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DE102018219446A1 - Rehabilitation device - Google Patents

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DE102018219446A1
DE102018219446A1 DE102018219446.7A DE102018219446A DE102018219446A1 DE 102018219446 A1 DE102018219446 A1 DE 102018219446A1 DE 102018219446 A DE102018219446 A DE 102018219446A DE 102018219446 A1 DE102018219446 A1 DE 102018219446A1
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DE
Germany
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body part
forearm
rehabilitation device
motor
part support
Prior art date
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Pending
Application number
DE102018219446.7A
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German (de)
Inventor
Martin Riedel
Wolfgang Schober
Matthias Schellhase
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUKA Deutschland GmbH
Original Assignee
KUKA Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to EP19794455.6A priority patent/EP3880147B1/en
Priority to PCT/EP2019/078486 priority patent/WO2020099066A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rehabilitationsvorrichtung (1), aufweisend ein Stativ (2), eine an dem Stativ (2) befestigte Hubsäule (3), einen an der Hubsäule (3) höhenverstellbar gelagerten Hubschlitten (4), der mittels eines ersten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung (1) automatisch höhenbeweglich ist, einen an dem Hubschlitten (4) um eine erste, vertikale Drehachse (D1) schwenkbar gelagerten Grundarm (5), der mittels eines zweiten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung (1) automatisch angetrieben um die erste, vertikale Drehachse (D1) zu schwenken ist, einen an dem Grundarm (5) um eine zweite, vertikale Drehachse (D2) schwenkbar gelagerten Vorderarm (6), der mittels eines dritten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung (1) automatisch angetrieben um die zweite, vertikale Drehachse (D2) zu schwenken ist, ein an dem Vorderarm (6) um eine dritte, vertikale Drehachse (D3) frei drehbar gelagertes Verbindungsstück (7), und eine an dem Verbindungsstück (7) um eine vierte, horizontale Drehachse (D4) kippbar gelagerte Körperteilauflage (8).The invention relates to a rehabilitation device (1), comprising a tripod (2), a lifting column (3) attached to the tripod (2), a lifting carriage (4) which is mounted on the lifting column (3) so as to be height-adjustable and which is operated by means of a first drive of the rehabilitation device (1) is automatically vertically movable, a base arm (5) which is pivotably mounted on the lifting carriage (4) about a first, vertical axis of rotation (D1) and which is automatically driven about the first, vertical axis of rotation (D1) by means of a second drive of the rehabilitation device (1) ) is to be pivoted, a front arm (6) which is pivotably mounted on the base arm (5) about a second, vertical axis of rotation (D2) and which is automatically driven about the second, vertical axis of rotation (D2) by means of a third drive of the rehabilitation device (1) pivot, one on the front arm (6) about a third, vertical axis of rotation (D3) freely rotatably mounted connecting piece (7), and one on the connecting piece (7) around a fourth, horizont ale axis of rotation (D4) tiltable body part support (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Rehabilitationsvorrichtung.The invention relates to a rehabilitation device.

Aus der WO 2015/048688 A1 ist eine Rehabilitationsvorrichtung bekannt, die ausgebildet ist zum Betrieb in Verbindung mit einem der Gliedmaßen eines Benutzers, wobei das betreffende Glied des Benutzers einen Endpunkt aufweist. Die Rehabilitationsvorrichtung umfasst eine Basis, einen Roboterarm, der an der Basis befestigt ist und der einen Endpunkt aufweist, wobei der Roboterarm mindestens zwei aktive Freiheitsgrade relativ zu der Basis aufweist und so konfiguriert ist, dass während die Basis relativ zu einem Benutzer geeignet positioniert ist, der Referenzrahmen des Roboters im Wesentlichen gleichartig wie der Bezugsrahmen des Benutzers ausgerichtet ist. Die Bewegungen des Endpunkts des betreffenden Glieds des Benutzers werden durch Bewegungen des Endpunkts des Roboterarms dabei nachgeahmt.From the WO 2015/048688 A1 a rehabilitation device is known which is designed for operation in connection with one of the limbs of a user, the relevant limb of the user having an end point. The rehabilitation device includes a base, a robotic arm attached to the base and having an end point, the robotic arm having at least two active degrees of freedom relative to the base and configured such that while the base is appropriately positioned relative to a user, the reference frame of the robot is oriented essentially the same as the reference frame of the user. The movements of the end point of the relevant limb of the user are mimicked by movements of the end point of the robot arm.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rehabilitationsvorrichtung zu schaffen, die trotz kostengünstigen Aufbaus in besonders sicherer Weise betrieben werden kann.The object of the invention is to provide a rehabilitation device that can be operated in a particularly safe manner despite inexpensive construction.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Rehabilitationsvorrichtung, aufweisend ein Stativ, eine an dem Stativ befestigte Hubsäule, einen an der Hubsäule höhenverstellbar gelagerten Hubschlitten, der mittels eines ersten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung automatisch höhenbeweglich ist, einen an dem Hubschlitten um eine erste, vertikale Drehachse schwenkbar gelagerten Grundarm, der mittels eines zweiten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung automatisch angetrieben um die erste, vertikale Drehachse zu schwenken ist, einen an dem Grundarm um eine zweite, vertikale Drehachse schwenkbar gelagerten Vorderarm, der mittels eines dritten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung automatisch angetrieben um die zweite, vertikale Drehachse zu schwenken ist, ein an dem Vorderarm um eine dritte, vertikale Drehachse frei drehbar gelagertes Verbindungsstück, und eine an dem Verbindungsstück um eine vierte, horizontale Drehachse kippbar gelagerte Körperteilauflage.This object is achieved according to the invention by a rehabilitation device, comprising a tripod, a lifting column attached to the tripod, a lifting carriage mounted on the lifting column with adjustable height, which is automatically height-adjustable by means of a first drive of the rehabilitation device, and one which is pivotable on the lifting carriage about a first, vertical axis of rotation mounted base arm, which is automatically driven by a second drive of the rehabilitation device about the first, vertical axis of rotation, a forearm mounted on the base arm about a second, vertical axis of rotation, which is automatically driven by a third drive of the rehabilitation device about the second, vertical axis An axis of rotation is to be pivoted, a connecting piece which is freely rotatably mounted on the front arm about a third, vertical axis of rotation, and a body part support which is tiltably mounted on the connecting element about a fourth, horizontal axis of rotation.

Das an dem Vorderarm um eine dritte, vertikale Drehachse frei drehbare Verbindungsstück ist somit an dem Vorderarm unangetrieben frei drehbar gelagert.The connecting piece, which is freely rotatable on the forearm about a third, vertical axis of rotation, is thus freely rotatably mounted on the forearm without being driven.

Jeder Antrieb der Rehabilitationsvorrichtung kann einem einzelnen antreibbaren Gelenk der Rehabilitationsvorrichtung zugeordnet sein. Jeder Antrieb kann beispielsweise in einem dem anzutreibenden Gelenk in der kinematischen Kette unmittelbar vorgelagerten Glied angeordnet sein oder in einem dem anzutreibenden Gelenk in der kinematischen Kette unmittelbar nachgelagerten Glied angeordnet sein. Gegebenenfalls können zwei oder mehr Antriebe für verschiedene Gelenke in demselben Glied angeordnet sein. Insbesondere der Hubschlitten kann Antriebe sowohl zum Bewegen des Grundarms als auch zum Bewegen des Vorderarms aufweisen.Each drive of the rehabilitation device can be assigned to a single drivable joint of the rehabilitation device. Each drive can be arranged, for example, in a link directly upstream of the joint to be driven in the kinematic chain or arranged in a link immediately downstream of the joint to be driven in the kinematic chain. If necessary, two or more drives for different joints can be arranged in the same link. In particular, the lifting carriage can have drives for moving the base arm as well as for moving the forearm.

Alle Antriebe können von einer gemeinsamen Steuerungsvorrichtung der Rehabilitationsvorrichtung automatisch angetrieben werden, insbesondere programmgesteuert angetrieben werden.All drives can be automatically driven by a common control device of the rehabilitation device, in particular driven by a program.

Die Körperteilauflage bildet ein Verbindungsglied, um die Rehabilitationsvorrichtung an einen Körperteil einer zu behandelnden Person ankoppeln zu können. Ein Ankoppeln kann bereits dadurch erfolgen, dass die Person eines ihrer Körperteile, wie beispielsweise die Hand, den Unterarm oder das Bein auf einer Auflagefläche der Körperteilauflage auflegt. Die Körperteilauflage kann ein Befestigungsmittel, wie beispielsweise wenigstens einen zurrbaren Riemen, aufweisen, der ausgebildet ist, zum lösbaren Befestigen des Körperteile der Person an der Körperteilauflage.The body part support forms a connecting link in order to be able to couple the rehabilitation device to a body part of a person to be treated. Coupling can already take place in that the person places one of his body parts, such as the hand, forearm or leg, on a support surface of the body part support. The body part support can have a fastening means, such as at least one lockable strap, which is designed for releasably fastening the body parts of the person to the body part support.

Die Körperteilauflage kann mittels eines die Körperteilauflage mit dem Verbindungsstück verbindenden Federkörpers um die vierte, horizontale Drehachse zu kippen sein, wobei der Federkörper die Körperteilauflage in eine vorgegebene Grundstellung federelastisch rückstellbar an dem Verbindungsstück lagert.The body part support can be tilted about the fourth, horizontal axis of rotation by means of a spring body connecting the body part support to the connecting piece, the spring body supporting the body part support in a predetermined basic position, resiliently resilient on the connecting piece.

Der Federkörper kann beispielsweise eine Federwendel sein. Ein Kippen der Körperteilauflage bedeutet, dass die Auflagefläche aus ihrer im Allgemeinen horizontalen Grundstellung heraus gedreht werden kann, so dass die Auflagefläche entweder abschüssig oder ansteigend orientiert ist. Eine abschüssig oder ansteigend Orientierung kann sich dabei an einer Längserstreckung der Körperteilauflage bemessen und dabei ausgehend von einem proximalen Ende zu einem distalen Ende hin gerichtet sein.The spring body can be a spring coil, for example. Tilting of the body part support means that the support surface can be rotated out of its generally horizontal basic position, so that the support surface is either sloping or rising. A downward or upward orientation can be measured on a longitudinal extension of the body part support and can be directed from a proximal end to a distal end.

Die Körperteilauflage kann mittels eines vierten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung automatisch angetrieben um die vierte, horizontale Drehachse zu kippen sein, insbesondere mittels eines dem vierten Antrieb zugeordneten mechanisch nachgiebigen Elements zu kippen sein, das die Körperteilauflage in eine Grundstellung elastisch vorspannt.The body part support can be automatically driven by means of a fourth drive of the rehabilitation device about the fourth, horizontal axis of rotation, in particular can be tilted by means of a mechanically flexible element assigned to the fourth drive, which elastically prestresses the body part support into a basic position.

Das Kippen der Körperteilauflage kann dadurch erfolgen, dass eine Steuerungsvorrichtung der Rehabilitationsvorrichtung den vierten Antrieb ansteuert.The body part support can be tilted in that a control device of the rehabilitation device controls the fourth drive.

Die automatisch angetriebene Bewegung der Körperteilauflage relativ zum Verbindungsstück kann an die automatisch angetriebene Höhenbewegung des Hubschlittens relativ zur Hubsäule gekoppelt sein, insbesondere an die automatisch angetriebene Höhenbewegung des Hubschlittens (4) und auch an die Schwenkbewegungen des Grundarms und des Vorderarms gekoppelt sein. The automatically driven movement of the body part support relative to the connector can be coupled to the automatically driven vertical movement of the lifting carriage relative to the lifting column, in particular to the automatically driven vertical movement of the lifting carriage ( 4th ) and also be coupled to the pivoting movements of the base arm and the forearm.

Eine Koppelung der Bewegung der Körperteilauflage relativ zum Verbindungsstück mit der Höhenbewegung des Hubschlittens bedeutet, dass die Höhenbewegung des Hubschlittens eine Eingangsgröße bildet zum Ansteuern der Kippbewegung der Körperteilauflage. Diese Kippbewegung der Körperteilauflage kann synchron zur Höhenbewegung des Hubschlittens erfolgen. Alternativ kann die Kippbewegung der Körperteilauflage auch asynchron zur Höhenbewegung des Hubschlittens erfolgen, aber in einer vorbestimmten anderen Abhängigkeit zur Höhenbewegung des Hubschlittens stehen.A coupling of the movement of the body part support relative to the connecting piece with the height movement of the lifting carriage means that the height movement of the lifting carriage forms an input variable for controlling the tilting movement of the body part support. This tilting movement of the body part support can take place synchronously with the vertical movement of the lifting carriage. Alternatively, the tilting movement of the body part support can also take place asynchronously to the vertical movement of the lifting carriage, but be in a predetermined other dependence on the vertical movement of the lifting carriage.

Der erste Antrieb kann einen im Stativ oder in der Hubsäule angeordneten ersten Motor umfassen, der ausgebildet ist, den Hubschlitten motorisch angetrieben an der Hubsäule zu heben und/oder zu senken, und die Rehabilitationsvorrichtung kann dabei eine mechanische Kopplungseinrichtung aufweisen, die einen Teil des vierten Antriebs bildet und die ausgebildet ist, eine Antriebsbewegung des ersten Motors auf die Körperteilauflage zu übertragen, derart, dass bei einer Hubbewegung des Hubschlittens, angetrieben durch den ersten Motor, die Körperteilauflage eine zur Hubbewegung synchrone Kippbewegung ausführt.The first drive can comprise a first motor arranged in the stand or in the lifting column, which is designed to raise and / or lower the lifting carriage in a motor-driven manner on the lifting column, and the rehabilitation device can have a mechanical coupling device that forms part of the fourth Forms drive and which is designed to transmit a drive movement of the first motor to the body part support, such that when the lifting carriage is moved, driven by the first motor, the body part support executes a tilting movement which is synchronous with the stroke movement.

Die mechanische Kopplungseinrichtung kann insbesondere ausgebildet sein eine Hubbewegung des Hubschlittens aufzunehmen und die Hubbewegung in eine Kippbewegung der Körperteilauflage umsetzen. Ein solches Umsetzen kann auch eine Übersetzung, realisiert beispielsweise durch ein Getriebe, beinhalten.The mechanical coupling device can in particular be designed to accommodate a lifting movement of the lifting carriage and convert the lifting movement into a tilting movement of the body part support. Such a conversion can also include a translation, for example implemented by a gear.

Der erste Antrieb kann einen im Stativ oder in der Hubsäule angeordneten ersten Motor umfassen, der ausgebildet ist, den Hubschlitten motorisch angetrieben an der Hubsäule zu heben und/oder zu senken, und der vierte Antrieb kann dabei einen vierten Motor aufweisen, der ausgebildet ist, seine Antriebsbewegung auf die Körperteilauflage zur Ausführung einer Kippbewegung der Körperteilauflage zu übertragen, wobei der vierte Motor mechanisch und/oder steuerungstechnisch mit dem ersten Motor gekoppelt ist, derart, dass bei einer Antriebsbewegung des ersten Motors, um den Hubschlitten relativ zur Hubsäule zu bewegen, eine gleichzeitig angesteuerte Bewegung des vierten Motors eine zur Hubbewegung synchrone Kippbewegung der Körperteilauflage bewirkt.The first drive can comprise a first motor arranged in the stand or in the lifting column, which is designed to raise and / or lower the lifting carriage in a motor-driven manner on the lifting column, and the fourth drive can have a fourth motor which is designed to to transmit its drive movement to the body part support for executing a tilting movement of the body part support, the fourth motor being coupled mechanically and / or in terms of control technology to the first motor, such that when the first motor is driven to move the lifting carriage relative to the lifting column, a simultaneously controlled movement of the fourth motor causes a tilting movement of the body part support that is synchronous with the lifting movement.

Eine steuerungstechnische Koppelung des vierten Motors mit dem ersten Motor kann beispielsweise über die Steuerungsvorrichtung der Rehabilitationsvorrichtung erfolgen, die auch die weiteren Antriebe der Rehabilitationsvorrichtung ansteuert.A control-related coupling of the fourth motor to the first motor can take place, for example, via the control device of the rehabilitation device, which also controls the further drives of the rehabilitation device.

In einer Weiterbildung kann eine steuerungstechnische Kopplung des vierten Motors statt allein in Abhängigkeit des ersten Motors zum Bewegen des Hubschlittens, auch in Abhängigkeit eines zweiten Motors zum Schwenken des Grundarms um eine erste Drehachse und eines dritten Motors zum Schwenken des Vorderarms um eine zweite Drehachse eingerichtet sein. Dadurch wird der vierte Motor nicht nur in Abhängigkeit der Höhenstellung des Hubschlittens, sondern auch in Abhängigkeit der Schwenklagen des Grundarms und des Vorderarms angesteuert. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Ebene der Armauflage beispielsweise stets durch die Schulter einer Person, die ihren zugehörigen Arm auf der Armauflage abgelegt hat, geht.In a further development, a control-technical coupling of the fourth motor can be set up instead of solely depending on the first motor for moving the lifting carriage, also as a function of a second motor for pivoting the base arm about a first axis of rotation and a third motor for pivoting the forearm about a second axis of rotation . As a result, the fourth motor is controlled not only as a function of the height of the lifting carriage, but also as a function of the swivel positions of the base arm and the forearm. In particular, it can be provided that the level of the armrest always goes through the shoulder of a person who has placed his or her arm on the armrest.

Die Körperteilauflage kann mittels eines weiteren Antriebs um eine horizontale vierte Drehachse schenkbar gelagert sein. Statt eines aktiven, motorischen Antriebs oder ergänzend zu einem aktiven, motorischen Antrieb kann die Körperteilauflage ein mechanisch nachgiebiges Element, wie beispielsweise eine Dreh- und/oder Elastomerfeder, aufweisen, welche die Körperteilauflage in eine Grundstellung elastisch vorspannt.The body part support can be mounted so as to be pivotable about a horizontal fourth axis of rotation by means of a further drive. Instead of an active, motorized drive or in addition to an active, motorized drive, the body part support can have a mechanically flexible element, such as a torsion and / or elastomer spring, which elastically prestresses the body part support into a basic position.

Die Rehabilitationsvorrichtung kann zur Bildung einer mechanischen Kopplung der Kippbewegung der Armauflage an die Höhenstellung des Hubschlittens in einer ersten Ausführungsvariante einen Seilzug aufweisen, der einen automatisch ansteuerbaren Motor und eine von dem Motor angetriebene Spindel aufweist, die ausgebildet ist, zum Aufwickeln eines Seils des Seilzugs, wenn der Motor die Spindel antreibt, wobei ein freies Ende des Seils mit der Körperteilauflage verbunden ist, und die Rehabilitationsvorrichtung eine Rückstellfeder aufweist, welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage in eine Grundstellung zu bewegen, wenn das Seil keine Zugkraft auf die Körperteilauflage ausübt. Alternativ oder ergänzend zu einem Seilzug kann auch wenigstens ein Riemen, eine Kette oder ein sonstiges Koppelgetriebe zur Kopplung der Kippbewegung der Armauflage an die Höhenstellung des Hubschlittens vorgesehen sein.To form a mechanical coupling of the tilting movement of the armrest to the height position of the lifting carriage, the rehabilitation device can have a cable pull in a first embodiment variant, which has an automatically controllable motor and a spindle driven by the motor, which is designed to wind up a cable of the cable pull, when the motor drives the spindle, with a free end of the cable connected to the body part support, and the rehabilitation device has a return spring which is designed to move the body part support into a basic position when the cable does not exert any tensile force on the body part support. As an alternative or in addition to a cable pull, at least one belt, a chain or another coupling mechanism can also be provided for coupling the tilting movement of the armrest to the vertical position of the lifting carriage.

Die Rehabilitationsvorrichtung kann in einer zweiten Ausführungsvariante einen Linearantrieb aufweisen, der ein linear bewegliches, automatisch ansteuerbares Stellglied aufweist, das mit der Körperteilauflage verbunden ist, wobei die Rehabilitationsvorrichtung auch eine Rückstellfeder aufweist, welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage in eine Grundstellung zu bewegen, wenn das Stellglied keine Zugkraft auf die Körperteilauflage ausübt.In a second embodiment variant, the rehabilitation device can have a linear drive which has a linearly movable, automatically controllable actuator which is connected to the body part support, wherein the rehabilitation device also has a return spring which is designed to move the body part support into a basic position when that Actuator does not exert any tensile force on the body part support.

Die Rehabilitationsvorrichtung kann in einer dritten Ausführungsvariante einen Drehantrieb aufweisen, der eine drehbare, automatisch ansteuerbare Welle aufweist, die mit der Körperteilauflage verbunden ist, wobei die Rehabilitationsvorrichtung auch eine Rückstellfeder aufweist, welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage in eine Grundstellung zu bewegen, wenn die Welle kein Drehmoment auf die Körperteilauflage ausübt. In a third embodiment variant, the rehabilitation device can have a rotary drive which has a rotatable, automatically controllable shaft which is connected to the body part support, the rehabilitation device also having a return spring which is designed to move the body part support into a basic position when the shaft exerts no torque on the body part support.

Der zweite Antrieb kann generell einen zweiten Motor umfassen, der dritte Antrieb kann dabei einen dritten Motor umfassen, wobei der erste Motor, der zweite Motor und der dritte Motor durch eine gemeinsame Steuerungseinrichtung der Rehabilitationsvorrichtung in einer Nachgiebigkeitsregelung, insbesondere einer Impedanzregelung oder einer Admittanzregelung angesteuert sind.The second drive can generally comprise a second motor, the third drive can comprise a third motor, the first motor, the second motor and the third motor being controlled by a common control device of the rehabilitation device in a compliance control, in particular an impedance control or an admittance control .

Ein kraft- und/oder momentengeregelter Betrieb der Antriebe bzw. der Motoren, d.h. eine Nachgiebigkeitsregelung kann beispielsweise mittels Impedanzregelung oder Admittanzregelung erfolgen. Eine Admittanzregelung basiert auf einer vorhandenen Positionsregelung der Stellungen der Rehabilitationsvorrichtung auf Gelenkebene der Rehabilitationsvorrichtung. Hierbei werden die von außen auf die Rehabilitationsvorrichtung einwirkenden verallgemeinerten Kräfte gemessen. Ausgehend von diesen Kräften wird eine dem gewünschten dynamischen Verhalten entsprechende Bewegung der Rehabilitationsvorrichtung bestimmt, die über eine inverse Kinematik und die unterlagerte Positionsregelung an die Antriebe bzw. die Motoren kommandiert wird. Eine Impedanzregelung basiert im Gegensatz zu einer Admittanzregelung auf einer vorhandenen Drehmomentenregelung auf Gelenkebene. Es werden die Abweichung der tatsächlichen Ist-Lage von einer definierten Soll-Lage gemessen und entsprechend des gewünschten dynamischen Verhaltens eine gewünschte verallgemeinerte Kraft, bzw. Kräfte und Momente, bestimmt. Diese Kraft kann über die bekannte Kinematik der Rehabilitationsvorrichtung auf entsprechende Gelenkdrehmomente abgebildet werden. Die Drehmomente können schließlich über die unterlagerte Drehmomentenregelung eingestellt werden.A force and / or torque controlled operation of the drives or motors, i.e. a compliance control can be done for example by means of impedance control or admittance control. An admittance control is based on an existing position control of the positions of the rehabilitation device at the joint level of the rehabilitation device. Here, the generalized forces acting on the rehabilitation device from outside are measured. On the basis of these forces, a movement of the rehabilitation device corresponding to the desired dynamic behavior is determined, which movement is commanded to the drives or the motors via an inverse kinematics and the subordinate position control. In contrast to admittance control, impedance control is based on an existing torque control at joint level. The deviation of the actual position from a defined target position is measured and a desired generalized force, or forces and moments, is determined according to the desired dynamic behavior. This force can be mapped to corresponding joint torques via the known kinematics of the rehabilitation device. The torques can finally be set via the subordinate torque control.

Bei der Rehabilitationsvorrichtung handelt es sich insbesondere um eine sogenannte serielle Kinematik, bei der die Glieder und die Gelenke der Rehabilitationsvorrichtung abwechselnd seriell hintereinander angeordnet sind.The rehabilitation device is, in particular, a so-called serial kinematics, in which the limbs and the joints of the rehabilitation device are arranged alternately in series.

Der zweite Antrieb kann einen zweiten Motor umfassen, der dritte Antrieb kann dabei einen dritten Motor umfassen, wobei der zweite Motor und der dritte Motor durch eine gemeinsame Steuerungseinrichtung der Rehabilitationsvorrichtung in einer Nachgiebigkeitsregelung, insbesondere Impedanzregelung oder einer Admittanzregelung, angesteuert sind und der erste Motor durch die Steuerungseinrichtung positionsgesteuert angesteuert ist.The second drive can comprise a second motor, the third drive can comprise a third motor, the second motor and the third motor being controlled by a common control device of the rehabilitation device in a compliance control, in particular impedance control or an admittance control, and the first motor the control device is controlled in a position-controlled manner.

Die Rehabilitationsvorrichtung kann eine Anschlagsvorrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, sowohl einen maximalen Schwenkwinkel des Grundarms um die erste, vertikal Drehachse zu begrenzen, als auch einen maximalen Schwenkwinkel des Vorderarms um die zweite, vertikal Drehachse zu begrenzen und zwar sowohl bezüglich des Grundarms als auch bezüglich des Hubschlittens.The rehabilitation device can have a stop device which is designed to limit both a maximum pivoting angle of the base arm about the first, vertical axis of rotation and a maximum pivoting angle of the forearm about the second, vertical axis of rotation, both with respect to the base arm and with respect to of the lifting carriage.

Wie bereits beschrieben, kann es vorgesehen sein, dass der Vorderarm über mechanische oder steuerungstechnische Koppelungen mit dem Hubschlitten gekoppelt ist. Beispielsweise kann der Vorderarm mittels Parallelogrammlenkern und/oder Riemen mit dem Hubschlitten gekoppelt sein. Eine Bewegungsbegrenzung mittels einer Anschlagsvorrichtung kann somit vorzugsweise über die mechanische oder steuerungstechnische Koppelung realisiert werden. Damit können beispielsweise drei Begrenzungen in einem Teilsystem mit zwei Freiheitsgraden der Rehabilitationsvorrichtung realisiert werden.As already described, it can be provided that the forearm is coupled to the lifting slide via mechanical or control-related couplings. For example, the forearm can be coupled to the lifting slide by means of parallelogram links and / or belts. A movement limitation by means of a stop device can thus preferably be implemented via the mechanical or control coupling. For example, three limits can be implemented in a subsystem with two degrees of freedom of the rehabilitation device.

Der Vorderarm kann generell mittels eines zweiten Gelenks um die zweite Drehachse schwenkbar an dem Grundarm gelagert sein, wobei das zweite Gelenk ausgebildet ist, den Vorderarm in allen Schwenklagen des Vorderarms oberhalb des Grundarms zu lagern, sowie das Verbindungsstück mittels eines dritten Gelenks um die dritte Drehachse schwenkbar an dem Vorderarm gelagert ist, wobei das dritte Gelenk ausgebildet ist, das Verbindungsstück in allen Schwenklagen des Verbindungsstücks oberhalb des Vorderarms zu lagern, und die Körperteilauflage mittels eines vierten Gelenks um die vierte Drehachse kippbar an dem Verbindungsstück gelagert ist, wobei das vierte Gelenk ausgebildet ist, die Körperteilauflage in allen Schwenklagen der Körperteilauflage oberhalb des Vorderarms zu lagern.The forearm can generally be pivotally mounted on the base arm by means of a second joint, the second joint being designed to support the forearm in all pivot positions of the forearm above the base arm, and the connecting piece by means of a third joint about the third axis of rotation is pivotally mounted on the forearm, the third joint being designed to mount the connecting piece in all pivoting positions of the connecting piece above the forearm, and the body part support is pivotably mounted on the connecting piece by means of a fourth articulation about the fourth axis of rotation, the fourth articulation being formed is to store the body part support in all swivel positions of the body part support above the forearm.

Ein distaler Endabschnitt des Grundarms und/oder ein proximaler Endabschnitt des Vorderarms, an dem die zweite Drehachse angeordnet ist, kann gekröpft ausgebildet sein, derart, dass in einen übereinander angeordneten relativen Position von Grundarm und Vorderarm übereinander, ein als Klemmschutz wirkender Spaltraum zwischen Grundarm und Vorderarm gebildet wird.A distal end section of the base arm and / or a proximal end section of the forearm, on which the second axis of rotation is arranged, can be cranked in such a way that, in a relative position of the base arm and forearm arranged one above the other, a gap between the base arm and Forearm is formed.

Ein ergänzender zusätzlicher Klemmschutz kann dadurch erreicht bzw. verbessert werden, dass die in einer Überlagerungsstellung von Grundarm und Vorderarm aufeinander zuweisenden Oberflächen von Grundarm und Vorderarm jeweils mit einer elastischen Schicht belegt sind.A supplementary additional protection against jamming can be achieved or improved in that the surfaces of the base arm and forearm facing one another in an overlapping position of the base arm and forearm are each covered with an elastic layer.

Der Vorderarm kann ergänzend zweiteilig mit einem ersten, proximalen Vorderarmteil und einem zweiten, distalen Vorderarmteil ausgebildet sein, wobei der zweite, distale Vorderarmteil an dem ersten, proximalen Vorderarmteil lösbar und derart umsteckbar gelagert ist, dass der zweite, distale Vorderarmteil wahlweise in einer ersten Orientierung an dem ersten, proximalen Vorderarmteil starr zu befestigen ist oder in einer zweiten Orientierung an dem ersten, proximalen Vorderarmteil starr zu befestigen ist, die von der ersten Orientierung abweicht, insbesondere gegenüber der ersten Orientierung um 180 Grad gedreht ist.The forearm can be supplemented in two parts with a first, proximal forearm part and a be formed, second, distal forearm part, the second, distal forearm part being detachably and releasably mounted on the first, proximal forearm part such that the second, distal forearm part can be fixed rigidly in a first orientation on the first, proximal forearm part or in one second orientation is to be rigidly attached to the first, proximal forearm part, which deviates from the first orientation, in particular is rotated by 180 degrees with respect to the first orientation.

Ein Umstecken des zweiten, distalen Vorderarmteil an dem ersten, proximalen Vorderarmteil kann durch eine Schnapp/Rastverbindung erfolgen, welche in einem verrasteten Zustand das zweite, distale Vorderarmteil formschlüssig und starr mit dem ersten, proximalen Vorderarmteil verbindet und in einem entriegelten Zustand der zweite, distale Vorderarmteil von dem ersten, proximalen Vorderarmteil manuell entfernt und in einer anderen Orientierung wieder aufgesteckt werden kann.The second, distal forearm part can be repositioned on the first, proximal forearm part by means of a snap / snap connection, which in a locked state connects the second, distal forearm part to the first, proximal forearm part in a form-fitting and rigid manner and, in an unlocked state, the second, distal part The forearm part can be manually removed from the first, proximal forearm part and put on again in a different orientation.

In allen Ausführungsformen kann auch die Körperteilauflage von dem Zwischenstück abnehmbar an dem Zwischenstück gelagert sein. Dazu kann das die Körperteilauflage mit dem Zwischenstück verbindende Gelenk lösbar ausgebildet sein.In all embodiments, the body part support can also be mounted on the intermediate piece so as to be removable from the intermediate piece. For this purpose, the joint connecting the body part support to the intermediate piece can be designed to be detachable.

In allen Ausführungsformen kann die Körperteilauflage wahlweise als eine Armauflage, als eine Handauflage oder als eine Beinauflage ausgebildet sein.In all embodiments, the body part support can optionally be designed as an arm support, as a hand support or as a leg support.

Im Folgenden wird die Erfindung, gegebenenfalls auch mit anderen Worten ausgedrückt, nochmals zusammenfassend dargestellt.In the following, the invention is summarized again, if necessary also expressed in other words.

Das Ziel der Erfindung ist es, ein neuartiges Robotersystem für Rehabilitationsanwendungen vorzustellen, welches leistungsfähig, sensitiv und zugleich sicher aufgebaut ist. Dabei soll dieses Robotersystem signifikant kostengünstiger ausgeführt sein, als vergleichbare bekannte Lösungen, so dass ein Einsatz nicht nur für gewerbliche Anwender, sondern auch bis in den privaten Bereich hinein wirtschaftlich möglich ist.The aim of the invention is to present a new type of robot system for rehabilitation applications, which is powerful, sensitive and at the same time safe. This robot system should be significantly cheaper than comparable known solutions, so that it can be used economically not only for commercial users, but also in the private sector.

Die Grundidee dieser Erfindung ist eine neuartige zielführende Kombination einer Sonderkinematik mit spezieller Antriebsverteilung und Aufbau, Gewichtskraftunterstützung und individuell anpassbaren Bewegungsbereichen.The basic idea of this invention is a novel, purposeful combination of special kinematics with special drive distribution and structure, weight support and individually adjustable movement ranges.

In einer vorteilhaften Ausprägungsform ist der Reha-Arm in fünf Freiheitsgraden beweglich aufgebaut, wobei der Endeffektor die Verbindung zum Patientenarm insbesondere einem Unterarm oder einer Hand einer Person darstellt und in alle drei translatorischen und in zwei rotatorischen Freiheitsgraden beweglich ist. Die zwei rotatorischen Freiheitsgrade beschreiben dabei eine Drehung bspw. des Unterarms um eine raumfestorientierte vertikale Achse und eine mitbewegte horizontale Achse, die immer senkrecht zur Längsrichtung des Unterarmes steht. Eine freie oder geführte Drehung des Unterarmes um seine Längsachse wird in dieser Ausprägungsvariante durch eine Fixierung des Unterarms in einer, mit dem Roboter verbundenen Schalenauflage unterbunden. Eine fixierte Lage des Unterarms bzw. auch der Hand ist vorab frei wählbar und soll einer möglichst ergonomischen Haltung entsprechen, die für die entsprechende Therapie zweckmäßig ist.In an advantageous embodiment, the rehab arm is designed to be movable in five degrees of freedom, the end effector being the connection to the patient's arm, in particular a forearm or a hand of a person, and being movable in all three translational and two rotary degrees of freedom. The two rotational degrees of freedom describe a rotation of the forearm, for example, about a fixed vertical axis and a moving horizontal axis, which is always perpendicular to the longitudinal direction of the forearm. A free or guided rotation of the forearm about its longitudinal axis is prevented in this variant by fixing the forearm in a shell support connected to the robot. A fixed position of the forearm or hand can be freely selected in advance and should correspond to an ergonomic posture that is appropriate for the appropriate therapy.

Die fünf Freiheitsgrade der hier speziell beschriebenen Ausprägungsvariante des Reha-Armes werden durch fünf seriell angeordnete Gelenke erreicht.The five degrees of freedom of the variant of the rehab arm specifically described here are achieved by five serially arranged joints.

Das erste Gelenk ist raumfest und beschreibt eine vertikale Translation. Es wird durch eine Bewegungsvorgabe der Steuerung aktuiert angesteuert.The first joint is fixed in space and describes a vertical translation. It is actuated by a movement specification of the control.

Das zweite Gelenk wird durch eine Drehachse gebildet, welche eine aktuiert gesteuerte rotatorische Bewegung um die Vertialachse beschreibt.The second joint is formed by an axis of rotation, which describes an actuated, controlled rotational movement about the vertical axis.

Das dritte Gelenk wird ebenfalls durch eine Drehachse gebildet. Diese steht im Wesentlichen parallel zur Drehachse des zweiten Gelenks und ist zu diesem beabstandet angeordnet. Sie beschreibt auch eine aktuiert gesteuerte rotatorische Bewegung um eine Vertikalachse.The third joint is also formed by an axis of rotation. This is essentially parallel to the axis of rotation of the second joint and is arranged at a distance from it. It also describes an actuated, controlled rotational movement about a vertical axis.

Das vierte Gelenk wird ebenfalls durch eine Drehachse gebildet. Auch diese steht im Wesentlichen parallel zum zweiten Gelenk und drittem Gelenk und ist zu diesen beabstandet angeordnet. Sie beschreibt auch rotatorische Bewegung um die Vertikalachse, ist jedoch passiv, d.h. ohne Antrieb ausgeführt. Sie wird durch die Stellung des Patientenarmes zwangsgeführt bzw. vorgegeben.The fourth joint is also formed by an axis of rotation. This too is essentially parallel to the second joint and third joint and is arranged at a distance from these. It also describes rotational movement about the vertical axis, but is passive, i.e. executed without drive. It is positively guided or specified by the position of the patient's arm.

Das fünfte Gelenk wird ebenfalls durch eine Drehachse gebildet und ist eher eine Kippachse. Diese steht im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse des vierten Gelenks und ist horizontal orientiert. Die Bewegung der Achse kann steuerungstechnisch oder mechanisch gekoppelt vorgegeben werden, und insbesondere passiv frei oder passiv federunterstützt ausgeführt sein.The fifth joint is also formed by an axis of rotation and is more of a tilt axis. This is essentially perpendicular to the axis of rotation of the fourth joint and is oriented horizontally. The movement of the axis can be predetermined in terms of control technology or mechanically coupled, and in particular can be designed to be passively free or passively spring-assisted.

Der hier beschriebene Aufbau unterscheidet sich grundlegend von bekannten Ausführungen anderer Reha-Arme oder SCARA-Roboter, da hier ein serieller Gelenkaufbau offenbart wird, der sowohl aktive als auch wenigstens ein passives Gelenk beinhaltet und dementsprechend kinematisch bzw. antriebstechnisch unterbestimmt ist.The structure described here differs fundamentally from known designs of other rehab arms or SCARA robots, since a serial joint structure is disclosed here which contains both active and at least one passive joint and is accordingly undefined in terms of kinematics or drive technology.

Zudem ist neuartig, dass sich das wenigstens eine passive Gelenk innerhalb der kinematischen Kette befindet, also nicht am distalen oder proximalen Ende der kinematischen Kette. It is also novel that the at least one passive joint is located within the kinematic chain, ie not at the distal or proximal end of the kinematic chain.

Der Reha-Roboter d.h. die Rehabilitationsvorrichtung kann unter anderem auch im Impedanzmodus geregelt werden. Dies betrifft hauptsächlich die Grundgelenke zum Bewegen des Hubschlittens, des Grundarmes und des Vorderarmes, welche die Position und die Kräfte auf den Patientenarm im Raum vorgeben. Das Kippgelenk ist in der Grundausführung einfacher ausgeführt und rein positionsgeregelt. Durch das Kippgelenk wird die Neigung der Armauflage bestimmt, die den Patienten unterstützen und führen soll, damit dieser keine unzulässigen Ausgleichs- oder Kompensationsbewegungen bspw. mit dem Unterarm ausführen kann. Dabei wird die Armauflage bei Handpositionen oberhalb der Schulter so nach unten und bei Handpositionen unterhalb der Schulter so nach oben geneigt, dass eine Ebene stets durch die Schulter des Patienten geht. Diese Ebene wird dabei von dem Kippgelenk und der Längsausprägung der Armauflage aufgespannt und findet ihren Ursprung im TCP, d.h. in der Patientenhand. Neben der Höhe der Hand ist auch die horizontale Entfernung der Hand zur Schulter für die Neigung entscheidend.The rehab robot i.e. the rehabilitation device can also be regulated in the impedance mode, among other things. This mainly concerns the basic joints for moving the lifting carriage, the basic arm and the forearm, which determine the position and the forces on the patient arm in the room. The basic version of the tilt joint is simpler and is purely position-controlled. The tilt of the armrest is determined by the tilting joint, which should support and guide the patient, so that the patient cannot make any inadmissible compensatory or compensatory movements, for example with the forearm. The armrest is tilted downwards in hand positions above the shoulder and upwards in hand positions below the shoulder so that one level always goes through the patient's shoulder. This level is spanned by the tilting joint and the longitudinal shape of the armrest and has its origin in TCP, i.e. in the patient's hand. In addition to the height of the hand, the horizontal distance from the hand to the shoulder is also decisive for the inclination.

Die Neigung kann dabei im Kippgelenk entweder mechanisch gekoppelt oder gesteuert angetrieben vorgegeben werden.The inclination can either be mechanically coupled in the tilting joint or driven in a controlled manner.

Bei der mechanischen Kopplung kann die Stellung und damit die Bewegung des Hubschlittens in Höhenrichtung aufgegriffen, gewandelt und auf Kippgelenk übertragen werden. Dies kann beispielsweise über einen Zugmittelaufbau insbesondere ein beidseitig ortsfestes Seil in der Linearachse erfolgen, welches bei Bewegung des Hubschlittens eine auf dem Schlitten montierte Seilrolle antreibt. Diese schnelle Drehbewegung kann über ein einfaches Getriebe entsprechend der Übersetzung reduziert werden und abtriebsseitig eine weitere Rolle oder einen Hebel antreiben, welche/welcher beispielsweise ein weiteres Zugmittel insbesondere einen Bowdenzug betätigt. Dieser Bowdenzug wird über die Gelenke nach vorne geführt und überträgt die Bewegung mittels Hebel oder Seilrolle direkt auf das Kippgelenk. Hierbei kann die Rückstellung der Neigung entweder aktiv, durch einen doppelten Aufbau für beide Bewegungsrichtungen oder passiv erfolgen, indem die Gravitation oder eine Feder die Armauflage immer in eine Richtung zieht und damit das Antriebsseil des Bowdenzuges auf Spannung hält.With the mechanical coupling, the position and thus the movement of the lifting carriage in the vertical direction can be picked up, converted and transferred to the tilting joint. This can be done, for example, by means of a traction mechanism, in particular a rope that is stationary on both sides in the linear axis and that drives a rope pulley mounted on the carriage when the lifting carriage moves. This rapid rotary movement can be reduced according to the translation by means of a simple gear and drive a further roller or a lever on the output side which, for example, actuates a further traction means, in particular a Bowden cable. This Bowden cable is guided forward via the joints and transfers the movement directly to the tilt joint using a lever or rope pulley. The inclination can be reset either actively, by means of a double structure for both directions of movement, or passively, by gravity or a spring always pulling the armrest in one direction and thus keeping the Bowden cable's drive cable in tension.

Da sich die Schulter der Person je nach Patientengröße auf einer anderen Höhe befindet, gibt es eine Vorrichtung, welche die Anpassung der Neigungsnullage zulässt. Dies kann entweder über eine Verstellung im Bowdenzug oder über ein Re-Justieren einer der beiden Seilrollen am Getriebe erfolgen. Nachteilig ist bei dieser Ausprägungsform jedoch, dass durch die Neigung nur die Höhe der Hand, nicht jedoch die Entfernung zur Schulter vorgegeben wird.Since the shoulder of the person is at a different height depending on the size of the patient, there is a device which allows the inclination zero to be adjusted. This can be done either by adjusting the Bowden cable or by re-adjusting one of the two pulleys on the gearbox. A disadvantage of this form of expression, however, is that only the height of the hand and not the distance to the shoulder is specified by the inclination.

Als vorteilhafte Variante ist auch eine Antriebsintegration in das Kippgelenk möglich. Hierzu kann ein Antrieb das Kippgelenk entweder als Getriebemotor direkt oder mit Federunterstützung antreiben, als Schubkurbelkinematik inklusive einem Stellzylinder ausgeführt sein oder einseitig über einen Seilzug mit Rolle wirken. Letzteres kann realisiert werden, indem beispielsweise ein Antrieb mit antreibender Seilrolle im Vorderarm platziert ist und ein Seil durch die dritte Drehachse geführt ist, welches über einen Hebelarm an der Armauflage angreift. Dabei wird die Armauflage über eine Feder stets entgegengesetzt nach unten gedrückt. Das Seil zieht dabei die Auflage gegen die Gewichtskraft des Patientenarms so nach oben, dass eine korrekte Neigung eingestellt wird. Ein solcher einseitig wirkender Aufbau ist nicht nur kostengünstig, sondern hat auch Vorteile hinsichtlich eines sicheren Betriebs, da die Auflage nach oben hin durch den Patienten frei bewegt werden kann oder im Kollisionsfall von unten einfach wegklappen kann.As an advantageous variant, drive integration into the tilt joint is also possible. For this purpose, a drive can either drive the tilt joint directly as a geared motor or with spring support, be designed as thrust crank kinematics including an actuating cylinder or act on one side via a cable with a roller. The latter can be realized, for example, by placing a drive with a driving pulley in the forearm and guiding a rope through the third axis of rotation, which acts on the armrest via a lever arm. The armrest is always pressed downwards by a spring. The rope pulls the support against the weight of the patient's arm so that a correct inclination is set. Such a one-sided structure is not only inexpensive, but also has advantages with regard to safe operation, since the support can be freely moved upwards by the patient or can simply fold away from below in the event of a collision.

Die Neigung der Auflage dient dabei rein einer ergonomischen Unterstützung des Unterarmes, um den Patienten zu entlasten und ihm durch Führung zu einer korrekten Ausführung der Bewegung zu verhelfen. Daher kann ergänzend zum beschriebenen Aufbau eine gezielte Nachgiebigkeit im Antriebsstrang des Kippgelenks oder nachgeschaltet integriert in der Auflage, vorteilhaft zu einem natürlichen Bewegungsverhalten beitragen.The inclination of the support serves purely as an ergonomic support for the forearm, to relieve the patient and help him to carry out the movement correctly. Therefore, in addition to the structure described, a specific flexibility in the drive train of the tilting joint or integrated downstream in the support can advantageously contribute to a natural movement behavior.

Der Hubschlitten und der Grundarm dienen der Hauptbewegung in der Ebene und werden beispielsweise über Schrittmotoren mit niedrig übersetzendem Riementrieb, beispielsweise von unter 1: 10, insbesondere von 1:5, angetrieben. Dies führt zu einem sehr direkten Reglungsverhalten, bei dem der Antrieb nahezu verlustfrei und direkt mit äußeren Momenten belastet wird.The lifting carriage and the base arm are used for the main movement in the plane and are driven, for example, by stepper motors with a low-ratio belt drive, for example less than 1:10, in particular 1: 5. This leads to a very direct control behavior, in which the drive is loaded with external torques almost without loss and directly.

Ein zuvor ermitteltes statisches und dynamisches Modell des Motors bezüglich seines Drehmomentenverlaufs, das zumindest Motorströme und Ankerposition bzw. Polradwinkel miteinbezieht, kann zur Schätzung des motorseitig wirkenden Drehmoments in jedem Gelenk herangezogen werden. Auch Störeinflüsse wie Rastmomente, Temperatur, Einflüsse des Riemens und Reibung etc. können modelliert werden. Diese gemessenen Gelenkmomente können zur Berechnung der wirkenden Eingangskraft an der Armauflage in die Dynamikgleichungen des Roboters eingesetzt werden. Die Berechnung dieser externen Kräfte kann beispielsweise nach dem Newton-Euler-Verfahren erfolgen.A previously determined static and dynamic model of the motor with respect to its torque curve, which at least includes motor currents and armature position or magnet wheel angle, can be used to estimate the torque acting on the motor side in each joint. Interference factors such as cogging torque, temperature, belt influences and friction etc. can also be modeled. These measured joint moments can be used to calculate the acting input force on the armrest in the dynamic equations of the robot. Calculating this External forces can be applied, for example, using the Newton-Euler method.

Weitere kraftmessende Sensoren sind in diesem Ausführungsbeispiel für die ebene Bewegung nicht generell notwendig. Neben diesen Kräften kann auch die Vertikalkraft für Therapiezwecke und als Bewegungsinput genutzt bzw. analysiert und ausgewertet werden. Hierzu kann analog zu den Bewegungen des Hubschlittens und des Grundarms ebenfalls der Motorstrom und die Ankerposition herangezogen werden. Alternativ oder ergänzend kann zudem ein einfacher eindimensional messender Kraftsensor distal im Bereich der Armauflage integriert werden, um die Messgenauigkeiten in dieser Richtung durch kürzere Kraftwege zu verbessern. Dieser Sensor kann beispielsweise so im Gelenk zwischen Vorderarm und Verbindungsstück eingebaut werden, dass die gesamte axiale Lagerkraft, d.h. insbesondere Zug und Druck, über den Sensor geleitet wird. Kann durch den Sensor nur eine Druckkraft gemessen werden, ist die Messstelle entsprechend federbasiert vorzuspannen.In this exemplary embodiment, further force-measuring sensors are not generally necessary for the planar movement. In addition to these forces, the vertical force can also be used or analyzed and evaluated for therapy purposes and as a movement input. For this purpose, the motor current and the armature position can also be used analogously to the movements of the lifting carriage and the base arm. Alternatively or in addition, a simple one-dimensional force sensor can also be integrated distally in the area of the armrest in order to improve the measuring accuracy in this direction through shorter force paths. This sensor can, for example, be installed in the joint between the forearm and the connector so that the entire axial bearing force, i.e. especially tension and pressure, is passed over the sensor. If only a pressure force can be measured by the sensor, the measuring point must be preloaded accordingly.

Ein weiteres wichtiges Merkmal des Reha-Roboters d.h. der Rehabilitationsvorrichtung dieser Erfindung betrifft den Antriebsstrang für Gelenk zwischen Grundarm und Vorderarm. Hier kann der Antrieb insbesondere im Hubschlitten gelagert sein. Eine erste Riemenstufe kann vorgesehen sein, diese übersetzt die Antriebsbewegung, insbesondere unter 1:10 oder 1:5, auf eine Riemenscheibe, die koaxial zu ersten Drehachse zwischen Hubschlitten und Grundarm liegt. Ein weiterer Riemen mit 1:1 Übersetzung überträgt die Drehbewegung auf das Gelenk zwischen Grundarm und Vorderarm. Dies hat diverse Vorteile gegenüber einem direkten Antrieb und einer Abstützung des Antriebsmomentes über den Grundarm. Zum einen bildet der Riemen kinematisch gesehen eine geschlossene Teilkette, wodurch das Antriebsmoment auf den Schwenkantrieb zwischen Hubschlitten und Grundarm deutlich verringert und die Genauigkeit des Arms erhöht wird. Zu anderen werden schwere Komponenten wie Antriebe in proximale Richtung verschoben wodurch die bewegte Masse reduziert wird. Dies hat ebenfalls positiven Einfluss auf Antriebsleistung und Sicherheitsaspekte. Darüber hinaus kann mit einem solchen Aufbau ein zielführendes Konzept von gezielt gesetzten Bewegungsraumgrenzen umgesetzt werden. Dies ist möglich da mit dem beschriebenen Riemenaufbau folgende Bewegungsgrenzen als feste aber verstellbare Anschläge gesetzt werden können. Die Bewegungsgrenzen können den Grundarm relativ zum Hubschlitten eingrenzen, den Vorderarm relativ zum Grundarm eingrenzen und gleichzeitig sogar auch den Vorderarm relativ zum Hubschlitten eingrenzen.Another important feature of the rehab robot i.e. the rehabilitation device of this invention relates to the drive train for the joint between the base arm and the forearm. Here, the drive can be mounted in particular in the lifting carriage. A first belt stage can be provided, which translates the drive movement, in particular below 1:10 or 1: 5, onto a belt pulley which lies coaxially with the first axis of rotation between the lifting slide and the base arm. Another belt with 1: 1 ratio transmits the rotary movement to the joint between the base arm and forearm. This has various advantages over a direct drive and a support of the drive torque via the base arm. On the one hand, kinematically, the belt forms a closed chain, which significantly reduces the drive torque on the swivel drive between the lifting carriage and the base arm and increases the accuracy of the arm. On the other hand, heavy components such as drives are moved in the proximal direction, which reduces the moving mass. This also has a positive impact on drive performance and safety aspects. In addition, such a structure can be used to implement a goal-oriented concept of specifically defined movement space limits. This is possible because with the described belt structure the following movement limits can be set as fixed but adjustable stops. The limits of movement can limit the base arm relative to the lifting slide, limit the forearm relative to the base arm and at the same time even limit the front arm relative to the lifting slide.

Da der Hubschlitten nur einen translatorischen Freiheitsgrad besitzt und der Grundarm und der Vorderarm durch Drehgelenke bewegt sind, kann auch gesagt werden, dass für den Grundarm die absolute Bewegung beschränkt werden kann und für den Vorderarm sowohl die relative als auch zusätzlich die absolute Bewegung beschränkt werden kann. Dadurch können nicht nur die Bewegungsbereiche des Tool-Center-Points (TCP) also der Patientenhand sehr gezielt eingeschränkt werden, sondern auch die der Roboterglieder. Dies hält den Roboter vom Patienten fern und verhindert ungewollte Kollisionen. Je nach Therapiekonfiguration links oder rechts, je nach den Therapiebewegungsbereich, der Patientengröße und/oder der Patientenposition zum Roboter d.h. zur Rehabilitationsvorrichtung können diese Achslimits einfach verstellt werden.Since the lifting carriage only has a translational degree of freedom and the base arm and the front arm are moved by swivel joints, it can also be said that the absolute movement can be restricted for the base arm and both the relative and additionally the absolute movement can be restricted for the front arm . This means that not only the range of motion of the tool center point (TCP), i.e. the patient's hand, can be restricted in a very targeted manner, but also that of the robot links. This keeps the robot away from the patient and prevents unwanted collisions. Depending on the therapy configuration on the left or right, depending on the therapy movement range, the patient size and / or the patient position to the robot i.e. these axis limits can be easily adjusted for the rehabilitation device.

Sollte es dennoch zu einem unerwünschten Zusammenstoß des Roboters mit dem Patienten, einer anderen Person oder einem Gegenstand kommen, greifen eine Reihe von sehr kostengünstigen Sicherheitsfunktionen und/oder Sicherheitseigenschaften.Should there still be an undesirable collision of the robot with the patient, another person or an object, a number of very inexpensive safety functions and / or safety properties apply.

Die im Roboter verbaute Antriebsleistung ist sehr gering, sodass der Roboter dem Menschen kräftemäßig gar keinen Schaden zufügen kann. Möglich ist dies, da die Hauptantriebe auf Grund ihrer vertikal ausgerichteten Drehachsen keinen Gravitationseinfluss besitzen, sodass hier nur Prozesskräfte d.h. Therapiekräfte wirken, sowie nur im geringen Maße Trägheits- und Reibungskräfte. Der Hubantrieb muss allerdings deutlich kräftiger ausgelegt werden, da sowohl hier Prozess-, Reib- und Trägheitskräfte als auch die Gewichtskraft des Patientenarmes und des Roboters wirken. Letztere machen mit Abstand den größten Teil der Antriebslast aus, besitzen jedoch die Eigenschaft, dass sie nicht von der Roboterstellung abhängen und während der Therapie konstant bleiben. Ein Ausgleichsystem kann diese Gewichtskraft vollständig oder teilweise über einen Energiespeicher, insbesondere einen federbasierten Energiespeicher aufnehmen, sodass der Einsatz eines kleineren leistungsschwächeren Antriebs für die Hubsäule ermöglicht wird.The drive power built into the robot is very low, so that the robot cannot cause any damage to humans. This is possible because the main drives have no gravitational influence due to their vertically aligned axes of rotation, so that only process forces i.e. Therapy forces work, as well as only slight inertia and friction forces. However, the linear actuator must be designed to be significantly more powerful, since both process, friction and inertial forces as well as the weight of the patient arm and the robot act here. The latter make up the largest part of the drive load by far, but have the property that they do not depend on the robot position and remain constant during therapy. A balancing system can absorb this weight force completely or partially via an energy store, in particular a spring-based energy store, so that the use of a smaller, less powerful drive for the lifting column is made possible.

Durch die Schichtung und den Versatz benachbarter Glieder werden Scherstellen vermieden, Körperteile in Größe einer Hand können ohne Klemmungen zwischen zwei Roboterglieder gehalten werden.The layering and the offset of adjacent links avoid shear points, body parts the size of a hand can be held between two robot links without clamping.

Der Hubschlitten kann mit einer stabilen Gabellagerung ausgeführt sein. Die hierdurch entstehende kritische Klemmstelle zwischen dem Grundarm und dem Hubschlitten kann über eine Elastomerabdeckung abgesichert sein.The lifting carriage can be designed with a stable fork bearing. The resulting critical clamping point between the base arm and the lifting carriage can be secured by an elastomer cover.

Alle beweglichen Roboterglieder, insbesondere der Grundarm und der Vorderarm, können mit einer vollständig oder zum Teil, insbesondere seitlich und/oder auf der Unterseite bzw. Oberseite mit einem nachgiebigen stoßabsorbierendem Material verkleidet sein.All movable robot members, in particular the base arm and the forearm, can be completely or partially, especially laterally and / or be covered on the underside or top with a resilient shock-absorbing material.

Zudem kann der Roboterarm auf der Unterseite des Grundarmes und des Vorderarmes, sowie ggf. am Hubschlitten einen z.B. linienförmigen berührend oder berührungslosen Sensor insbesondere eine Schaltleiste aufweisen, die erkennt, dass beim Absenken des Gesamtarmes dieser beispielsweise gegen den Patienten oder einen Gegenstand, wie beispielsweise einen Tisch gefahren ist. Durch entsprechende Steuerungsvorgaben kann darauf entsprechend sicherheitstechnisch reagiert werden.In addition, the robot arm on the underside of the base arm and the forearm, as well as on the lifting line-shaped touching or non-contact sensor in particular have a switching strip that recognizes that when the entire arm is lowered, it is driven, for example, against the patient or an object, such as a table. Appropriate control specifications can be used to react accordingly in terms of safety technology.

Die spezielle zur Körperteilauflage (entspricht TCP) hin aufsteigende Schichtung der Glieder hat den Vorteil, dass sich keine Glieder direkt neben dem Kopf des Patienten befinden bzw. bewegen, was in psychologische Wirkung günstiger ist, und dass die Gesamthöhe der Hubsäule reduziert sein kann. So sind selbst bei hoher Handhaltung des Patienten, wie beispielsweise über Kopf, nur eine niedrigere obere Schlittenposition und damit eine niedrigere Hubsäule notwendig. Da der Gesamthub des Armes und damit des Schlitten gleich bleibt, verschiebt sich der Bewegungsbereich der Hubsäule um den Betrag der Schichtung in den unteren, konstruktiv unkritischen Bereich.The special layering of the limbs ascending towards the body part support (corresponds to TCP) has the advantage that no limbs are located or move directly next to the patient's head, which is psychologically more beneficial, and that the overall height of the lifting column can be reduced. Thus, even if the patient is in a high hand position, such as overhead, only a lower upper carriage position and thus a lower lifting column are necessary. Since the total stroke of the arm and thus the carriage remains the same, the range of motion of the lifting column shifts by the amount of the stratification in the lower, structurally uncritical area.

Eine kleinere Hubsäule hat nicht nur Vorteile in Design, dem Transport und den Kosten, sondern auch in der Stabilität. Um die Stabilität sicherstellen zu können, besitzt die Hubsäule im unteren Bereich beispielsweise mehrere Standfüße, die in einer Ausführungsvariante über abnehmbare Gewichte weiter stabilisiert werden kann. Diese abnehmbaren Gewichte können insbesondere als mit Wasser oder Sand befüllte Hohlkörper ausgeführt werden, die nach Transport entsprechend aufzufüllen sind. Sie werden mit den Standfüßen oder der Säule verbunden und erhöhen als Gegengewichte die Stabilität des Aufbaus.A smaller lifting column not only has advantages in design, transport and costs, but also in stability. In order to ensure stability, the lifting column has, for example, several feet in the lower area, which can be further stabilized in one embodiment by means of removable weights. These removable weights can in particular be designed as hollow bodies filled with water or sand, which have to be filled up accordingly after transport. They are connected to the feet or the column and, as counterweights, increase the stability of the structure.

Damit der gesamte Roboter passiv mobil verschoben werden kann, sind die Standfüße beispielsweise so mit Rollen ausgeführt, dass diese am Zielort entweder blockiert werden oder die Basis abgesenkt werden kann.So that the entire robot can be moved passively mobile, the feet are designed with rollers, for example, so that they can either be blocked at the destination or the base can be lowered.

Alternativ oder ergänzend kann auch die Sitzgelegenheit für den Patienten dazu genutzt werden, die Stabilität des Roboterstandfußes zu erhöhen, indem der Sitz, Stuhl oder Block auf einen Bereich der Standfüße gestellt oder beispielsweise durch eine Verrastung mit ihm mechanisch verbunden wird.As an alternative or in addition, the seat for the patient can also be used to increase the stability of the robot base by placing the seat, chair or block on an area of the base or mechanically connecting it to it, for example by means of a catch.

Der hier vorgestellte Aufbau des Reha-Arms bietet maximale Flexibilität und Vielfältigkeit bei der Therapie. So kann beispielsweise der Patient sowohl direkt neben dem Arm sitzen, als auch seitlich mit Abstand zu diesem oder mit Abstand frontal vor ihm Platz nehmen. Auch alle anderen Patientenpositionen sind möglich. Ebenso kann dieser Aufbau ohne Umbau, ggf. mit Ausnahme der Einstellung der Achsanschläge, sowohl für die Therapie des rechten Armes als auch des linken Armes genutzt werden.The structure of the rehab arm presented here offers maximum flexibility and diversity in therapy. For example, the patient can sit directly next to the arm or sit laterally at a distance from it or at a distance from the front. All other patient positions are also possible. This setup can also be used for the therapy of both the right arm and the left arm without modification, if necessary with the exception of the adjustment of the axle stops.

Durch eine lösbare und drehbare Verbindung innerhalb des Vorderarms kann die Orientierung beispielsweise um 180° gedreht werden, so dass die Armauflage wahlweise nach unten zeigt oder nach oben zeigt. Hierdurch sind auch andere Übungen in einem anderen Bewegungsbereich möglich.By means of a detachable and rotatable connection within the forearm, the orientation can be rotated, for example, by 180 °, so that the armrest either points downwards or points upwards. This enables other exercises in a different range of motion.

Des Weiteren ist die Armauflage beispielsweise als Baukasten modifizierbar und/oder anpassbar und kann je nach Ausführungsform auch weitere Beweglichkeiten oder Armunterstützungen enthalten.In addition, the armrest can be modified and / or adapted, for example as a modular system, and, depending on the embodiment, can also include further mobility or arm supports.

Die Körperteilauflage kann in einer speziellen Ausführungsform zumindest zweiteilig ausgebildet sein mit wenigstens einer Armauflage und wenigstens einer Handauflage, wobei sowohl die Armauflage eine durch magnetische Haftkraft mit einer ersten Körperteil-Manschette magnetkraftschlüssig zusammenwirkende erste Kopplungseinrichtung aufweist, als auch die Handauflage eine durch magnetische Haftkraft mit einer zweiten Körperteil-Manschette magnetkraftschlüssig zusammenwirkende zweite Kopplungseinrichtung aufweist. Zur Erzielung einer festen Verbindung des Armes der Person mit der Körperteilauflage, d.h. zur Erzielung einer festen Verbindung der ersten Körperteil-Manschette mit der Armauflage und der zweiten Körperteil-Manschette mit der Handauflage kann die erste Körperteil-Manschette eine erste Gegenkopplungseinrichtung aufweisen und die zweite Körperteil-Manschette eine zweite Gegenkopplungseinrichtung aufweisen. Jeweils das Paar von erster Kopplungseinrichtung und erster Gegenkopplungseinrichtung bzw. das Paar von zweiter Kopplungseinrichtung und zweiter Gegenkopplungseinrichtung kann wenigstens eine Paarung eines Magneten mit einem ferromagnetischen Eisenstück oder eine Paarung von zwei gegenpolig zusammenwirkenden Magneten sein. Demgemäß können wahlweise erste Kopplungseinrichtung, die zweite Kopplungseinrichtung, die erste Gegenkopplungseinrichtung und/oder die zweite Gegenkopplungseinrichtung einen Magneten und/oder ein ferromagnetisches Eisenstück umfassen. In a special embodiment, the body part support can be formed at least in two parts with at least one arm support and at least one hand support, both the arm support having a first coupling device that cooperates with a first body part sleeve by magnetic force, and the hand support has a magnetic force with a second body part cuff has magnetically non-positively interacting second coupling device. To achieve a firm connection of the person's arm to the body part support, i.e. to achieve a firm connection of the first body part cuff with the armrest and the second body part cuff with the hand rest, the first body part cuff can have a first counter-coupling device and the second body part cuff can have a second counter-coupling device. In each case the pair of first coupling device and first negative feedback device or the pair of second coupling device and second negative feedback device can be at least a pairing of a magnet with a ferromagnetic iron piece or a pairing of two magnets interacting in opposite poles. Accordingly, the first coupling device, the second coupling device, the first negative feedback device and / or the second negative feedback device can optionally comprise a magnet and / or a ferromagnetic piece of iron.

Diese technische Lösung einer Verbindung von Körperteil-Manschetten mit der Armauflage besteht somit insbesondere aus einer zweifachen magnetischen Kopplung des Unterarmes bzw. der Hand mit der Armauflage bzw. Handauflage. Hierzu legt sich der Patient je nach Therapie im Vorfeld der Übung ein oder zwei Bandagen, d.h. die Manschetten an Handgelenk und/oder Unterarm an. Diese Manschetten sind individuell gestaltet und verbleiben auch über die Übung hinaus beim Patienten. Die beiden Bandagen oder Manschetten beinhalten jeweils mindestens ein magnetisches Element d.h. Gegenkopplungseinrichtungen, welche mit einem Koppelpartner/Gegenstück (Metall oder ebenfalls Magnet), d.h. den Kopplungseinrichtungen auf der Armauflage und/oder Handauflage durch einfaches Annähern mittels Magnetkraft verbunden werden können.This technical solution of a connection of body part cuffs to the armrest thus consists in particular of a double magnetic coupling of the forearm or hand with the armrest or handrest. Depending on the therapy, the patient puts on one or two bandages before the exercise, ie the cuffs on the wrist and / or forearm. These Cuffs are individually designed and remain with the patient even after the exercise. The two bandages or cuffs each contain at least one magnetic element, ie counter-coupling devices, which can be connected to a coupling partner / counterpart (metal or likewise magnet), ie the coupling devices on the armrest and / or hand-rest, by simply approaching them using magnetic force.

Die Armauflage bzw. Handauflage kann so aufgebaut sein, dass sie einen Handgriff besitzt, welcher frei um eine zur Haupterstreckungsrichtung der Armauflage im Wesentlichen parallelen Achse drehbar ist. Dies ermöglicht ein individuelles Einstellen einer ergonomischen Handorientierung und Unterarmhaltung und erweitert die Freiheitsgrade des Reha-Arms auf sechs Freiheitsgrade. Der Handgriff kann neben der Magnetfläche auf der Handauflagefläche auch einen Sensor, wie beispielsweise eine einfache Fotodiode oder ein Taster zur Erkennung der aufliegenden Patientenhand, aufweisen. Wird die Hand vom Griff gelöst, hält die Rehabilitationsvorrichtung an. Beim Wiederauflegen wird die Bewegung nach einer Quittierung, einem Signal oder einer definierten Zeitspanne wiederaufgenommen.The armrest or handrest can be constructed in such a way that it has a handle which can be freely rotated about an axis which is substantially parallel to the main direction of extension of the armrest. This enables individual adjustment of ergonomic hand orientation and forearm posture and extends the degrees of freedom of the rehab arm to six degrees of freedom. In addition to the magnetic surface on the hand support surface, the handle can also have a sensor, such as a simple photodiode or a button for detecting the patient's hand resting on it. When the hand is released from the handle, the rehabilitation device stops. When it is replaced, the movement is resumed after an acknowledgment, a signal or a defined period of time.

Des Weiteren kann die Armauflage eine Unterarmstütze aufweisen, die ebenso die Möglichkeit einer magnetischen Kopplung bietet. Sie kann dabei zwecks seitlicher Führung des Unterarms beispielsweise als eine halbrunde, offene Schale gestaltet sein. Hier ist eine einzelne Magnetpaarung ausreichend und schränkt die Beweglichkeit des Handgelenks nicht ein. Mit anderen Worten, egal welche Griffstellung (z.B. 0°,45°,90°) vom Patienten eingenommen wird, bleibt die Ausrichtung des Koppelpunktes Unterarm zu Unterarmstütze konstant, sodass alle Griffstellungen mit nur einem Unterarmkoppelpunkt erreicht werden können.Furthermore, the armrest can have a forearm support, which also offers the possibility of a magnetic coupling. For the purpose of lateral guidance of the forearm, it can be designed, for example, as a semicircular, open shell. A single pair of magnets is sufficient here and does not restrict the mobility of the wrist. In other words, no matter which handle position (e.g. 0 °, 45 °, 90 °) the patient takes, the alignment of the coupling point forearm to forearm support remains constant, so that all handle positions can be reached with only one forearm coupling point.

Die Magnetverbindungen können beispielsweise als plane Flächen der Koppelpartner (erste/zweite Kopplungseinrichtung, erste/zweite Gegenkopplungseinrichtung) ausgeführt sein und/oder gewisse Formelemente besitzen, die ineinandergreifen, um seitliche Kräfte besser aufnehmen zu können.The magnetic connections can, for example, be designed as flat surfaces of the coupling partners (first / second coupling device, first / second counter-coupling device) and / or can have certain shaped elements which interlock to better absorb lateral forces.

Als ergänzende Ausführungsform können die Bandagen auch Sensoren zur Messung und Überwachung der Vitalfunktionen beinhalten. Bei Kopplung mit der Armauflage werden diese über eine elektrische Schnittstelle mit Energie versorgt und senden Daten an eine Steuerungsvorrichtung der Rehabilitationsvorrichtung, so dass gezielte auf die körperliche Verfassung des Patienten reagiert werden kann. Zudem können diese Messwerte der Vitalfunktion auch mit den Bewegungsdaten abgespeichert und einem Therapeuten zu Auswertung übermittelt werden.As a supplementary embodiment, the bandages can also contain sensors for measuring and monitoring the vital functions. When coupled to the armrest, they are supplied with energy via an electrical interface and send data to a control device of the rehabilitation device, so that a specific reaction to the patient's physical condition can be made. In addition, these measured values of the vital function can also be stored with the movement data and transmitted to a therapist for evaluation.

Die Sensoren können auch mit Batterien ausgestattet sein, die über die Schnittstelle zur Armauflage geladen werden und auch noch nach der aktiven Therapie weitere Messwerte aufzeichnen.The sensors can also be equipped with batteries which are charged via the interface to the armrest and which also record further measured values after active therapy.

Des Weiteren können die Bandagen d.h. die Manschetten beispielsweise auch ein NFC-Element, wie ein RFID-Tag beinhalten, auf dem alle wichtigen Patientendaten hinterlegt sind. Wird die Rehabilitationsvorrichtung von vielen Patienten benutzt, wie es beispielsweise in einem Reha-Zentrum der Fall ist, ist es ausreichend, wenn sich der Patient mit der Armauflage koppelt. Dabei werden alle relevanten Daten der individuellen Therapie auf die Steuerung übertragen, sodass das Training sofort beginnen kann.Furthermore, the bandages i.e. the cuffs, for example, also contain an NFC element, such as an RFID tag, on which all important patient data are stored. If the rehabilitation device is used by many patients, as is the case, for example, in a rehabilitation center, it is sufficient if the patient couples to the armrest. All relevant data of the individual therapy are transferred to the controller so that the training can begin immediately.

Möchte sich der Patient von der Rehabilitationsvorrichtung entfernen oder diese loslassen muss er lediglich seinen Arm aus der Armauflage ziehen. Dies kann beispielsweise durch den Arm selber oder mit Zuhilfenahme des anderen Armes erfolgen. Dabei kann eine Bewegung gegen die Magnetkraft z.B. entlang der Normalenrichtung oder ein Verdrehen bzw. Abgleiten der Magnete ein einfaches Lösen bewirken.If the patient wants to move away from the rehabilitation device or let go of it, all he has to do is pull his arm out of the armrest. This can be done for example by the arm itself or with the help of the other arm. A movement against the magnetic force can e.g. along the normal direction or twisting or sliding the magnets cause a simple release.

Die gesamte Armauflage kann durch einfaches axiales Herausziehen getrennt und für andere Therapieanwendungen gewechselt werden.The entire armrest can be separated by simply pulling it axially out and replaced for other therapeutic applications.

Alternativ zu Magnetverbindungen können als Koppelelemente auch mechanische Verrastungen, Klettverschlusselemente oder auf Unterdruck basierende Verbindungen, wie Saugnäpfe verwendet werden. Erfindungsgemäß wird in einer speziellen Ausführungsform allerdings die magnetische Kopplung bevorzugt.As an alternative to magnetic connections, mechanical catches, Velcro fasteners or connections based on negative pressure, such as suction cups, can also be used as coupling elements. According to the invention, however, the magnetic coupling is preferred in a special embodiment.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass das hier vorgestellte neuartige Robotersystem für Reha-Anwendungen trotz ausreichender Leistungsfähigkeit, insbesondere hinsichtlich einer Therapiekraft, sehr sicher und trotzdem extrem kostengünstig im Vergleich bekannten Lösungen aufgebaut werden kann und sich für eine Vielzahl an Reha-, Trainings- und Therapiemaßnahmen eignet.In summary, it can be stated that the novel robot system for rehab applications presented here, despite sufficient performance, in particular with regard to a therapist, can be constructed very safely and yet extremely inexpensively in comparison with known solutions and can be used for a large number of rehabilitation, training and therapy measures is suitable.

Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.Specific exemplary embodiments of the invention are explained in more detail in the following description with reference to the attached figures. Concrete features of these exemplary embodiments can, regardless of the specific context in which they are mentioned, possibly also viewed individually or in further combinations, represent general features of the invention.

Es zeigen:

  • 1 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Rehabilitationsvorrichtung im Einsatz an einer Person,
  • 2 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Rehabilitationsvorrichtung in Alleinstellung,
  • 3 eine Seitenansicht der Rehabilitationsvorrichtung gemäß 2,
  • 4 die Rehabilitationsvorrichtung gemäß 2 mit einer schematischen Darstellung dreier unterschiedlicher Kippstellungen der Körperteilauflage,
  • 5 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Antriebs für die Kippstellungen der Körperteilauflage mit einem Seilzug und Spindel,
  • 6 eine erste Ausführungsform eines Antriebs, mit einem Seilzug zur Ausführung der Kippbewegung der Körperteilauflage,
  • 7 eine zweite Ausführungsform eines Antriebs, mit einem Linearantrieb zur Ausführung der Kippbewegung der Körperteilauflage,
  • 8 eine dritte Ausführungsform eines Antriebs, mit einem Drehantrieb zur Ausführung der Kippbewegung der Körperteilauflage,
  • 9 eine perspektivische Darstellung der Rehabilitationsvorrichtung gemäß 1 in einer Konfiguration linksseitig einer Person,
  • 10 eine perspektivische Darstellung der Rehabilitationsvorrichtung gemäß 1 in einer Konfiguration rechtsseitig einer Person,
  • 11 eine perspektivische Teilansicht des Vorderarms der Rehabilitationsvorrichtung in einer zweiteiligen Ausführung mit einem ersten, proximalen Vorderarmteil und einem zweiten, distalen Vorderarmteil, in einer nach oben weisenden Konfiguration der Körperteilauflage,
  • 12 eine perspektivische Teilansicht des Vorderarms der Rehabilitationsvorrichtung in einer zweiteiligen Ausführung mit einem ersten, proximalen Vorderarmteil und einem zweiten, distalen Vorderarmteil, in einer nach unten weisenden Konfiguration der Körperteilauflage, und
  • 13 bis 19 verschiedene zusätzliche Darstellungen einer weiterentwickelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rehabilitationsvorrichtung.
Show it:
  • 1 1 shows a perspective illustration of an exemplary rehabilitation device according to the invention in use on a person,
  • 2nd 1 shows a perspective illustration of an exemplary rehabilitation device according to the invention in isolation,
  • 3rd a side view of the rehabilitation device according to 2nd ,
  • 4th the rehabilitation device according to 2nd with a schematic representation of three different tilt positions of the body part support,
  • 5 1 shows a schematic representation of an exemplary drive for the tilting positions of the body part support with a cable pull and spindle,
  • 6 1 shows a first embodiment of a drive with a cable pull for executing the tilting movement of the body part support,
  • 7 2 shows a second embodiment of a drive with a linear drive for executing the tilting movement of the body part support,
  • 8th A third embodiment of a drive, with a rotary drive for executing the tilting movement of the body part support,
  • 9 a perspective view of the rehabilitation device according to 1 in a configuration on the left side of a person,
  • 10th a perspective view of the rehabilitation device according to 1 in a configuration on the right side of a person,
  • 11 2 shows a perspective partial view of the forearm of the rehabilitation device in a two-part embodiment with a first, proximal forearm part and a second, distal forearm part, in an upwardly pointing configuration of the body part support,
  • 12th a partial perspective view of the forearm of the rehabilitation device in a two-part embodiment with a first, proximal forearm part and a second, distal forearm part, in a downward configuration of the body part support, and
  • 13 to 19th Various additional representations of a further developed embodiment of the rehabilitation device according to the invention.

Die 1 zeigt eine beispielshafte Grundausführungsform einer erfindungsgemäßen Rehabilitationsvorrichtung 1. Die Rehabilitationsvorrichtung 1 weist auf ein Stativ 2, eine an dem Stativ 2 befestigte Hubsäule 3, einen an der Hubsäule 3 höhenverstellbar gelagerten Hubschlitten 4, der mittels eines ersten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung 1 automatisch höhenbeweglich ist, einen an dem Hubschlitten 4 um eine erste, vertikale Drehachse D1 schwenkbar gelagerten Grundarm 5, der mittels eines zweiten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung 1 automatisch angetrieben um die erste, vertikale Drehachse D1 zu schwenken ist, einen an dem Grundarm 5 um eine zweite, vertikale Drehachse D2 schwenkbar gelagerten Vorderarm 6, der mittels eines dritten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung 1 automatisch angetrieben um die zweite, vertikale Drehachse D2 zu schwenken ist, ein an dem Vorderarm 6 um eine dritte, vertikale Drehachse D3 unangetrieben frei drehbar gelagertes Verbindungsstück 7, und eine an dem Verbindungsstück 7 um eine vierte, horizontale Drehachse D4 kippbar gelagerte Körperteilauflage 8.The 1 shows an exemplary basic embodiment of a rehabilitation device according to the invention 1 . The rehabilitation device 1 points to a tripod 2nd , one on the tripod 2nd attached lifting column 3rd , one on the lifting column 3rd Height-adjustable lifting carriage 4th which by means of a first drive of the rehabilitation device 1 is automatically height-adjustable, one on the lifting carriage 4th around a first, vertical axis of rotation D1 pivotable base arm 5 by means of a second drive of the rehabilitation device 1 automatically driven around the first, vertical axis of rotation D1 is to pivot, one on the base arm 5 around a second, vertical axis of rotation D2 swiveling forearm 6 by means of a third drive of the rehabilitation device 1 automatically driven around the second, vertical axis of rotation D2 to swivel, one on the forearm 6 about a third, vertical axis of rotation D3 non-driven freely rotatable connector 7 , and one on the connector 7 around a fourth, horizontal axis of rotation D4 tiltable body part support 8th .

Das Stativ 2 weist Standbeine 9 auf, im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels vier Standbeine 9 auf. An den Standbeinen 9 können wie dargestellt Gewichte 10 angebracht sein, um die Stabilität, d.h. die Standfestigkeit der Rehabilitationsvorrichtung 1 zu erhöhen. Die Standbeine 9 können optional, wie in 2 dargestellt, mit Standfüßen 11 versehen sein. Statt Standfüße 11 können auch Laufrollen vorgesehen sein, die ein leichtes manuelles Verfahren der Rehabilitationsvorrichtung 1 ermöglichen. Die Laufrollen können gebremst ausgebildet sein.The tripod 2nd has pillars 9 on, in the case of the present embodiment four pillars 9 on. On the pillars 9 can weights as shown 10th be attached to the stability, ie the stability of the rehabilitation device 1 to increase. The pillars 9 can optionally, as in 2nd shown with feet 11 be provided. Instead of feet 11 rollers can also be provided, which is an easy manual method of the rehabilitation device 1 enable. The rollers can be braked.

IM Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Körperteilauflage 8 als eine Unterarmauflage ausgebildet, an der ein Unterarm einer Person 12 festgeschnallt ist.In the case of the present exemplary embodiment, the body part support is 8th formed as a forearm support on which a person's forearm 12th is strapped.

Die 2 zeigt in einer etwas abgewandelten Ausführungsform der Rehabilitationsvorrichtung 1 nochmals die Freiheitsgrade der Rehabilitationsvorrichtung 1. Auch hier umfasst die Rehabilitationsvorrichtung 1 ein Stativ 2, eine an dem Stativ 2 befestigte Hubsäule 3, einen an der Hubsäule 3 höhenverstellbar gelagerten Hubschlitten 4, der mittels eines ersten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung 1 automatisch höhenbeweglich ist, einen an dem Hubschlitten 4 um eine erste, vertikale Drehachse D1 schwenkbar gelagerten Grundarm 5, der mittels eines zweiten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung 1 automatisch angetrieben um die erste, vertikale Drehachse D1 zu schwenken ist, einen an dem Grundarm 5 um eine zweite, vertikale Drehachse D2 schwenkbar gelagerten Vorderarm 6, der mittels eines dritten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung 1 automatisch angetrieben um die zweite, vertikale Drehachse D2 zu schwenken ist, ein an dem Vorderarm 6 um eine dritte, vertikale Drehachse D3 unangetrieben frei drehbar gelagertes Verbindungsstück 7, und eine an dem Verbindungsstück 7 um eine vierte, horizontale Drehachse D4 kippbar gelagerte Körperteilauflage 8 The 2nd shows in a slightly modified embodiment of the rehabilitation device 1 again the degrees of freedom of the rehabilitation device 1 . Here too, the rehabilitation device includes 1 a tripod 2nd , one on the tripod 2nd attached lifting column 3rd , one on the lifting column 3rd Height-adjustable lifting carriage 4th which by means of a first drive of the rehabilitation device 1 is automatically height-adjustable, one on the lifting carriage 4th around a first, vertical axis of rotation D1 pivotable base arm 5 by means of a second drive of the rehabilitation device 1 automatically driven around the first, vertical axis of rotation D1 is to pivot, one on the base arm 5 around a second, vertical axis of rotation D2 swiveling forearm 6 by means of a third drive of the rehabilitation device 1 automatically driven around the second, vertical axis of rotation D2 to swivel, one on the forearm 6 about a third, vertical axis of rotation D3 non-driven freely rotatable connector 7 , and one on the connector 7 around a fourth, horizontal axis of rotation D4 tiltable body part support 8th

Wie insbesondere aus 3 ersichtlich ist, ist der Vorderarm 6 mittels eines zweiten Gelenks G2 um die zweite Drehachse D2 schwenkbar an dem Grundarm 5 gelagert, wobei das zweite Gelenk G2 ausgebildet ist, den Vorderarm 6 in allen Schwenklagen des Vorderarms 6 oberhalb des Grundarms 5 zu lagern, wobei das Verbindungsstück 7 mittels eines dritten Gelenks G3 um die dritte Drehachse D3 schwenkbar an dem Vorderarm 6 gelagert ist, wobei das dritte Gelenk G3 ausgebildet ist, das Verbindungsstück 7 in allen Schwenklagen des Verbindungsstücks 7 oberhalb des Vorderarms 6 zu lagern, dabei ist die Körperteilauflage 8 mittels eines vierten Gelenks G4 um die vierte Drehachse D4 kippbar (Pfeil P1) an dem Verbindungsstück 7 gelagert, wobei das vierte Gelenk G4 ausgebildet ist, die Körperteilauflage 8 in allen Schwenklagen der Körperteilauflage 8 oberhalb des Vorderarms 6 zu lagern. Die drei möglichen grundlegenden Schwenklagen der Körperteilauflage 8 sind in 4 aufgezeigt. In einer ersten grundlegenden Schwenklage der Körperteilauflage 8 kann die Körperteilauflage 8 wie in 4 oben dargestellt ist, mit ihrer Auflagefläche zum Vorderarms 6 hin abfallend orientiert sein. In einer zweiten grundlegenden Schwenklage der Körperteilauflage 8 kann die Körperteilauflage 8 wie in 4 Mitte dargestellt ist, mit ihrer Auflagefläche horizontal ausgerichtet sein. In einer dritten grundlegenden Schwenklage der Körperteilauflage 8 kann die Körperteilauflage 8 wie in 4 unten dargestellt ist, mit ihrer Auflagefläche vom Vorderarms 6 wegweisend, d.h. ansteigend orientiert sein.How especially out 3rd can be seen is the forearm 6 by means of a second joint G2 around the second axis of rotation D2 pivotable on the base arm 5 stored, the second joint G2 is trained the forearm 6 in all swivel positions of the forearm 6 above the base arm 5 to store, the connector 7 by means of a third joint G3 around the third axis of rotation D3 swiveling on the forearm 6 is mounted, the third joint G3 is formed, the connector 7 in all swivel positions of the connector 7 above the forearm 6 to store, there is the body part support 8th by means of a fourth joint G4 around the fourth axis of rotation D4 tiltable (arrow P1 ) on the connector 7 stored, the fourth joint G4 is formed, the body part support 8th in all swivel positions of the body part support 8th above the forearm 6 to store. The three possible basic pivot positions of the body part support 8th are in 4th shown. In a first basic pivot position of the body part support 8th can the body part pad 8th as in 4th is shown above, with its contact surface to the forearm 6 be sloping. In a second basic pivot position of the body part support 8th can the body part pad 8th as in 4th Is shown in the center, be aligned horizontally with its contact surface. In a third basic pivot position of the body part support 8th can the body part pad 8th as in 4th is shown below, with its contact surface from the forearm 6 groundbreaking, ie to be oriented upwards.

Die 3 zeigt außerdem, wie ein distaler Endabschnitt E1 des Grundarms 5 und/oder ein proximaler Endabschnitt E2 des Vorderarms 6, an welchem Übergang die Endabschnitte E1 und E2 die zweite Drehachse D2 angeordnet ist, gekröpft ausgebildet sind, derart, dass in einen übereinander angeordneten relativen Position von Grundarm 5 und Vorderarm 6, wie in 3 dargestellt, ein als Klemmschutz wirkender Spaltraum S zwischen Grundarm 5 und dem - gestrichelt dargestellten, eingeklappten - Vorderarm 6 gebildet wird.The 3rd also shows how a distal end portion E1 of the basic arm 5 and / or a proximal end section E2 of the forearm 6 at which transition the end sections E1 and E2 the second axis of rotation D2 is arranged, are cranked, such that in a superimposed relative position of the base arm 5 and forearm 6 , as in 3rd shown, a gap S acting as a pinch protection between the base arm 5 and the - shown in dashed lines, folded - forearm 6 is formed.

In 5 bis 8 ist jeweils dargestellt, wie die Körperteilauflage 8 mittels eines die Körperteilauflage 8 mit dem Verbindungsstück 7 verbindenden Federkörpers 13 um die vierte, horizontale Drehachse D4 zu kippen ist, wobei der Federkörper 13 die Körperteilauflage 8 in eine vorgegebene Grundstellung, wie dargestellt, federelastisch rückstellbar an dem Verbindungsstück 7 lagert.In 5 to 8th is shown as the body part support 8th by means of a body part support 8th with the connector 7 connecting spring body 13 around the fourth, horizontal axis of rotation D4 to tilt, the spring body 13 the body part pad 8th in a predetermined basic position, as shown, resiliently resettable on the connecting piece 7 stores.

Die Körperteilauflage 8 kann dabei mittels eines vierten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung 1 automatisch angetrieben um die vierte, horizontale Drehachse D4 zu kippen sein. The body part pad 8th can by means of a fourth drive of the rehabilitation device 1 automatically driven around the fourth, horizontal axis of rotation D4 to be tilted.

Die automatisch angetriebene Bewegung der Körperteilauflage 8 relativ zum Verbindungsstück 7 kann an die automatisch angetriebene Höhenbewegung des Hubschlittens 4 relativ zur Hubsäule 3 gekoppelt sein.The automatically driven movement of the body part support 8th relative to the connector 7 can the automatically driven height movement of the lifting carriage 4th relative to the lifting column 3rd be coupled.

Wie die 5 schematisch aufzeigt, kann der erste Antrieb einen im Stativ 2 oder in der Hubsäule 3 angeordneten ersten Motor M1 umfassen, der ausgebildet ist, den Hubschlitten 4 motorisch angetrieben an der Hubsäule 3 zu heben und/oder zu senken, wobei die Rehabilitationsvorrichtung 1 eine mechanische Kopplungseinrichtung 14 aufweisen kann, die einen Teil des vierten Antriebs bildet und die ausgebildet ist, eine Antriebsbewegung des ersten Motors M1 auf die Körperteilauflage 8 zu übertragen, derart, dass bei einer Hubbewegung (Pfeil P2) des Hubschlittens 4, angetrieben durch den ersten Motor M1, die Körperteilauflage 8 eine synchrone Kippbewegung (Pfeil P3) ausführt.As the 5 shows schematically, the first drive one in the tripod 2nd or in the lifting column 3rd arranged first motor M1 comprise, which is designed, the lifting carriage 4th motor-driven on the lifting column 3rd to raise and / or lower the rehabilitation device 1 a mechanical coupling device 14 may have, which forms part of the fourth drive and which is designed, a drive movement of the first motor M1 on the body part support 8th to be transferred in such a way that during a lifting movement (arrow P2 ) of the lifting carriage 4th , driven by the first motor M1 who have favourited Body Part Rest 8th a synchronous tilting movement (arrow P3 ) executes.

In einer gegenüber der Ausführungsform gemäß 5 abgewandelten Ausführungsform kann gemäß 6 bis 8 jeweils, der erste Antrieb einen im Stativ 2 oder in der Hubsäule 3 angeordneten ersten Motor umfassen, der ausgebildet ist, den Hubschlitten 4 motorisch angetrieben an der Hubsäule 3 zu heben und/oder zu senken, und ein vierter Antrieb kann dabei einen vierten Motor M4 aufweisen, der ausgebildet ist, seine Antriebsbewegung auf die Körperteilauflage 8 zur Ausführung einer Kippbewegung der Körperteilauflage 8 zu übertragen, wobei der vierte Motor M4 steuerungstechnisch mit dem ersten Motor gekoppelt ist, derart, dass bei einer Antriebsbewegung des ersten Motors, um den Hubschlitten 4 relativ zur Hubsäule 3 zu bewegen, eine gleichzeitig angesteuerte Bewegung des vierten Motors M4 eine zur Hubbewegung synchrone Kippbewegung der Körperteilauflage 8 bewirkt.In a compared to the embodiment according to 5 modified embodiment can according to 6 to 8th each, the first drive one in the tripod 2nd or in the lifting column 3rd arranged arranged first motor, which is designed, the lifting carriage 4th motor-driven on the lifting column 3rd to raise and / or lower, and a fourth drive can do a fourth motor M4 have, which is designed, its drive movement on the body part support 8th to perform a tilting movement of the body part support 8th to transfer, the fourth engine M4 is coupled in terms of control technology to the first motor, in such a way that when the first motor moves around the lifting carriage 4th relative to the lifting column 3rd to move, a simultaneously controlled movement of the fourth motor M4 a tilting movement of the body part support that is synchronous with the lifting movement 8th causes.

In der Ausführungsvariante gemäß 6 weist die Rehabilitationsvorrichtung 1 einen Seilzug 15 auf, der einen automatisch ansteuerbaren Motor M4 und eine von dem Motor M4 angetriebene Spindel 16 aufweist, die ausgebildet ist, zum Aufwickeln eines Seils 17 des Seilzugs 15, wenn der Motor M4 die Spindel 16 antreibt, wobei ein freies Ende des Seils 17 mit der Körperteilauflage 8 verbunden ist, und aufweisend eine Rückstellfeder 13, welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage 8 in eine Grundstellung zu bewegen, wenn das Seil 17 keine Zugkraft auf die Körperteilauflage 8ausübt.In the variant according to 6 instructs the rehabilitation device 1 a cable 15 on an automatically controllable motor M4 and one from the engine M4 driven spindle 16 has, which is designed for winding a rope 17th the cable 15 when the engine M4 the spindle 16 drives with a free end of the rope 17th with the body part pad 8th is connected, and having a return spring 13 , which is formed, the body part support 8th to move to a home position when the rope 17th does not exert any tensile force on the body part support 8.

In der Ausführungsvariante gemäß 7 weist die Rehabilitationsvorrichtung 1 einen Linearantrieb 18 auf, der ein linear bewegliches, automatisch ansteuerbares Stellglied 19 aufweist, das mit der Körperteilauflage 8 verbunden ist, und aufweisend eine Rückstellfeder 13, welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage 8 in eine Grundstellung zu bewegen, wenn das Stellglied 19 keine Zugkraft auf die Körperteilauflage 8 ausübt.In the variant according to 7 instructs the rehabilitation device 1 a linear actuator 18th on which is a linearly movable, automatically controllable actuator 19th has that with the body part support 8th is connected, and having a return spring 13 , which is formed, the body part support 8th to move to a home position when the actuator 19th no traction on the body part support 8th exercises.

In der Ausführungsvariante gemäß 8 weist die Rehabilitationsvorrichtung 1 einen Drehantrieb 20 auf, der eine drehbare, automatisch ansteuerbare Welle aufweist, die mit der Körperteilauflage 8 verbunden ist, und aufweisend eine Rückstellfeder 13, welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage8 in eine Grundstellung zu bewegen, wenn die Welle kein Drehmoment auf die Körperteilauflage 8 ausübt. In the variant according to 8th instructs the rehabilitation device 1 a rotary drive 20th on, which has a rotatable, automatically controllable shaft that with the body part support 8th is connected, and having a return spring 13 , which is designed to move the body part support 8 into a basic position when the shaft is not applying any torque to the body part support 8th exercises.

Die 9 zeigt die Rehabilitationsvorrichtung 1 gemäß 1 in einer Konfiguration linksseitig der Person 12.The 9 shows the rehabilitation device 1 according to 1 in a configuration on the left side of the person 12th .

Die 10 zeigt die Rehabilitationsvorrichtung 1 gemäß 1 in einer Konfiguration rechtsseitig der Person 12.The 10th shows the rehabilitation device 1 according to 1 in a configuration on the right side of the person 12th .

Die 11 und 12 zeigen, wie der Vorderarm 6 zweiteilig mit einem ersten, proximalen Vorderarmteil 6.1 und einem zweiten, distalen Vorderarmteil 6.2 ausgebildet ist, wobei der zweite, distale Vorderarmteil 6.2 an dem ersten, proximalen Vorderarmteil 6.1 lösbar und derart umsteckbar gelagert ist, dass der zweite, distale Vorderarmteil 6.2 wahlweise in einer ersten Orientierung, wie in 11 dargestellt, an dem ersten, proximalen Vorderarmteil 6.1 starr zu befestigen ist oder in einer zweiten Orientierung, wie in 12 dargestellt, an dem ersten, proximalen Vorderarmteil 6.1 starr zu befestigen ist, die von der ersten Orientierung abweicht, insbesondere gegenüber der ersten Orientierung um 180 Grad gedreht ist.The 11 and 12th show how the forearm 6 in two parts with a first, proximal part of the forearm 6.1 and a second distal forearm part 6.2 is formed, wherein the second, distal forearm part 6.2 on the first, proximal part of the forearm 6.1 is detachably and such that the second, distal forearm part 6.2 optionally in a first orientation, as in 11 shown on the first, proximal part of the forearm 6.1 to be fixed rigidly or in a second orientation, as in 12th shown on the first, proximal part of the forearm 6.1 is to be fixed rigidly, which deviates from the first orientation, in particular is rotated by 180 degrees with respect to the first orientation.

Die 16a und 16b veranschaulichen, wie die Körperteilauflage 8 zumindest zweiteilig ausgebildet ist mit wenigstens einer Armauflage 8.1 und wenigstens einer Handauflage 8.2, wobei sowohl die Armauflage 8.1 eine durch magnetische Haftkraft mit einer ersten Körperteil-Manschette 21 magnetkraftschlüssig zusammenwirkende erste Kopplungseinrichtung 23.1 aufweist, als auch die Handauflage 8.2 eine durch magnetische Haftkraft mit einer zweiten Körperteil-Manschette 22 magnetkraftschlüssig zusammenwirkende zweite Kopplungseinrichtung 23.2 aufweist. Zur Erzielung einer festen Verbindung des Armes der Person 12 mit der Körperteilauflage 8, d.h. zur Erzielung einer festen Verbindung der ersten Körperteil-Manschette 21 mit der Armauflage 8.1 und der zweiten Körperteil-Manschette 22 mit der Handauflage 8.2 kann, wie dargestellt, die erste Körperteil-Manschette 21 eine erste Gegenkopplungseinrichtung 24.1 aufweisen und die zweite Körperteil-Manschette 22 eine zweite Gegenkopplungseinrichtung 24.2 aufweisen. Jeweils das Paar von erster Kopplungseinrichtung 23.1 und erster Gegenkopplungseinrichtung 24.1 bzw. das Paar von zweiter Kopplungseinrichtung 23.2 und zweiter Gegenkopplungseinrichtung 24.2 kann wenigstens eine Paarung eines Magneten mit einem ferromagnetischen Eisenstück oder eine Paarung von zwei gegenpolig zusammenwirkenden Magneten sein. The 16a and 16b illustrate how the body part pad 8th is formed in at least two parts with at least one armrest 8.1 and at least one palm rest 8.2 , with both the armrest 8.1 one by magnetic adhesive force with a first body part cuff 21st Magnetically non-positively interacting first coupling device 23.1 has, as well as the palm rest 8.2 one by magnetic adhesive force with a second body part cuff 22 Magnetically non-positively interacting second coupling device 23.2 having. To achieve a firm connection of the person's arm 12th with the body part pad 8th , ie to achieve a firm connection of the first body part cuff 21st with the armrest 8.1 and the second body part cuff 22 with the palm rest 8.2 can, as shown, the first body part cuff 21st a first negative feedback device 24.1 have and the second body part cuff 22 a second negative feedback device 24.2 exhibit. In each case the pair of the first coupling device 23.1 and first negative feedback device 24.1 or the pair of second coupling devices 23.2 and second negative feedback device 24.2 can be at least a pairing of a magnet with a ferromagnetic iron piece or a pairing of two oppositely interacting magnets.

Demgemäß kann wahlweise erste Kopplungseinrichtung 23.1, die zweite Kopplungseinrichtung 23.2, die erste Gegenkopplungseinrichtung 24.1 und/oder die zweite Gegenkopplungseinrichtung 24.2 einen Magneten und/oder ein ferromagnetisches Eisenstück umfassen.Accordingly, the first coupling device can optionally 23.1 , the second coupling device 23.2 , the first negative feedback device 24.1 and / or the second negative feedback device 24.2 comprise a magnet and / or a ferromagnetic iron piece.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 2015/048688 A1 [0002]WO 2015/048688 A1 [0002]

Claims (18)

Rehabilitationsvorrichtung, aufweisend ein Stativ (2), eine an dem Stativ (2) befestigte Hubsäule (3), einen an der Hubsäule (3) höhenverstellbar gelagerten Hubschlitten (4), der mittels eines ersten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung (1) automatisch höhenbeweglich ist, einen an dem Hubschlitten (4) um eine erste, vertikale Drehachse (D1) schwenkbar gelagerten Grundarm (5), der mittels eines zweiten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung (1) automatisch angetrieben um die erste, vertikale Drehachse (D1) zu schwenken ist, einen an dem Grundarm (5) um eine zweite, vertikale Drehachse (D2) schwenkbar gelagerten Vorderarm (6), der mittels eines dritten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung (1) automatisch angetrieben um die zweite, vertikale Drehachse (D2) zu schwenken ist, ein an dem Vorderarm (6) um eine dritte, vertikale Drehachse (D3) frei drehbar gelagertes Verbindungsstück (7), und eine an dem Verbindungsstück (7) um eine vierte, horizontale Drehachse (D4) kippbar gelagerte Körperteilauflage (8).Rehabilitation device, comprising a tripod (2), a lifting column (3) attached to the tripod (2), a lifting carriage (4) mounted on the lifting column (3) so that it can be adjusted in height by means of a first drive of the rehabilitation device (1), a base arm (5) which is pivotably mounted on the lifting carriage (4) about a first, vertical axis of rotation (D1) and which is automatically driven by means of a second drive of the rehabilitation device (1) to pivot about the first, vertical axis of rotation (D1) the base arm (5) about a second, vertical axis of rotation (D2) pivotally mounted forearm (6), which is automatically driven by a third drive of the rehabilitation device (1) to pivot about the second, vertical axis of rotation (D2), on the forearm (6) around a third, vertical axis of rotation (D3) freely rotatably mounted connecting piece (7), and one on the connecting piece (7) about a fourth, horizontal axis of rotation (D4) tiltable first part of the body (8). Rehabilitationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperteilauflage (8) mittels eines die Körperteilauflage (8) mit dem Verbindungsstück (7) verbindenden Federkörpers (13) um die vierte, horizontale Drehachse (D4) zu kippen ist, wobei der Federkörper (13) die Körperteilauflage (8) in eine vorgegebene Grundstellung federelastisch rückstellbar an dem Verbindungsstück (7) lagert.Rehabilitation device after Claim 1 , characterized in that the body part support (8) can be tilted about the fourth, horizontal axis of rotation (D4) by means of a spring body (13) connecting the body part support (8) to the connecting piece (7), the spring body (13) the body part support ( 8) resiliently resilient in a predetermined basic position on the connecting piece (7). Rehabilitationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperteilauflage (8) mittels eines vierten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung (1) automatisch angetrieben um die vierte, horizontale Drehachse (D4) zu kippen ist, insbesondere mittels eines dem vierten Antrieb zugeordneten mechanisch nachgiebigen Elements zu kippen ist, das die Körperteilauflage (8) in eine Grundstellung elastisch vorspannt.Rehabilitation device after Claim 1 , characterized in that the body part support (8) is automatically driven by means of a fourth drive of the rehabilitation device (1) to be tilted about the fourth, horizontal axis of rotation (D4), in particular by means of a mechanically flexible element assigned to the fourth drive, which element is to be tilted Body part support (8) elastically biased into a basic position. Rehabilitationsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die automatisch angetriebene Bewegung der Körperteilauflage (8) relativ zum Verbindungsstück (7) an die automatisch angetriebene Höhenbewegung des Hubschlittens (4) relativ zur Hubsäule (3) gekoppelt ist, insbesondere an die automatisch angetriebene Höhenbewegung des Hubschlittens (4) und auch an die Schwenkbewegungen des Grundarms und des Vorderarms gekoppelt ist.Rehabilitation device after Claim 3 , characterized in that the automatically driven movement of the body part support (8) relative to the connecting piece (7) is coupled to the automatically driven vertical movement of the lifting carriage (4) relative to the lifting column (3), in particular to the automatically driven vertical movement of the lifting carriage (4) and is also coupled to the pivoting movements of the base arm and the forearm. Rehabilitationsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antrieb einen im Stativ (2) oder in der Hubsäule (3) angeordneten ersten Motor (M1) umfasst, der ausgebildet ist, den Hubschlitten (4) motorisch angetrieben an der Hubsäule (3) zu heben und/oder zu senken, und die Rehabilitationsvorrichtung (1) eine mechanische Kopplungseinrichtung (14) aufweist, die einen Teil des vierten Antriebs bildet und die ausgebildet ist, eine Antriebsbewegung des ersten Motors (M1) auf die Körperteilauflage (8) zu übertragen, derart, dass bei einer Hubbewegung des Hubschlittens (4), angetrieben durch den ersten Motor (M1), die Körperteilauflage (8) eine zur Hubbewegung synchrone Kippbewegung ausführt.Rehabilitation device after Claim 4 , characterized in that the first drive comprises a first motor (M1) which is arranged in the stand (2) or in the lifting column (3) and is designed to lift the lifting carriage (4) in a motor-driven manner on the lifting column (3) and / or lower, and the rehabilitation device (1) has a mechanical coupling device (14) which forms part of the fourth drive and which is designed to transmit a drive movement of the first motor (M1) to the body part support (8) such that during a lifting movement of the lifting carriage (4), driven by the first motor (M1), the body part support (8) executes a tilting movement that is synchronous with the lifting movement. Rehabilitationsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antrieb einen im Stativ (2) oder in der Hubsäule (3) angeordneten ersten Motor (M1) umfasst, der ausgebildet ist, den Hubschlitten (4) motorisch angetrieben an der Hubsäule (3) zu heben und/oder zu senken, und der vierte Antrieb einen vierten Motor (M4) aufweist, der ausgebildet ist, seine Antriebsbewegung auf die Körperteilauflage (8) zur Ausführung einer Kippbewegung der Körperteilauflage (8) zu übertragen, wobei der vierte Motor (M4) mechanisch und/oder steuerungstechnisch mit dem ersten Motor (M1) gekoppelt ist, derart, dass bei einer Antriebsbewegung des ersten Motors (M1), um den Hubschlitten (4) relativ zur Hubsäule (3) zu bewegen, eine gleichzeitig angesteuerte Bewegung des vierten Motors (M4) eine zur Hubbewegung synchrone Kippbewegung der Körperteilauflage (8) bewirkt.Rehabilitation device after Claim 4 , characterized in that the first drive comprises a first motor (M1) which is arranged in the stand (2) or in the lifting column (3) and is designed to lift the lifting carriage (4) in a motor-driven manner on the lifting column (3) and / or lower, and the fourth drive has a fourth motor (M4) which is designed to transmit its drive movement to the body part support (8) for executing a tilting movement of the body part support (8), the fourth motor (M4) mechanically and / or is coupled in terms of control technology to the first motor (M1), such that when the first motor (M1) is moved in order to move the lifting carriage (4) relative to the lifting column (3), a simultaneously controlled movement of the fourth motor (M4) causes a synchronous tilting movement of the body part support (8). Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, aufweisend einen Seilzug (15), der einen automatisch ansteuerbaren Motor und eine von dem Motor angetriebene Spindel (16) aufweist, die ausgebildet ist, zum Aufwickeln eines Seils (17) des Seilzugs (15), wenn der Motor die Spindel (16) antreibt, wobei ein freies Ende des Seils (17) mit der Körperteilauflage (8) verbunden ist, und aufweisend eine Rückstellfeder (13), welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage (8) in eine Grundstellung zu bewegen, wenn das Seil (17) keine Zugkraft auf die Körperteilauflage (8) ausübt.Rehabilitation device according to one of the Claims 3 to 6 comprising a cable pull (15), which has an automatically controllable motor and a spindle (16) driven by the motor, which is designed to wind up a cable (17) of the cable pull (15) when the motor drives the spindle (16) drives, wherein a free end of the cable (17) is connected to the body part support (8), and having a return spring (13) which is designed to move the body part support (8) into a basic position when the cable (17) does not Exerts tensile force on the body part support (8). Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, aufweisend einen Linearantrieb (18), der ein linear bewegliches, automatisch ansteuerbares Stellglied (19) aufweist, das mit der Körperteilauflage (8) verbunden ist, und aufweisend eine Rückstellfeder (13), welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage (8) in eine Grundstellung zu bewegen, wenn das Stellglied (19) keine Zugkraft auf die Körperteilauflage (8) ausübt.Rehabilitation device according to one of the Claims 3 to 6 , Having a linear drive (18), which has a linearly movable, automatically controllable actuator (19), which is connected to the body part support (8), and having a return spring (13), which is formed, the body part support (8) in one Basic position to move when the actuator (19) does not exert any tensile force on the body part support (8). Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, aufweisend einen Drehantrieb (20), der eine drehbare, automatisch ansteuerbare Welle aufweist, die mit der Körperteilauflage (8) verbunden ist, und aufweisend eine Rückstellfeder (13), welche ausgebildet ist, die Körperteilauflage (8) in eine Grundstellung zu bewegen, wenn die Welle kein Drehmoment auf die Körperteilauflage (8) ausübt. Rehabilitation device according to one of the Claims 3 to 6 comprising a rotary drive (20) which has a rotatable, automatically controllable shaft which is connected to the body part support (8), and has a return spring (13) which is designed to move the body part support (8) into a basic position, if the shaft does not exert any torque on the body part support (8). Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb einen zweiten Motor umfasst, der dritte Antrieb einen dritten Motor umfasst und der erste Motor, der zweite Motor und der dritte Motor durch eine gemeinsame Steuerungseinrichtung der Rehabilitationsvorrichtung (1) in einer Nachgiebigkeitsregelung, insbesondere einer Impedanzregelung oder einer Admittanzregelung angesteuert sind.Rehabilitation device according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the second drive comprises a second motor, the third drive comprises a third motor and the first motor, the second motor and the third motor by a common control device of the rehabilitation device (1) in a compliance control, in particular an impedance control or Admittance control are controlled. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb einen zweiten Motor umfasst, der dritte Antrieb einen dritten Motor umfasst, wobei der zweite Motor und der dritte Motor durch eine gemeinsame Steuerungseinrichtung der Rehabilitationsvorrichtung (1) in einer Nachgiebigkeitsregelung, insbesondere Impedanzregelung oder einer Admittanzregelung, angesteuert sind und der erste Motor durch die Steuerungseinrichtung positionsgesteuert angesteuert ist.Rehabilitation device according to one of the Claims 1 to 10th , characterized in that the second drive comprises a second motor, the third drive comprises a third motor, the second motor and the third motor being controlled by a common control device of the rehabilitation device (1) in a compliance control, in particular an impedance control or an admittance control and the first motor is controlled by the control device in a position-controlled manner. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend eine Anschlagsvorrichtung, die ausgebildet ist, sowohl einen maximalen Schwenkwinkel des Grundarms (5) um die erste, vertikal Drehachse (D1) zu begrenzen, als auch einen maximalen Schwenkwinkel des Vorderarms (6) um die zweite, vertikal Drehachse (D2) zu begrenzen und zwar sowohl bezüglich des Grundarms (5) als auch bezüglich des Hubschlittens (4).Rehabilitation device according to one of the Claims 1 to 11 , comprising a stop device which is designed to limit both a maximum pivoting angle of the base arm (5) about the first, vertical axis of rotation (D1) and a maximum pivoting angle of the forearm (6) about the second, vertical axis of rotation (D2) limit both with respect to the base arm (5) and with respect to the lifting carriage (4). Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorderarm (6) mittels eines zweiten Gelenks (G2) um die zweite Drehachse (D2) schwenkbar an dem Grundarm (5) gelagert ist, wobei das zweite Gelenk (G2) ausgebildet ist, den Vorderarm (6) in allen Schwenklagen des Vorderarms (6) oberhalb des Grundarms (5) zu lagern, sowie das Verbindungsstück (7) mittels eines dritten Gelenks (G3) um die dritte Drehachse (D3) schwenkbar an dem Vorderarm (6) gelagert ist, wobei das dritte Gelenk (G3) ausgebildet ist, das Verbindungsstück (7) in allen Schwenklagen des Verbindungsstücks (7) oberhalb des Vorderarms (6) zu lagern, und die Körperteilauflage (8) mittels eines vierten Gelenks (G4) um die vierte Drehachse (D4) kippbar an dem Verbindungsstück (7) gelagert ist, wobei das vierte Gelenk (G4) ausgebildet ist, die Körperteilauflage (8) in allen Schwenklagen der Körperteilauflage (8) oberhalb des Vorderarms (6) zu lagern.Rehabilitation device according to one of the Claims 1 to 12th , characterized in that the forearm (6) is mounted on the base arm (5) so as to be pivotable about the second axis of rotation (D2) by means of a second joint (G2), the second joint (G2) being designed to support the forearm (6) in to store all swivel positions of the forearm (6) above the base arm (5), and the connecting piece (7) is pivotably mounted on the forearm (6) by means of a third joint (G3) about the third axis of rotation (D3), the third joint (G3) is designed to support the connecting piece (7) in all swivel positions of the connecting piece (7) above the forearm (6), and to tilt the body part support (8) by means of a fourth joint (G4) about the fourth axis of rotation (D4) the connecting piece (7) is mounted, the fourth joint (G4) being designed to support the body part support (8) in all pivoting positions of the body part support (8) above the forearm (6). Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein distaler Endabschnitt (E1) des Grundarms (5) und/oder ein proximaler Endabschnitt (E2) des Vorderarms (6), an dem die zweite Drehachse (D2) angeordnet ist, gekröpft ausgebildet ist, derart, dass in einen übereinander angeordneten relativen Position von Grundarm (5) und Vorderarm (6) übereinander, ein als Klemmschutz wirkender Spaltraum (S) zwischen Grundarm (5) und Vorderarm (6) gebildet wird.Rehabilitation device according to one of the Claims 1 to 13 , characterized in that a distal end section (E1) of the base arm (5) and / or a proximal end section (E2) of the front arm (6), on which the second axis of rotation (D2) is arranged, is cranked, in such a way that in a superimposed relative position of the base arm (5) and forearm (6) one above the other, a gap space (S) acting as a pinch protection is formed between the base arm (5) and forearm (6). Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorderarm (6) zweiteilig mit einem ersten, proximalen Vorderarmteil (6.1) und einem zweiten, distalen Vorderarmteil (6.2) ausgebildet ist, wobei der zweite, distale Vorderarmteil (6.2) an dem ersten, proximalen Vorderarmteil (6.1) lösbar und derart umsteckbar gelagert ist, dass der zweite, distale Vorderarmteil (6.2) wahlweise in einer ersten Orientierung an dem ersten, proximalen Vorderarmteil (6.1) starr zu befestigen ist oder in einer zweiten Orientierung an dem ersten, proximalen Vorderarmteil (6.1) starr zu befestigen ist, die von der ersten Orientierung abweicht, insbesondere gegenüber der ersten Orientierung um 180 Grad gedreht ist.Rehabilitation device according to one of the Claims 1 to 14 , characterized in that the forearm (6) is formed in two parts with a first, proximal forearm part (6.1) and a second, distal forearm part (6.2), the second, distal forearm part (6.2) on the first, proximal forearm part (6.1) is detachably and repositionable in such a way that the second, distal forearm part (6.2) can either be rigidly attached to the first, proximal forearm part (6.1) in a first orientation or rigidly to the second, proximal forearm part (6.1) in a second orientation is attached, which deviates from the first orientation, in particular is rotated by 180 degrees with respect to the first orientation. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperteilauflage (8) von dem Zwischenstück (7) abnehmbar an dem Zwischenstück (7) gelagert ist.Rehabilitation device according to one of the Claims 1 to 15 , characterized in that the body part support (8) is removably mounted on the intermediate piece (7) from the intermediate piece (7). Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperteilauflage (8) als eine Armauflage, als eine Handauflage oder als eine Beinauflage ausgebildet ist.Rehabilitation device according to one of the Claims 1 to 16 , characterized in that the body part rest (8) is designed as an arm rest, as a hand rest or as a leg rest. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperteilauflage (8) zumindest zweiteilig ausgebildet ist mit wenigstens einer Armauflage (8.1) und wenigstens einer Handauflage (8.2), wobei sowohl die Armauflage (8.1) eine durch magnetische Haftkraft mit einer ersten Körperteil-Manschette (21) magnetkraftschlüssig zusammenwirkende erste Kopplungseinrichtung (23.1) aufweist, als auch die Handauflage (8.2) eine durch magnetische Haftkraft mit einer zweiten Körperteil-Manschette (22) magnetkraftschlüssig zusammenwirkende zweite Kopplungseinrichtung (23.2) aufweist.Rehabilitation device according to one of the Claims 1 to 17th , characterized in that the body part support (8) is formed at least in two parts with at least one arm support (8.1) and at least one hand support (8.2), both the arm support (8.1) having a magnetic force with a first body part sleeve (21) cooperating first coupling device (23.1), as well as the hand rest (8.2) has a second coupling device (23.2) interacting magnetically with a second body part sleeve (22) by magnetic force.
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