Die vorliegende Erfindung betrifft ein Exoskelett für einen Menschen zu dessen Bewegungsunterstützung und/oder Erweiterung seines Bewegungs- und Fortbewegungsspektrums sowie ein Verfahren zum Betrieb und zur Handhabung eines solchen Exoskeletts.

Mit Körperteilen von Personen gekoppelte Exoskelette werden zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt, etwa um der Person Aktivitäten zu ermöglichen, die sie ohne das Exoskelett nicht oder nur eingeschränkt ausführen könnte, etwa das Heben schwerer Lasen oder andere schwere körperliche Tätigkeiten. Durch den Einsatz von Exoskeletten können Überlastungsschäden am menschlichen Körper, die durch körperliche Arbeiten ausgelöst oder verursacht werden, tendenziell vermieden und manche Tätigkeiten überhaupt erst ermöglicht werden, für die unter normalen Umständen die körperlichen Kräfte und/oder die körperliche Ausdauer nicht ausreichten.

Wenn Exoskelette generell als besondere Ausprägungen von Maschinen zur Bewegungsunterstützung von Personen angesehen werden können, so fallen unter diese Begrifflichkeit auch andere Einrichtungen, etwa Prothesen aller Art, aber auch Rollstühle. Sofern die Prothesen mit motorischer Unterstützung arbeiten, können sie ebenso als eine besondere Bauform von Exoskeletten betrachtet werden. Auch elektrisch angetriebene Rollstühle weisen zahlreiche Gemeinsamkeiten mit Exoskeletten auf, so etwa die Mensch-Maschine-Schnittstelle und die notwendigen Eingabeeinrichtungen, um die Bewegungswünsche der im Rollstuhl sitzenden Person an die Maschine zu übermitteln.

Zwar sind zahlreiche Bauformen von motorisch unterstützten Prothesen, von Exoskeletten sowie von Rollstühlen bekannt geworden, teilweise in unterschiedlichen Kombinationen der für die jeweilige Kategorie typischen Eigenschaften und Fähigkeiten, doch fehlt es in der Praxis insbesondere an Konzepten, um Personen mit eingeschränkten motorischen Fähigkeiten, etwa aufgrund von Lähmungen ein universell einsetzbares Hilfsmittel zur Verfügung zu stellen, das unterschiedlichen Bewegungs- und Fortbewegungsanforderungen gleichermaßen genügen kann.

Während es bei Rollstühlen in erster Linie darum geht, körperlich eingeschränkten Personen ein gewisses Maß an persönlicher Mobilität zu ermöglichen, kann die Motivation beim Einsatz von Exoskeletten noch darüber hinausgehen. So kann eine wichtige Motivation beim Tragen und Benutzen von Exoskeletten die Wiedererlangung einer Gehfähigkeit von körperlich entsprechend eingeschränkten Personen sein, beispielsweise von Personen mit teilweiser oder vollständiger Querschnittslähmung, von Schlaganfallpatienten, von älteren Menschen oder sämtlichen weiteren Personen, deren Gehfähigkeit zumindest eingeschränkt ist.

Es kann daher als ein vorrangiges Ziel der Erfindung angesehen werden, bei einem das menschliche Gehen unterstützenden Exoskelett das Spektrum der Fortbewegungsarten und/oder -Varianten zu erweitern, ohne dass hierfür aufwendige Umbauarbeiten notwendig oder ein zeitaufwendiger Wechsel der die Fortbewegung unterstützenden oder ermöglichenden Maschine notwendig werden.

Dieses Ziel der Erfindung wird mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

So schlägt die Erfindung zur Erreichung des genannten Ziels ein Exoskelett für eine menschliche Person zu deren Bewegungsunterstützung und/oder zur Erweiterung des Bewegungs- und Fortbewegungsspektrums der Person mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 vor. Wenn hier und im Zusammenhang der folgenden Beschreibung nur ganz allgemein von einer Bewegungsunterstützung einer das erfindungsgemäße Exoskelett tragenden Person die Rede ist, so sei an dieser Stelle klargestellt, dass damit durchaus auch die Wiedererlangung einer zuvor nicht vorhandenen oder verlorengegangenen Gehfähigkeit der das Exoskelett tragenden Person gemeint sein kann. So können bspw. gelähmte Personen, die zuvor durch Benutzung eines Rollstuhls zwar grundsätzlich wieder eine gewisse persönliche Mobilität erlangen konnten, nunmehr durch Benutzung eines erfindungsgemäßen Exoskeletts darüber hinaus auch in die Fähigkeit versetzt werden, den aufrechten Gang auszuüben, Treppen zu steigen oder auch sonstige Hindernisse zu überwinden.

Das erfindungsgemäße Exoskelett umfasst zumindest ein den Rumpf der betreffenden Person, die das Exoskelett trägt, stützendes und am Rumpf der Person verankertes Rumpfmodul, zwei sich an das Rumpfmodul anschließende und damit jeweils gelenkig verbundene Oberschenkelabschnitte, jeweils sich an die Oberschenkelabschnitte anschließende und jeweils gelenkig mit diesen verbundene Unterschenkelabschnitte sowie jeweils sich an die Unterschenkelabschnitte anschließende, jeweils gelenkig mit diesen verbundene und jeweils einen Fuß der betreffenden Person stützende und aufnehmende Fußbereiche.

Weiterhin ist bei dem Exoskelett vorgesehen, dass sich erste Verbindungsgelenke mit zugeordneten ersten Antriebsmotoren zur gelenkigen Verbindung und/oder zur motorischen Bewegungsunterstützung zwischen dem Rumpfmodul und den jeweiligen Oberschenkelabschnitten bei an der betreffenden menschlichen Person angelegtem Exoskelett in etwa im Bereich der Hüftgelenke des Menschen befinden.

Zudem befinden sich zweite Verbindungsgelenke mit zugeordneten zweiten Antriebsmotoren zur gelenkigen Verbindung und/oder zur motorischen Bewegungsunterstützung zwischen den jeweiligen Oberschenkelabschnitten und den jeweils zugehörigen Unterschenkelabschnitten bei am Menschen oder an der Person angelegtem und für einen Gehmodus vorbereitete Exoskelett in etwa im Bereich der Kniegelenke des Menschen oder der Person.

Weiterhin befinden sich dritte Verbindungsgelenke zur gelenkigen Verbindung zwischen den jeweiligen Unterschenkelabschnitten und den jeweils zugehörigen Fußbereichen bei an der Person angelegtem Exoskelett in etwa im Bereich der Fußknöchelgelenke der Person.

Somit handelt es sich bei dem hier definierten Exoskelett zunächst um ein solches Exoskelett, das mit dem Rumpf und mit beiden Beinen der Person verbunden ist und dessen gelenkig miteinander verbundenen Abschnitte entsprechend gestaltet sind, um die Beine der Person zu umschließen, zu stützen bzw. zu führen und somit den Beinen im Rahmen ihrer herkömmlichen Beweglichkeit eine Hilfe oder Unterstützung bieten zu können oder um zumindest einen Teil der üblichen Beinbewegungen überhaupt erst zu ermöglichen.

Den Unterschenkelabschnitten und/oder den Kniegelenken sind motorisch antreibbare Räder zugeordnet, die in einem Gehmodus des Exoskeletts bei auf dem Boden stehender oder sich mittels Geh- und/oder Schreit- und/oder Steig- und/oder Laufbewegungen fortbewegender Person inaktiv sind und sich in einer vom Boden und/oder vom Fußbereich des Exoskeletts distanzierten Position befinden. Die Räder sind zudem in einem Rollmodus des Exoskeletts aktiviert und/oder motorisch angetrieben und befinden sich in einem Bodenkontakt. Der Grundaufbau des erfindungsgemäßen Exoskeletts ist dadurch charakterisiert, dass zusätzliche Räder vorgesehen sind, die jeweils über einen motorischen Antrieb verfügen, der aber im Gehmodus des Exoskeletts nicht zum Einsatz kommt. Außerdem sind die Räder im Gehmodus des Exoskeletts inaktiv und stehen nicht im rollenden Bodenkontakt, so dass sie sich weitgehend funktionslos in einem Bereich zwischen den Fußgelenken und den Kniegelenken befinden, wahlweise auch unmittelbar an den Kniegelenken. Sofern das Exoskelett in einen Rollmodus überführt werden soll, weil sich die mit dem Exoskelett ausgestattete oder das Exoskelett tragende Person schneller fortbewegen will, als im Gehmodus möglich wäre, befinden sich die Räder in Bodenkontakt und der motorische Antrieb ist aktiviert.

Wahlweise können bei dem erfindungsgemäßen Exoskelett auch den dritten Verbindungsgelenken jeweils dritte Antriebsmotoren zur motorischen Bewegungsunterstützung der gelenkigen Verbindung zwischen den jeweiligen Unterschenkelabschnitten und den jeweils zugehörigen Fußbereichen zugeordnet sein. Allerdings sind diese dritten Antriebsmotoren nicht als zwingend vorhandenes Merkmal anzusehen, da anstelle solcher dritter Antriebsmotoren an der gelenkigen Verbindung zwischen den jeweiligen Unterschenkelabschnitten und den jeweils zugehörigen Fußbereichen auch eine alternative Ausgestaltung denkbar ist, bei welcher eine passive Bewegungssteuerung in den entsprechenden Fußgelenken des Exoskeletts denkbar ist, die ähnlich einer Gelenkgestaltung bei Fußprothesen die üblichen Gehbewegungen unterstützt und sich hierbei ähnlich verhält wie der menschliche Fuß.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die drei beschriebenen Verbindungsgelenke bzw. auf lediglich drei Antriebsmotore beschränkt. So kann es durchaus sein, dass das Exoskelett mehr als drei Verbindungsgelenke bzw. mehr als drei Antriebsmotore umfasst, um die Anzahl an Freiheitsgraden für die unteren Extremitäten entsprechend zu erhöhen.

Bei einer ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Exoskeletts sind die motorisch antreibbaren Räder den Kniegelenken zugeordnet und/oder in Nähe der Kniegelenke positioniert. Bei dieser ersten Variante sind die Räder jeweils fest verankert, und zwar unmittelbar im Bereich oder in der Nähe der Kniegelenke, wo die Oberschenkelabschnitte und die Unterschenkelabschnitte jeweils gelenkig miteinander verbunden sind.

Die zweiten Verbindungsgelenke des Exoskeletts mitsamt den ihnen zugeordneten und/oder in ihrer Nähe positionierten motorisch antreibbaren Rädern sind bei dieser ersten Variante im Gehmodus des Exoskeletts bei auf dem Boden stehender oder sich mittels Geh- und/oder Schreit- und/oder Steig- und/oder Laufbewegungen fortbewegender menschlicher Person den Kniegelenken des Trägers zugeordnet und folgen den Kniebewegungen bei den Geh- und/oder Schreit- und/oder Steig- und/oder Laufbewegungen der Person und/oder unterstützen die Kniebewegungen mittels der zweiten Antriebsmotoren in motorischer Weise.

Wie weiter unten noch näher ausgeführt wird, können die den zweiten Gelenken oder Kniegelenken zugeordneten zweiten Antriebsmotoren im Gehmodus des Exoskeletts die Kniegelenke unterstützen, während sie im Rollmodus des Exoskeletts gleichzeitig als Antriebsmotoren für die Antriebsräder dienen können.

Neben dem Gehmodus verfügt das Exoskelett auch über den erwähnten Rollmodus, der bei der hier beschriebenen ersten Ausführungsvariante des Exoskeletts dadurch charakterisiert ist, dass die zweiten Verbindungsgelenke mitsamt den ihnen zugeordneten und/oder in ihrer Nähe positionierten motorisch antreibbaren Rädern von den Kniegelenken des Menschen distanziert sind. Außerdem befinden sich die den zweiten Gelenken zugeordneten Räder in diesem Rollmodus des Exoskeletts im Bodenkontakt und sind jeweils motorisch angetrieben. Zudem befindet sich der mit dem Exoskelett verbundene Mensch im Rollmodus in sitzender Position.

Der Rollmodus sieht vor, dass die Oberschenkelabschnitte in etwa vertikal ausgerichtet sind und dass die damit gelenkig verbundenen Unterschenkelabschnitte in etwa horizontal ausgerichtet sind. Ausgehend vom Rumpfmodul weisen die Oberschenkelabschnitte unverändert in vertikaler Richtung nach unten, sind dabei allerdings nicht mehr parallel zu den Oberschenkeln der das Exoskelett tragenden Person und verlaufen somit nicht mehr an den Außenseiten der Oberschenkel, da die Person sich mit ungefähr horizontal ausgerichteten Oberschenkeln in sitzender Position befindet.

Am Ende der vertikal ausgerichteten Oberschenkelabschnitte befinden sich die angetriebenen Räder sowie die zweiten Verbindungsgelenke, welche die gelenkige Verbindung zu den Unterschenkelabschnitten herstellen. Diese Unterschenkelabschnitte sind im Rollmodus des Exoskeletts in etwa horizontal und bodennah ausgerichtet und stehen weiterhin gelenkig mit den dritten Verbindungsgelenken in Verbindung, da die Füße der Person im Rollmodus normalerweise weiterhin auf den Fußbereichen stehen oder den Fußbereichen des Exoskeletts zugeordnet sind. Weiterhin sind bei der ersten Ausführungsvariante des Exoskeletts die Unterschenkelabschnitte vorzugsweise mit insbesondere nicht angetriebenen Stützrollen ausgestattet, die sich bei einer ungefähr horizontalen Ausrichtung der Unterschenkelabschnitte des im Rollmodus befindlichen Exoskeletts in Bodenkontakt befinden, wobei die Fußbereiche zumindest geringfügig vom Boden abgehoben sind. Die Stützrollen befinden sich sinnvollerweise in einem Bereich der Unterschenkelabschnitte, der jeweils näher an den dritten Verbindungsgelenken liegt als an den zweiten Verbindungsgelenken, da für die stabilisierende Wirkung der Stützrollen eine ausreichende Distanz zu den angetriebenen Rädern, die sich am zweiten Verbindungsgelenk befinden, notwendig ist.

Wahlweise können die Stützrollen über einen Steuerungsmechanismus verfügen, um das gleichsam als Rollstuhl fungierende Exoskelett im Rollmodus lenkbar zu machen. Die Lenkbarkeit kann bei lose um vertikale Achsen drehbar gelagerten Stützrollen jedoch auch durch variabel angetriebene Antriebsräder erfolgen, die durch unterschiedliche Antriebs- und/oder Verzögerungsleistungen Lenkimpulse einleiten können.

Vorzugsweise kann dem Rumpfmodul bei der ersten Ausführungsvariante des Exoskeletts eine verstellbare Sitzfläche für die in sitzender Position befindliche menschliche Person zugeordnet sein, so dass die das Exoskelett benutzende Person im Rollmodus gleichsam in einem durch das in den Rollmodus gebrachte Exoskelett gebildeten Rollstuhl sitzt und von diesem rollend fortbewegt werden bzw. sich mit dessen Hilfe rollend fortbewegen kann.

Die erste Ausführungsvariante des Exoskeletts kann somit dadurch charakterisiert werden, dass die damit gekoppelte Person von einer stehenden in eine sitzende Körperhaltung überwechseln kann und umgekehrt. In der für den Rollmodus erforderlichen sitzenden Körperhaltung der Person lösen sich die Oberschenkelabschnitte und die Unterschenkelabschnitte jeweils von den Ober- bzw. Unterschenkeln der Person, während eine am Rumpfmodul angeordnete Sitzfläche aktiviert wird, so dass nicht nur die Körperhaltung der Person eine sitzende ist, sondern die Person tatsächlich sitzend auf einer entsprechend positionierten Sitzfläche ruht. Während in der Gehposition weder die antreibbaren Räder noch die optionalen, aber vorzugsweise vorhandenen Stützrollen in Bodenkontakt, sondern funktionslos sind, haben sie im Rollmodus jeweils rollenden Bodenkontakt. Ob die Oberschenkel und Unterschenkel der mit dem Exoskelett ausgestatteten und gekoppelten Person jeweils mit den Unterschenkelabschnitten bzw. mit den Oberschenkelabschnitten des Exoskeletts verbunden sind oder sein sollten, hängt von dessen spezieller Ausgestaltung und ggf. von zusätzlichen Maßnahmen ab, um die unteren Extremitäten im Gehmodus des Exoskeletts zu stabilisieren und ggf. vor unkontrolliertem Nachgeben oder Einknicken zu bewahren. Normalerweise wird ein solches Nachgeben oder Einknicken der Beine jedoch durch die enge und stabile Verbindung des Rumpfmoduls mit dem Rumpf der das Exoskelett tragenden Person verhindert.

Bei einer sich strukturell in einigen Aspekten von der ersten Ausführungsvariante unterscheidenden zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Exoskeletts sind die motorisch antreibbaren Räder den Unterschenkelabschnitten zugeordnet und können zudem entlang deren Längsrichtung verstellt werden, womit bei aufrecht stehender Person eine vertikale Verstellbarkeit entlang der Längsrichtung der Unterschenkelabschnitte des Exoskeletts gemeint ist.

Bei dieser zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Exoskeletts sind die den Unterschenkelabschnitten zugeordneten motorisch antreibbaren Räder im Gehmodus des Exoskeletts inaktiv und befinden sich zudem in einer vom Boden und/oder vom Fußbereich des Exoskeletts distanzierten angehobenen Position zwischen dem Fußbereich und dem Kniegelenk. Die Räder sind somit im Gehmodus des Exoskeletts funktionslos. Die hierbei eingenommene obere Endlage der motorisch antreibbaren Räder, die sich normalerweise an der Außenseite der Unterschenkel der Person bzw. des Exoskeletts befinden, kann sich bspw. ungefähr mittig an den Unterschenkelabschnitten befinden.

Im Rollmodus des Exoskeletts sind die motorisch angetriebenen Räder dagegen aktiviert und befinden sich im Bodenkontakt, wobei die Räder in ihrer abgesenkten Position den Fußbereich vom Boden abheben, so dass nur noch die Räder Bodenkontakt haben. Die hierbei eingenommene untere Endlage der motorisch antreibbaren Räder kann sich vorzugsweise in etwa auf Höhe der Fußknöchel der Person bzw. in Höhe der dritten Verbindungsgelenke befinden. Mit dieser unteren Endlage kann insbesondere der Bereich der Aufhängung oder die Antriebsachse der Räder gemeint sein, denn die Räder, die etwa einen Durchmesser aufweisen können, der in einer Größenordnung von ungefähr 15 bis 30cm liegen kann, befinden sich in diesem Fall aufgrund ihrer Größe zuverlässig in Bodenkontakt, während die unteren Auflageplatten für die Füße, die hier ganz allgemein als Fußbereiche bezeichnet wurden, einen ausreichenden Abstand vom Boden von einigen Zentimetern aufweisen. Da die zweite Ausführungsvariante des Exoskeletts ohne zusätzliche Stützräder die aufrechte Haltung des menschlichen Trägers des Exoskeletts nicht sicherstellen könnte, können bei dieser zweiten Ausführungsvariante die motorisch angetriebenen Räder zumindest im Rollmodus des Exoskeletts mit einer elektronischen Steuerungseinrichtung gekoppelt sein, die für eine Balancesteuerung bei stabilisierter aufrechter Haltung des Exoskeletts und des damit unterstützten und/oder gestützten Menschen sorgen kann.

Wahlweise jedoch können zusätzliche Stützrollen vorgesehen sein, so dass sich im Rollmodus insgesamt vier Räder oder Rollen im Bodenkontakt befinden und für eine Stabilisierung des Exoskeletts mitsamt der dieses tragenden Person sorgen können.

Im Rollmodus des Exoskeletts sind keine starken Beugungen im Hüft- und/oder Kniegelenk vorgesehen, sondern es wird eine im Wesentlichen aufrechte Haltung angestrebt und stabilisiert, so dass vorzugsweise ein zugelassener Knickwinkel der zweiten Verbindungsgelenke im Rollmodus des Exoskeletts bei aktivierten sowie im rollenden Bodenkontakt befindlichen angetriebenen Rädern minimiert ist und sinnvollerweise nur wenige Winkelgrade betragen kann.

Zudem kann auch ein zugelassener Knickwinkel der ersten Verbindungsgelenke im Rollmodus des Exoskeletts bei aktivierten sowie im rollenden Bodenkontakt befindlichen angetriebenen Rädern minimiert sein.

Für beide hier beschriebenen Ausführungsvarianten sei ergänzend darauf hingewiesen, dass in den ersten Verbindungsgelenken, in den zweiten Verbindungsgelenken sowie ggf. in den dritten Verbindungsgelenken jeweils dort integrierte elektrische Getriebemotoren oder andere Antriebsmotoren angeordnet sein können, welche die gewünschten Extensionen oder Flexionen um das Kniegelenk und um das Hüftgelenk motorisch unterstützen bzw. überhaupt für die entsprechenden Extensionen oder Flexionen um das Kniegelenk und um das Hüftgelenk sorgen können.

Zumindest hinsichtlich der zweiten Ausführungsvariante kann eine Stabilisierung der gesamten Bewegungsabläufe je nach Bedarf durch die Verwendung zusätzlicher Armkrücken unterstützt werden, bspw. wenn damit Treppen überwunden werden sollen. Die Verwendung von Armkrücken kann jedoch auch die normalen Gehbewegungen sinnvoll unterstützen und/oder erleichtern. Es sei klarstellend darauf hingewiesen, dass die hier verwendete Begrifflichkeit der Geh-, der Schreit-, der Steig- und/oder der Laufbewegungen alle denkbaren Fortbewegungsarten umfassen soll, bei denen die mit dem Exoskelett ausgestattete Person im Gehmodus entweder auf beiden Beinen steht oder eine Geh- oder Fortbewegungsart ausübt, die im weitesten Sinn dem menschlichen Gehen entspricht. Auch das Hinauf- oder Hinabsteigen von Treppen, von Leitern, das Begehen von Rampen usw. ist von dieser Definition mitumfasst, da hier die Person eine aufrechte Körperhaltung einnimmt.

Zur Erreichung des oben genannten Ziels schlägt die Erfindung weiterhin ein Verfahren zum Betrieb und zur Handhabung eines Exoskeletts gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten vor, bei welchem Verfahren die den Unterschenkelabschnitten und/oder den Kniegelenken zugeordneten motorisch antreibbaren Räder in einem Gehmodus des Exoskeletts bei auf dem Boden stehendem oder sich mittels Geh- und/oder Schreit- und/oder Steig- und/oder Laufbewegungen fortbewegendem Menschen inaktiv sind und sich in eine vom Boden und/oder vom Fußbereich des Exoskeletts distanzierten Position gebracht sind, wobei die Räder in einem Rollmodus des Exoskeletts in einen Bodenkontakt gebracht und dabei aktiviert und/oder motorisch angetrieben sind.

Das Verfahren kann vorsehen, dass die zweiten Verbindungsgelenke des Exoskeletts mitsamt den ihnen zugeordneten und/oder in ihrer Nähe positionierten Rädern im Gehmodus des Exoskeletts bei auf dem Boden stehendem oder sich mittels Geh- und/oder Schreit- und/oder Steig- und/oder Laufbewegungen fortbewegendem Menschen den Kniegelenken des Trägers zugeordnet sind und den Kniebewegungen bei den Geh- und/oder Schreit- und/oder Steig- und/oder Laufbewegungen des Menschen folgen und/oder die Kniebewegungen mittels der zweiten Antriebsmotoren motorisch unterstützen.

Weiterhin kann das Verfahren vorsehen, dass die zweiten Verbindungsgelenke mitsamt den ihnen zugeordneten und/oder in ihrer Nähe positionierten motorisch antreibbaren Rädern im Rollmodus des Exoskeletts von den Kniegelenken des Menschen distanziert sind, wobei die den zweiten Gelenken zugeordneten Räder sich im Bodenkontakt befinden und motorisch angetrieben sind, und wobei der mit dem Exoskelett verbundene Mensch sich in sitzender Position befindet. Eine alternative Verfahrensvariante, die sich auf die zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Exoskeletts bezieht, kann vorsehen, dass die den Unterschenkelabschnitten zugeordneten motorisch antreibbaren Räder im Gehmodus des Exoskeletts inaktiv sind und sich in einer vom Boden und/oder vom Fußbereich des Exoskeletts distanzierten angehobenen Position zwischen dem Fußbereich und dem Kniegelenk befinden.

Zudem kann bei dieser Verfahrensvariante vorgesehen sein, dass die motorisch angetriebenen Räder im Rollmodus des Exoskeletts aktiviert sind und sich im Bodenkontakt befinden, wobei die Räder in ihrer jeweiligen abgesenkten Position den Fußbereich vom Boden abheben.

Zudem kann bei dieser Verfahrensvariante vorgesehen sein, dass die motorisch angetriebenen Räder zumindest im Rollmodus des Exoskeletts mit einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung gekoppelt sind, die für eine Balancesteuerung bei stabilisierter aufrechter Haltung des Exoskeletts und des damit unterstützten und/oder gestützten Menschen sorgen kann. Außerdem kann diese optionale Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung bei jeglicher Art der rollenden Fortbewegung die Stabilität des Exoskeletts unterstützen und ein Umfallen verhindern.

Es sei an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt, dass alle Aspekte und Ausführungsvarianten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Exoskelett erläutert wurden, gleichermaßen Teilaspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens zu dessen Betrieb und zu dessen Handhabung betreffen oder bilden können. Wenn daher an einer Stelle bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zum erfindungsgemäßen Exoskelett von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die Rede ist, so gilt dies gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren. In umgekehrter Weise gilt dasselbe, so dass auch alle Aspekte und Ausführungsvarianten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb und zur Handhabung des Exoskeletts erläutert wurden, gleichermaßen Teilaspekte des erfindungsgemäßen Exoskeletts betreffen oder sein können. Wenn daher an einer Stelle bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zum erfindungsgemäßen Verfahren von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die Rede ist, so gilt dies gleichermaßen für das erfindungsgemäße Exoskelett. Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.

Fig. 1A zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Person mit einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Exoskeletts, das sich in einem Gehmodus befindet.

Fig. 1B zeigt in einer schematischen Seitenansicht die erste Ausführungsvariante des in einen Rollmodus überführten Exoskeletts.

Fig. 2A zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Person mit einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Exoskeletts, das sich in einem Gehmodus befindet.

Fig. 2B zeigt die zweite Ausführungsvariante des in einen Rollmodus überführten Exoskeletts in schematischer Seitenansicht.

Fig. 3A zeigt eine perspektivische Darstellung einer Person, die mit einem Exoskelett gemäß zweiter Ausführungsvariante ausgestattet ist, wobei sich das Exoskelett im Rollmodus befindet.

Fig. 3B zeigt eine perspektivische Detailansicht des unteren Bereichs des Exoskeletts mit motorisch antreibbaren Rädern, die sich im Bodenkontakt befinden.

Fig. 4A zeigt eine perspektivische Darstellung einer Person, die mit einem Exoskelett gemäß einer dritten Ausführungsvariante ausgestattet ist, wobei sich das mit zusätzlichen Stützrollen ausgestattete Exoskelett im Rollmodus befindet.

Fig. 4B zeigt eine perspektivische Detailansicht des unteren Bereichs des Exoskeletts gemäß Fig. 4A mit motorisch antreibbaren Rädern und nicht angetriebenen Stützrollen, die sich jeweils im Bodenkontakt befinden.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die Erfindung ausgestaltet sein kann und stellen keine abschließende Begrenzung dar. Auch sind die nachfolgend beschriebenen Merkmale jeweils nicht in engem Zusammenhang mit weiteren Merkmalen des jeweiligen Ausführungsbeispiels zu verstehen, sondern können jeweils im allgemeinen Zusammenhang vorgesehen sein bzw. hierfür Verwendung finden.

Die schematischen Seitenansichten der Figuren 1A und 1B veranschaulichen eine menschliche Person 8 mit einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Exoskeletts 10, das sich in der Darstellung der Fig. 1A in einem Gehmodus befindet, während die Fig. 1B das in einen Rollmodus überführte Exoskelett 10 zeigt.

Wie oben schon erläutert, kann das gezeigte Exoskelett 10 insbesondere der Bewegungsunterstützung der Person 8 oder der Erweiterung des Bewegungs- und Fortbewegungsspektrums der Person 8 dienen oder auch eine nicht gehfähige Person 8 in die Lage versetzen, sich mehr oder weniger normal auf ihren zwei Beinen gehend fortzubewegen. Das Exoskelett 10 umfasst ein am Körperrumpf der Person 8 verankertes und den Körperrumpf stützendes Rumpfmodul 12 und zwei sich unterseitig an das Rumpfmodul 12 anschließende und jeweils damit gelenkig verbundene Oberschenkelabschnitte 14, die mit einem oberen Ende gelenkig am Rumpfmodul 12 und mit einem unteren Ende gelenkig mit Unterschenkelabschnitten 16 verbunden sind. An diese Unterschenkelabschnitte 16 schließen sich jeweils gelenkig mit diesen verbundene Fußbereiche 18 an, die jeweils die Füße der Person 8 stützen und aufnehmen. Insbesondere können plattenartige Fußauflagen zur Auflage der Fußsohlen der Person an den Fußbereichen 18 vorgesehen sein.

Was die Figuren 1A und 1 B aufgrund ihrer schematischen Darstellungsweise nicht erkennen lassen, sind erste Verbindungsgelenke 20 mit zugeordneten ersten Antriebsmotoren 22 zur gelenkigen Verbindung sowie zur motorischen Bewegungsunterstützung zwischen dem Rumpfmodul 12 und den jeweiligen Oberschenkelabschnitten 14, die sich bei dem von der Person 8 getragenen Exoskelett 10 in etwa im Bereich seiner Hüftgelenke befinden. Die beiden ersten Antriebsmotoren 22 können bspw. jeweils in den ersten Verbindungsgelenken 20 integriert und insbesondere durch elektrische Getriebemotoren oder andere, hierfür geeignete Antriebsmotoren gebildet sein. Außerdem ist es sinnvoll, die Beweglichkeit der ersten Verbindungsgelenke 20 zumindest soweit zu beschränken und an eine sinnvolle Körperbeweglichkeit der Person 8 anzupassen, dass deren Hüftgelenke oder ihr sonstiger Bewegungsapparat nicht in irgendeiner Weise überbelastet oder in nicht sinnvoller Weise strapaziert wird. Weiterhin befinden sich zwischen den jeweiligen Oberschenkelabschnitten 14 und den jeweils zugehörigen Unterschenkelabschnitten 16 zweite Verbindungsgelenke 24 mit zugeordneten zweiten Antriebsmotoren 26 zur gelenkigen Verbindung sowie zur motorischen Bewegungsunterstützung von Kniebeugungen und -Streckungen, wobei sich die zweiten Verbindungsgelenke 24 in etwa im Bereich der Kniegelenke der Person befinden. Auch hier gilt wieder, dass die beiden zweiten Antriebsmotoren 26 jeweils in den zweiten Verbindungsgelenken 24 integriert und insbesondere durch elektrische Getriebemotoren gebildet sein können. Außerdem ist es sinnvoll, die Beweglichkeit der zweiten Verbindungsgelenke 24 zumindest soweit zu beschränken und an eine sinnvolle Kniebeweglichkeit der Person 8 anzupassen, dass deren Kniegelenke nicht in irgendeiner Weise überbelastet oder überstrapaziert wird.

Schließlich befinden sich dritte Verbindungsgelenke 28 zur gelenkigen Verbindung zwischen den jeweiligen Unterschenkelabschnitten 16 und den jeweils zugehörigen Fußbereichen 18 in etwa im Bereich oder in Höhe der Fußknöchelgelenke der Person 8. Wahlweise können auch den dritten Verbindungsgelenken 28 jeweils dritte Antriebsmotoren 30 oder elektrische Getriebemotoren zur motorischen Bewegungsunterstützung der gelenkigen Verbindung zwischen den jeweiligen Unterschenkelabschnitten 16 und den jeweils zugehörigen Fußbereichen 18 zugeordnet sein. Sofern auf solche dritte Antriebsmotoren 30 verzichtet wird, ist eine passive Bewegungssteuerung und/oder Bewegungsbeeinflussung in den entsprechenden Fußgelenken oder dritten Verbindungsgelenken 28 des Exoskeletts 10 denkbar, die ähnlich einer Gelenkgestaltung bei Fußprothesen die üblichen Gehbewegungen unterstützt und sich hierbei ähnlich verhält wie der menschliche Fuß. Als solche passiven Elemente eignen sich bspw. entsprechend angepasste Federelemente, Federmechanismen, ggf. mit integrierten Dämpfern, etc. Grundsätzlich können auf solche passive unterstützende Weise Gehbewegungen ermöglicht werden, ohne dass die Fußbereiche 18 zwingend mit dritten Antriebsmotoren 30 auszustatten wären.

Wie es die schematische Seitenansicht der Fig. 1 A verdeutlicht, sind die zweiten Verbindungsgelenke 24 im hier gezeigten Gehmodus des Exoskeletts 10 bei auf dem Boden stehender oder sich mittels Geh-, Schreit-, Steig- und/oder Laufbewegungen fortbewegender Person 8 räumlich ihren Kniegelenken zugeordnet und folgen den Kniebewegungen bei den Geh-, Schreit-, Steig- und/oder Laufbewegungen der Person 8 und/oder unterstützen die Kniebewegungen mittels der zweiten Antriebsmotoren 26 in motorischer Weise. Die schematische Seitenansicht der Fig. 1B veranschaulicht den Rollmodus des Exoskeletts 10, bei dem die zweiten Verbindungsgelenke 24 von den Kniegelenken der Person 8 distanziert sind. Die in der Fig. 1A in schematischer Weise angedeutete Körperanbindung des Exoskeletts 10 ist hierbei zumindest im Bereich der Oberschenkel, im Bereich der Unterschenkel sowie ggf. an den Knien der das Exoskelett 10 tragenden Person 8 gelöst, bspw. durch manuelles Öffnen entsprechender Verbindungen oder Stabilisierungen (hier nicht im Detail dargestellt). Es kann hierbei sein, dass die Körperanbindung eine ggf. Schaumstoff oder weitere flexible bzw. elastische Materialien umfassende Bandage oder dergleichen umfasst, über welche eine Person 8 im Gehmodus entsprechend Fig. 1A mit dem Exoskelett 10 in Verbindung steht. Eine Verbindung über die Körperanbindung durch die Bandage kann aufgehoben werden, woraufhin das Exoskelett 10 aus dem Gehmodus (Fig. 1A) in den Rollmodus (Fig. 1 B) wechselt. Die Bandage kann hierbei weiterhin am Körper der Person 8 angeordnet bleiben, so dass auf schnelle und unkomplizierte Art und Weise über die Bandage erneut eine Verbindung zum Exoskelett 10 hergestellt werden kann, wenn das Exoskelett 10 aus dem Rollmodus nach Fig. 1B in den Gehmodus nach Fig. 1A zurückwechselt.

Der Rollmodus sieht zunächst vor, dass die Oberschenkelabschnitte 14 weiterhin, d.h. wie im Gehmodus (Fig. 1A) in etwa vertikal ausgerichtet sind, während jedoch nun die damit gelenkig verbundenen Unterschenkelabschnitte 16 im zweiten Verbindungsgelenk 24 um etwa 90° nach vorne geklappt und dadurch horizontal ausgerichtet sind. Ausgehend vom Rumpfmodul 12 weisen die Oberschenkelabschnitte 14 unverändert in vertikaler Richtung nach unten, sind dabei allerdings nicht mehr parallel zu den Oberschenkeln der das Exoskelett 10 tragenden Person 8 und verlaufen somit nicht mehr an den Außenseiten der Oberschenkel, da die Person 8 sich mit ungefähr horizontal ausgerichteten Oberschenkeln in sitzender Position befindet. Die zweiten Verbindungsgelenke 24 nehmen hierbei einen Wnkel von etwa 90° in einer Richtung nach vorne ein, denen die Kniegelenke der Person 8 nicht folgen können, da beim Menschen dort eine Sperre verhindert, dass die Kniegelenke über die gestreckte Haltung hinaus mehr als nur geringfügig überstreckt werden können.

Um diesen Rollmodus des Exoskeletts 10 effektiv zu gestalten, sind am unteren Ende der vertikal ausgerichteten Oberschenkelabschnitte 14 angetriebene Räder 32 angeordnet, die insbesondere den zweiten Verbindungsgelenken 24 zugeordnet und zudem sinnvollerweise mittels der zweiten Antriebsmotoren 26 der zweiten Verbindungsgelenke 24 angetrieben sein können. Die motorisch antreibbaren oder angetriebenen Räder 32 sind im Gehmodus des Exoskeletts 10 bei auf dem Boden stehender oder sich mittels Geh-, Schreit-, Steig- und/oder Laufbewegungen fortbewegender Person 8 inaktiv und befinden sich in einer vom Boden und/oder vom Fußbereich 18 des Exoskeletts 10 distanzierten Position (vgl. Fig. 1A). Die angetriebenen Räder 32 sind dagegen im Rollmodus des Exoskeletts 10 aktiviert und motorisch angetrieben und befinden sich im Bodenkontakt (vgl. Fig. 1B).

Bei der in den Figuren 1A und 1B gezeigten ersten Ausführungsvariante des Exoskeletts 10 können die motorisch antreibbaren Räder 32 den Kniegelenken bzw. den zweiten Verbindungsgelenken 24 zugeordnet und/oder in Nähe dieser Gelenke 24 positioniert sein. Bei dieser ersten Variante sind die Räder 32 dort vorzugsweise jeweils fest verankert, so dass der Rollmodus durch die Klappbewegung des Exoskeletts 10 in den zweiten Verbindungsgelenken 24 unter Distanzierung der Oberschenkelabschnitte 14 und der Unterschenkelabschnitte 16 (und bei gelöster Körperanbindung der Oberschenkelabschnitte 14 und der Unterschenkelabschnitte 16 bzw. bei gelöster Verbindung zwischen dem Exoskelett 10 und Bereichen der Oberschenkelabschnitte 14 und der Unterschenkelabschnitte 16) des Exoskeletts 10 von den Beinen der Person 8 hergestellt wird, während die Füße der Person 8 sowohl im Gehmodus als auch im Rollmodus weiterhin auf den Fußbereichen 18 stehen oder den Fußbereichen 18 des Exoskeletts 10 zugeordnet bleiben.

Weiterhin sind bei der ersten Ausführungsvariante des Exoskeletts 10 die Unterschenkelabschnitte 16 vorzugsweise mit nicht angetriebenen Stützrollen 34 ausgestattet, die sich bei einer ungefähr horizontalen Ausrichtung der Unterschenkelabschnitte 16 des im Rollmodus befindlichen Exoskeletts 10 (vgl. Fig. 1B) in Bodenkontakt befinden, wobei die Fußbereiche 18 mit den darauf ruhenden Füßen der Person 8 zumindest geringfügig vom Boden abgehoben sind. Die Stützrollen 34 befinden sich sinnvollerweise jeweils in Bereichen der Unterschenkelabschnitte 16, die relativ nahe an den dritten Verbindungsgelenken 28 und den Fußbereichen 18 liegen, damit für die stabilisierende Wirkung der Stützrollen 34 im Rollmodus eine ausreichende Distanz zu den angetriebenen Rädern 32 gegeben ist. Im Gehmodus sind die Stützrollen 34 inaktiv und ragen von den Unterschenkelabschnitten 16 nach hinten (vgl. Fig. 1 A).

Wahlweise können die Stützrollen 34 über einen geeigneten Steuerungsmechanismus verfügen, um das gleichsam als Rollstuhl 36 fungierende Exoskelett 10 im Rollmodus besser lenkbar zu machen. Die Lenkbarkeit kann bei lose um vertikale Achsen drehbar gelagerten Stützrollen 34 jedoch auch durch variabel angetriebene Antriebsräder 32 erfolgen, die durch unterschiedliche Antriebs- und/oder Verzögerungsleistungen Lenkimpulse in den Rollstuhl 36 einleiten und diesen solchermaßen lenkbar machen können.

Wie es die Fig. 1B außerdem erkennen lässt, ist dem Rumpfmodul 12 eine verstellbare Sitzfläche 38 für die im Rollstuhl 36 sitzende Person 8 zugeordnet. Die Sitzfläche 38 kann in der gezeigten Weise unter den Hintern der Person 8 gebracht werden, sobald das Exoskelett 10 in den Rollmodus überführt wird und als Rollstuhl 36 fungiert.

Die schematischen Seitenansichten der Figuren 2A und 2B zeigen eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Exoskeletts 10 mit einer das Exoskelett 10 tragenden oder mit dem Exoskelett 10 ausgestatteten Person 8, wobei die Fig. 2A das Exoskelett 10 in einem Gehmodus zeigt, während die Fig. 2B die zweite Ausführungsvariante des Exoskeletts 10 zeigt, das sich in einem Rollmodus befindet.

Die in den Figuren 2A und 2B, aber auch in den weiteren Ansichten der Figuren 3A, 3B, 4A und 4B gezeigte zweite Ausführungsvariante des Exoskeletts 10 unterscheidet sich strukturell in einigen Aspekten von der ersten Ausführungsvariante, was nachfolgend in den wichtigsten Details beschrieben werden soll. Der wesentliche Unterschied liegt darin, dass die motorisch antreibbaren Räder 32 den Unterschenkelabschnitten 16 zugeordnet sind, wobei sie entlang der Längserstreckungsrichtung der Unterschenkelabschnitte 16 verstellt werden können, womit bei aufrecht stehender Person 8 eine vertikale Verstellbarkeit entlang der Längsrichtung der Unterschenkelabschnitte 16 des Exoskeletts 10 gemeint ist.

Wie es die Fig. 2A zeigt, sind die den Unterschenkelabschnitten 16 zugeordneten motorisch antreibbaren Räder 32 im Gehmodus des Exoskeletts 10 inaktiv und befinden sich in einer vom Boden und/oder vom Fußbereich 18 des Exoskeletts 10 distanzierten angehobenen Position zwischen dem Fußbereich 18 und den zweiten Verbindungsgelenken 24 bzw. den Kniegelenken der Person 8. Die Räder 32 sind somit im Gehmodus des Exoskeletts 10 funktionslos. Die hierbei eingenommene obere Endlage der motorisch antreibbaren Räder 32, die sich normalerweise an der Außenseite der Unterschenkel der Person 8 bzw. an den Außenseiten der Unterschenkelabschnitte 16 des Exoskeletts 10 befinden, kann sich bspw. ungefähr mittig an den Unterschenkelabschnitten befinden.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sich die übrigen gleichen oder gleichartigen Elemente der zweiten Ausführungsvariante des Exoskeletts 10, die mit denselben Bezugsziffern wie in den Figuren 1A und 1B gekennzeichnet sind, an dieser Stelle nicht nochmals erläutert werden, sondern nur dann, wenn sie sich bei der in den Figuren 2A ff. erläuterten zweiten Ausführungsvariante in signifikanter Weise von der ersten Variante unterscheiden.

Wie es die Fig. 2B erkennen lässt, sind die motorisch angetriebenen Räder 32 im Rollmodus des Exoskeletts 10 aktiviert und befinden sich jeweils im Bodenkontakt, wobei die Räder 32 in ihren jeweiligen abgesenkten Positionen den Fußbereich 18 vom Boden abheben, so dass nur noch die Räder 32 Bodenkontakt haben. Die hierbei eingenommene untere Endlage der motorisch antreibbaren Räder 32 kann sich vorzugsweise in etwa auf Höhe der Fußknöchel der Person 8 bzw. in Höhe der dritten Verbindungsgelenke 28 des Exoskeletts 10 befinden. Mit dieser unteren Endlage kann insbesondere der Bereich der Aufhängung oder die Antriebsachse der Räder 32 gemeint sein.

Die Radachsen befinden sich sinnvollerweise in etwa in Bereichen, die im Schwerpunkt des Körpers der Person 8 liegen oder die sich zumindest nahe an diesem Schwerpunkt befinden.

Die Räder 32 können in etwa einen Durchmesser in einer sinnvollen Größenordnung von ca. 15 ... 30cm aufweisen, so dass sie sich im Rollmodus aufgrund ihrer Größe zuverlässig in Bodenkontakt befinden, während die unteren Auflageplatten für die Füße, die hier ganz allgemein als Fußbereiche 18 bezeichnet wurden, einen ausreichenden Abstand vom Boden von einigen Zentimetern aufweisen.

Da das Exoskelett 10 ohne zusätzliche Stützräder (vgl. Figuren 1A und 1 B) die aufrechte Haltung des menschlichen Trägers des Exoskeletts 10 nicht sicherstellen könnte, können bei dieser zweiten Ausführungsvariante die motorisch angetriebenen Räder 32 zumindest im Rollmodus des Exoskeletts 10 vorzugsweise mit einer elektronischen Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung gekoppelt sein, die für eine Balancesteuerung bei stabilisierter aufrechter Haltung des Exoskeletts 10 und der damit unterstützten oder gestützten Person 8 sorgen kann. Wenn an dieser Stelle von einer stabilisierten aufrechten Haltung des Exoskeletts 10 die Rede ist, so ist damit nicht nur ein Ruhemodus gemeint, bei dem die Person 8 mit Hilfe des Exoskeletts 10 stillsteht, auch wenn die Räder 32 den Boden berühren und die Fußbereiche 18 vom Boden abgehoben sind. Die aufrechte Haltung kann mit Hilfe der elektronischen Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung gleichermaßen im Fahrmodus bei angetriebenen Rädern 32 und sich dadurch rollende fortbewegendem Exoskeletts 10 stabilisiert werden.

Diese elektronische Stabilisierungseinrichtung ist hier nicht näher gezeigt, da sie Teil der Antriebssteuerung des gesamten Exoskeletts 10 sowie seiner Antriebsräder 32 im Rollmodus ist.

Im Rollmodus des Exoskeletts 10 sind von seiner Bewegungssteuerung her sinnvollerweise keine ausgeprägten Beugungen im Hüft- und/oder Kniegelenk zugelassen, sondern es wird eine im Wesentlichen aufrechte Haltung angestrebt und stabilisiert, so dass vorzugsweise ein zugelassener Knickwinkel der zweiten Verbindungsgelenke 24 im Rollmodus des Exoskeletts 10 bei aktivierten sowie im rollenden Bodenkontakt befindlichen angetriebenen Rädern 32 minimiert ist und sinnvollerweise nur wenige Winkelgrade betragen kann. Zudem kann auch ein zugelassener Knickwinkel der ersten Verbindungsgelenke 20 im Rollmodus des Exoskeletts 10 bei aktivierten sowie im rollenden Bodenkontakt befindlichen angetriebenen Rädern 32 minimiert sein.

Das Exoskelett 10 gemäß der in den Figuren 2A und 2B gezeigten zweiten Ausführungsvariante bleibt somit in der aufrechtstehenden Ausrichtung, während eine Überführung in den Rollmodus durch eine Simulation eines Rollstuhls 36 (vgl. Fig. 1 B) nicht vorgesehen ist.

Die Figuren 3A und 3B deuten eine Option zur schnellen Überführung der Räder 32 vom Gehmodus (Fig. 2A) in den Rollmodus (Fig. 2B) und umgekehrt an. So können die Radaufhängungen 40 bspw. jeweils an Linearführungen 42 aufgehängt sein, die eine lineare Beweglichkeit der Radaufhängungen 40 entlang der Längserstreckungsrichtung der jeweiligen Unterschenkelabschnitte 16 zwischen den beiden Endlagen erlaubt. Solche Linearführungen 42 sind lediglich als beispielhafte Möglichkeit zu verstehen, um eine Beweglichkeit der Radaufhängungen 40 zwischen den beiden bereits beschriebenen unterschiedlichen Endlagen zu erlauben. So ist beispielsweise auch denkbar, dass exzentrisch wirkende Mechanismen oder weitere Mechanismen vorgesehen bzw. geeignet sind, um eine Beweglichkeit für die Radaufhängungen 40 zwischen unterschiedlichen Endlagen sicherzustellen.

Bei einer ersten Variante des Exoskeletts 10 können die Räder 32 bzw. deren Radaufhängungen mittels der Linearführung 42 in beiden Endlagen verriegelt werden, was automatisiert, teilautomatisiert durch entsprechende manuelle Betätigungen des Benutzers erfolgen kann. So kann der Benutzer oder die Person 8, will er/sie vom Gehmodus in den Rollmodus wechseln, die Verriegelung lösen und anschließend ein Bein durch Anwinkeln im Kniegelenk und ggf. auch im Hüftgelenk anheben und den Fußbereich 18 vom Boden aufheben, während der andere Fuß am Boden bleibt. Ggf. ist diese Bewegungsart durch Benutzung von Krücken erleichtert.

Die an der Linearführung 42 aufgehängte Radaufhängung 40 lässt diese bzw. das hieran angeordnete Rad 32 schwerkraftbedingt nach unten fallen, wenn der Fuß angehoben ist. Es kann dann in dieser unteren Lage verriegelt werden. Danach kann der andere Fuß in gleicher Weise nach Entriegelung der Radaufhängung 40 angehoben werden, so dass auch die Radaufhängung 40 das Rad 32 nach unten fallen lässt. Vorzugsweise kann insbesondere diese Phase des Überwechselns in den Rollmodus durch Benutzung von stützenden Armkrücken stabilisiert werden.

In umgekehrter Weise können für das Überwechseln vom Rollmodus in den Gehmodus Verriegelungen der Linearführungen 42 für die Radaufhängungen 40 gelöst werden, was die Person 8 mitsamt dem Exoskelett 10 nach unten fallen lässt, bis die Fußbereiche 18 den Boden erreicht haben. Hierbei können die Druckfedern 44 an der Außenseite der Unterschenkelabschnitte 16 dafür sorgen, dass der hierdurch verursachte Stoß abgeschwächt wird, da die Druckfedern 44 der Gewichtskraft der Person 8 entgegenwirken und somit den Aufprallstoß beim Erreichen des Bodens reduzieren und dämpfen können.

Die Linearführungen 42 können anschließend wieder verriegelt werden, wodurch der Gehmodus wiederhergestellt ist. Dass die Räder 32 bei dieser Variante gemäß Figuren 3A und 3B nicht die Höhe an den Unterschenkelabschnitten 16 erreichen können, wie sie in der schematischen Darstellung der Fig. 2A angedeutet ist, leuchtet unmittelbar ein. Ohne weitere motorische Unterstützung verbleiben die Räder 32 im Gehmodus in etwa in einer Höhe, bei der sie allenfalls knapp oberhalb der Fußbereiche 18 sein können. Wahlweise jedoch kann eine motorische Unterstützung in den Linearführungen 42 für ein Anheben der Räder 32 und für eine Distanzierung vom Boden sorgen. Es ist bei solchen Ausführungsformen nicht zwingend notwendig, dass die Räder 32 im Gehmodus vom Boden beabstandet sind. So kann es durchaus auch möglich sein, dass im Gehmodus sowohl die Räder 32 als auch die Fußbereiche 18 mit dem Boden in Kontakt stehen. Sofern dies der Fall ist, kann vorgesehen sein, dass die Räder 32, die im Gehmodus mit dem Boden in Kontakt stehen, in ihrer jeweiligen Drehposition festgesetzt oder sogar verriegelt sind. Bei einer alternativen Variante, die ebenfalls auf die Figuren 3A und 3B Bezug nimmt, kann die Druckfeder 44, welche die jeweilige Linearführung 42 in geeigneter Weise unterstützt und in einer Richtung vorspannt, wahlweise auch dafür sorgen, dass die Räder 32 durch Freigabe eines entsprechenden Sperrmechanismus unter Wirkung der Rückstellkräfte der sich entspannenden Druckfeder 44 in die untere Endlage gelangen und unter Abheben der Fußbereiche 18 vom Boden den Rollmodus des Exoskeletts 10 herstellen können.

Ein motorischer Antrieb innerhalb der Linearführung 42 kann zur Herstellung des Gehmodus das jeweilige Antriebsrad 32 nach oben in Richtung der oberen Endlage ziehen, so dass die Fußbereiche 18 wieder auf dem Boden zu stehen kommen. Ein solcher Mechanismus hat den Vorteil, dass der motorische Antrieb der Linearführung 42 relativ schwach ausgelegt werden kann, da die Rückstellung und die Wiederherstellung der Vorspannung der bspw. als Spiralfeder ausgebildeten Druckfeder 44 (vgl. Fig. 3B) durch das Gewicht der mit dem Exoskelett 10 verbundenen Person 8 unterstütz wird. Dagegen wird der Hauptteil der für die Absenkung der Räder 32 notwendigen Stellkraft beim Anheben des Exoskeletts 10 vom Boden durch die Druckfedern 44 aufgebracht, so dass ggf. keine weitere motorische Stellkraft oder nur noch ein geringer zusätzlicher Anteil an motorischer Stellkraft von der Linearführung 42 aufgebracht werden muss, um den Rollmodus herzustellen.

Die Radaufhängungen 40 können vorzugsweise in der unteren Endlage im Rollmodus verriegelt sein, damit keine Instabilitäten beim Rollen entstehen, die durch ein Einfedern der Linearführungen 42 aufgrund der nachgiebigen Druckfedern 44 in das sich rollende fortbewegende Exoskelett 10 eingeleitet werden könnten, insbesondere beim Überfahren von Bodenunebenheiten. Wahlweise jedoch kann eine solche Federwirkung durchaus erwünscht sein und konstruktiv zugelassen werden, wobei hier jedoch eine der Linearführung 42 aufgeprägte Dämpfungswirkung wünschenswert sein kann.

Die Figuren 4A und 4B verdeutlichen eine Abwandlung der zweiten Ausführungsvariante des Exoskeletts 10, bei dem unterhalb der Fußbereiche 18 zusätzliche kleinere Stützrollen vorgesehen sein können, so dass sich im Rollmodus insgesamt vier Räder 32 bzw. Rollen 46 im Bodenkontakt befinden und für eine Stabilisierung des Exoskeletts 10 mitsamt der dieses tragenden Person 8 sorgen können.

Die angetriebenen Räder 32 sind bei dieser Variante in einer Weise nach hinten geschwenkt, dass sie sich hinter dem Fersenbereich der Fußbereiche 18 befinden und gemeinsam mit den unterhalb der Fußbereiche 18 angeordneten Stützrollen 46 für eine ausreichend stabile Lage des sich rollend bewegenden Exoskeletts 10 sorgen können.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

Bezuqszeichenliste

8 Person, menschliche Person

10 Exoskelett

12 Rumpfmodul

14 Oberschenkelabschnitt

16 Unterschenkelabschnitt

18 Fußbereich

20 erstes Verbindungsgelenk

22 erster Antriebsmotor

24 zweites Verbindungsgelenk

26 zweiter Antriebsmotor

28 drittes Verbindungsgelenk

30 dritter Antriebsmotor

32 Rad, Antriebsrad, angetriebenes Rad

34 Stützrolle

36 Rollstuhl

38 Sitzfläche

40 Radaufhängung

42 Linearführung

44 Druckfeder

46 Stützrollen