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Die Erfindung betrifft eine Orthese für ein menschliches Körperteil gemäß den Ansprüchen, insbesondere für eine Hand oder einen Fuß, mit mehreren Gliederteilen, die gelenkig miteinander verbunden sind und die für eine kraftübertragende Anbringung an gelenkig miteinander verbundenen Abschnitten des Körperteils ausgebildet sind, und mit wenigstens einer Antriebseinrichtung, die zur Einleitung von Stellkräften auf Gliederteile ausgebildet ist, wobei mehrere Gliederteile mittels Schwenkgelenken zu einer beweglichen Gliederkette verbunden sind, wobei die Gliederteile der Gliederkette mit Schwenkhebeln ausgestattet sind, die zur Einleitung von Stellkräften auf die jeweils zugeordneten Gliederteile ausgebildet sind, um eine Winkelstellung der Gliederteile zueinander einzustellen und wobei die Schwenkhebel schwenkbeweglich an den Gliederteilen der Gliederkette angebracht sind und wobei Schwenkhebel benachbarter Gliederteile mit schwenkbeweglich an den Schwenkhebeln aufgenommenen Koppelstangen verbunden sind.
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Aus der
EP 1 306 065 A2 ist eine Quengel-Orthese zur Korrektur von Gelenk-Fehlstellungen mit einem Stellglied zur Erzeugung einer auf das Gelenk wirkenden Quengelkraft bekannt, bei der das Stellglied Bestandteil einer Korrektureinheit mit einem druckbeaufschlagten Grundkörper ist, wobei zur Erzeugung einer definierten Quengelkraft ein mittels einer Steuereinheit vorgebbarer Druck in dem Grundkörper einstellbar ist, wodurch das Stellglied relativ zum Grundkörper auslenkbar ist.
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Die
DE 299 882 A offenbart eine Vorrichtung zur Bewegung der Hand bei Radialislähmung bzw. zur Heilung der Radialislähmung. Diese Vorrichtung umfasst einen um den Arm zu legenden Stulpen, an dem eine der Handform entsprechende Platte gelenkig befestigt ist, mit der unter Federzug stehende Glieder in Verbindung stehen, die an um die Finger gelegten Ringen angreifen, wobei auch die einzelnen Fingerglieder in seitlicher Richtung durch mechanische Federwirkung beweglich sind und wobei die Begrenzung der seitlichen Bewegung, zweckmäßig durch Stifte, innerhalb eines entsprechenden Ausschnittes der Gelenkteile erfolgt.
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Die
US 2010/0 305 717 A1 offenbart ein Trainingssystem zum Trainieren eines Benutzers zum Bewegen von Händen, mit einer Plattform, die mit den Händen verbunden ist, und mit mehreren Fingerkomponenten, die mit der Plattform verbunden sind. Jede Fingerkomponente umfasst einen Motor und ein proximales Folgeteil, die ein Gelenk und eine mit dem Motor verbundene proximale Führungsschiene umfasst, sowie eine mittleres Folgeteil, das eine mittlere Führungsschiene aufweist, die mit dem proximalen Folgeteil wirkverbunden ist, wobei eine Knöchelgelenkanzeige der proximalen Führungsschiene einem ersten virtuellen Zentrum entspricht und eine Knöchelgelenkanzeige der mittleren Führungsschiene einem zweiten virtuellen Zentrum entspricht. Die Anordnung der Knöchelgelenkanzeigen zu den virtuellen Zentren ermöglicht die Steuerung der Finger derart, dass die Rotationsachsen der Finger um die virtuellen Zentren beibehalten werden, wenn das proximale Folgeteil und das mittlere Folgeteil vom Motor angesteuert werden.
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Die
DE 448 300 A offenbart eine künstliche Hand mit einem Handteller und an diesem drehbar gelagerten Fingern und Daumen, bei der zwei mittels Reibungskupplung verbundene Getriebeelemente vorgesehen sind, von denen das eine zur Bewegung des zugehörigen Fingers drehbar ist und wobei das andere, das in zwei entgegengesetzten Drehrichtungen antreibbar ist, sich durch Reibung mitnehmen läßt, so daß verschiedene Finger in verschiedenem Ausmaße beim Greifen eines Gegenstandes bewegt werden können, indem ein Schlupf nach Bedarf zwischen dem treibenden und angetriebenen Element eintreten kann.
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Die
DE 327 415 A offenbart einen Greifer für Kunstarme oder Kunsthände, wobei die Glieder jedes Greifers oder Fingers durch Kniehebel derart untereinander in Verbindung gebracht sind, daß die Kniehebel durch das an einem derselben angreifende Stellorgan aus einer Winkelstellung in vollständige Knickstellung gebracht oder in umgekehrtem Sinne bewegt werden können, und wobei sie in der Knickstellung mit ihren Knickpunkten annähernd in eine Gerade mit den Anlenkungspunkten ihrer Arme gelangen, um auf diese Weise die Greifer oder Finger in der Klemm- oder Beugestellung zu verriegeln.
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Derartige Orthesen können beispielsweise für therapeutische Zwecke eingesetzt werden, um die Beweglichkeit von menschlichen Körperteilen nach Schädigungen durch Unfall oder Erkrankung zumindest teilweise wieder herzustellen oder um bei Patienten, bei denen die Kopplung zwischen Gehirn und Körperteil defizitär ist, im Rahmen einer Rehabilitationsmaßnahme eine Wiedererlangung der Kontrolle über das Körperteil zu unterstützen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Orthese bereitzustellen, die eine verbesserte Mobilisierung einzelner Abschnitte des Körperteils ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird für eine Orthese der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch die Verbindung mehrerer Gliederteile zu einer beweglichen Gliederkette können einzelne Abschnitte des Körperteils gezielt abgewinkelt werden, wodurch die gewünschte Verbesserung der Mobilisierung erzielt werden kann. Vorzugsweise ist die Anzahl der Gliederteile, die die bewegliche Gliederkette bilden entsprechend der Anzahl der einzelnen, gelenkig miteinander verbundenen Abschnitte des Körperteils gewählt, so dass jeder einzelne Abschnitt des Körperteils eine Entsprechung in der beweglichen Gliederkette hat. Bei einer schwenkbeweglichen Anbringung der Schwenkhebel an den Gliederteilen der Gliederkette können sich die Gliederteile in vorteilhafter Weise frei an die jeweiligen Abschnitte des Körperteils anpassen, an denen die Orthese angelegt ist. Besonders bevorzugt sind einzelne Gliederteile oder alle Gliederteile derart gestaltet, dass sie im Rahmen der bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Orthese auftretenden Kräfte formstabil sind.
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Bei einem Einsatz der Orthese für eine Mobilisierung der Hand kann vorgesehen sein, dass jede der Gliederketten aus drei Gliederteilen aufgebaut ist, die jeweils über Schwenkgelenke beweglich miteinander verbunden sind. Somit entspricht die Anzahl von schwenkbeweglich miteinander verbundenen Gliederteilen der Gelenkkette der Anzahl von Fingergliedern. Die den Gliederteilen zugeordneten Schwenkhebel dienen zur Einleitung von Stellkräften, um beispielsweise eine Zwangsbewegung der jeweiligen Abschnitte des Körperteils hervorzurufen oder eine Kraftrückkopplung auf die entsprechenden Abschnitte des Körperteils ausüben zu können. Dazu sind die Schwenkhebel derart an den Gliederteilen angeordnet, dass bei Einleitung entsprechender Stellkräfte eine schwenkbewegliche Relativbewegung zwischen den einzelnen Gliederteilen auftritt.
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Zweckmäßig ist es, wenn von den Gliederteilen abragende freie Enden benachbarter Schwenkhebel schwenkbeweglich miteinander verbunden sind. Die freie Anpassung der Gliederteile an die jeweiligen Abschnitte des Körperteils, an das die Orthese angelegt ist, wird hierdurch unterstützt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Schwenkhebel benachbarter Gliederteile mit schwenkbeweglich an den Schwenkhebeln aufgenommenen Koppelstangen verbunden sind. Dabei sind die Koppelstangen für eine vorgebbare Beabstandung und Bewegungskopplung der freien Enden der Schwenkhebel ausgebildet und unterstützen somit die Anpassung der Krümmung der Gelenkkette an den jeweiligen Abschnitts des Körperteils, an dem die Orthese angelegt ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass Schwenkachsen benachbarter Gliederteile und/oder Schwenkachsen benachbarter Schwenkhebel und/oder Schwenkachsen benachbarter Koppelstangen parallel zueinander ausgerichtet sind. Dementsprechend findet eine Schwenkbewegung der Gliederteile und/oder der Schwenkhebel und/oder der Koppelstangen, insbesondere der Gliederkette mit den daran angebrachten Schwenkhebeln und Koppelstangen, in einer einzigen Bewegungsebene statt, die normal zu den Schwenkachsen ausgerichtet ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Gliederteile einer Gliederkette rinnenförmig ausgebildet sind und dass die aneinandergrenzenden rinnenförmigen Gliederteile jeweils mit Schwenkgelenken versehen sind, die zueinander konzentrisch ausgerichtete Schwenkachsen aufweisen. Durch die rinnenförmige Ausbildung der Gliederteile können diese in vorteilhafter Weise besonders nah an die Abschnitte des Körperteils, an das die Orthese angelegt werden soll, angenähert werden. Bevorzugt sind die rinnenförmig ausgebildeten Gliederteile derart an die Abschnitte des Körperteils angepasst, dass sie diese zumindest bereichsweise umgreifen können. Hierdurch wird eine Festlegung der Orthese an den jeweiligen Körperteil vereinfacht und die Führung für die jeweiligen Abschnitte des Körperteils sichergestellt. Vorzugsweise sind die rinnenförmigen Gliederteile und die an einander gegenüberliegenden Randbereichen dieser Gliederteile vorgesehenen Schwenkgelenke derart auf das jeweilige Körperteil bzw. den jeweiligen Abschnitt des Körperteils angepasst, dass die Schwenkachsen der Schwenkgelenke nicht nur konzentrisch zueinander ausgerichtet sind, sondern zumindest im Wesentlichen parallel oder koaxial zu einer Gelenksachse des jeweiligen Körperteils ausgerichtet sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Gliederkette an einem Stammgliederteil gelenkig angebracht ist und dass eine der Gliederkette zugeordnete Antriebseinrichtung am Stammgliederteil abgestützt ist. Typischerweise weist das Stammgliederteil eine größere Flächenausdehnung als die Gliederkette auf und wird an einem rumpfnäheren Abschnitt des Körperteils, beispielsweise einem Unterarm oder einem Unterschenkel, festgelegt. Das Stammgliederteil dient zum einen als Träger für die wenigstens eine Gliederkette und zum anderen als Stützelement für die der Gliederkette zugeordnete Antriebseinrichtung und bildet die hierfür erforderliche Kontaktfläche mit dem Körperteil. Bevorzugt umfasst das Stammgliederteil eine oder mehrere Befestigungsmittel, die beispielsweise als Klettverschlussbänder ausgebildet sein können, um eine für den Benutzer komfortable Festlegung am Körperteil zu gewährleisten.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Antriebseinrichtung mit dem Schwenkhebel eines unmittelbar mit dem Stammgliederteil verbundenen Gliederteils der Gliederkette gekoppelt ist. Hierdurch ist ein vorteilhafter Kraftfluss zwischen dem Stammgliederteil und den Gliederteilen der Gliederkette sichergestellt. Zudem ermöglicht dies eine kompakte Anordnung der Antriebseinrichtung am Stammgliederteil.
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Vorteilhaft ist es, wenn eine Gliederkette mit einem Verbindungsgelenk am Stammgliederteil angebracht ist, das wenigstens zwei Schwenkachsen aufweist. Hierdurch wird für den Fall von unterschiedlich ausgerichteten, insbesondere quer zueinander orientierten, Schwenkachsen zusätzlich zu einer Abwinklung der Gliederkette in einer Bewegungsebene eine Schwenkbewegung dieser Bewegungsebene um eine Achse, die in der Bewegungsebene oder abseits der Bewegungsebene angeordnet ist, ermöglicht. Für den Fall von zwei parallel ausgerichteten Schwenkachsen für das jeweilige Verbindungsgelenk wird eine zusätzliche Abwinklungsmöglichkeit für die Gliederkette in der gemeinsamen Bewegungsebene ermöglicht. In beiden Fällen kann somit die Beweglichkeit des jeweiligen Abschnitts des Körperteils, das mit der Orthese gestützt werden soll, in vorteilhafter Weise nachgeahmt werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungsgelenk zwei quer zueinander ausgerichtete, insbesondere sich schneidende, Schwenkachsen aufweist. Hierdurch kann beispielsweise die Funktion eines Daumengelenks oder eines Zeigefingergelenks der menschlichen Hand nachgebildet werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Ansteuerung der wenigstens zwei der Schwenkachsen, insbesondere zur Ansteuerung jeder der Schwenkachsen, eine eigene, insbesondere am Stammgliederteil abgestützte, Antriebseinrichtung vorgesehen ist. Hierdurch ist eine freie Einstellbarkeit von zumindest zwei der Schwenkachsen, vorzugsweise mehrere Schwenkachsen, insbesondere alle Schwenkachsen des Verbindungsgelenks gewährleistet.
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Bevorzugt sind mehrere Gliederketten am Stammgliederteil angebracht, wobei wenigstens eine Gliederkette ein Verbindungsgelenk nach Anspruch 8 oder 9 umfasst und wobei wenigstens eine weitere Gliederkette für eine Relativbewegung der Gliederteile gegenüber dem Stammgliederteil in einer einzigen Bewegungsebene ausgebildet ist. Hierdurch kann die Orthese die jeweils wesentlichen Bewegungsmöglichkeiten für die einzelnen Finger der menschlichen Hand in vorteilhafter Weise nachbilden, ohne dass ein komplexer Aufbau der Orthese gewählt werden muss.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der dem Gliederteil zugeordnete Schwenkhebel an einer Außenoberfläche des Gliederteils angebracht ist und eine Schwenkachse des Schwenkhebels parallel zu einer Schwenkachse eines zwischen benachbarten Gliederteilen ausgebildeten Schwenkgelenks ausgerichtet ist. Hierdurch wird eine vorteilhafte Nachbildung der Beweglichkeit von Fingern der menschlichen Hand erreicht.
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Zweckmäßig ist es, wenn zwischen dem Stammgliederteil und der Gliederkette eine Hebelanordnung ausgebildet ist, die für eine Einstellung einer Winkelstellung und eines Abstands zwischen Stammgliederteil und Gliederkette eingerichtet ist. Mit dieser Hebelanordnung wird bei einer Änderung der Winkelstellung der Gliederkette gegenüber dem Stammgliederteil auch eine Abstandsänderung zwischen Gliederkette und Stammgliederteil ermöglicht. Hierdurch kann eine Kollision zwischen der Gliederkette und dem Stammgliederteil bei extremen Winkeln zwischen Gliederkette und dem Stammgliederteil vermieden werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Orthese als Greifeinrichtung zur Handhabung von Gegenständen eingesetzt. Dabei ist vorgesehen, dass die Orthese mit einer künstlichen Nachbildung desjenigen Körperteils verbunden ist, auf das die Orthese angepasst ist. Vorzugsweise ist der künstlich nachgebildete Körperteil passiv, insbesondere ohne eigene Antriebsmittel, ausgebildet und wird aus einer kraftfreien Vorzugsstellung mit Hilfe der Orthese in die jeweils gewünschte Greifstellung gebracht. Dabei stellt die Orthese zum einen die zur vorzugsweise elastischen Deformation des künstlichen Körperteils notwendigen Deformationskräfte und zum anderen die Greifkräfte zum Ergreifen des jeweiligen Gegenstands auf.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die zur Nutzung als Greifeinrichtung vorgesehene Orthese in ihrer Anordnung, Größe, Gelenkanzahl, etc. der Gliederketten nur an die Geometrie und Gelenkeigenschaften bzw. Gelenkanordnung eines menschlichen Körperteils angelehnt, weist jedoch hinsichtlich dieser vorstehenden Eigenschaften und ihrer Dimensionierung und/oder Materialauswahl sachdienliche Anpassungen an die zu lösende Greifaufgabe auf.
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1 eine perspektivische Darstellung einer Orthese, die für eine Verwendung an der menschlichen Hand ausgebildet ist,
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2 eine perspektivische Darstellung einer ersten Gliederkette aus der Orthese gemäß 1,
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3 eine Darstellung der ersten Gliederkette gemäß 2 in einer Bewegungsebene, die durch die Schwenkachsen der Schwenkhebel bestimmt wird,
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4 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Gliederkette aus der Orthese gemäß 1,
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5 eine ebene Darstellung der zweiten Gliederkette gemäß 4 in einer Bewegungsebene, die durch die Schwenkachsen der Schwenkhebel bestimmt wird,
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6 eine Draufsicht auf die zweite Gliederkette,
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7 eine perspektivische Darstellung einer dritten Gliederkette aus der Orthese gemäß 1,
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8 eine Darstellung der dritten Gliederkette gemäß 7 in einer Bewegungsebene, die durch die Schwenkachsen der Schwenkhebel bestimmt wird.
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Eine in der 1 dargestellte Orthese 1 umfasst mehrere Gliederketten 2 bis 6, die an einem Stammgliederteil 7 angebracht sind und die, zumindest exemplarisch, in den 2 bis 7 im Einzelnen dargestellt sind. Die exemplarisch dargestellte Orthese 1 kann dazu eingesetzt werden, auf eine menschliche Hand aufgesetzt zu werden, um diese beispielsweise im Zuge einer Rehabilitationsmaßnahme durch aktives Einleiten von Kräften, beispielsweise im Hinblick auf die Wiederherstellung von Verknüpfungen zwischen Gehirn und Muskulatur, trainieren zu können. Dementsprechend ist die nachfolgend näher beschriebene Orthese 1 auf die menschliche Hand als Körperteil angepasst. Eine Anpassung einer solchen Orthese an andere Körperteile, beispielsweise an den Fuß, kann alternativ vorgesehen werden.
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Aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung sind keine Befestigungsmittel wie beispielsweise elastische Bänder oder Klettverschlussbänder in den Figuren dargestellt, mit deren Hilfe die Gliederketten 2 bis 6 und das Stammgliederteil 7 am menschlichen Körper festgelegt werden könnte.
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An dem Stammgliederteil 7, das beispielsweise an einem Unterarm eines nicht dargestellten Patienten mittels ebenfalls nicht dargestellter Befestigungsmittel, beispielsweise elastischer Bänder, festgelegt werden kann und das im wesentlichen formstabil ausgebildet ist, sind die Gliederketten 2 bis 6 jeweils schwenkbeweglich angebracht. Ferner sind zwischen dem Stammgliederteil 7 und den Gliederketten 2 bis 6 mehrere, vorliegend exemplarisch als zweifachwirkende pneumatische Zylinder ausgebildete, Antriebseinrichtungen 8 bis 15 angeordnet, die vorliegend jeweils am Stammgliederteil 7 abgestützt sind. Jede der Antriebseinrichtungen 8 bis 15 umfasst jeweils endseitig angebrachte, in den 7 und 8 exemplarisch bezeichnete Fluidanschlüsse. Die Fluidanschlüsse sind über nicht dargestellte Versorgungsleitungen mit einer ebenfalls nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden, bei der es sich beispielsweise um eine pneumatische Ventilinsel handeln kann. Diese Steuereinrichtung kann entweder autark für eine unmittelbare Bereitstellung von Steuerbefehlen an die jeweiligen Antriebseinrichtungen 8 bis 15 ausgebildet sein oder ist ihrerseits im Rahmen eines Abhängigkeitsverhältnisses mit einer ebenfalls nicht dargestellten, insbesondere als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildeten, übergeordneten Steuerung verbunden.
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Exemplarisch ist jeder der Gliederketten 2 bis 6 wenigstens eine Antriebseinrichtung 8 bis 15 zugeordnet, so dass die Gliederketten 2 bis 6 unabhängig voneinander bewegt werden können. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform einer Orthese kann auch eine Kopplung mehrerer Gliederketten derart vorgesehen sein, dass diese von einer einzigen Antriebseinrichtung oder von einer verbundenen Anordnung mehrerer Antriebseinrichtungen angetrieben werden.
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Die in den 2 und 3 dargestellte Gliederkette 2 ist für eine Bewegung des Daumens bestimmt, der einen Abschnitt der menschlichen Hand als Körperteil bildet, für das die Orthese 1 vorgesehen ist. Da mit dem Daumen der menschlichen Hand unterschiedliche Bewegungen, also einerseits eine Abwinklung der einzelnen Fingergelenke und andererseits ein weiträumiges Verschwenken des gesamten Daumens, vollzogen werden können, ist die Gliederkette 2 mit entsprechenden Gelenken ausgestattet, die eine zumindest weitgehende Nachahmung dieser Beweglichkeit ermöglichen. Vorliegend umfasst die Gliederkette 2 gemäß den 2 und 3 drei Gliederteile 16, 17, 18, die jeweils rinnenartig mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt ausgebildet sind und somit das jeweilige Fingerglied der menschlichen Hand, für die die Orthese 1 ausgebildet ist, zumindest bereichsweise umgreifen können. Die Gliederteile 16 und 17 sowie die Gliederteile 17 und 18 sind jeweils paarweise an einander entgegengesetzten Randbereichen mit Schwenkgelenken 19 versehen, deren Schwenkachsen 20 konzentrisch zueinander ausgerichtet sind. Praktisch weisen die einander gegenüberliegenden Schwenkgelenke 19 eine gemeinsame Schwenkachse 20 auf.
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Das Gliederteil 16 ist mittels eines vorliegend als Kardangelenk ausgebildeten Verbindungsgelenks 21 an dem Stammgliederteil 7 angebracht. Das Verbindungsgelenk 21 weist zwei senkrecht zueinander ausgerichtete und sich schneidende Schwenkachsen 22, 23 auf, so dass das Gliederteil 16 gegenüber dem Stammgliederteil 7 zwei rotatorische Freiheitsgrade der Bewegung aufweist.
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Der erste rotatorische Freiheitsgrad der Bewegung um die Schwenkachse 22 wird von der Antriebseinrichtung 9 begrenzt, die mittels eines Hebelgetriebes 24 mit dem ersten Gliederteil 16 verbunden ist. Dabei umfasst das Hebelgetriebe 24 einen von der Antriebseinrichtung 9 angesteuerten, schwenkbeweglich am Stammgliederteil 7 angebrachten, exemplarisch V-förmig ausgebildeten, Umlenkhebel 25, dessen Schwenkachse 26 normal zu einer Bewegungsebene ausgerichtet ist, die eine Mittelachse eine der Antriebseinrichtung 9 zugehörigen, linearbeweglichen Kolbenstange 27 umfasst. Ferner umfasst das Hebelgetriebe 24 eine Lenkerstange 28, die am Umlenkhebel 25 und am ersten Gliederteil 16 jeweils mittels eines Kugelgelenks 29, 30 angebracht ist. Bei einer Stellbewegung der Antriebseinrichtung 9 wird die translatorische Bewegung der Kolbenstange mittels des Hebelgetriebes 24 in eine translatorische Bewegung der Lenkerstange 28 umgesetzt. Die Bewegung der Lenkerstange 28 wird abseits der zugeordneten Schwenkachse 22 des Verbindungsgelenks 21 eingeleitet und führt somit zu einer Schwenkbewegung der Gliederkette 2 um die Schwenkachse 22 des Verbindungsgelenks.
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Der zweite rotatorische Freiheitsgrad des Verbindungsgelenks 21 wird durch die Antriebseinrichtung 8 sowie durch eine Anordnung mehrerer Schwenkhebel 31 bis 33, die durch Koppelstangen 35 bis 37 miteinander verbunden sind, beschränkt. Dabei sind die Schwenkhebel 32 und 33 jeweils mit einem ersten Endbereich schwenkbeweglich an einem der Gliederteile 16 bis 18 angebracht, wobei die jeweiligen Schwenkgelenke 38 derart ausgebildet sind, dass sie lediglich einen rotatorischen Freiheitsgrad der Schwenkhebel 32 und 33 gegenüber den Gliederteilen 16 und 17 zulassen. Ferner sind die Schwenkgelenke 38 derart ausgerichtet, dass die zugehörigen Schwenkachsen 34 parallel zu den Schwenkachsen 20 der Schwenkgelenke 19 der Gliederteile 16, 17 und 18 verlaufen. Der Schwenkhebel 31 ist mittels eines Schwenkgelenks 39 am Stammgliederteil 7 beweglich angebracht und an einem freien Endbereich über Kugelgelenke 40, 41 zum einen mit der Kolbenstange 27 der zugeordneten Antriebseinrichtung 8 und zum anderen mit der Koppelstange 35 bewegungsgekoppelt. Dabei ist die Schwenkachse 42 des Schwenkgelenks 39 derart ausgerichtet, dass eine Beweglichkeit des Verbindungsgelenks 21 um die zweite Schwenkachse 23 nicht in Frage gestellt wird. Vielmehr erfolgen die Schwenkbewegungen der Gliederteile 16 bis 18 um die beiden Schwenkachsen 22, 23 zumindest nahezu vollständig unabhängig voneinander.
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Bei einer Einleitung einer linearen Stellbewegung von der Antriebseinrichtung 8 mittels der Kolbenstange 27 auf den Schwenkhebel 31 erfolgt eine Schwenkbewegung dieses Schwenkhebels 31 um das Schwenkgelenk 39 sowie eine Weiterleitung der Stellbewegung mittels der Koppelstangen 35 bis 37 und der zugehörigen Schwenkgelenke 43, deren Schwenkachsen 44 parallel zu den Schwenkachsen 34 ausgerichtet sind, an die Schwenkhebel 32 bis 34. Die Schwenkhebel 32 bis 34 vollziehen aufgrund der eingeleiteten Stellbewegung jeweils Schwenkbewegungen um die Schwenkgelenke 38, wodurch eine Änderung der Schwenkstellung der Gliederteile 16 bis 18 zueinander bewirkt wird. Hierdurch wird die Krümmung der Gliederkette 2 je nach Richtung der eingeleiteten Stellbewegung vermindert oder vergrößert. Da sämtliche Schwenkachsen 34, 44 der Schwenkhebel 31 bis 33 und der Koppelstangen 35 bis 37 parallel zueinander ausgerichtet sind, findet die Krümmung der Gliederkette 2 in einer einzigen Bewegungsebene statt, die normal zu den Schwenkachsen 34, 44 ausgerichtet ist. Diese Bewegungsebene kann durch Auslenkung des Verbindungsgelenks 21 mittels der Antriebseinrichtung 9 und dem zugehörigen Hebelgetriebe 24 um die Schwenkachse 22 verschwenkt werden.
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Aufgrund der schwenkbeweglichen Lagerung der Schwenkhebel 32 und 33 an den Gliederteilen 16 und 17 sowie aufgrund der schwenkbeweglichen Kopplung der Schwenkhebel 32 und 33 mittels der Koppelstangen 35 bis 37 ist eine vorteilhafte Krümmungsanpassung der Gliederkette 2 an den Daumen gewährleistet, selbst wenn nicht alle Daumengelenke die gleiche Beweglichkeit aufweisen sollten. Hierdurch wird eine Überlastung einzelner Gelenke der Hand während der Durchführung einer Trainings- oder Rehabilitationsmaßnahme wirkungsvoll vermieden.
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Die in den 4, 5 und 6 dargestellte Gliederkette 3, die bei der vorliegenden Orthese 1 für die Einstellung der Abwinklung des Zeigefingers eingesetzt werden soll, umfasst ein mehrteilig ausgebildetes Verbindungsgelenk 45, das für Schwenkbewegungen der Gliederkette 3 um zwei zueinander senkrechte Schwenkachsen 46, 48 ausgebildet ist und das am Stammgliederteil 7 angebracht ist.
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Das Verbindungsgelenk 45 ermöglicht bei geeigneter Ansteuerung der Antriebseinrichtung 10 eine Schwenkbewegung der gesamten Gliederkette 3 um die Schwenkachse 48. Hierzu ist exemplarisch ein Gelenkkörper 63 des Verbindungsgelenks 45 drehbeweglich auf einen am Stammgliederteil 7 angebrachten, nicht näher dargestellten Gelenkzapfen aufgesteckt.
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Zwischen dem Gelenkkörper 63 und einem exemplarisch einstückig mit dem Gliederteil 49 ausgebildeten Kipphebel 62 ist ein Schwenkgelenk 54 ausgebildet, das einen einzigen rotatorischen Freiheitsgrad der Bewegung aufweist und das die Schwenkachse 46 bestimmt. Mit diesem Schwenkgelenk 54 ist eine Bewegungseinleitung von der Antriebseinrichtung 11 mittels der zugeordneten Kolbenstange 27 auf die Gliederkette 3 möglich, wobei das Schwenkgelenk 54 eine Umsetzung der translatorischen Bewegung der Kolbenstange 27 in eine rotatorische Schwenkbewegung des Kipphebels 62 und des damit verbundenen Gliederteils 49 ermöglicht. Die Bewegungseinleitung von der Kolbenstange 27 auf den Kipphebel 62 wirkt in erster Linie auf das erste Gliederteil 49. Die übrigen Gliederteile 50 und 51 der Gliederkette 3 sind über die Schwenkhebel 55 bis 57 und die zugehörigen, schwenkbeweglich an den Schwenkhebeln 55 bis 57 angebrachten Koppelstangen 59 bis 61 miteinander bewegungsgekoppelt. Somit führt eine Bewegungseinleitung in das Schwenkgelenk 54 zu einer Krümmungsänderung der Gliederkette 3. Diese Krümmungsänderung findet asynchron statt, da bei einer Vergrößerung des Knickwinkels zwischen dem Stammgliederteil 7 und dem Gliederteil 49 aufgrund der Kopplung der weiteren Gliederteile 50 und 51 eine gegenläufige Schwenkbewegung dieser Gliederteile 50, 51 stattfindet.
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Durch Einleitung einer Stellbewegung von der Antriebseinrichtung 12 auf einen exemplarisch V-förmig ausgebildeten, schwenkbeweglich am Stammgliederteil 7 angebrachten Umlenkhebel 52 kann hingegen eine im Wesentlichen synchrone Krümmung der aus den Gliederteilen 49 bis 51 aufgebauten Gliederkette 3 erreicht werden. Der Umlenkhebel 52 weist ein Schwenkgelenk 53 auf, das lediglich einen einzigen rotatorischen Freiheitsgrad der Bewegung zulässt und damit die Schwenkachse 103 bestimmt. Der Umlenkhebel 52 gewährleistet eine Bewegungskopplung zwischen der Kolbenstange 27 der Antriebseinrichtung 12 und der Anordnung aus Schwenkhebeln 55 bis 57 und Koppelstangen 58 bis 61, so dass bei einer Translationsbewegung der Kolbenstange 27 der Antriebseinrichtung 12 eine Krümmungsbewegung der Gliederkette 3 erzielt werden kann. Diese Krümmungsbewegung findet exemplarisch für alle Gliederteile 49, 50, 51 in einer gemeinsamen, nicht dargestellten Bewegungsebene statt, die senkrecht zu den Schwenkachsen 67 der Schwenkgelenke 66 der Koppelhebel 58 bis 61, senkrecht zu den Schwenkachsen 69 der Schwenkgelenke 68 der Schwenkhebel 55 bis 57 und senkrecht zu den Schwenkachsen 20 der Schwenkgelenke 19 der Gliederteile 49 bis 51 ausgerichtet ist.
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Exemplarisch ist der Schwenkhebel 55 an einem den Koppelstangen 58 und 59 abgewandten Ende mittels eines Schwenkgelenks 104 am Kipphebel 62 schwenkbeweglich angebracht. Für eine im Wesentlichen gleichförmige Krümmung der Gliederkette 3 ist eine Überlagerung der Stellbewegungen der Antriebseinrichtungen 11 und 12 erforderlich.
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Die Antriebseinrichtungen 10 bis 12 sind jeweils endseitig mit Kugelgelenken 64 am Stammgliederteil 7 angebracht. Vorzugsweise sind die Kolbenstangen 27 der Antriebseinrichtungen 11 und 12 endseitig mittels Kugelgelenken 65 mit dem Verbindungsgelenk 45 bzw. mit dem Kipphebel 62 gekoppelt.
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Die Gliederketten 4, 5 und 6 weisen jeweils den gleichen kinematischen Aufbau auf und unterscheiden sich voneinander im Wesentlichen durch die Dimensionierung der Gliederteile, die bei der vorliegenden exemplarischen Ausgestaltung der Orthese 1 auf die unterschiedlichen Fingergrößen des Mittelfingers, des Ringfingers und des kleinen Fingers der menschlichen Hand angepasst sind.
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Nachfolgend soll anhand der 7 und 8 exemplarisch der Aufbau der Gliederkette 4 beschrieben werden, die die Gliederteile 70 bis 72 umfasst. Diese Gliederteile 70 bis 72 sind in gleicher Weise wie die Gliederteile 16 bis 18 und 49 bis 51 rinnenförmig ausgestaltet. Jeweils benachbarte Gliederteile 70 und 71 sowie 71 und 72 sind mit paarweise angeordneten Schwenkgelenken 19 untereinander schwenkbeweglich verbunden. Dabei sind Schwenkachsen 20 der paarweise angeordneten Schwenkgelenke 19 jeweils konzentrisch zueinander ausgerichtet. Die Gliederteile 70 und 71 weisen jeweils schwenkbeweglich gelagerte Schwenkhebel 75 und 76 auf, die über Koppelstangen 77 bis 80 miteinander gekoppelt sind. Dabei ist die Koppelstange 80 für eine unmittelbare Anlenkung am Gliederteil 20 ausgebildet, während die Koppelstange 77 für eine Bewegungskopplung mit einem Umlenkhebel 81 vorgesehen ist. Der Umlenkhebel 81 umfasst zwei starr miteinander verbundene, V-förmig angeordnete Hebelarme 82, 83 und ist mittels eines Schwenkgelenks 99 mit dem Stammgliederteil 7 verbunden. Der Hebelarm 82 ist mittels eines Schwenkgelenks 98 mit der Kolbenstange 27 der Antriebseinrichtung 13 gekoppelt. Schwenkachsen 100, 101 der Schwenkgelenke 98 und 99 sind parallel zur Schwenkachse 20 ausgerichtet.
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Um eine vorteilhafte Abwinklung der Gliederkette 4 gegenüber dem Stammgliederteil 7 zu ermöglichen, ist eine Hebelanordnung 84 vorgesehen, die zwei Lenkhebel 85 und 86 umfasst. Der erste Lenkhebel 85 ist mittels eines Schwenkgelenks 87 mit dem Stammgliederteil 7 schwenkbeweglich verbunden. Der zweite Lenkhebel 86 ist mittels eines Schwenkgelenks 88 mit dem Gliederteil 70 schwenkbeweglich verbunden. Ferner sind die beiden Lenkhebel 85, 86 in einem gemeinsamen Schwenkgelenk 89 schwenkbeweglich mit dem Zwischenhebel 90 bewegungsgekoppelt, der seinerseits über das Schwenkgelenk 91 schwenkbeweglich mit den beiden Koppelstangen 77 und 78 verbunden ist. Schwenkachsen 102 der Schwenkgelenke 87 bis 89 sind parallel zur Schwenkachse 20 ausgerichtet. Mit der Hebelanordnung 84 wird eine Zunahme der Beabstandung zwischen dem ersten Gliederteil 71 und dem Stammgliederteil 7 bei zunehmender Krümmung der Gliederkette 4 erreicht. Hierdurch wird eine naturnahe Abwinklung des ersten Gliederteils 71 gegenüber dem Stammgliederteil 7 angestrebt, da eine Gelenkachse eines einzelnen Schwenkgelenks, das dem entsprechenden Fingergelenk entsprechen würde, aus Platzgründen nicht konzentrisch zur Gelenkachse des Fingergelenks liegen kann. Zudem wird dadurch bei starker Krümmung der Gliederkette 4 eine Kollision zwischen dem ersten Gliederteil 71 und dem Stammgliederteil 7 vermieden.
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Die Schwenkhebel 75 und 76 sind mittels Schwenkgelenken 94 an schwenkbeweglich an den Gliederteilen 70 und 71 gelagert. Dabei sind Schwenkachsen 95 der Schwenkgelenke 94 parallel zu den Schwenkachsen 20 der Schwenkgelenke 19 der Gliederteile 70 bis 72 ausgerichtet. Die Koppelstangen 78 bis 80 sind mittels Schwenkgelenken 96 schwenkbeweglich mit den Schwenkhebeln 75 und 76 sowie im Falle der Koppelstange 80 mit dem Gliederteil 72 verbunden. Die Schwenkachsen 97 der Schwenkgelenke 96 sind ebenfalls parallel zu den Schwenkachsen 20 der Schwenkgelenke 19 der Gliederteile 70 bis 72 ausgerichtet.
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Die Schwenkachsen sämtlicher Gelenke 19, 87, 88, 89, 91, 94, 96, die die Gliederkette 4 umfasst sind alle normal zur Darstellungsebene der 8 ausgerichtet. Eine Schwenkbewegung der Gliederkette 4 oder der anderen identisch aufgebauten Gliederketten 5 und 6 um Achsen, die in anderen Bewegungsebenen angeordnet sind, ist exemplarisch nicht vorgesehen.
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Exemplarisch sind an der Antriebseinrichtung 13 die beiden Fluidanschlüsse 92 und 93 bezeichnet, die eine Zufuhr von druckbeaufschlagtem Fluid in nicht näher dargestellte Arbeitskammern der exemplarisch als doppeltwirkender Fluidzylinder ausgeführten Antriebseinrichtung 13 ermöglichen. Durch eine wahlweise Zufuhr von druckbeaufschlagtem Fluid, insbesondere Druckluft, in eine der beiden Arbeitskammern kann eine Linearbewegung der Kolbenstange 27 bewirkt werden, die ihrerseits über die Koppelstangen 77 bis 80 und die schwenkbeweglich verbundenen Schwenkhebel 76 und 76 eine Krümmungsänderung der Gelenkkette 4 hervorrufen.
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Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform der Orthese sind die Antriebseinrichtungen als elektrische Linearantriebe, beispielsweise als Spindelantriebe, ausgebildet.
