[0001] Die Erfindung betrifft eine Rehabilitationsvorrichtung.
[0002] 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.
[0003] Die
WO 2018/086748 A2 offenbart einen Roboterarm mit Logistiksystem, der mittels einer Hubvorrichtung auf
einer mobilen Plattform befestigt ist. Der Roboterarm ist dabei zum Transport eines
Warenträgers ausgebildet und dient zum Transport bzw. zum Ent- oder Beladen von Waren
im Logistikbereich.
[0004] Die
WO 2017/216075 A1 offenbart eine Patientenpositioniervorrichtung mit medizinischen Arbeitsplatz zur
medizinischen Behandlung eine Patienten z.B. mittels Strahlentherapie. Der Patient
wird dabei auf der dafür vorgesehenen Patientenliege gelagert, die am distalen Endglied
einer Roboterkinematik befestigt ist. Der Roboterarm bewegt dann die Patientenliege
derart in den medizinischen Arbeitsplatz, dass die medizinische Therapie durchgeführt
werden kann.
[0005] Aus der
US 2012/0179075 A1 ist ebenfalls eine Rehabilitationsvorrichtung bestehend aus einem tragbaren, robotischen
Exoskelett, das auch durch eine Halterung an einem Stativ befestigt werden kann. Der
Anwender kann dabei das Exoskelett zu therapeutischen Zwecken einsetzen, wobei das
Exoskelett aktive Bewegungen ausführt und diese auf den Anwender überträgt um dessen
Gelenke zu bewegen. In einer weiteren Anwendung kann das Exoskelett zur Verstärkung
der aktiven Kraft eines Anwenders zur Erfüllung einer Aufgabe.
[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rehabilitationsvorrichtung zu schaffen, die trotz
kostengünstigen Aufbaus in besonders sicherer Weise betrieben werden kann.
[0007] 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
wobei der Vorderarm zweiteilig mit einem ersten, proximalen Vorderarmteil und einem
zweiten, distalen Vorderarmteil ausgebildet ist, 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.
[0008] Das an dem Vorderarm um eine dritte, vertikale Drehachse frei drehbare Verbindungsstück
ist somit an dem Vorderarm unangetrieben frei drehbar gelagert.
[0009] 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.
[0010] Alle Antriebe können von einer gemeinsamen Steuerungsvorrichtung der Rehabilitationsvorrichtung
automatisch angetrieben werden, insbesondere programmgesteuert angetrieben werden.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] Das Kippen der Körperteilauflage kann dadurch erfolgen, dass eine Steuerungsvorrichtung
der Rehabilitationsvorrichtung den vierten Antrieb ansteuert.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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.
[0026] 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.
[0027] 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.
[0028] 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.
[0029] 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.
[0030] 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.
[0031] 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.
[0032] 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.
[0033] 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.
[0034] 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.
[0035] 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.
[0036] Der Vorderarm ist ergänzend zweiteilig mit einem ersten, proximalen Vorderarmteil
und einem zweiten, distalen Vorderarmteil ausgebildet, 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.
[0037] 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.
[0038] 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.
[0039] In allen Ausführungsformen kann die Körperteilauflage wahlweise als eine Armauflage,
als eine Handauflage oder als eine Beinauflage ausgebildet sein.
[0040] Im Folgenden wird die Erfindung, gegebenenfalls auch mit anderen Worten ausgedrückt,
nochmals zusammenfassend dargestellt.
[0041] 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.
[0042] Die Grundidee dieser Erfindung ist eine neuartige zielführende Kombination einer
Sonderkinematik mit spezieller Antriebsverteilung und Aufbau, Gewichtskraftunterstützung
und individuell anpassbaren Bewegungsbereichen.
[0043] 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.
[0044] Die fünf Freiheitsgrade der hier speziell beschriebenen Ausprägungsvariante des Reha-Armes
werden durch fünf seriell angeordnete Gelenke erreicht.
[0045] Das erste Gelenk ist raumfest und beschreibt eine vertikale Translation. Es wird
durch eine Bewegungsvorgabe der Steuerung aktuiert angesteuert.
[0046] Das zweite Gelenk wird durch eine Drehachse gebildet, welche eine aktuiert gesteuerte
rotatorische Bewegung um die Vertialachse beschreibt.
[0047] 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.
[0048] 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.
[0049] 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.
[0050] 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.
[0051] 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.
[0052] 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.
[0053] Die Neigung kann dabei im Kippgelenk entweder mechanisch gekoppelt oder gesteuert
angetrieben vorgegeben werden.
[0054] 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.
[0055] 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.
[0056] 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.
[0057] 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.
[0058] 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.
[0059] 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.
[0060] 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.
[0061] 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.
[0062] 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.
[0063] 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.
[0064] 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.
[0065] Durch die Schichtung und den Versatz benachbarter Glieder werden Scherstellen vermieden,
Körperteile in Größe einer Hand können ohne Klemmungen zwischen zwei Roboterglieder
gehalten werden.
[0066] 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.
[0067] 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.
[0068] 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.
[0069] 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.
[0070] 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.
[0071] 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.
[0072] 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.
[0073] 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.
[0074] 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.
[0075] Des Weiteren ist die Armauflage beispielsweise als Baukasten modifizierbar und/oder
anpassbar und kann je nach Ausführungsform auch weitere Beweglichkeiten oder Armunterstützungen
enthalten.
[0076] 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.
[0077] 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.
[0078] 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.
[0079] 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.
[0080] 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.
[0081] 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.
[0082] 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.
[0083] 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.
[0084] 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.
[0085] Die gesamte Armauflage kann durch einfaches axiales Herausziehen getrennt und für
andere Therapieanwendungen gewechselt werden.
[0086] 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.
[0087] 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.
[0088] 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.
[0089] Es zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Rehabilitationsvorrichtung
im Einsatz an einer Person,
- Fig. 2
- eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Rehabilitationsvorrichtung
in Alleinstellung,
- Fig. 3
- eine Seitenansicht der Rehabilitationsvorrichtung gemäß Fig.2,
- Fig. 4
- die Rehabilitationsvorrichtung gemäß Fig.2 mit einer schematischen Darstellung dreier
unterschiedlicher Kippstellungen der Körperteilauflage,
- Fig. 5
- eine schematische Darstellung eines beispielhaften Antriebs für die Kippstellungen
der Körperteilauflage mit einem Seilzug und Spindel,
- Fig. 6
- eine erste Ausführungsform eines Antriebs, mit einem Seilzug zur Ausführung der Kippbewegung
der Körperteilauflage,
- Fig. 7
- eine zweite Ausführungsform eines Antriebs, mit einem Linearantrieb zur Ausführung
der Kippbewegung der Körperteilauflage,
- Fig. 8
- eine dritte Ausführungsform eines Antriebs, mit einem Drehantrieb zur Ausführung der
Kippbewegung der Körperteilauflage,
- Fig. 9
- eine perspektivische Darstellung der Rehabilitationsvorrichtung gemäß Fig.1 in einer
Konfiguration linksseitig einer Person,
- Fig. 10
- eine perspektivische Darstellung der Rehabilitationsvorrichtung gemäß Fig.1 in einer
Konfiguration rechtsseitig einer Person,
- Fig. 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,
- Fig. 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
- Fig. 13 bis Fig. 19
- verschiedene zusätzliche Darstellungen einer weiterentwickelten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Rehabilitationsvorrichtung.
[0090] Die Fig. 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.
[0091] 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 Fig. 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.
[0092] IM Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Körperteilauflage 8 als eine
Unterarmauflage ausgebildet, an der ein Unterarm einer Person 12 festgeschnallt ist.
[0093] Die Fig. 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
Wie insbesondere aus Fig. 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 Fig.
4 aufgezeigt. In einer ersten grundlegenden Schwenklage der Körperteilauflage 8 kann
die Körperteilauflage 8 wie in Fig. 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 Fig. 4 Mitte dargestellt
ist, mit ihrer Auflagefläche horizontal ausgerichtet sein. In einer dritten grundlegenden
Schwenklage der Körperteilauflage 8 kann die Körperteilauflage 8 wie in Fig. 4 unten
dargestellt ist, mit ihrer Auflagefläche vom Vorderarms 6 wegweisend, d.h. ansteigend
orientiert sein.
[0094] Die Fig.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 Fig. 3 dargestellt, ein als Klemmschutz wirkender Spaltraum S zwischen Grundarm
5 und dem - gestrichelt dargestellten, eingeklappten - Vorderarm 6 gebildet wird.
[0095] In Fig. 5 bis Fig. 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.
[0096] Die Körperteilauflage 8 kann dabei mittels eines vierten Antriebs der Rehabilitationsvorrichtung
1 automatisch angetrieben um die vierte, horizontale Drehachse D4 zu kippen sein.
[0097] 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.
[0098] Wie die Fig. 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.
[0099] In einer gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 5 abgewandelten Ausführungsform
kann gemäß Fig. 6 bis Fig. 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.
[0100] In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 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.
[0101] In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 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.
[0102] In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 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.
[0103] Die Fig. 9 zeigt die Rehabilitationsvorrichtung 1 gemäß Fig.1 in einer Konfiguration
linksseitig der Person 12.
[0104] Die Fig. 10 zeigt die Rehabilitationsvorrichtung 1 gemäß Fig.1 in einer Konfiguration
rechtsseitig der Person 12.
[0105] Die Fig. 11 und Fig. 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 Fig. 11 dargestellt, an dem ersten,
proximalen Vorderarmteil 6.1 starr zu befestigen ist oder in einer zweiten Orientierung,
wie in Fig. 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.
[0106] Die Fig. 16a und Fig. 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. 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.
1. 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) 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..
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
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.
9. 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.
10. 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 zweite Motor und der dritte Motor durch eine gemeinsame Steuerungseinrichtung
der Rehabilitationsvorrichtung (1) in einer Nachgiebigkeitsregelung, insbesondere
einer Impedanzregelung oder einer Admittanzregelung angesteuert sind und der erste
Motor durch die gemeinsame Steuerungseinrichtung der Rehabilitationsvorrichtung (1)
positionsgesteuert oder in einer Nachgiebigkeitsregelung, insbesondere einer Impedanzregelung
oder einer Admittanzregelung angesteuert ist.
11. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 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).
12. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 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.
13. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, 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.
14. Rehabilitationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 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.
1. Rehabilitation apparatus, having a stand (2), a lifting column (3) which is fastened
to the stand (2), a lifting carriage (4) which is mounted in a vertically displaceable
manner on the lifting column (3) and, by means of a first drive of the rehabilitation
apparatus (1), is automatically vertically movable, a base arm (5) which is mounted
on the lifting carriage (4) so as to be pivotable about a first, vertical axis of
rotation (D1) and, by means of a second drive of the rehabilitation apparatus (1),
can be pivoted about the first, vertical axis of rotation (D1) in an automatically
driven manner, a front arm (6) which is mounted on the base arm (5) so as to be pivotable
about a second, vertical axis of rotation (D2) and, by means of a third drive of the
rehabilitation apparatus (1), can be pivoted about the second, vertical axis of rotation
(D2) in an automatically driven manner, a connecting piece (7) which is mounted on
the front arm (6) so as to be freely rotatable about a third, vertical axis of rotation
(D3), and a body-part support (8) which is mounted on the connecting piece (7) so
as to be tiltable about a fourth, horizontal axis of rotation (D4), characterized in that the front arm (6) is formed in two parts with a first, proximal front-arm part (6.1)
and a second, distal front-arm part (6.2), wherein the second, distal front-arm part
(6.2) is mounted on the first, proximal front-arm part (6.1) in a releasable manner
and so as to be re-connectable in such a way that the second, distal front-arm part
(6.2) can selectively be fixed rigidly with a first orientation to the first, proximal
front-arm part (6.1) or fixed rigidly with a second orientation to the first, proximal
front-arm part (6.1), said second orientation differing from the first orientation,
in particular being rotated through 180 degrees in relation to the first orientation.
2. Rehabilitation apparatus according to 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) which connects the body-part support (8) to the
connecting piece (7), wherein the spring body (13) supports the body-part support
(8) on the connecting piece (7) in a resiliently elastically restorable manner at
a predefined basic position.
3. Rehabilitation apparatus according to Claim 1, characterized in that the body-part support (8) can be tilted about the fourth, horizontal axis of rotation
(D4) in an automatically driven manner by means of a fourth drive of the rehabilitation
apparatus (1), in particular can be tilted by means of a mechanically compliant element
associated with the fourth drive that elastically preloads the body-part support (8)
into a basic position.
4. Rehabilitation apparatus according to 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 also to the pivoting movements
of the base arm and the front arm.
5. Rehabilitation apparatus according to 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 which is configured to raise and/or lower the lifting
carriage (4) on the lifting column (3) in a motor-driven manner, and the rehabilitation
apparatus (1) has a mechanical coupling device (14) which forms a part of the fourth
drive and which is configured to transmit a drive movement of the first motor (M1)
to the body-part support (8) in such a way that, during a vertical movement of the
lifting carriage (4), driven by the first motor (M1), the body-part support (8) performs
a tilting movement that is synchronous with the vertical movement.
6. Rehabilitation apparatus according to 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 which is configured to raise and/or lower the lifting
carriage (4) on the lifting column (3) in a motor-driven manner, and the fourth drive
has a fourth motor (M4) which is configured to transmit its drive movement to the
body-part support (8) for execution of a tilting movement of the body-part support
(8), wherein the fourth motor (M4) is coupled mechanically and/or in terms of control
to the first motor (M1) in such a way that, during a drive movement of the first motor
(M1), for moving the lifting carriage (4) relative to the lifting column (3), a simultaneously
activated movement of the fourth motor (M4) gives rise to a tilting movement of the
body-part support (8) that is synchronous with the vertical movement.
7. Rehabilitation apparatus according to one of Claims 3 to 6, having a cable pull (15)
which has an automatically activatable motor and has a spindle (16) driven by the
motor, this being configured to wind a cable (17) of the cable pull (15) when the
motor drives the spindle (16), wherein a free end of the cable (17) is connected to
the body-part support (8), and having a restoring spring (13) which is configured
to move the body-part support (8) into a basic position when the cable (17) does not
exert a tensile force on the body-part support (8).
8. Rehabilitation apparatus according to one of Claims 3 to 6, having a linear drive
(18) which has a linearly movable, automatically activatable actuating member (19)
which is connected to the body-part support (8), and having a restoring spring (13)
which is configured to move the body-part support (8) into a basic position when the
actuating member (19) does not exert a tensile force on the body-part support (8).
9. Rehabilitation apparatus according to one of Claims 3 to 6, having a rotary drive
(20) which has a rotatable, automatically activatable shaft which is connected to
the body-part support (8), and having a restoring spring (13) which is configured
to move the body-part support (8) into a basic position when the shaft does not exert
a torque on the body-part support (8).
10. Rehabilitation apparatus according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the second drive comprises a second motor, the third drive comprises a third motor,
and the second motor and the third motor are activated by a common control device
of the rehabilitation apparatus (1) under compliance control, in particular impedance
control or admittance control, and the first motor is activated by the common control
device of the rehabilitation apparatus (1) in a position-controlled manner or under
compliance control, in particular impedance control or admittance control.
11. Rehabilitation apparatus according to one of Claims 1 to 10, having a stop apparatus
which is configured 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 front
arm (6) about the second, vertical axis of rotation (D2), specifically both in relation
to the base arm (5) and in relation to the lifting carriage (4).
12. Rehabilitation apparatus according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the front arm (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), wherein the second joint
(G2) is configured to support the front arm (6) above the base arm (5) in all pivoting
positions of the front arm (6), and the connecting piece (7) is mounted on the front
arm (6) so as to be pivotable about the third axis of rotation (D3) by means of a
third joint (G3), wherein the third joint (G3) is configured to support the connecting
piece (7) above the front arm (6) in all pivoting positions of the connecting piece
(7), and the body-part support (8) is mounted on the connecting piece (7) so as to
be tiltable about the fourth axis of rotation (D4) by means of a fourth joint (G4),
wherein the fourth joint (G4) is configured to support the body-part support (8) above
the front arm (6) in all pivoting positions of the body-part support (8).
13. Rehabilitation apparatus according to one of Claims 1 to 12, characterized in that a distal end portion (E1) of the base arm (5) and/or a proximal end portion (E2)
of the front arm (6), at which the second axis of rotation (D2) is positioned, are/is
of cranked form in such a way that, in a relative position of the base arm (5) and
the front arm (6) with one above the other, a gap space (S) acting as clamping protection
is formed between the base arm (5) and the front arm (6).
14. Rehabilitation apparatus according to one of Claims 1 to 13, characterized in that the body-part support (8) is formed in at least two parts with at least one arm support
(8.1) and at least one hand support (8.2), wherein both the arm support (8.1) has
a first coupling device (23.1) which interacts in a magnetic-force-fitting manner
with a first body-part sleeve (21) by way of a magnetic adhesion force and the hand
support (8.2) has a second coupling device (23.2) which interacts in a magnetic-force-fitting
manner with a second body-part sleeve (22) by way of a magnetic adhesion force.
1. Dispositif de rééducation, présentant un pied (2), une colonne de levage (3) fixée
au pied (2), un chariot de levage (4) monté de manière réglable en hauteur sur la
colonne de levage (3), qui peut être déplacé en hauteur automatiquement au moyen d'un
premier entraînement du dispositif de rééducation (1), un bras de base (5) monté sur
le chariot de levage (4) de manière à pouvoir pivoter autour d'un premier axe de rotation
vertical (D1), qui peut pivoter autour du premier axe de rotation vertical (D1) en
étant entraîné automatiquement au moyen d'un deuxième entraînement du dispositif de
rééducation (1), un bras avant (6) monté sur le bras de base (5) de manière à pouvoir
pivoter autour d'un deuxième axe de rotation vertical (D2), qui peut pivoter autour
du deuxième axe de rotation vertical (D2) en étant entraîné automatiquement au moyen
d'un troisième entraînement du dispositif de rééducation (1), une pièce de liaison
(7) montée sur le bras avant (6) de manière à pouvoir tourner librement autour d'un
troisième axe de rotation vertical (D3), et un support de partie de corps (8) monté
sur la pièce de liaison (7) de manière à pouvoir basculer autour d'un quatrième axe
de rotation horizontal (D4), caractérisé en ce que le bras avant (6) est réalisé en deux parties avec une première partie de bras avant
proximale (6.1) et une deuxième partie de bras avant distale (6.2), la deuxième partie
de bras avant distale (6.2) étant montée de manière amovible et démontable sur la
première partie de bras avant proximale (6.1) de telle sorte que la deuxième partie
de bras avant distale (6.2) au choix peut être fixée de manière rigide dans une première
orientation sur la première partie de bras avant proximale (6.1) ou peut être fixée
de manière rigide dans une deuxième orientation sur la première partie de bras avant
proximale (6.1), qui diffère de la première orientation, notamment qui est tournée
de 180 degrés par rapport à la première orientation.
2. Dispositif de rééducation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support de partie de corps (8) peut être basculé autour du quatrième axe de rotation
horizontal (D4) au moyen d'un corps élastique (13) reliant le support de partie de
corps (8) à la pièce de liaison (7), le corps élastique (13) montant le support de
partie de corps (8) sur la pièce de liaison (7) de manière à pouvoir revenir élastiquement
dans une position de base prédéterminée.
3. Dispositif de rééducation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support de partie de corps (8) peut être basculé autour du quatrième axe de rotation
horizontal (D4) en étant entraîné automatiquement au moyen d'un quatrième entraînement
du dispositif de rééducation (1), notamment peut être basculé au moyen d'un élément
mécaniquement flexible associé au quatrième entraînement, qui précontraint élastiquement
le support de partie de corps (8) dans une position de base.
4. Dispositif de rééducation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le mouvement entraîné automatiquement du support de partie du corps (8) par rapport
à la pièce de liaison (7) est couplé au mouvement en hauteur entraîné automatiquement
du chariot de levage (4) par rapport à la colonne de levage (3), notamment est couplé
au mouvement en hauteur entraîné automatiquement du chariot de levage (4) et également
aux mouvements de pivotement du bras de base et du bras avant.
5. Dispositif de rééducation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier entraînement comprend un premier moteur (M1) agencé dans le pied (2) ou
dans la colonne de levage (3), qui est réalisé pour lever et/ou abaisser le chariot
de levage (4) entraîné par un moteur sur la colonne de levage (3), et le dispositif
de rééducation (1) présente un appareil de couplage mécanique (14), qui forme une
partie du quatrième entraînement et qui est réalisé pour transmettre un mouvement
d'entraînement du premier moteur (M1) au support de partie du corps (8) de telle sorte
que, lors d'un mouvement de levage du chariot de levage (4), entraîné par le premier
moteur (M1), le support de partie du corps (8) exécute un mouvement de basculement
synchrone au mouvement de levage.
6. Dispositif de rééducation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier entraînement comprend un premier moteur (M1) agencé dans le pied (2) ou
dans la colonne de levage (3), qui est réalisé pour lever et/ou abaisser le chariot
de levage (4) entraîné par moteur sur la colonne de levage (3), et le quatrième entraînement
présente un quatrième moteur (M4) qui est réalisé pour transmettre son mouvement d'entraînement
au support de partie du corps (8) pour exécuter un mouvement de basculement du support
de partie du corps (8), le quatrième moteur (M4) étant couplé mécaniquement et/ou
par commande au premier moteur (M1) de telle sorte que, lors d'un mouvement d'entraînement
du premier moteur (M1) pour déplacer le chariot de levage (4) par rapport à la colonne
de levage (3), un mouvement commandé simultanément du quatrième moteur (M4) provoque
un mouvement de basculement du support de partie du corps (8) synchrone au mouvement
de levage.
7. Dispositif de rééducation selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, présentant
une traction à câble (15) qui présente un moteur commandable automatiquement et une
broche (16) entraînée par le moteur, qui est réalisée pour enrouler un câble (17)
de la traction à câble (15) lorsque le moteur entraîne la broche (16), une extrémité
libre du câble (17) étant reliée au support de partie de corps (8), et présentant
un ressort de rappel (13) qui est réalisé pour déplacer le support de partie de corps
(8) vers une position de base lorsque le câble (17) n'exerce pas de force de traction
sur le support de partie de corps (8).
8. Dispositif de rééducation selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, présentant
un entraînement linéaire (18) qui présente un organe de réglage (19) mobile linéairement
et commandable automatiquement, qui est relié au support de partie de corps (8), et
présentant un ressort de rappel (13) qui est réalisé pour déplacer le support de partie
de corps (8) vers une position de base lorsque l'organe de réglage (19) n'exerce pas
de force de traction sur le support de partie de corps (8).
9. Dispositif de rééducation selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, présentant
un entraînement rotatif (20) qui présente un arbre rotatif commandable automatiquement,
qui est relié au support de partie de corps (8), et présentant un ressort de rappel
(13) réalisé pour déplacer le support de partie de corps (8) vers une position de
base lorsque l'arbre n'exerce pas de couple sur le support de partie de corps (8).
10. Dispositif de rééducation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le deuxième entraînement comprend un deuxième moteur, le troisième entraînement comprend
un troisième moteur, et le deuxième moteur et le troisième moteur sont commandés par
un appareil de commande commun du dispositif de rééducation (1) dans un réglage de
flexibilité, notamment un réglage d'impédance ou un réglage d'admittance, et le premier
moteur est commandé en position ou dans un réglage de flexibilité, notamment un réglage
d'impédance ou un réglage d'admittance, par l'appareil de commande commun du dispositif
de rééducation (1).
11. Dispositif de rééducation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, présentant
un dispositif de butée réalisé pour limiter à la fois un angle de pivotement maximal
du bras de base (5) autour du premier axe de rotation vertical (D1) et un angle de
pivotement maximal du bras avant (6) autour du deuxième axe de rotation vertical (D2),
et ce à la fois par rapport au bras de base (5) et par rapport au chariot de levage
(4).
12. Dispositif de rééducation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le bras avant (6) est monté sur le bras de base (5) de manière à pouvoir pivoter
autour du deuxième axe de rotation (D2) au moyen d'une deuxième articulation (G2),
la deuxième articulation (G2) étant réalisée pour monter le bras avant (6) au-dessus
du bras de base (5) dans toutes les positions de pivotement du bras avant (6), et
la pièce de liaison (7) est montée sur le bras avant (6) au moyen d'une troisième
articulation (G3) de manière à pouvoir pivoter autour du troisième axe de rotation
(D3), la troisième articulation (G3) étant réalisée pour monter la pièce de liaison
(7) au-dessus du bras avant (6) dans toutes les positions de pivotement de la pièce
de liaison (7), et le support de partie de corps (8) est monté sur la pièce de liaison
(7) de manière à pouvoir basculer autour du quatrième axe de rotation (D4) au moyen
d'une quatrième articulation (G4), la quatrième articulation (G4) étant réalisée pour
monter le support de partie de corps (8) au-dessus du bras avant (6) dans toutes les
positions de pivotement du support de partie de corps (8).
13. Dispositif de rééducation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'une section d'extrémité distale (E1) du bras de base (5) et/ou une section d'extrémité
proximale (E2) du bras avant (6), sur laquelle est agencé le deuxième axe de rotation
(D2), est réalisée coudée de telle sorte que, dans une position relative superposée
du bras de base (5) et du bras avant (6) l'un au-dessus de l'autre, un espace (S)
faisant office de protection contre le coincement est formé entre le bras de base
(5) et le bras avant (6).
14. Dispositif de rééducation selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le support de partie de corps (8) est réalisé au moins en deux parties avec au moins
un support de bras (8.1) et au moins un support de main (8.2), le support de bras
(8. 1) présentant un premier appareil de couplage (23.1) coopérant par force magnétique avec une première manchette de partie du corps (21)
par force d'adhérence magnétique, et le support de main (8.2) présentant également
un deuxième appareil de couplage (23.2) coopérant par force magnétique avec une deuxième
manchette de partie de corps (22) par force d'adhérence magnétique.