棘轮被优选地适配(而在常规棘轮中并不可能)成使得棘轮可以在自由运行与受阻的空间方向之间切换。在这方面，提出的支撑装置的操作原理与常规的被动外骨骼不同之处在于，提出的支撑装置没有使用弹簧机构来补偿任何力(例如手臂的重力)，而是创造了用于使用者手臂的支撑能力，在本发明的上下文中，使用了沿一个空间方向进行阻挡的关节。因此，在支撑装置的去激活状态下，使用者可以一直将手臂向上移动，移动完全自由。相比之下，在支撑装置的激活状态下，使用者可以将其手臂进一步向上移动，但是无法再沿受阻的移动方向向下移动。在激活状态下，装置或其上部子区域有利地保持在中间静止位置，在此位置，使用者的手臂被装置的上部子区域支撑。出于本发明的目的，优选的是在提出的支撑装置的上下文中，使用的关节优选地包括适配的棘轮。虽然在常规棘轮中，可以在两个旋转方向之间选择，但是在适配的棘轮中，优选的是提出的外骨骼的关节能够在自由运行与受阻的方向之间切换。自由运行优选地对应于去激活状态。出于本发明的目的，优选的是关节在激活状态下沿一个方向吸收力，而沿另一个方向用最小的力滑动。出于本发明的目的，在去激活状态(优选地被称为自由运行状态)下，棘轮内没有齿接合，因此关节在去激活状态下沿两个旋转方向滑动。

出于本发明的目的，优选的是上部子区域能够通过部分齿轮经由联接杆被紧固到下部子区域。这个连接机构(优选地至少包括联接杆和部分齿轮)被设计用于补偿使用者的肩部移动。当使用者提升其手臂时，使用者的肩部或其肩部关节也可以被升高。特别地，一旦手臂被升高超过90度，即当使用者的手臂的多个部分位于肩胛带上方时，肩部或肩部关节的这种升高就会发生。优选地，连接机构确保支撑装置遵循肩部或肩部移动，使得装置的旋转轴线与肩部关节的旋转轴线有利地继续一致。

使用者的肩部移动可以包括例如当使用者工作时肩部被升高。出于本发明的目的，肩部的这种升高还被优选地称为肩部高度。优选地，支撑装置被设计用于让使用者肩部的高度与装置同步。特别地，当上肢被升高时，提出的支撑装置的结构能够使得装置的旋转关节被向上调整高度差δh。这产生的有利结果是高度偏移被补偿。由于肩部高度的这种补偿，支撑装置可以更好地遵循人体的移动，并且允许比没有高度补偿的常规系统为使用者提供如此更加有效得多的支撑。

出于本发明的目的，优选的是肩部的高度从上肢(即手臂)的特定角位置开始。优选地，在这个角位置，支撑装置的直立部件被加长，使得支撑装置的关节遵循肩部关节。这优选地通过机构的设置引发，该机构与手臂的角位置联接并且包括例如至少一个联接杆和部分齿轮。结果，上肢的自然移动组合被有利地保留，并且人体与支持装置之间的附接点被保持。

出于本发明的目的，优选的是支架在套筒内被引导，套筒可围绕竖直轴线旋转。支架可以经由部分齿轮移动，使得套筒和附接的棘轮沿滑动轴承的方向移位。这种移位优选地发生在“向上”空间方向。部分齿轮优选地通过与支撑装置的扶手移动的机械联接而移动。例如，联接杆可以包括开口，开口可以是例如槽缝的形式。开口的设置允许手臂支柱能够被降低，无需在部分齿轮上施加需要的力。优选地，部分齿轮的杠杆可以被设置在开口的一端，结果是经由部分齿轮，扶手的进一步升高引起支架移位。关节可以优选地被脊柱或致动器向上引导。作为机械联接的替代方案，手臂支柱的角位置可以经由合适的传感器系统确定，以便补偿支撑装置的使用者的肩部高度。

联接杆优选地基本上平行于支撑装置的下部子区域延伸，而联接杆与上部子区域围成的角可以根据支撑装置的操作状态或上部子区域和下部子区域彼此围成的角而不同。联接杆优选地连接到部分齿轮。出于本发明的目的，特别优选的是联接杆经由部分齿轮连接到支撑装置的下部子区域。下部子区域优选地包括附接板和支架，附接板和支架形成为基本上平行于彼此。支架可以包括套筒，其中，滑动轴承被设置在支架上，位于套筒上方和下方。在本发明的一个实施例中，优选的是支撑装置的下部子区域包括至少一个滑动轴承，以便确保上部子区域的竖直可调整性。优选地，在本发明的上下文中，滑动轴承的数量可以根据需要改变。

出于本发明的目的，优选的是提出的支撑装置特别于在头上方的高空工作过程中能够减轻使用者的负载。特别地，可以减轻上肢在进行肩部水平上方的活动过程中的负载，其中，特别地，为使用者减轻负载的能力是由于为上臂设置了支承表面而产生的。在去激活状态下，支承表面遵循上肢的移动，无不提供支撑。在激活状态下，提出的支撑装置从下方支撑上臂，而支撑装置继续遵循向上的移动，以便在新的位置在相反的方向同样提供支撑。

优选地，提出的支撑装置可以包括用于激活支撑装置的装置。激活可以例如通过使用者采用典型用于在头上方的工作的头部位置来实现。可以使用激活装置使用这个头部位置的采用来激活支撑装置的功能。完全令人惊讶的是，使用激活装置，可以产生控制提出的支撑装置的能力，因为支撑装置的各个功能可以被激活或去激活。就此而言，激活装置还可以被称为支撑装置的颈部开关装置。为了让使者可以专注于在头上方的工作场所，头部通常会朝向后方倾斜，其中，出于本发明的目的，词语“向后方”优选地被理解成“到颈部”。换句话说，许多使用者于在头上方的工作过程中本能地将其头部后仰到颈部，以便能够最佳地看到他们的手的工作场所。头部到颈部的这种移动可以有利地用于激活支撑装置的各个功能或控制支撑装置。特别地，本发明允许头部移动可以被转化成支撑装置的关节的激活。特别地，激活可以表示使用颈部开关的机械激活。例如，经由两部分式杠杆结构，鲍登线缆可以被移动，这样切换支撑装置的关节。同样，出于本发明的目的，可以优选的是头部的倾斜可以由位置传感器确定，位置传感器集成于例如支撑装置的使用者的头盔或护目镜中。由于合适的致动器技术的设置，支撑装置的关节可以由使用者的头部切换，例如切换到使用者的颈部。

进一步优点将从以下对附图的描述中变得明显。附图、说明书和权利要求包含许多组合的特征。本领域技术人员还将方便地单独考虑这些特征并将它们进行组合以产生有用的进一步组合。

在附图中，相同和相似的部件由相同的附图标记表示。在附图中：

图1示出了本发明的优选配置的示意性图示，特别地是去激活和激活状态的图示

图2示出了支撑装置的优选配置的示意性侧视图

图3示出了棘轮的优选实施例的细节图示

图4示出了支撑装置的优选配置的进一步示意性侧视图

具体实施方式

图1在图像的左半部示出了提出的支撑装置(1)的优选配置的去激活状态，并且在图像的右半部示出了其激活状态。展示了在每种情况下的使用者，使用者想要使用其手臂(2)利用动力工具进行例如在头上方的工作。图1中的示意性图示示出了特别是支撑装置(1)的上部子区域(3)和下部子区域(4)。上部子区域(3)优选地存在于用者的上手臂(2)的内侧，其中，表述“内侧”优选地与手臂(2)没有被升高时手臂面对躯干的一侧相关。出于本发明的目的，手臂(2)面对躯干的这一侧被优选地称为内侧，而躯干面对上臂的侧被称为躯干侧。优选地，支撑装置(1)的下部子区域(4)存在于抵靠在使用者躯干的这一侧。换句话说，支撑装置(1)的下部子区域被设计成由使用者穿戴在躯干的区域，特别地是在胸部高度。

支撑装置(1)的上部区域(3)优选地包括手臂支柱(5)和扶手(6)(在图2中展示)。当支撑装置(1)被使用时，使用者的手臂(2)可以搁置在扶手(6)上。支撑装置(1)的上部子区域(3)和下部子区域(4)经由关节(7)优选地连接在一起。关节(7)优选地布置在旋转轴线(8)上，允许支撑装置(1)的上部子区域(3)相对于下部子区域(4)的水平可枢转性。优选地，水平旋转轴线延伸穿过枢轴点(8)或枢轴点(8)优选地是这条水平旋转轴线的一部分。特别地支撑装置(1)的上部子区域(3)的可枢转性优选地具有的效果是，特别是上部子区域(3)可以沿上部空间方向(9)和下部空间方向(10)移动。出于本发明的目的，优选的是支撑装置(1)的上部子区域(3)能够围绕水平轴线(8)或相应的枢轴点(8)旋转。出于本发明的目的，还可以优选的是支撑装置(1)的上部子区域(3)和下部子区域(4)另外能够围绕竖直轴线旋转，该竖直轴线优选地基本上平行于身体的纵向轴线延伸。

可枢转性在图1中特别地由使用者的手臂(2)的区域中的箭头所指示。在此情况下，向上箭头代表支撑装置(1)的上部子区域(3)向上移动，并且向下箭头代表支撑装置(1)的上部子区域(3)向下移动。在外骨骼(1)的去激活状态下，关节(7)允许两个移动方向(9，10)，即在去激活状态下，两个空间方向(9，10)是允许的旋转方向(11)。

在图1的图像的右半部中，示出了支撑装置(1)的激活状态。在激活状态下，使用者的手臂(2)的向上移动可以继续，即沿上部空间方向(9)。因此，在激活状态下，支撑装置(1)的上部子区域(3)的上部旋转方向(9)表示为允许的旋转方向(11)。在激活状态下，关节(7)沿下部旋转方向(10)被阻挡。因此，在激活状态下，下部旋转方向(10)表示受阻的旋转方向(12)。允许的旋转方向(11)和受阻的旋转方向(12)在图1中用箭头指示。

图2示出了支撑装置(1)的优选配置的示意性侧视图。特别地，展示了支撑装置(1)的子区域(3，4)的结构。展示了手臂支柱(5)和扶手(6)，手臂支柱和扶手形成了支撑装置(1)的上部子区域(3)。还可见的是下部子区域(4)的和关节(7)的进一步构成，该关节将子区域(3，4)连接在一起。关节(7)可以包括特别是棘轮(17)，棘轮优选地可以是细齿棘轮的形式。下部子区域(4)包括特别是支架(19)，支架优选地基本上平行于附接板(18)和联接杆(13)延伸。联接杆(13)优选地连接到支撑装置(1)的上部子区域(3)的手臂支柱(5)。附接板(18)可以通过滑动轴承(15)优选地连接到支架(19)。此外，套筒(16)被布置在支架(19)上，所述套筒(16)能够连接到部分齿轮(14)。

图3示出了棘轮的优选实施例的细节图示。在图3展示的状态下，关节(7)或棘轮处于激活状态。

出于本发明的目的，优选的是关节(7)或棘轮(17)在激活状态下吸收一个方向上的力，而沿另一个方向用最小的力滑动。沿一个方向的力吸收优选地对应于相应的空间方向的阻挡。特别地，关节(7)在激活状态下阻挡向下的旋转方向(10)，以便防止支撑装置(1)的上部子区域(3)在激活状态下向下移动。结果，下部旋转或移动方向(10)对应于支撑装置(1)在激活状态下的受阻的旋转方向(12)。关节(7)的滑动优选地对应于自由或允许的移动方向(11)。在去激活状态下，上部旋转方向(9)和下部旋转方向(10)两者均是允许的旋转方向(11)。具体地，在去激活状态下，棘轮(17)内没有齿相接合，因此，关节(7)在去激活状态下可以沿两个旋转方向(9，10)滑动。出于本发明的目的，允许的旋转方向(11)还优选地被称为自由运行。

图4示出了支撑装置(1)的优选配置的进一步示意性侧视图。

附图标记清单

1装置/支撑装置

2使用者的手臂

3上部子区域

4下部子区域

5手臂支柱

6扶手

7关节

8水平枢轴点或水平旋转轴线

9上部空间方向

10下部空间方向

11允许的旋转方向

12受阻的旋转方向

13联接杆

14部分齿轮

15滑动轴承

16套筒

17棘轮

18附接板

19支架。