Exoskelett für einen Menschen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine anziehbare und steuerbare Vorrichtung (Exoskelett) zur Vermeidung muskuloskelettaler Überlastungsschäden z.B. bei Tätigkeiten in oder über Kopfhöhe, beispielsweise bei Mitarbeitern des produzierenden Gewerbes und Handwerk, die besonders durch eine hohe Bewegungstreue {Kopplung rotatorischer und translatorischer Freiheitsgrade) aufgrund einer speziellen Gestaltung der kinematischen Struktur charakterisiert ist.

Hintergrund der Erfindung

Zahlreiche Anmeldungen beinhalten technische Systeme, um menschliche Tätigkeiten zu unterstützen, um z.B. die Qualität und die Ergonomie zu verbessern. Diese Systeme werden insbesondere zur Kraftverstärkung, und in unterschiedlichen Anwendungskontexten wie z.B. der Raumfahrt, verwendet. Damit lassen sich unterschiedliche Körperteile, z.B. der Arm oder der kompletten Körper, unterstützen.

Der Gegenstand der Erfindung ist vor allem durch eine deutlich intensivere und nähere, nicht nur temporäre Kopplung zwischen kinematischer Struktur und dem menschlichen Körperteil, insbesondere der Schulter, abgrenzbar. Diese Randbedingung führt zu einer deutlich schlankeren und kompakteren

Gestaltung der Vorrichtung. Ersichtlich ist dies darin, dass in einer kompakten Vorrichtung neben den rotatorischen Freiheitsgraden auch die translatorischen

Freiheitsgrade abgebildet werden. Hierdurch kann eine deutlich verbesserte Bewegungstreue realisiert werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, weiche einen Menschen bei seinen Bewegungen, insbesondere bei über Kopf arbeiten, unterstützt.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Exoskelett für einen Menschen. Das Exoskelett weist auf:

- ein Schulteranlageelement;

- wenigstens eine Armstütze;

- ein Beckenstützelement; und

- ein Rückenteil, mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende.

Das Rückenteil weist wenigstens ein erstes flächenflexibles Rückenelement mit einem ersten und einem zweiten Ende und wenigstens eine erste

Versteifungseinrichtung mit einem ersten Versteifungselement auf, wobei das erste flächenflexible Rückenelement so ausgerichtet ist, dass dessen erstes Ende in Richtung des ersten Endes des Rückenteils gerichtet ist und dessen zweites Ende in Richtung des zweiten Endes des Rückenteils gerichtet ist. Das Rückenteil ist mit dem ersten Ende an dem Schulteranlageelement befestigt und ist mit dem zweiten Ende an dem Beckenstützelement befestigt. Die Armstütze ist direkt oder indirekt an dem Schulteranlageelement angelenkt. Die erste

Versteifungseinrichtung ist ausgeführt, das erste flächenflexible Rückenelement gezielt in einer Biegerichtung zu versteifen.

Damit ein Nutzer bzw. der Mensch im Rahmen von seiner Tätigkeit,

insbesondere bei über Kopf Arbeiten unterstützt werden kann, sieht die

Erfindung ein Exoskelett vor. Dieses Exoskelett kann den Nutzer sowohl unterstützen als auch entlasten, in dem es die auftretende Kraft am Arm des Nutzers gezielt in den Rücken und das Becken des Nutzers leitet. Des Weiteren kann durch einen Aktuator der Nutzer bei seinen Bewegungen aktiv unterstützt werden.

Das Exoskelett gemäß der Erfindung kann im Wesentlichen aus drei Baugruppen aufgebaut sein. Als erste Baugruppe ist die Schultergelenksanordnung zur Nachbildung des Schultergelenks und der Unterstützung des Arms,

insbesondere des Oberarms des Nutzers, zu nennen. Als zweite Baugruppe das Rückenteil, welches mit der Schultergelenksanordnung verbunden sein kann und zumindest partiell an dem Rücken des Nutzers anliegt. Als dritte Baugruppe ist das Beckenstützelement zu nennen. Es kann an dem der

Schultergelenksanordnung gegenüberliegenden Ende des Rückenteils angeordnet sein. Das Rückenteil kann die Kraft aus der

Schultergelenksanordnung über das Beckenstützelement in den Rücken und das Becken des Nutzers einleiten. So kann der Nutzer höhere Lasten bewältigen bzw. Arbeiten länger ausführen ohne seinen Körper zu schädigen bzw. zu überlasten. Das Rückenteil kann einteilig aber auch mehrteilig ausgeführt sein.

Vorteilhafterweise weist das Rückenteil wenigstens ein flächenflexibles

Rückenelement auf, das mittels einer Versteifungseinrichtung gezielt in einer Biegerichtung versteift werden kann. Die Versteifungseinrichtung kann ausgeführt sein, die Versteifung des flächenflexiblen Rückenelements in eine bevorzugte Biegerichtung auszuführen, d.h. die Versteifung erfolgt

beispielsweise mit der Krümmungsrichtung des flächenflexiblen

Rückenelements. Mit anderen Worten kann der Nutzer sich weiter Aufrichten, aber ein weiteres Krümmen des Rückens wird verhindert. Somit kann der Nutzer vor Haltungsschäden bewahrt werden und die auftretende Kraft in dem

Schultergelenk des Nutzers kann zumindest teilweise in den Rücken und das Becken des Nutzers abgeführt werden.

In einer weiteren Ausführungsform kann ein flächenflexibles Rückeneiement mehrere Versteifungseinrichtungen aufweisen, insbesondere wenn das

Rückenteil nur ein flächenflexibles Rückenelement aufweist, kann es vorteilhaft sein auf diesem mehrere verschiedenen Versteifungseinrichtungen

anzubringen. Auch kann eine Versteifungseinrichtung an der Außenseite, also dem Nutzer abgewandt, und eine an der Innenseite angebracht werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist an dem Rückenteil

schulteranlagenelementseitig ein erster Kraftangriffspunkt vorgesehen, wobei an dem Rückenteil beckenstützelementseitig ein zweiter Kraftangriffspunkt vorgesehen ist, wobei das erste Versteifungselement ein Seil ist, das zwischen dem ersten Kraftangriffspunkt und dem zweiten Kraftangriffspunkt außerhalb der Biegeiinie des ersten flächenflexiblen Rückenelements derart gespannt ist, so dass die Biegekraft gezielt in eine Richtung vergrößert wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das

Versteifungselement der Versteifungseinrichtungen ein gespanntes Seil sein. Dieses Seil kann zwischen zwei Kraftangriffspunkten über dem zu versteifenden flächenflexiblen Rückenelement gespannt werden. Durch die Eigenschaften des Seils, z.B. die Elastizität, und der Spannung des Seils, kann der Grad der

Versteifung für das flächenflexible Rückenelement eingestellt werden. Das Seil verläuft typischerweise außen am Rückenteil entlang, also auf der dem Nutzer abgewandten Seite des Rückenteils, so dass der Nutzer nicht in Kontakt mit dem Seil steht. Das Seil kann auch beabstandet zu dem flächenflexiblen

Rückenelement verlaufen, um einen größeren Hebel zu erreichen. Ein direktes Anliegen des Seils auf dem flächenflexiblen Rückenelement ist ebenfalls vorgesehen, um eine geringe Bauhöhe aufzuweisen. Die Kraftangriffspunkte können direkt in dem flächenflexiblen Rückenelement integriert sein, aber auch in anderen Komponenten des Rückenteils, wie z.B. dem Schulteranlageelement oder einem Verbindungselement.

Neben verschiedenen Seiltypen und Seilstärken kann das Versteifungselement auch aus einer Feder, Kunststoff, Metall, einem Pneumatikzylinder, einem Dämpfer, einem Gummiband, einem elektrischen Aktuator, einem

piezoelektrischen Aktuator oder einem Stahlseil bestehen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Rückenteil ferner ein zweites flächenflexibles Rückenelement mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, sowie ein Verbindungselement auf. Das zweite Ende des ersten flächenflexiblen Rückenelements ist mit dem ersten Ende des zweiten flächenflexiblen Rückenelements über das Verbindungselement verbunden.

Für eine gezieltere Versteifung des Rückenteils und einer besseren Anpassung an den Nutzer kann das Rückenteil auch mehrere flächenflexible

Rückenelemente aufweisen. Insbesondere kann das Rückenteil zwei- oder dreiteilig ausgeführt sein. Das Rückenteil kann neben einem flächenflexiblen Rückenelement auch ein nicht flächenflexibles Rückenelement aufweisen.

Die Versteifung der jeweiligen flächenflexiblen Rückenelemente kann zum einen über das Material, die Materialstärke und die Geometrie des flächenflexiblen Rückenelements beeinflusst werden. Und zum anderen durch die gewählte Versteifungseinrichtung und deren Anbindung an das Rückenteil bzw. an das jeweilige flächenflexible Rückenelement.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das zweite flächenflexible Rückenelement eine zweite Versteifungseinrichtung mit einem zweiten

Versteifungselement auf, wobei die zweite Versteifungseinrichtung ausgeführt ist, das zweite flächenflexible Rückenelement gezielt in einer Biegerichtung zu versteifen. Die erste Versteifungseinrichtung und die zweite

Versteifungseinrichtung weisen unterschiedlichen Steifigkeiten auf.

Für die individuelle Anpassung des Exoskeletts an den jeweiligen Nutzer kann bei einer Ausführungsform mit mehreren flächenflexiblen Rückenelementen und mehreren Versteifungseinrichtungen die Steifigkeit der einzelnen flächenflexiblen Rückenelemente an die jeweilige Situation unabhängig voneinander angepasst werden. Mit anderen Worten kann jede der verwendeten Versteifungseinrichtungen das jeweilige flächenflexible

Rückenelement unterschiedlich versteifen und die Versteifungselemente der Versteifungseinrichtungen können unterschiedliche Spannungen aufweisen. Die

Versteifungseinrichtungen können auch unabhängig voneinander geändert bzw. angepasst werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eines von dem ersten flächenflexiblen Rückenelement und dem zweiten flächenflexiblen Rückenelement in Bezug auf das Verbindungselement längenverschiebbar angeordnet, so dass der Abstand zwischen dem ersten flächenflexiblen

Rückenelement und dem zweiten flächenflexiblen Rückenelement veränderbar ist.

Für die Anpassung des Exoskeletts an den jeweiligen Nutzer und dessen

Körpergröße, kann das Verbindungselement ausgeführt sein, dass sich der Abstand zwischen den, an diesem Verbindungselement angebrachten, flächenflexiblen Rückenelementen verändern lässt. Mit anderen Worten kann das Verbindungselement mehrere Anbindungspunkte für die flächenflexiblen Rückenelemente aufweisen. Hierbei kann ein flächenflexibles Rückenelement verschiebbar sein oder beide flächenflexible Rückenelemente können

verschiebbar angeordnet sein. Ferner kann diese Funktionalität durch den Einsatz von Langlöchern erreicht werden. Vorteilhafter Weise ist das

flächenflexible Rückenelement und das Verbindungselement trennbar miteinander verbunden, z.B. durch eine Schraube.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist auf der dem Rückenteil abgewandten Oberfläche des flächenflexiblen Rückenelements von der Oberfläche wenigstens eine auskragende Haltestruktur angeordnet, an welcher das Versteifungselement der Versteifungseinrichtung anliegend ist, so dass das Versteifungselement beabstandet zu der Oberfläche des flächenflexiblen Rückenelements verläuft.

Zur Erzeugung eines größeren Hebels und somit einer größeren Versteifung des flächenflexiblen Rückenelements kann das Rückenteil eine auskragende

Haltestruktur aufweisen. Es können auch mehrere Haltestrukturen pro flächenflexiblen Rückenelement und/oder für jedes flächenflexible

Rückenelement eine Haltestruktur vorgesehen sein. Zum einen kann das Seil über die Haltestrukturen verlaufen und zum anderen mittels Bohrungen durch diese hindurch. Ferner kann die Haltestruktur dazu dienen das Seil umzulenken und somit eine mehr oder weniger parallele Anordnung des Seils zum

flächenflexiblen Rückenelement zu erreichen. Die auskragende Haltestruktur kann direkt in das flächenflexible Rückenelement integriert sein, aber auch auf anderen Komponenten des Rückenteils angeordnet sein, wie z.B. auf dem Verbindungselement. Auch kann eine Versteifungseinrichtung über mehrere flächenflexible Rückenelemente gespannt sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist wenigstens die erste

Versteifungseinrichtung eine Seilspannvorrichtung auf, die ausgeführt ist, die Seilspannung zu verändern.

Ist eine höhere Steifigkeit des flächenflexiblen Rückenelements gewünscht bzw. erforderlich, kann die Seilspannung durch eine Seilspannvorrichtung erhöht werden. Bei einer Verringerung der Seilspannung wird auch die Steifigkeit des flächenflexiblen Rückenelements verringert. Für jede Versteifungseinrichtung kann eine gesonderte Seilspannvorrichtung vorgesehen sein. Die

Seilspannvorrichtung kann manuell, also durch den Nutzer eingestellt werden, z.B. durch eine Versteilschraube, oder automatisch durch einen Aktuator.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist wenigstens die erste Versteifungseinrichtung einen ersten Aktuator auf, wobei die

Seilspannvorrichtung ausgeführt ist, mittels des ersten Aktuators die

Seilspannung zu verändern.

Neben der manuellen Anpassung der Seilspannung durch die

Seilspannvorrichtung kann auch ein automatisches bzw. ein unterstütztes Anpassen der Seilspannung mit Hilfe eines Aktuators erfolgen. Hierbei ist der Aktuator in die Seilspannvorrichtung integriert, so dass dieser bei Betätigung bzw. Ansteuerung die Spannung des Seils erhöhen oder verringern kann. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Aktuator die

Seilspannvorrichtung auch während des Betriebs des Exoskeietts

situationsbedingt anpassen, d.h. die Spannung kann innerhalb einer Bewegung bzw. einer Aktion des Nutzers verändert werden, um sich so schnell an diverse Situationen anpassen zu können.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Aktuator ein

Pneumatikzylinder, ein pneumatischer Muskel oder ein Elektromotor.

Je nach Einsatzgebiet des Exoskeietts kann der Aktuator für das Verändern der Seilspannung unterschiedlich ausgeführt sein, d.h. der Aktuator kann pneumatisch, z.B. ein Pneumatikzylinder oder ein pneumatischer Muskel, elektrisch, piezoelektrisch oder hydraulisch betrieben werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Exoskelett ferner

- eine Sensoranordnung zur Messung insbesondere eines Winkels oder einer Kraft; und

- eine Steuereinheit; auf.

Die Steuereinheit ist ausgeführt, den ersten Aktuator der Seilspannvorrichtung auf Basis von Sensordaten der Sensoranordnung zu steuern, so dass

situationsbedingt die Seilspannung der Versteifungseinrichtung anpassbar ist.

Für eine gezielte Anpassung der Steifigkeit des flächenflexiblen

Rückenelements, kann der Aktuator der Seilspannvorrichtung um eine

Steuereinheit und einen Sensor erweitert werden. Der Sensor kann ausgeführt sein, eine Kraft auf das Exoskelett, insbesondere eine Kraft auf die Armstütze des Exoskeletts oder den Winke! des Arms des Nutzers in Bezug auf das

Exoskelett zu messen. Das Steuergerät kann ausgeführt sein, den Aktuator auf Basis der Messwerte des Sensors anzusteuern und somit situationsbeding die Steifigkeit des flächenflexiblen Rückenelements derart anzupassen, dass der Nutzer optimal in seiner Bewegung bzw. Tätigkeit unterstützt wird. Hierdurch kann der Körper des Nutzers vor Überlastung geschützt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind das Rückenteil und das Beckenstützelement drehbar um eine erste Rotationsachse verbunden, welche orthogonal auf der Oberfläche des Rückenteils steht.

Zur Sicherstellung einer Lateralflexion des Nutzers, d.h. einem seitlichen Beugen des Nutzers, kann das Rückenteil mit dem Beckenstützelement über eine erste Rotationsachse verbunden sein. Die erste Rotationsachse kann hierbei senkrecht auf der Oberfläche des Rückenteils stehen. Dadurch kann die

Bewegungsfreiheit des Nutzers in dem Exoskeiett weiter gesteigert werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind das Rückenteil und das Beckenstützelement drehbar um eine zweite Rotationsachse verbunden, welche quer zur Hauptrichtung des Rückenteils in der Fläche des Rückenteils verläuft.

Damit der Nutzer sich auch nach vorne beugen kann, kann eine zweite

Rotationsachse in der Verbindung zwischen Rückenteil und Beckenstützelement vorgesehen sein. Die zweite Rotationsachse kann quer zur Hauptrichtung des Rückenteils liegen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Exoskeiett ferner einen zweiten Aktuator auf, wobei der zweite Aktuator ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist. Das erste Ende des zweiten Aktuators ist mit dem Rückenteil verbunden, wobei das zweite Ende des zweiten Aktuators mit dem Beckenstützelementverbunden ist, wobei der zweite Aktuator ausgeführt ist, die Bewegung zwischen Rücken und Becken zu unterstützen.

Für eine optimale Unterstützung des Nutzers im unteren Wirbelsäuienbereich kann ein zweiter Aktuator vorgesehen sein, welcher die Bewegungen zwischen Beckenstützelement und dem Rückenteil unterstützt. Ferner können auch zwei Aktuatoren parallel neben der Wirbelsäule des Nutzers angeordnet sein, um den unteren Wirbelsäuienbereich zu unterstützen. Die Ansteuerung des zweiten Aktuators kann ebenfalls durch ein Steuergerät erfolgen, welches basierend auf Messdaten eines Sensors den Aktuator ansteuert. Der zweite Aktuator kann pneumatisch, elektrisch, piezoelektrisch oder hydraulisch betrieben werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht wenigstens das erste flächenflexiblen Rückenelement aus kohlefaserverstärktem Kunststoff.

Ferner können die anderen flächenflexiblen Rückenelemente auch aus kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehen. Des Weiteren kann das

flächenflexible Rückenelement aber auch aus anderen Materialien, wie beispielsweise Kunststoff, glasfaserverstärkter Kunststoff, Metall, Textilien (Geweben) oder aus einem Materialmix der vorgenannten bestehen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Exoskelett eine

Schultergelenksanordnung auf, wobei eine Schultergelenksanordnung das Schulteranlageelement, ein erstes Schulterkopplungselement, ein zweites Schulterkopplungselement und die Armstütze aufweist. Das erste

Schulterkopplungselement ist über eine erste Rotationsachse mit dem

Schulteranlageelement verbunden. Das erste Schulterkopplungselement und das zweite Schulterkopplungselement sind über eine zweite Rotationsachse miteinander verbunden. Das zweite Schulterkopplungselement und die

Armstütze sind über eine dritte Rotationsachse verbunden. Die erste

Rotationsachse und die zweite Rotationsachse sind rechtwinklig zueinander und beabstandet voneinander angeordnet. Die zweite Rotationsachse und die dritte Rotationsachse schneiden sich.

Das Exoskelett kann auch zwei Schultergelenksanordnungen aufweisen, eine für die linke Schulter und die andere für die rechte Schulter des Nutzers. Zwischen dem zweiten Schulterkopplungselement und der Armstütze kann ferner ein Aktuator angebracht sein, welcher es ermöglicht die Rotation um die dritte Rotationsachse zu unterstützen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die

Schultergelenksanordnung ferner eine translatorische Achse entlang des Schulteranlageelements auf, wobei das erste Schulterkopplungselement entlang dieser translatorischen Achse verschiebbar ist.

Zur Anpassung des Exoskeletts an den Nutzer und insbesondere an die

Schulterbreite des Nutzers kann eine translatorische Achse in dem

Schulteranlageelement vorgesehen sein. Die translatorische Achse ermöglicht es das erste Schulterkopplungselement entlang des Schulteranlageelements zu verschieben. Die translatorische Achse kann in einer Ausführungsform auch arretiert werden, so dass die Schulerbreite des Nutzers eingestellt wird und anschließend das erste Schulterkopplungselement sich nicht mehr entlang der translatorische Achse verschieben lässt. Diese Arretierung ist lösbar ausgeführt, so dass eine Anpassung auf einen anderen Nutzer möglich ist. Als Alternative kann die translatorische Achse ohne Arretierung ausgeführt werden, somit kann ein weiterer Freiheitsgrad der Schultergelenksanordnung hinzugefügt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Rotationsachse eine Kippachse, die in einem Winkeln zwischen 0° bis 50° kippbar ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Winkel zwischen der zweiten Rotationsachse und dritten Rotationsachse zwischen 0° und 90°, insbesondere beträgt der Winkel zwischen der zweiten Rotationsachse und der dritten Rotationsachse 85°± 5°. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Exoskelett ferner einen dritten Aktuator auf. Der dritte Aktuator weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, wobei das erste Ende des dritten Aktuators mit der Armstütze verbunden ist und wobei das zweite Ende des dritten Aktuators mit dem zweiten Schulterkopplungselement verbunden ist. Der dritte Aktuator ist ausgeführt, die Schulterbewegung zu unterstützen.

Durch den Einsatz eines dritten Aktuators zwischen Armstütze und zweitem Schulterkopplungselement, kann der Nutzer bei seinen Bewegungen unterstützt werden. Insbesondere bei Arbeiten in oder über Kopfhöhe bzw. bei großen Schulterwinkel kann die Unterstützung erfolgen. Das Exoskelett kann ferner ausgeführt sein, die Versteifung des Rückenelements abhängig von der

Unterstützungsleistung des dritten Aktuators zu steuern. Mit anderen Worten, je höher die Unterstützung der Schulter bzw. des Oberarms des Nutzers ist, desto mehr kann das flächenflexiblen Rückenelement versteift werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerung des ersten Aktuators, des zweiten Aktuators und des dritten Aktuators durch die Steuereinheit

durchgeführt werden. Die Steuereinheit kann für die Steuerung Messdaten des Sensors bzw. der Sensoren berücksichtigen.

Ferner kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung an die jeweilige

Körperabmessung angepasst werden, um die zu erwartenden Belastung zu stützen, d.h. z.B. zur Kraftsteigerung und -Umleitung zumindest eines

menschlichen Körperbereichs, bevorzugt einer Extremität. Diese Vorrichtung bzw. das Exoskelett ist durch den Nutzer anziehbar bzw. anlegbar und kann sowohl aus harten, als auch aus weichen oder weichen und harten Materialien gestaltet sein. Insbesondere das flächenflexible Rückenelement ist aus einem harten aber flexiblen Material, somit kann es sich an den Nutzer und dessen Statur anpassen. Weiche Komponenten können vor allem an Kontaktstellen zwischen Nutzer und Technik zum Einsatz kommen.

Dabei ist im Zusammenhang der Erfindung unter der Vorrichtung ein

technisches System mit unterschiedlichen Systemelementen wie Mensch- Technik-Schnittstellen, wie z.B. eine Armstütze oder ein Beckenstützelement, (zur Kraftaufnahme und damit Übertragung der Kraft eines menschlichen Körperteils zum technischen Systems sowie zur Kraftübertragung vom

technischen System zu einem menschlichen Körperteil), Verbindungselementen bzw. Vorrichtung zur Realisierung von rotatorischen und/oder translatorischen Bewegungen in menschlichen Körperteilen wie der Schulter-Arm-Einheit (auch bezeichnet als Mechanik), Sensoren und Aktuatoren zu verstehen. Die

Vorrichtung zur Realisierung von rotatorischen und/oder translatorischen Bewegungen ist im Kontext dieser Offenbarung möglichst ähnlich zu dem menschlichen Gegenpart der unterstützt werden soll, z.B. die menschliche Schulter, und ist folglich anthropomorph zu gestalten. Die Vorrichtung zur Realisierung von menschlichen Bewegungen ist zum einen mit einer Mensch- Technik-Schnittstelle zur Kraftaufnahme, d.h. Übertragung der Kraft von einem menschlichen Körperteil, z.B. dem Oberarm, zum technischen System

ausgestattet. Zum anderen ist die Vorrichtung mit einer Mensch-Technik- Schnittstelle ausgestattet, die die Kraft vom technischen System zurück in Strukturen des menschlichen Körpers überträgt, z.B. Rücken, Brust und/oder Becken. Diese Mensch-Technik-Schnittstelle kann beispielsweise eine dem menschlichen Torso nachgeahmte technische Vorrichtung, nachfolgend auch bezeichnet als Skelett des Torsos sein, welche nicht zwingend individualisiert ist, mit auf den Nutzer angepassten Krafteinleitungspunkten, z.B. mittels Verfahren des 3D-Drucks individuell hergestellt. Das Skelett des Torsos kann hierbei unterschiedlich gestaltet sein. Unterschiedliche Varianten hierfür werden nachfolgend beschrieben. Das Skelett des Torsos lässt sich z.B. mit einem Gurtsystem, wie bei einem Rucksack, relativ zum menschlichen Körper definiert anbringen. Darüber hinaus ist die Vorrichtung zur Realisierung menschlicher Bewegungen mit einer Antriebseinheit ausgestattet. Hierfür gibt es

unterschiedliche passive und aktive Realisierungsmöglichkeiten; insofern aktiv, kann zudem eine Sensorik und Steuerungseinheit erforderlich sein. Die

Antriebseinheit dient dazu, notwendige Kräfte und Momente in der Vorrichtung zu erzeugen, um menschliche Bewegungen zu unterstützen und nachzuahmen. Passiv könnte dies unter Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften z.B. durch eine mechanische Feder, Gasdruckfeder oder elastische Bänder realisiert werden. Zur aktiven Unterstützung lassen sich z.B. Elektromotoren, Pneumatik- und Hydraulikaktuatoren oder künstliche Muskeln einsetzen. Auch diese aktiven Antriebsmöglichkeiten weisen unterschiedliche Charakteristika auf. Die

Anordnung der Antriebsmöglichkeiten kann zum einen direkt an der Rotationsoder Linearachse der Vorrichtung zur Realisierung menschlicher Bewegungen erfolgen. Zum anderen ist es ebenfalls möglich, die Antriebseinheiten dezentral zu platzieren und über z.B. eine Seilzugkinematik die Aktuierung zu realisieren.

Das Skelett des Torsos kann unterschiedlich gestaltet werden. Denkbar ist z.B. eine rein„maschinenähnliche Gestalt", beispielsweise aus einem Profilsystem um rein technische Funktionen realisieren zu können (z.B. einfaches und schnelles anpassen an geänderte Nutzerprofile). Eine weitere Möglichkeit wäre die Gestaltung in der Form, dass sich die Torsostruktur an die menschliche Wirbelsäule anpasst um einen optimalen Kraftfluss zu erreichen. Diese Struktur wird im Folgenden auch als S-Profil-System bezeichnet.

Auch die Gestaltung der Arm-Technik-Schnittstelle kann unterschiedlich erfolgen. Denkbar sind beispielsweise geschlossene und offene, harte und weiche Strukturen.

Die Vorrichtung ist zumindest mit zwei Körperteilen des Trägers direkt gekoppelt und wirkt direkt zusammen, beispielsweise mit dem Oberarm zur Kraftübertragung vom Menschen zum technischen System und zur Realisierung der Stützfunktion sowie mit dem Becken mittels eines Beckenstützelementes zur Kraftrückführung vom technischen System in menschliche Strukturen bzw. den menschlichen Körper. Die Kopplung erfolgt dabei bevorzugt mechanisch, indem z.B. die Vorrichtung durch den Nutzer angezogen werden kann und diese mit mindestens zwei bestimmten Teilen des menschlichen Körpers direkt und anliegend verbunden ist. Dabei kann die Vorrichtung mindestens eine Tätigkeit des Menschen, vornehmlich Hebe- und Handhabungsaufgaben, unmittelbar unterstützen, indem sie zum einen eine Kraftumleitung um besonders stark belastete Bereiche des menschlichen Körpers realisiert und zum anderen Stütz- und Bewegungsfunktionen durch eine gezielte Kraftaufbringung und - Verstärkung realisiert. Somit dient das System zur Kraftaufnahme,

Kraftumleitung, Kraftverstärkung und Krafteinleitung - und kann als Art Stützeinrichtung gesehen werden, beispielsweise für obere Extremitäten des Menschen.

Die Stützeinrichtung kann bei unterschiedlichen Bewegungsformen des

Systemträgers unterstützen und soll Fehlbelastungen, beispielsweise menschlicher, oberer Extremitäten bei z.B. Tätigkeiten in oder über Kopfhöhe, vermeiden. Dennoch soll die Vorrichtung nicht die gesamte Arbeit des Trägers bzw. des Nutzers übernehmen oder ihn komplett entlasten. Das System kann zeitlich beschränkt oder permanent angeschaltet werden. Darüber hinaus sind mehrere Stufen der Intelligenz möglich. Variante eins sieht keine Möglichkeit vor das System an- oder auszuschalten, folglich ist das System (insofern es der Nutzer trägt) immer aktiv. Variante zwei ermöglicht es, dass System gezielt, d.h. durch den Nutzer, an und aus zu schalten (durch z.B. drücken einer

Aktivierungstaste). Variante drei sieht eine Integration von Sensoren und einer Steuerungseinheit zur Verarbeitung der damit erzeugten Daten vor. Mit Hilfe dieser Informationen werden Belastungsdaten, z.B. über EMG- oder

Kraftsensoren, genutzt um das System belastungsabhängig zu steuern.

Beispielsweise ist das System bei geringen Belastungen inaktiv und wird aktiv hinzugeschaltet, sobald die Belastung einen kritischen Wert überschreitet.

Unterschiedliche Szenarien sollen mit dem Gegenstand der Erfindung abgedeckt werden, die nachfolgend in Use Cases beschrieben werden.

Use Case 1 sieht den Einsatz des Systems vor, um eine Überlastung,

beispielsweise des Schulter-Arm-Bereichs, zu vermeiden. In diesem Fall dient die Vorrichtung zur Kraftumleitung. Je nach Ausführungsform ist das System permanent oder zeitweise im Einsatz. Insofern das System eine Intelligenz besitzt, soll das System im Fall einer Überlastung mit negativen Effekten auf die Gesundheit (vorzeitiger Gelenkverschleiß, etc.) die Überlast für den Träger um den kritischen Betrag reduzieren, um wieder auf ein physiologisch verträgliches Maß der Belastung zu kommen. Ziel des Systems ist daher eine gesteuerte Reduktion von Überlast für den Träger, und nicht eine komplette Entlastung. Die physiologisch vertretbare Belastung des Trägers ist aufgrund der positiven Effekte auf des Trägers Gesundheit (Gesundheitserhalt) explizit erwünscht. Prinzipiell, d.h. insofern die Vorrichtung optimal auf den Nutzer angepasst ist, schränkt die Vorrichtung menschliche Bewegungen nicht ein: Mensch und Technik sind räumlich und zeitlich synchronisiert und führen die Bewegung gemeinsam aus. Im Fall einer Überlastung würde die Vorrichtung, die parallel zur belasteten Region des Menschen angeordnet ist, die Kraft gezielt umleiten. Die Steuerung der Vorrichtung bei menschlichen Bewegungen und geänderten Beanspruchungsprofil kann hierbei wie oben beschrieben unterschiedlich erfolgen. Der Aufbau der Vorrichtung ist hierbei angepasst an den Systemträger und die durchzuführende Aufgabe.

Use Case 2 sieht den Einsatz des Systems rein zur Stabilisierung und

Kraftsteigerung für ergonomisch ungünstigen Tätigkeiten wie Tätigkeiten in oder über Kopfhöhe vor, um dem Nutzer die Ausführung der Tätigkeit überhaupt zu ermöglichen. In diesem Fall dient die Vorrichtung primär zur gezielten Krafterzeugung zur Verstärkung einer Bewegung oder zur gezielten Stabilisierung. Sekundär soll die Kraft zudem umgeleitet werden (siehe Use Case 1). Je nach Ausführungsform ist auch in Use Case 2 das System permanent oder zeitweise aktiv. Insofern das System eine Intelligenz besitzt, soll das System nur bei kritischen Aufgaben unterstützen und die Unterstützung auf ein Minimum reduzieren, insofern eine Unterstützung„nicht unbedingt notwendig ist". Ziel des Systems ist daher eine gesteuerte Unterstützung der Bewegung des Systemträgers. Im Fall einer menschlichen Bewegung, z.B. Rotation oder Absenken oder Anheben der Schulter oder Heben des Armes, würde die Vorrichtung, die parallel zur belasteten Region des Menschen angeordnet ist, die für die Bewegung notwendige Kraft (bei intelligenten Systemen nur insofern erforderlich) aufbringen und insofern die Bewegung vernachlässigbar klein ist, die notwendige Kraft zum Stabilisieren aufbringen. Die Steuerung der

Vorrichtung bei menschlichen Bewegungen und geänderten

Beanspruchungsprofil kann hierbei wie oben beschrieben unterschiedlich erfolgen. Der Aufbau der Vorrichtung ist hierbei angepasst an den Systemträger und die durchzuführende Aufgabe.

Bei dem Gegenstand der Erfindung liegt ein besonderer Kern in der

kinematischen Struktur der Vorrichtung, die menschliche rotatorische und lineare Bewegungen ohne Einschränkung durch eine körpernahe Vorrichtung ermöglicht, z.B. Rotation, Absenken und Anheben der Schulter.

Allgemein wird durch das Gesamtkonzept, vor allem für die Vorrichtung zur Realisierung rotatorischer und translatorischer menschlicher Bewegungen, eine Komplexitätsreduktion erreicht, da in erster Linie Bewegungen in vertikaler Richtung betrachtet werden und die Anforderungen an die zu verwendende Aktorik und Sensorik (zweites vornehmlich für aktive Systeme) folglich für Bewegungen in horizontaler Richtung minimiert werden.

Eine weitere Besonderheit liegt in der Steuerung. Das System greift je nach gewählter Steuerungsvariante nur aktiv ein, insofern je nach Use Case eine Überlastung vermieden werden soll oder eine Unterstützung zur Ausführung einer Aufgabe erforderlich ist. Ein Beispiel für die Vermeidung der Überlast ist die manuelle Lasthandhabung. Hierbei würde das System erst dann in die Lastenhandhabungen eingreifen, wenn der Träger entweder das System aktiv startet, da er um die Überlast weiß, oder aber wenn das System so ausgestaltet ist, dass es die Überlast automatisch detektiert. Die Unterstützung von Tätigkeiten in oder über Kopfhöhe ist ein Beispiel für die Unterstützung der Ausführung einer Aufgabe. Das Vorgehen ist äquivalent zu dem des ersten Beispiels.

Die Vorrichtung kann je nach Gestaltung aus unterschiedlichen Elementen, in jeweils unterschiedlicher Anzahl, bestehen. Die Konfiguration, d.h. der

Zusammenbau der Elemente zu einem Gesamtsystem bzw. einer Vorrichtung, und die Auswahl der Elemente erfolgt in Abhängigkeit zu den Anforderungen, die durch den Systemnutzer und die Aufgabe maßgeblich bestimmt werden. Die Kopplung zwischen System und Nutzer kann unterschiedlich erfolgen, z.B. als Rucksack, Tragetasche oder Kleidungsstück. Zum einen kann das System

Körperteile vor Überlastung schützen, indem sie die auf die menschlichen Körperstellen lastenden Kräfte umleitet. Zum anderen kann das System menschliche Bewegungen unterstützen bzw. ermöglichen und Positionen stabilisieren. Eine typische Aufgabe hierbei sind Tätigkeiten in oder über Kopfhöhe in der industriellen Produktion oder dem Handwerk. Das System besteht aus zumindest einer Vorrichtung zur Realisierung biomechanischer und translatorischer menschlicher Bewegungen und zumindest zwei Mensch- Technik-Schnittstellen - wobei eine zur Kraftaufnahme, d.h. Übertragung der Kraft von einer menschlichen Struktur zum technischen System, und eine zur Kraftableitung, d.h. Übertragung der Kraft von dem technischen System zur menschlichen Struktur - sowie einer aktuierenden Einheit bzw. einem Aktuator. Eine Ergänzung um z.B. eine Sensor- und Steuerungseinheit ist möglich und bei gewissen Gestaitungsvarianten, z.B. bei aktiven Antriebseinheiten, erforderlich.

Die Vorrichtung kann vor allem zur Unterstützung von Menschen eingesetzt werden, die ergonomisch ungünstige oder aber repetitive bzw. über einen längeren Zeitraum zu erfüllende Aufgaben ausführen müssen. Darüber hinaus ist der Einsatz zur Stabilisierung von zumindest Teilen elastischer oder nachgiebiger technischer Elemente oder technischer Gelenke oder die

Unterstützung anderer Lebewesen mittelfristig vorgesehen.

Durch die Erfindung wird somit eine Vorrichtung geschaffen, die zumindest einen Teil eines Körpers einer Person oder eines anderen Lebewesens oder eines technischen Systems (wie ein Industrieroboter) durch eine Kraftumleitung und -Verstärkung entlastet bzw. schont, und die Ausführung gewisser

Tätigkeiten überhaupt erst ermöglicht.

Für die Auslegung, Konstruktion und Konfiguration der Vorrichtung sind die kinematischen Gegebenheiten, d.h. insbesondere die Anatomie des relevanten Köperteils des Nutzers und die Aufgabe zu berücksichtigen. Hierbei ist vor allem an die zwei Arten der ensch-Technik-Schnittstelle, die Vorrichtung zur

Realisierung rotatorischer und translatorischer menschlicher Bewegungen sowie die Aktuatorik und eventuelle Sensorik inkl. Steuerung zu denken, die

maßgeblich die Leistungsfähigkeit bestimmen. Diese Elemente können starr oder flexibel miteinander verbunden werden, so dass die Vorrichtung

unterschiedlich viele Freiheitsgrade besitzen kann. Unterschiedlichste geometrische Gestaltungsmöglichkeiten sind möglich.

Der Gegenstand der Erfindung führt nur zu geringen Zwangskräften an den Mensch-Maschine-Schnittstellen, da die kinematische Struktur auf die

Biomechanik des Nutzers der Stützvorrichtung angepasst ist (hierdurch hohe Akzeptanz durch Hoheit beim Anwender). Aufgrund seiner Struktur ermöglicht das System eine gezielte Krafteinleitung in das technische System, eine gezielte Kraftumleitung um kritische menschliche Strukturen und das gezielte Einleiten einer Kraft vom technischen System in das technische System. Damit bewegt sich das Kernstück dieser Erfindung parallel zu der menschlichen Biomechanik und ist bevorzugt anthropomorph gestaltet. Eine andere Gestaltung ist jedoch auch möglich. Besonders hervorzuheben ist eine mögliche Ausprägungsform des Skeletts des technischen Torsos (bezeichnet als S-Profil-System), welche die Anpassbarkeit des Systems an die physiologische Doppel-S Form der

Wirbelsäule gewährleistet, demnach gestalterisch angepasst an die Anordnung von Brustkyphose und Lendenlordose.

Zusammengefasst ist die Vorrichtung mit einer oder mehreren Schnittstellen zwischen Vorrichtung und Nutzer (bevorzugt zwei), mit einer oder mehreren Vorrichtung/en zur Realisierung rotatorischer und translatorischer menschlicher Bewegungen (bspw. der Schulter) und einer passiven und/oder aktiven

Antriebseinheit, im aktiven Fall mit einer mit einer Sensoreinrichtung und Steuerungseinheit, ausgestattet. Die Vorrichtung ermöglicht zum einen eine ergonomischere günstigere Ausführung manueller Tätigkeiten z.B. in oder über Kopfhöhe, und zum anderen kann hierdurch die Ausführung von körperlich anstrengenden oder kritischen Aufgaben ermöglicht werden. Insbesondere kann durch das System die Gewichtskraft der durch den Nutzer gehaltenen Objekte durch Unterstützung an den oberen Extremitäten ausgeglichen werden. Durch die gezielte Anordnung aktiv angetriebener und passiver Freiheitsgrade zumindest eines Teils der Vorrichtung zur Realisierung rotatorischer und translatorischer menschlicher Bewegungen ist es in einer vorstellbaren

Ausprägungsform möglich, vor allem vertikal wirkende Kräfte von der oberen Extremitäten in den Torso umzuleiten. Wohingegen in horizontaler Richtung der Nutzer nur gering eingeschränkt wird. Somit ist es möglich die schädliche Gewichtslaste konstruktiv von der aus gesundheitlichen Gründen nützlichen und für die Handhabung wichtigen Bewegung in der horizontalen Ebene zu trennen.

Durch derartige Systeme können Mitarbeiter in unterschiedlichen

Anwendungskontexten nachhaltig in ihrem Arbeitsumfeld integriert werden, da hierdurch zum einen der vorzeitige Verschleiß verringert werden kann und zum anderen diese Systeme die Verminderung der körperlichen Leistungsfähigkeit verringern können. Das System kann sowohl im beruflichen Sektor, z.B. bei Hebe- und Tragevorgänge, als auch im privaten Bereich, z.B. bei der Installation von Lampen und beim Malern eingesetzt werden.

Bei dem Gegenstand der Erfindung handelt es sich um ein tragbares,

insbesondere um ein anziehbares System zur Vermeidung von

Überlastungsschäden und Unterstützung ergonomisch ungünstiger Tätigkeiten. Für die konkrete Systemgestaltung gibt es unterschiedliche

Ausprägungsvarianten. Die Beweglichkeit des Nutzers, also die menschliche Bewegung, wird durch das System i.d.R. nicht beeinflusst bzw. eingeschränkt. Der Aufbau des Systems kann aus unterschiedlichen Materialien, die weich oder hart sein können, erfolgen, wie beispielsweise Aluminium, Textilien, GFK, CFK oder Kunststoff.

Zusammenfassen lässt sich, dass sich der Gegenstand der Erfindung vor allem durch folgende Aspekte auszeichnet:

- Die gezielte Kopplung von rotatorischen und translatorischen Freiheitsgraden in einer kinematischen Struktur führt zu einer sehr hohen Bewegungstreue des Unterstützungssystems. - Ein weiterer großer Vorteil der Vorrichtung kann in der deutlich einfacheren, kompakteren und kostengünstigeren Bauweise gesehen werden.

- Für die Auslegung der Kinematik wurden speziell Messungen (insbesondere aus biomechanischen Analysen) berücksichtigt, um ein anthropomorphes Design des körpernahen/körpergetragenen Systems zu realisieren. Dies führt dazu, dass die Bewegungstreue trotz der Reduzierung der Freiheitsgrade sehr gut nachgebildet werden kann.

- Die modulare Struktur und die speziell vorgesehenen

Anpassungsmöglichkeiten ermöglichen eine optimale Nutzung der

erfinderischen Vorrichtung.

Durch vernachlässigbare Zwangskräfte (hiermit Hoheit über Anwendung bei Nutzer), bedingt durch die kinematische Struktur bzw. Aktorik, die vornehmlich die Gewichtskraft kompensiert, sowie der sehr guten Anpassungsmöglichkeit und der sehr körpernahen und kompakten Systemgestalt ergibt sich eine hohe Akzeptanz.

Kurze Figurenbeschreibung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im nachfolgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Exoskeletts in einer seitlichen Ansicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Exoskeletts mit einer beabstandeten Versteifungseinrichtung in einer seitlichen Ansicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. zeigt eine schematische Darstellung eines Exoskeletts mit einer beabstandeten Versteifungseinrichtung in einer isometrischen Ansicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. zeigt eine schematische Darstellung eines Exoskeletts mit einer beabstandeten Versteifungseinrichtung in einer seitlichen Ansicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. zeigt eine Schultergelenksanordnung gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung. zeigt die erste Rotationsachse, welche eine Kippachse ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. zeigt eine Schultergelenksanordnung in einer isometrischen Ansicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. zeigt ein erstes Beispiel für eine erfindungsgemäße

Stützvorrichtung, deren Zusammenwirken mit einer Person beim Ausführen einer Tätigkeit in und über Kopfhöhe in

Körperseitenansicht zeigt ein erstes Beispiel für eine erfindungsgemäße

Stützvorrichtung, deren Zusammenwirken mit einer Person in Ruhestellung in Körperrückansicht, Fig. 10 zeigt ein zweites Beispiel für eine erfindungsgemäße

Stützvorrichtung, deren Zusammenwirken mit einer Person in Ruhestellung in Körperrückansicht,

Fig. 11 zeigt ein drittes Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, deren Zusammenwirken mit einer Person in Ruhestellung in Körperrückansicht

Fig. 12 zeigt eine Explosionszeichnung der erfindungsmäßen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung

Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Stützvorrichtung ist die Unterstützung körperlich arbeitender Menschen im privaten und beruflichen Umfeld bei ergonomisch kritischen Aufgaben wie Tätigkeiten in oder über Kopfhöhe, z.B. Installations- und Montageaufgaben bei Handwerkern, in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Dies sind durchweg Tätigkeiten, die sowohl heutzutage, als auch in Zukunft, bevorzugt durch den Menschen ausgeführt werden. Der Bedarf hierfür wird z.B. aufgrund des demografischen Wandels, der gestiegenen Anforderungen im Produktionsumfeld durch komplexere und individualisiertere Produkte immer größer. Die erfindungsgemäße

Stützvorrichtung kann dazu führen, dass diese Tätigkeiten aufgrund einer gezielten Entlastung und damit einhergehenden Reduktion von

Überlastungsschäden über einen längeren Zeitraum als bisher durchgeführt werden können und zudem gewisse Tätigkeiten, die besondere Fertigkeiten verlangen, erst ermöglicht (z.B. Handhabung schwerer Lasten). Des Weiteren kann sie Tätigkeiten für Personengruppen erleichtern, die bislang für diese Belastungsgrößen nicht optimal ausgerüstet sind. Diese Anwendungsbeispiele zeigen, dass die Thematik eine große gesellschaftliche Relevanz besitzt

(nachhaltiger Einsatz der Ressource Mensch im privaten und beruflichen Umfeld). Die Lücke einer notwendigen Systemtechnik zur zielgerichteten Unterstützung kann durch die Stützvorrichtung minimiert werden ohne den Menschen durch ein technisches System zu ersetzen. Als Folge dessen kann die gesamte Volkswirtschaft gestärkt werden, da z.B. die Krankheitstage je

Arbeitnehmer aufgrund der Vermeidung von Fehlbelastungen verringert werden können.

Der Gegenstand der Erfindung unterstützt den Anwender durch eine anziehbare Stützvorrichtung, die parallel zu mindestens einem menschlichen Körperteil angeordnete, auf unterschiedlicher Weise steuerbare parallel angeordnete Elemente aufweist, die in Summe eine Stützvorrichtung darstellen. Hierzu können auch Funktionen zur Regelung und Steuerung der Vorrichtungselemente und dafür notwendige Sensorik gehören.

Im nachfolgenden werden Ausführungsformen anhand eines Anwendungsfalls, Tätigkeiten in und über Kopfhöhe, der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Exoskelett 100 in einer seitlichen Ansicht. Das Exoskelett 100 in Fig. 1 weist mehrere Baugruppen auf, diese sind zum einen das Rückenteil 110, die Schultergelenksanordnung 200 und das Beckenstützelement 150. Das Rückenteil 110 verbindet hierbei das Beckenstützelemente 150 mit der

Schultergelenksanordnung 200. Die Schultergelenksanordnung 200 umfasst wenigstens eine Armstütze 240 und ein Schulteranlageelement 210. Das Rückenteil 110 weist wenigstens ein erstes flächenflexibles Rückenelement III auf. Dieses ist senkrecht zur Hauptausdehnungsrichtung flexibel gestaltet, so dass ein Nutzer das erste flächenflexible Rückenelement III verbiegen kann. Das erste flächenflexible Rückenelement III ist direkt oder indirekt mit dem Beckenstützelement 150 verbunden und ist mit der Schultergelenksanordnung 200 verbunden. Bei einer indirekten Verbindung zwischen dem ersten flächenflexiblen Rückenelement III und dem Beckenstützelement 150, kann ein zweites flächenflexibles Rückenelement 112 und/oder ein

Verbindungselement 140 die Verbindung zwischen dem ersten flächenflexiblen Rückenelement III und dem Beckenstützelement 150 herstellen, wobei der Abstand zwischen dem ersten flächenflexiblen Rückenelement III und dem zweiten flächenflexiblen Rückenelement 112 über das Verbindungselement 140 einstellbar ist. Somit kann das Exoskelett 100 auf Nutzer mit verschiedener Statur angepasst werden. Auf dem ersten flächenflexiblen Rückenelement III kann eine erste Versteifungseinrichtung 130 angebracht sein, welche es ermöglicht das ersten flächenflexiblen Rückenelement III gezielt in einer Biegerichtung zu versteifen. Die erste Versteifungseinrichtung 130 kann Außen in Bezug auf den Rücken des Nutzers auf dem ersten flächenflexiblen

Rückenelement III angebracht sein. Das erste Versteifungselement 130 ist durch zwei Kraftangriffspunkte 121, 122 mit dem ersten flächenflexiblen Rückenelement III verbunden. Der erste Kraftangriffspunkt 121 ist hierbei schultergelenksanordnungsseitig angebracht und der zweite Kraftangriffspunkt 122 ist beckenstützelementseitig angebracht.

In Fig. 1 ist ferner eine innere Versteifungseinrichtung 130a auf der Innenseite des flächenflexiblen Rückenelements III angebracht, so dass auch die zweite Biegerichtung gezielt versteift werden kann. Des Weiteren können sich die Bereiche der ersten Versteifungseichrichtung 130 und der inneren

Versteifungseinrichtung 130a überSappen, so dass das erste flächenflexible Rückenelement sowohl in die erste Biegerichtung als auch in die zweite

Biegerichtung versteift ist.

Fig. 2 zeigt im Wesentlichen das Exoskelett 200 aus Fig. 1. Auch in Fig. 2 verfügt das Exoskelett über eine Schultergelenksanordnung 200 mit einer Armstütze 240 und einem Schulteranlageelement 210. Ferner weist das Exoskelett 100 ein Rückenteil 110 und ein Beckenstützelement 150 auf, wobei das Rückenteil 110 das Beckenstützelement 150 mit der Schultergelenksanordnung 200 verbindet. Als Unterschied zu Fig. 1 weißt Fig. 2 eine andere Ausprägung der

Versteifungseinrichtung 130 auf. Die Versteifungseinrichtung 130 weist ferner ein Versteifungselement 135 auf, wobei dieses in Fig. 2 zwischen einem ersten Kraftangriffspunkt 121 und einem zweiten Kraftangriffspunkt 122 angeordnet ist. Der erste Kraftangriffspunkt 121 befindet sich auf dem

Schulteranlageelement 210. Der zweite Kraftangriffspunkt 122 befindet sich auf dem Verbindungselement 140. Des Weiteren sind auf dem ersten

flächenflexiblen Rückenelement 111 auskragende Haltestrukturen 160, 161 angebracht, über die das Versteifungselement 135 verläuft. Das

Versteifungselement 135 kann z.B. ein gespanntes Seil oder eine Feder sein. Durch die Haltestrukturen 160, 166 kann der Abstand zwischen dem

Versteifungselement 135 und dem zu versteifenden ersten flächenflexiblen Rückenelement 111 eingestellt werden, so dass eine gezieltere Versteifung des ersten flächenflexiblen Rückenelements sichergestellt werden kann. Ferner weist die Versteifungseinrichtung 130 eine Seilspannvorrichtung 170 auf. Diese Seilspannvorrichtung 170 ermöglicht es die Seilspannung bzw. die

Federspannung anzupassen. Die Anpassung kann hierbei manuell oder automatisch erfolgen. Die Seilspannung kann vorteilhafterweise an die

Bedürfnisse des Nutzers, z.B. an dessen Körpergröße, Muskelstärke, und an die zu verrichtende Tätigkeit angepasst werden. Für eine automatische Anpassung der Seilspannung kann ein Aktuator in der Seilspannvorrichtung 170 vorgesehen sein. Dieser kann beispielsweise ein Pneumatikzylinder, ein Hydraulikzylinder, ein pneumatischer Muskel, ein Piezoelement oder ein Elektromotor sein. Des Weiteren ist es möglich, eine Steuereinheit und eine Sensoranordnung zur Steuerung des Aktuators einzusetzen. Somit kann der Aktuator an die jeweilige Situation angepasst werden. D.h. abhängig von den auftretenden Kräften bzw. Winkeln an dem Exoskelett 100 kann die Versteifung der

Versteifungseinrichtung 130 angepasst werden. Dadurch kann die Steifigkeit des Rückteils 110 angepasst werden und der Nutzer kann individuell unterstützt werden.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen ein Exoskelett 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer isometrischen bzw. einer seitlichen Ansicht. Im Gegensatz zu den Figuren 1 und 2 ist das Rückenteil 110 in Fig. 3 dreiteilig ausgeführt, d.h. es sind drei flächenflexible Rückenelemente III, 112, 113 vorhanden. Diese drei flächenflexiblen Rückenelemente III, 112, 113 sind über zwei

Verbindungselemente 140a, 140b verbunden. Die Verbindungselemente 140a, 140b ermöglichen es den Abstand zwischen den jeweils verbundenen

flächenflexiblen Rückenelementen einzustellen, so dass eine Höhenanpassung an den jeweiligen Nutzer ermöglicht wird. Des Weiteren weist Fig. 3 ein

Schulterauflage 180 auf, diese dient dazu das Exoskelett bequem für den Nutzer auf dessen Schultern zu platzieren. Die Verbindung zwischen dem dritten flächenflexiblen Rückenelement 113 und dem Beckenstützelement 150 erfolgt über eine Anordnung, welche eine erste Rotationsachse 151 und eine zweite Rotationsachse 152 aufweist. Die erste Rotationsachse 151 ermöglicht es dem Nutzer seinen Rücken seitlich zu beugen, also eine Lateralflexion des Rückens. Die zweite Rotationsachse 152 ermöglicht es dem Nutzer sich vorzubeugen, also ein Beugen des Beckenstützelements 150 gegenüber dem dritten

flächenflexiblen Rückenelements 113. In Fig. 3 ist die erste

Versteifungseinrichtung 130 mit zwei parallelen Versteifungselementen 135a, 135b ausgeführt, welche über dem ersten flächenflexiblen Rückenelement 111 gespannt sind. In diesem Fall handelt es sich bei den Versteifungselementen 135a, 135b um gespannte Seile. Ein erster Kraftangriffspunkt 121 befindet sich, wie bei Fig. 2, an dem Schulteranlageelement 210. Der zweite Kraftangriffspunkt 122 der ersten Versteifungseinrichtung 130 befindet sich an dem

Versteifungselement 140a. Die Versteifungselemente 135a, 135b werden durch die Haltestruktur 160 hindurch geführt, um eine Verbindung zwischen dem ersten Kraftangriffspunkt 121 und dem zweiten Kraftangriffspunkt 122 herzustellen. Des Weiteren wird durch die Haltestruktur 160 ein Abstand zwischen den Versteifungselementen 135a, 135b dem ersten flächenflexiblen Rückenelement III hergestellt. Durch diese Anordnung kann die erste

Versteifungseinrichtung 130 das erste flächenflexible Rückenelement 111 gezielt versteifen. Eine zweite Versteifungseinrichtung 131 ist über dem zweiten flächenflexiblen Rückenelement 112 angeordnet. Auch die zweite

Versteifungseinrichtung 131 weist zwei parallele Versteifungselemente 136a 136b auf. Die Versteifungselemente 136a, 136b sind zwischen den beiden Verbindungselementen 140a, 140b gespannt und sind ausgeführt das zweite flächenflexible Rückenelement 112 gezielt zu versteifen. Die Seilspannung der einzelnen Versteifungselemente 135a, 135b, 136a, 136b kann unterschiedlich ausgeführt werden, aber auch gleich. Ferner weist Fig. 3 eine Schultergelenksanordnung 200 auf, welche in den Fig. 5 - 7 näher beschrieben wird.

Fig. 5 und Fig. 7 zeigen eine Schultergelenksanordnung 200. Die

Schultergelenksanordnung 200 weist folgende Komponenten auf, ein

Schulteranlageelement 210, 210a, ein erstes Schulterkopplungselement 220, ein zweites Schulterkopplungselement 230 und eine Armstütze 240. Das

Schulteranlageelement 210 kann zweiteilig ausgeführt sein, so dass es einen ersten Teil 210 und einen zweiten Teil 210a aufweist. Hierdurch kann eine translatorische Achse 205 bereitgestellt werden, da das eine Teil in das andere Teil hineingeschoben werden kann, um das Exoskelett an die Schulterbreite des Nutzers anpassen zu können. Die translatorisch Achse 205 kann in einer

Ausführungsform nach dem Einstellen arretiert werden, so dass diese sich nicht während der Nutzung verstellt und die Kraft effektiv auf das Rückenteil und das Beckenstützelement übertragen werden kann. Das Schulteranlageelement 210 bzw. 210a ist mit dem ersten Schulterkopplungselement 220 rotatorisch verbunden, so dass eine erste Rotationsachse 215 entsteht. Die erste

Rotationsachse 215 kann als Kippachse ausgeführt sein, welche näher in Fig. 6 beschrieben wird. Das erste Schulterkopplungselement 220 ist mit dem zweiten Schulterkopplungselement 230 über eine zweite Rotationsachse 225

verbunden. Das zweite Schulterkopplungselement 230 ist mit der Armstütze 240 über eine dritte Rotationsachse 235 verbunden. Die zweite Rotationsachse 225 und die dritte Rotationsachse 235 schneiden sich in einem Winkel zwischen 0° und 90°, insbesondere in einem Winkel von 85°±5°. Die zweite Rotationsachse 225 und die erste Rotationsachse 215 schneiden sich nicht direkt, da das erste Schulterkopplungselement 220 sowohl seitlich als auch nach hinten auskragt. Somit sind diese beiden Rotationsachsen zwar orthogonal zueinander aber beabstandet voneinander. Die oben beschriebene Schultergelenksanordnung 200 ermöglicht es mit einer Anzahl von drei Rotationsachsen 215, 225, 235 eine hohe Beweglichkeit im Schulterbereich des Nutzers sicherzustellen. Zwischen der Armstütze 240 und dem zweiten Schulterkopplungselement 230 kann ein Aktuator 250 angebracht sein, dieser kann ausgeführt sein, den Arm des Nutzers zu unterstützen. Somit kann der Nutzer längere Arbeiten mit Werkzeugen ausführen bzw. besser über Kopfhöhe arbeiten. Ferner kann für die

Ansteuerung des Aktuators 250 ein Sensor die Kraft oder den Winkel messen, um eine ideale Unterstützung des Nutzers zu gewährleisten.

Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht der ersten Rotationsachse 215. Ferner werden auf Fig. 6 das erste Schulterkopplungselement 220 und das

Schulteranlageelement 210a dargestellt. Bei der ersten Rotationsachse 215 handelt es sich um eine Kippachse, welche in einem Winkel von 50° kippbar ist. Die Konstruktion sieht vor, dass mittels zweier Anschläge der gewünschte Winkel, hier 50°, eingestellt werden kann. Somit kann ein Überdehnen des Menschen verhindert werden.

Figuren 8 bis 11 zeigen jeweils eine mögliche Ausprägungsform der

Stützvorrichtung bzw. des Exoskeletts für den Anwendungskontext der

Tätigkeiten in und über Kopfhöhe. Bei dieser Anwendung handelt es sich um einen ergonomisch sehr kritischen Anwendungsfall. Die Vorrichtung soll vor allem Mitarbeiter, beispielsweise in der Produktion, vor Überlastungsschäden, z.B. im Schulterbereich, verschonen (Use Case 1 Kraftumleitung), bzw. die Ausführung von Tätigkeiten in und über Kopfhöhe ermöglichen (Use Case 2 Kraftsteigerung). Fig. 8 skizziert ein erstes Beispiel für eine Stützvorrichtung 100, deren

Zusammenwirken mit dem Nutzer 101 und zwischen den Systemelementen dargestellt ist. Die Stützvorrichtung 100 ist über zwei Mensch-Technik- Schnittstellen mit dem Nutzer 101 gekoppelt: eine Schnittstelle zwischen der Stützvorrichtung 100 und dem Oberarm des Nutzers 102, z.B. eine Armstütze, bezeichnet als Schnittstelle zwischen technischem System und dem

menschlichen Arm (Arm-System-Schnittstelle 241), sowie eine Schnittstelle zwischen der Stützvorrichtung 100 und dem menschlichen Torso 104, bezeichnet als Schnittstelle zwischen technischem System und dem

menschlichen Torso (System-Torso-Schnittstelle 105), beispielsweise ein Beckenstützelement. Die System-Torso-Schnittstelle 105 ist mit einem Träger- /Verbindungssystem 106 ausgestattet. Darüber hinaus besitzt die System -Torso Schnittstelle 105 eine speziell auf den Nutzer 101 anzupassende Anschlussstelle zum menschlichen Becken 107. Darüber hinaus verfügt die Stützvorrichtung 100 über eine Vorrichtung zur Realisierung vor allem rotatorischer menschlicher Bewegungen 201, die zwischen der System-Torso-Schnittsteile 105 und der Arm-System-Schnittstelle 241 angeordnet ist. Diese mögliche Ausprägung der Vorrichtung zur Realisierung menschlicher Bewegungen 241 besitzt drei Freiheitsgrade. Eine Aktuierungseinheit bzw. ein Aktuator ist in Figur 8 nicht dargestellt, kann für den Einsatz jedoch erforderlich sein. Mögliche

Ausprägungsformen für die Aktuierungseinheit und darüber hinaus für die notwendige Sensorik und Steuerungseinheit bei aktiven Aktuierungseinheiten ist oben dargestellt.

Fig. 9 zeigt eine zweite Skizze einer weiteren Ausprägungsform der

erfindungsgemäßen Stützvorrichtung 100 mit vor allem einer anderen

Ausprägung der Vorrichtung zur Realisierung rotatorischer und translatorischer menschlicher Bewegungen 201, wobei die Ausprägung aus Figur 8 rechts und die neue Variante links dargestellt ist. Die links dargestellte Ausprägungsform - teilweise Parallelkinematik - ermöglicht zusätzlich zu der Realisierung der rotatorischen menschlichen Bewegung zusätzlich die Realisierung einer translatorischen menschlichen Bewegung. Dieser spezielle Teil der Kinematik der Vorrichtung ist oberhalb der menschlichen Schulter 109 angeordnet.

Eine weitere Ausprägungsform der Stützvorrichtung 100 ist in Fig. 10 dargestellt - Hauptunterschied ist hierbei in der Vorrichtung zur Realisierung rotatorischer und translatorischer menschlicher Bewegungen 201. Die Konstruktion dieser Vorrichtung ist im Vergleich zu den Ausführungsformen aus Figur 8 und Figur 9 grundsätzlich anders ausgeführt, um die Bewegungstreue zu verbessern. Eine am oberen Rücken des Nutzers angeordnete Parallelkinematik 222 bildet in der Vorrichtung zur Realisierung der menschlichen Bewegung die Funktion „anheben/hochziehen der Schulter" (zwei-dimensionale Verschiebung) ab. Die Rotation der Schulter wird durch ein zu den Ausprägungsformen aus Figur 8 und Figur 9 ähnliches Element realisiert (ein-dimensionale Rotation).

Eine vierte Ausführungsform für die Vorrichtung zur Realisierung menschlicher Bewegungen 201 ist in Figur 11 skizziert. Diese Ausführungsform besitzt zwei Freiheitsgrade, vor allem zur Realisierung rotatorischer menschlicher

Bewegungen. Aufgrund der andersartigen Gestaltung der Vorrichtung zur Realisierung menschlicher Bewegungen 211 ist eine anders gestaltete System- Torso-Schnittstelle 105 erforderlich, speziell oberhalb der menschlichen

Schulter 109. Alle vier grob skizzierten Stützvorrichtungen bzw. Exoskelette 100 unterstützen zumindest einen Arm (speziell den oberen Arm 102) des Nutzers 101, der in den Skizzen direkt mit der Stützvorrichtung 100 über eine Schnittsteile gekoppelt ist. Unterschiedliche Varianten für die Vorrichtung zur Realisierung rotatorischer und translatorischer menschlicher Bewegungen 211 wurden skizziert. Varianten und Ausprägungsformen für die Integration und Ausführung der

Aktuierungseinheit, und im Falle von aktiven Systemen, der Sensor- und

Steuerungseinheit, wurden nicht dargestellt. Ausführungsformen wurden oben beschrieben.

Eine darüber hinaus gehende Ausprägung ist in Figur 12 skizziert. Eine spezielle Ausprägung besitzt hier die Rückenkonstruktion bzw. das Rückenteil. Dieses besteht aus einem oberen Rückenelement 111, einem mittleren Rückenelement 112 und einem unteren Rückenelement 113. Das besondere hierbei ist, dass diese Konstruktion Einstellmöglichkeiten vorsieht, die speziell die Anpassung in der Höhe individuell ermöglicht. Das Profil der Rückenkonstruktion besitzt eine S-Form (in Analogie zur Form der Wirbelsäule). Die Rückenelemente können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden, z.B. Kunststoff, CFK, GFK oder Metall. Es bietet sich hier allerdings speziell kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK) an, da hiermit besonders gut richtungsabhängige Steif igkeitseigenschaften eingestellt werden können. Somit ist es damit möglich eine so weiche Struktur zu bauen, die das Krümmen des Rückens ermöglicht, aber dennoch in der Lage ist die auftretenden Kräfte abzuleiten. Das obere Rückenelement 111

umschließend nur gerade so die Schultern. Ein weiteres umschließen ist nicht erforderlich, da hier keine Kräfte aufgenommen bzw. eingeleitet werden sollen, sondern vielmehr nur eine Referenzierung und Arretierung ermöglicht werden soll. Die Verbindung der Rückenelemente erfolgt z.B. per Schraubverbindungen. Zusätzlich wird das Rückensystem mit einer Rucksackhalterung ausgestattet. Für die eine Anbindungsseite sind spezielle Elemente 140 vorgesehen. Ein weiteres Anbindungselement ist für einen Brust-Haltegurt erforderlich, der den Brustgurt des Nutzers umschließt - auch hier nur zur Referenzierung und Arretierung, nicht zur Krafteinleitung. Das untere Rückenelement 113 ist wiederum mit einem Beckengurt verbunden (nicht dargestellt). Am oberen Rückenelement III ist wiederum ein Anbindungselement 140 befestigt, welches die Anbindung zu den weiteren Systemteilen ermöglicht. Hierzu zählen zum einen die

Armkinematik und zum anderen die Kopfstütze 117. Die grundlegende

Verbindung zur Armkinematik stellt ein Umlenkungsbügel 118 dar, der mit dem Anbindungselement 140 verbunden ist. An diesem Umlenkbügel kann ein oder zwei Armelemente angebaut werden. Diese Armelemente bestehen aus vier mechanischen Elementen, einer ensch-Technik-Anbindung und einem

Aktuator {nicht abgebildet). Zu den vier Elementen gehört die Anbindung Arm- Umlenkbügel 211a, eine Gabelbrücke 221, ein 90° Umlenkbügel 231 und der Armhebel 242. Zwischen dem Armhebel 242 und dem 90° Umlenkbügel 231 wird der Aktuator verspannt. Als Aktuator kann z.B. eine Gasdruckfeder, ein Pneumatikaktuator oder ein Elektromotor genutzt werden. Zur

Sollwertberechnung kann darüber hinaus auch noch Sensorik integriert werden. An den Armhebel 242 wird die Mensch-Technik-Schnittstelle 243 angebaut. Die Position kann über eine Stellvorrichtung eingestellt werden.

Für den Kontext, in dem sich die in Figuren 8 - 11 dargestellten

Stützvorrichtungen anwenden lassen, ist es wichtig, dass dem Nutzer das Gewicht seiner eigenen Extremitäten und der gehaltenen Werkzeuge

abgenommen wird. Insbesondere in statischen Situationen ist die menschliche Muskulatur auf Grund verminderter Durchblutung in der Leistungsfähigkeit gegenüber dynamischer Belastung beschränkt. Es ist hingegen in der Regel nicht notwendig den Nutzer bei der Positionierung zu unterstützen oder die Dynamik in horizontaler Richtung zu steigern. Daher wird bei dem hier beschriebenen Konzept durch die konstruktive Gestaltung gezielt in vertikaler Richtung unterstützt wohingegen in horizontaler Richtung möglichst wenig Kraft auf den Nutzer übertragen wird. Dies wird erreicht, indem passiv gestaltete

Rotationsachsen parallel zur Gravitationsrichtung verlaufen. Aktiv oder passiv angetriebene Rotationsachsen verlaufen in einer zum Boden parallelen Ebene. Das an der Rotationachse anliegende Drehmoment wird dabei abhängig vom Winkel zwischen Körperlängsachse und der Längsachse der parallel zum unterstützten Körperteil verlaufenden mechanischen Struktur so gewählt, dass am Punkt des größten Hebelarms das größte Moment erreicht wird. Für ein am Oberarm angebrachtes Unterstützungssystem ergibt sich mit diesem Prinzip ein Antriebsmoment gemäß maximal aus einem festgelegten Maximalunterstützungsmoment M _{Antrieb maximal} mit einem Winkel phi _oberarm zwischen Körperlängsachse und Oberarm.

Neben dem Winkel phi _oberarm können hierbei weitere physiologische

Parameter wie der Verlauf der maximalen Muskelkraft über den Gelenkwinkel (Kraftkurvenverlauf des Muskels) in die Berechnung einfließen, um

sicherzustellen, dass die Unterstützungskraft geringer ist als die für die

Ausführung der Aufgabe notwendige Kraft. Das System bewegt den Nutzer somit nicht selbsttätig. Es ist stets notwendig, dass der Nutzer Kraft aufbringt. Für andere Körpergelenke können sinngemäß identische Zusammenhänge zwischen Gelenkwinkel und Unterstützungskraft aufgestellt werden. Durch geeignete Verknüpfung kann somit sichergestellt werden, dass dem Nutzer die schädliche Gewichtsbelastung zum Teil abgenommen wird, wohingegen die Bewegungsfreiheit erhalten bleibt.

Für vor allem für translatorische Bewegungen, wie sie beispielsweise am

Schultergürtel auftreten, sind auch andere Bewegungsmuster denkbar. Hier ist aus physiologischen Gründen sinnvoll, die entgegen der Gravitation wirkende Kraft beim Überschreiten eines Winkels von 90° zwischen Oberarm und

Körperiängsachse einzuschalten.

Weitere Sensorik (bspw. EMG-Sensoren) zur Integration einer Erkennung der Intention des Nutzers ist möglich. Das Konzept der vornehmlichen

Kompensation von Gravitationseinflüssen wird dabei beibehalten und um eine situationsabhängige Beeinflussung der maximalen Unterstützungskraft

M _Ant rieb, maximal erweitert.

Die beschriebene konstruktive Realisierung ermöglicht es die potentielle Energie vereinfacht zu speichern (bspw. als elastische Energie in Federn oder Druckluft) und bei Bedarf wieder an den Nutzer abzugeben.

Neben dieser Starrkörperbetrachtung ist es zudem wichtig festzustellen, dass die Stützvorrichtung aus flexiblen Elementen (insbes. im Bereich des Rückens) besteht. Diese sind so angebracht, dass sie in Bezug auf die Richtung der Haupt- Unterstützungskraft steif sind, in andere Richtung jedoch flexibel. Dadurch können sich diese an die Form des Körpers und die Bewegung (insbesondere Flexion des Rückens, vergl. System-Torso-Sch n ittstel le 105 in Figur 1) anpassen. Allgemein wird dies durch flache, nah am Körper verlaufende Strukturen erreicht. Durch Textilbefestigung (vergl. Träger-/Verbindungssystem 106 in Figur 9) um den betreffenden Körperteil herum, wird erreicht, dass sich die Struktur an das Körperteil anpasst und bei Belastung parallel zur Längsachse nicht wegknickt.

Bezugszeichenliste

100 Exoskelett bzw. Stützvorrichtung

101 Nutzer

102 Oberarm des Nutzers

104 menschlicher Torso

105 System-Torso-Schnittsteile

106 Träger-/Verbindungssystem

107 menschliches Becken

109 menschliche Schulter

110 Rückenteil

III erstes Rückenelement

112 zweites Rückenelement

113 drittes Rückenelement

114 Anbindungselement für Rucksackhalterung

116 Anbindungselement

117 Kopfstütze

121 erster Kraftangriffspunkt

122 zweiter Kraftangriffspunkt

130 Erste Versteifungseinrichtung

131 Zweite Versteifungseinrichtung

135 Erstes Versteifungselement (a, b)

136 Zweites Versteifungselement (a, b)

140 Verbindungselement

150 Beckenstützelement

151 Erster Drehpunkt des Beckenstützelements

152 Zweiter Drehpunkt des Beckenstützelements

160 Haltestruktur Haltestruktur

Seilspannvorrichtung

Schulterauflage

Schultergelenksanordnung

Vorrichtung zur Realisierung menschlicher Bewegungen Translatorische Achse

Schulteranlageelement

Umlenkungsbügel

a Anbindung Arm-Umlenkbügel

Erste Rotationsachse

Erster Schulterkopplungselement

Gabelbrücke

Parallelkinematik einer Ausprägungsform der Vorrichtung zur Realisierung menschlicher Bewegungen

Zweite Rotationsachse

Zweites Schulterkopplungselement

90° Umlenkbügel

Dritte Rotationsachse

Armstütze

Armhebel

Mensch-Technik-Schnittstelle

Armunterstützer (Aktuator)