可穿戴辅助制造装置的制作方法

本发明涉及一种用于支撑制造工具的可穿戴辅助制造装置，特别是在制造飞机或航天器的过程中用于帮助技术人员握持制造工具。

背景技术：

所述辅助制造装置包括本体单元和臂件。所述本体单元包括用于在正常的希望的穿戴位置将所述本体单元紧固至技术人员的背部的紧固装置。所述臂件具有细长的形式，以及优选为圆形、椭圆形或多边形的横截面且沿其长度优选为恒定的直径。然而，所述直径也可沿其长度改变，连续地或逐渐地，以便提供具有不同直径的各种区段。所述臂件具有连接到所述本体单元的连接端和与连接端相对的工具端。所述臂件在工具端包括一个用于将制造工具安装到臂件上的安装装置。

用于在各种技术装置的制造过程中支撑沉重的制造工具的类似制造辅助装置在本领域中是公知的。例如，第三臂装置或零重力臂装置是已知的，包括用于握持制造工具如钻头的臂件，以帮助技术人员握持工具，特别是当工具具有相当大的重量并且必须由技术人员握持一段较长的时间时。所述臂件可以安装在被制造的技术装置本身上，或者安装在单独的支撑支架上。

可替代地，所述臂件也可以被安装到一个被紧固到技术人员身体上的本体单元上，由此技术人员可以随身携带其臂件且沿着待制造的技术装置相对于他的位置是灵活的。被紧固到技术人员的身体上的所述第三臂装置或零重力臂装置经常与外骨骼装置组合使用，所述外骨骼装置进一步支持技术人员在制造工具和第三臂装置或零重力臂装置的负荷下移动他的身体。

然而，对于诸如飞机或航天器的一些特定的技术装置，其中技术人员必须执行大量的架空(overhead)工作和在狭窄的空间工作，他必须跪下来或以弯曲的姿势工作，已知的辅助制造装置是不实用的，因为它们需要大量围绕技术人员躯干的紧固装置，且臂件被安装在技术人员的髋关节或胸部，并从那里向上在他的身体前方延伸，这样既笨重又不利于架空工作和在狭窄空间中工作，特别是当必须避免在制造工具或辅助制造装置和飞行器或航天器的结构部件之间的碰撞以避免在结构部件上造成损坏时。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种可穿戴的辅助制造装置，它具有可能简单的和细长的构造，且对于架空的和在狭窄空间中的工作是特别实用的。

这个目的按以下实现，当本体单元在穿戴位置被紧固到技术人员的背部且所述臂件优选地在其处于未变形的放松状态中的中立位置时，所述臂件从在本体单元处的连接端在肩部之上延伸和横向穿过技术人员的头部，使得工具端优选地在技术人员的视野中而无需转动或倾斜其头部，即在直视前方时，且在他的至少一个手臂的半径范围内。

换言之，所述本体单元的顶部边缘指向顶部，即在技术人员的头部上方在其身体的垂直方向中，并且所述臂件延伸超出所述顶部边缘或连接到在这个顶部边缘处的所述本体单元，优选地在偏离中心位置，使得所述臂件可以前进到技术人员的右肩或左肩。

以这样的方式，制造工具可通过本体单元和所述臂件支撑，所述本体单元被紧固在技术人员背部，所述臂件从技术人员的背部在其肩部之上延伸到其视野中握持制造工具的一个位置处。没有辅助制造装置的笨重部件在技术人员的躯干前方或沿其侧边延伸，从而使技术人员可以很容易地弯腰或跪下来工作，而不受辅助制造装置妨碍。此外，带着制造工具进行架空工作被简化了，因为所述臂件人已经将制造工具握持在所述头部前面或比所述头部还高的位置上。此外，辅助制造装置的非常简单的结构是可行的，因为所述臂件的位置和路线甚至不要求在所述工具端和连接端之间的用于使制造工具工作的明显铰链。

根据一个优选的实施方案，所述臂件具有柔韧性，允许其以这样的方式弹性弯曲：所述工具端可以在10和50厘米之间、优选地20至40厘米之间、更优选地约30厘米的半径范围内移出其中所述臂件未变形的或放松的中立位置，而所述本体单元不被移动。特别是，所述臂件的从所述本体单元的顶部边缘到所述工具端测量的长度在50和100厘米之间，优选地在65和85厘米之间，更优选地约75厘米；其直径为1至10厘米，优选地为2至5厘米，更优选地为约3厘米；其材料的杨氏模量低于5千牛顿/毫米²，优选低于1千牛顿/毫米²，更优选低于0.5千牛顿/毫米²，再优选低于0.1千牛顿/毫米²，最优选低于0.05千牛顿/毫米²。以这样的方式，所述制造工具在所述臂件的工具端安装到安装装置，可以在制造过程中在所需的半径范围内靠臂件的弹性移动。同时，所述臂件的刚性足够高，使得技术人员可以将双手离开制造工具和且制造工具仍然由所述臂件握持在其视野范围内，即使它在制造工具的重量下弯曲。

根据另一个优选的实施方案中，所述臂件的材料是较软的，即具有比铝、特别是比用于飞机结构的典型铝合金例如7075铝合金较低的硬度。优选地，所述臂件的材料也比cfrp和gfrp结构的普通基体材料例如聚合物树脂更软。进一步优选地，所述臂件的材料比在飞机机身中用于连接电缆和管道的普通塑料材料例如聚醚醚酮(peek)材料更软。最优选地，所述臂件的材料比用于电缆绝缘的典型塑料材料更软。特别地，所述臂件材料的肖氏硬度在70和90之间，优选地在75和85之间，最优选为81。以这种方式，所述臂件不能损害在例如飞机或航空器中任何由铝或纤维复合材料制成的结构件，当上述臂件偶然接触这些结构件时。

在另一个优选的实施方案中，所述臂件是一体式形成的。这表示该臂件是整体形成的，且不是由例如可能通过铰链彼此连接的多个分开的部分组成。通过所述一体式形成，所述臂件具有非常简单的结构，不需要是昂贵的，并且所述臂件的弹性是由材料本身提供的。

根据另一个优选的实施方案，所述臂件具有沿其长度的均匀的刚度，且优选具有恒定的直径。以这样的方式可以获得所述臂件的非常简单的结构，和可以提供在负载下沿着从连接端到工具端的长度的所述臂件的预定的均匀偏转。

在又一个优选的实施方案中，所述臂件由单个材料形成。本发明所指的单个材料也包括复合材料，特别是纤维复合材料。以这样的方式可以提供所述臂件的尽可能简单的结构，且提供可靠的均匀的材料性能，如弹性。

在另一种优选实施方案，所述臂件由多个部件形成，其中各个部件组分由不同材料制成。以这样的方式，所述臂件的弹性可以适应特殊要求。

特别地，所述部件优选地被可拆卸地连接。以这样的方式，提供了所述臂件的模块化结构，其中所述部件的弹性可以适应由具有所需刚度的各部件的相应组合的变化的要求。

根据进一步优选的实施方案，所述臂件的材料选自发泡件、cfrp、gfrp或例如竹子的木材，特别是聚乙烯发泡件，如由位于德国林特尔恩(rinteln)，d-31737的polyformkunststofftechnickgmbh&co.kg公司提供的pepf663。这些材料可以提供所需的弹性特性。另外，发泡材料具有柔软的表面，使得它不会在要制造的飞行器或航空器上造成任何损坏。优选地，所述本体单元由与所述臂件相同的材料形成，从而获得所述辅助制造装置的非常简单的结构。

在又一个进一步优选的实施方案中，所述臂件是第一臂件，其连接端是第一安装端，其工具端是第一工具端，并且其安装装置是第一安装装置。所述辅助制造装置包括第二臂件，其优选被构造为类似于第一臂件，并且具有连接到本体单元的第二连接端和与第二连接端相对的第二工具端。在第二工具端提供了第二安装装置，用于将制造工具安装在第二臂件上。当本体单元在穿戴位置被紧固到技术人员的背部时，所述第二臂件在所述本体单元处从第二连接端在肩部之上延伸和横向穿过技术人员的头部，使得工具端在技术人员的视野中而无需转动或倾斜他的头部。在其上第二臂件延伸的肩部与在其上第一臂件延伸的肩部相对。第一和第二固定装置可被连接到同一个制造工具上或连接到两个单独的制造工具上。以这样的方式任一种重型制造工具可以由两个臂件支撑，或者两个分开的制造工具可以同时在技术人员的头部前方得到支撑，当必须以交替的方式使用两个不同的制造工具时这样可能是有利的。

根据进一步优选的实施方案，提供了一种调整绳，它被连接到在本体单元处的第一绳连接器和在所述臂件处的第二绳连接器，优选以这样一种方式：它与所述本体单元和臂件一起形成三角形。在第一绳连接器和第二绳连接器之间测得的调整绳的长度是可调的，使得所述本体单元相对于臂件的角度位置依靠柔性臂件的恢复力是可调的。调整绳优选地由柔性材料制成，特别是可弯曲的材料，包括塑料。在第一和第二绳连接器之间的调整绳的长度是可调的，例如，通过在第一和/或第二绳连接器的棘轮机构，或者当调整绳被加倍，即双向穿过时，通过在调整绳的两端之间的棘轮机构。通过用调整绳调整所述臂件相对于本体单元的角位置，所述制造工具的位置可以适合于特定技术人员的需要，即使他的手离开工具时。

在进一步优选的实施方案中，所述本体单元被形成为背包，其中所述紧固装置被形成为带子，其被配置为围绕技术人员的手臂和肩膀和/或臀部和/或腿部。在这方面，当皮带在正常的预期位置前进围绕技术人员的肩膀、臀部或腿部时，所述穿戴位置被限定为使得本体单元的顶部边缘指向顶部。作为皮带的替代方案，所述本体单元也可以集成在一个夹克中，以便将本体单元固定到技术人员的背部，使得所述夹克形成紧固装置。通过这种带子或夹克，本体单元可以在固定的可靠的穿戴位置被紧固到技术人员的背部。

在又一个进一步优选的实施方案中，所述臂件可拆卸地连接到本体单元。以这样的方式，可以获得所述辅助制造装置的模块化结构，其中具有不同几何形状和刚性的多个臂件可以被安装在本体单元上，有利于不同情况的实际要求。例如，所述臂件的连接端和本体单元的连接可以是螺钉连接，其中螺杆延伸穿过在连接端中和在本体单元中的对齐孔，也可以是线夹连接，其中该连接端被夹紧在本体单元的钳爪之间，或者是卡扣连接，其中该连接端的卡锁与在本体单元的相应凹部接合。

根据又一个优选的实施方案，所述臂件由绳索支承，其被引导沿着所述臂件的上侧以沿所述臂件在其长度方向上移动。所述绳索的第一端被靠近刀具端连接(即固定安装)到所述臂件，且所述绳索的第二端连接到位于所述本体单元中的恢复元件，用于靠在工具端安装到所述臂件上的所述制造工具的重量提起或直立所述臂件。所述恢复元件可以包括例如弹性元件和/或链块机构和/或配重和/或致动器。以这样的方式，所述臂件的弹性由所述绳索支持，特别是在重型制造工具的情况下，以便不被弯曲超过一定限度。

特别地，优选的是，所述臂件包括通过铰链在臂件的长度方向上彼此连接的多个臂区段。这些铰链也可以由具有较低硬度或较小直径的区段形成，使得它们比所述臂区段更具柔韧性。多个绳索，优选为至少三个绳索，被引导沿着所述臂件从连接端到工具端以沿着臂件在长度方向上移动，使得每个绳索经由至少一个导向装置连接到每个臂区段，这可能被形成为例如凸耳(lug)。当在该臂件垂直于其长度方向的横截面中观察时，绳索沿着臂件的圆周优选地通过相等或重复的距离彼此分开。以这样的方式，通过以特定的方式移动不同绳索，不同的臂区段可以被相对于彼此移动，如弯曲，使得所述臂件的方向和形状可以调节，以便调整被安装到工具端的制造工具的位置。一些或所有的绳索可以通过设置在本体单元上的主动致动器移动，而其它的绳索可以被动连接到弹性元件、链块机构或配重。

附图说明

在下文中，本发明的若干实施例通过图示更详细地描述。在附图中：

图1是由技术人员穿着的根据本发明的辅助制造装置的第一实施方式的正视图。

图2是图1所示的实施例的侧视图。

图3是在制造飞机机身期间与制造工具一起使用的图1所示的实施例的侧视图。

图4是根据本发明的辅助制造装置的第二实施例的侧视图，其中所述臂件由不同材料制造的多个部件形成。

图5是根据本发明的辅助制造装置的第三实施例的正视图，其中包括两个臂件。

图6是根据本发明的辅助制造装置的第四实施例的侧视图，其中包括调整绳。

图7是根据本发明的辅助制造装置的第五实施例的侧视图，其中臂件由绳所支承。

图8是图7所示的实施例的正视图。

图9是根据本发明的辅助制造装置的第六实施方式的正视图，其中所述臂件包括由多个绳索控制的多个臂区段。

图10是图9所示的实施例的臂件的详细视图。

具体实施方式

图1和2中示出了由技术人员5穿戴的可穿戴辅助制造装置1的第一实施例，用于支撑在飞机或航天器的制造过程中的制造工具3。

辅助制造装置1包括本体单元7和臂件9。本体单元7包括紧固装置11，用于将本体单元7在穿戴位置15紧固到技术人员5的背部13，如图1和2所示。在本实施例中，本体单元7被形成为一个背包，其中，所述紧固装置11被形成为带子，其被构造成围绕技术人员5的肩部17经过。细长臂件9具有连接到本体单元7的连接端19和与连接端19相对的工具端21。在工具端21设置了用于将制造工具3安装到臂件9的安装装置23，如图3所示图。当本体单元7在穿戴位置15被紧固到技术人员5的背部13且臂件9处于其中它是在未变形的放松状态下的空档位置25时，所述臂件9从在本体单元7处的连接端19在肩部17之上延伸和横向经过技术人员5的头部27，使得工具端21在该技术人员5直视前方时在他的视野中而无需转动或倾斜头部27，并且也在其臂部29的至少一个的半径范围内，使得他能够握持被所述安装装置23安装到在臂件9的工具端21的制造工具3(参见图2和3)。如图1和2所示，本体单元7具有顶部边缘31，当本体单元7在穿戴位置15被紧固到技术人员5的背部13时所述顶部边缘指向顶部，并且臂件9延伸超出这个顶部边缘31，其在本实施例的情况下在这个顶部边缘31被连接到本体单元7。

如图3所示，当本体单元7在穿戴位置15位于其背部13时，随着臂件9在肩部17之上延伸和横向经过其头部27，技术人员5能够方便地使用辅助制造装置1，即使在狭窄的空间如飞机机身33的货舱中，在那里他必须以跪下来或向前弯腰的姿势工作，或者在从事架空作业时。制造工具3由臂件9在他的头部27前面或略高于他的头部27稳定握持在他的视野中，且不会有辅助制造装置1的部件行进到他的躯干35周围或前面以可能妨碍他或造成被制造飞机的损坏。

图1-3所示的实施例的臂件9形成为一体式单个材料，即polyformpepf663聚乙烯发泡材料，使得它具有沿其长度均匀的刚度。此外，臂件9具有圆形或方形的横截面，包括沿其长度恒定的直径。以这样的方式所述臂件9的柔韧性允许它弯曲以使得所述工具端21可以在约30厘米的范围内移出中立位置25，其中所述臂件9是未变形的或放松的。臂件9的从本体单元7的顶部边缘31到工具端21测量的长度为约75厘米，直径为约3厘米，且其材料的杨氏模量低于0.1千牛顿/毫米2(kn/mm2)。臂件9的聚乙烯发泡材料比铝和普通纤维复合材料更软，因此，它不会导致要制造的飞行器或航空器的任何损坏。此外，臂件9可拆卸地连接到本体单元7，由此获得了辅助制造装置1的模块化结构，其中具有不同几何形状和刚度的多个臂件9可以根据形势的实际要求更换和安装在本体单元7上。

图4中示出根据在本发明的辅助制造装置1的第二实施例，其中相应的特征由与第一实施例相同的参考标号表示。

第二实施例与第一实施例的不同在于臂件9由多个部件37形成，其中每个部件37由不同材料形成。此外，不同的部件37彼此可拆卸地连接，使得臂件9的刚性可以通过合并特定的部件37以适应不同的要求，这些部件37一起构成所要求的刚度。

图5示出根据本发明的辅助制造装置1的第三实施例中，其中相应的特征由与之前的实施例相同的参考标号表示。

第三实施例与第一实施例的不同在于，它包括两个不同的臂件9a、9b。特别是，臂件9被定义为第一臂件9a，其连接端部19被限定为第一连接端部19a，其工具端21被定义为第一工具端21a，且其安装装置23被定义为第一安装元件23a。辅助制造装置1包括类似于第一臂件9a的第二细长臂件9b，其具有连接到本体单元7的第二连接端19b和与第二连接端19b相对的第二工具端21b，其中在第二工具端21b设置了用于将制造工具3安装在第二臂件9b上的第二安装装置23b。当本体单元7在穿戴位置15紧固到技术人员5的背部13时，如图5所示，第二臂件9b从在本体单元7处的第二连接端19b在肩部17之上延伸和横向经过技术人员5的头部27，使得第二工具端21b在该技术人员5的视野中而不需转动或倾斜其头部27，类似于第一工具端21a。在其上第二臂件9b延伸的肩部17与在其上第一臂件9a延伸的肩部17相对。通过第二臂件9b，重型制造工具3可以另外被支撑，或者与安装到第一臂件9a上的第一制造工具3不同的第二制造工具3可以同时得到支持。

图6示出根据在本发明的辅助制造装置1的第四实施例，其中相应的特征由与前面的实施例相同的参考标号表示。

第四实施例与第一实施例的不同主要在于提供了调整绳39，它以这样的方式连接到在本体单元7处是第一绳连接器41和在臂件9处的第二绳连接器43：它与本体单元7和臂件9一起形成三角形。在第一绳连接器41和第二绳连接器43之间测得的调整绳39的长度45是可调节的，使得臂件9相对于本体单元7的角度位置依靠柔性臂件9的恢复力是可调的。在本实施例的情况下，第一和第二绳连接器41、43之间的调整绳39的长度45是通过设置在第二绳连接器43处的棘轮机构47调节的。

图7和8示出根据本发明的辅助制造装置1的第五实施例，其中，相应的特征由与之前的实施例相同的参考标号表示。

第五实施例与第一实施例的不同在于臂件9由绳索49支撑，所述绳索被引导沿着臂件9的上侧51。绳索49的第一端53在工具端21附近连接到臂件9，绳索49的第二端55连接到设置在本体单元7处的恢复元件57。如图8所示，在本实施例中的恢复元件57与弹性元件61或配重63一起形成为链块机构59，使得恢复元件57施加恢复力到绳索49上，这转而导致使臂件9竖起或至少支持其刚度的提升力。

图9和10示出根据本发明的辅助制造装置1的第六实施例，其中相应的特征由与之前的实施例相同的参考标号表示。

第六实施例与第五实施例的不同在于臂件9包括通过铰链67彼此连接的多个臂区段65。此外，多个绳索49被引导沿着臂件9从连接端19到工具端21，使得每个绳索49通过至少一个引导装置69分别连接到每个臂区段65，所述引导装置在本实施例中形成为凸耳。在图10a)中显示了包括三个臂区段65的臂件9以及引导绳索49的引导装置69。如图10b)-d)所示，绳索49沿着臂件9的圆周彼此分开相等或重复的距离，在从臂件9的垂直于其长度方向的横截面71观看时。在图10b)-d)中显示了与相应的臂部分65关联的三个不同的横截面71，其中在图10b)中显示了沿带有工具端21的臂区段65的圆周设置的、等距离分开的三个绳索49，图10c)中显示在臂区段65的中部、等距离分为两组的六个绳索49，且在图10d)中显示围绕带有连接端19的臂区段65的圆周设置的、等距离分为三组的九个绳索49。

三个臂区段65可以通过相应绳索49的可以通过致动器73引起的被限定的运动而彼此移动。然而，一些绳索49也可以被连接到被动弹性元件61、链块机构59或配重63(图9中在本体单元7只可看到一个绳索，它是由致动器73、链块机构59和弹性元件61控制的)。