DE102013202745A1 - Greifhilfevorrichtung mit Aussenskelett für Menschen - Google Patents

Greifhilfevorrichtung mit Aussenskelett für Menschen Download PDF

Info

Publication number
DE102013202745A1
DE102013202745A1 DE102013202745A DE102013202745A DE102013202745A1 DE 102013202745 A1 DE102013202745 A1 DE 102013202745A1 DE 102013202745 A DE102013202745 A DE 102013202745A DE 102013202745 A DE102013202745 A DE 102013202745A DE 102013202745 A1 DE102013202745 A1 DE 102013202745A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
finger
glove
operator
tendon
rings
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102013202745A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102013202745B4 (de
Inventor
Bryan J. Bergelin
Chris A. Ihrke
Donald R. Davis
Douglas Martin Linn
Lyndon B.J. Bridgwater
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
National Aeronautics and Space Administration NASA
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
National Aeronautics and Space Administration NASA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC, National Aeronautics and Space Administration NASA filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of DE102013202745A1 publication Critical patent/DE102013202745A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102013202745B4 publication Critical patent/DE102013202745B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006Exoskeletons, i.e. resembling a human figure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Gloves (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Ein Greifhilfesystem umfasst einen Handschuh, eine Aktoranordnung und einen Controller. Der Handschuh umfasst einen Finger, d. h. einen Finger oder einen Daumen, und einen Kraftsensor. Der Sensor misst eine Greifkraft, die von einem Bediener, der den Handschuh trägt, auf ein Objekt aufgebracht wird. Fingergliedringe sind am Finger positioniert. Eine flexible Sehne ist an einem Ende mit einem der Ringe verbunden und durch die verbleibenden Ringe hindurch verlegt. Ein Außenskelett, das am Finger positioniert ist, umfasst angelenkte Verbindungselemente, die jeweils mit einem entsprechenden Ring verbunden sind und/oder ein einziges Stück eines mit Nuten versehenen Materials. Die Aktoranordnung ist mit einem anderen Ende der Sehne verbunden. Der Controller berechnet eine Zugkraft in Ansprechen auf die gemessene Greifkraft und befiehlt die Zugkraft von der Aktoranordnung, um dadurch an der Sehne zu ziehen. Das Außenskelett lädt einen Teil der Zugkraft von dem Finger des Bedieners auf den Handschuh ab.

Description

  • AUSSAGE HINSICHTLICH VOM BUND GEFÖRDERTER FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG
  • Diese Erfindung wurde mit Regierungsunterstützung unter dem NASA Space Act Agreement mit der Nummer SAA-AT-07-003 durchgeführt. Die hier beschriebene Erfindung kann für Zwecke der US-Regierung (d. h. nicht-kommerzielle Zwecke) von der oder für die US-Regierung hergestellt und verwendet werden, ohne dass dafür oder darauf Gebühren entrichtet werden müssen.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Greifhilfevorrichtung mit einem Außenskelett für Menschen.
  • HINTERGRUND
  • Die Ergonomie ist eine entstehende wissenschaftliche Disziplin, die letztendlich danach strebt, Interaktionen von Menschen mit den verschiedenen Ausrüstungsgegenständen, die in einer Arbeitsumgebung verwendet werden, beispielsweise Tastaturen, Arbeitsstationen, Drehmomentschlüssel, Steuerungseingabevorrichtungen und dergleichen, zu verstehen und zu verbessern. Gute ergonomische Konstruktionspraktiken streben nach einer Optimierung von Aspekten der physischen Arbeitsumgebung, soweit sie menschliche Bediener, die darin arbeiten, betreffen. Jedoch können bestimmte Arbeitsaufgaben einen Bediener in einer Weise belasten, die auch durch die optimalsten ergonomischen Arbeitsplatzkonfigurationen nicht verringert werden kann.
  • Zum Beispiel können manuelle Operationen, die ein wiederholtes oder andauerndes Greifen eines Objekts benötigen, die Hände, Finger und Unterarme eines Bedieners belasten. Als Folge kann die Greifstärke und Produktivität eines Bedieners im Verlauf eines Arbeitstags allmählich nachlassen. Außerdem kann die Greifstärke zwischen verschiedenen Bedienern aufgrund von Unterschieden bei der physischen Statur, von Verletzungen und/oder Muskelermüdung erheblich variieren. Die variable Natur der Greifstärke eines gegebenen Bedieners kann zu einer relativ ineffizienten Ausführung bestimmter das Greifen betreffende Arbeitsaufgaben führen. Es gibt herkömmliche Vorrichtungen wie etwa Tragschlaufen und Bandagen zur Erleichterung eines Teils der Belastung für einen Bediener, obwohl derartige Vorrichtungen nicht optimal zum Verbessern der Gesamtgreifstärke sind.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es wird hier eine Greifhilfevorrichtung offenbart, die ein menschlicher Bediener für eine erhöhte Greifstärke verwenden kann. Die vorliegende Vorrichtung umfasst einen Handschuh, der an der Hand des Bedieners getragen wird, und eine Manschette, die am Unterarm des Bedieners getragen wird. Mit den Fingern des Handschuhs, d. h. den Fingern und/oder dem Daumen, wird ein Außenskelett verwendet, um Kräfte von den entsprechenden Fingern oder dem Daumen des Bedieners auf Strukturstützelemente des Handschuhs abzuladen, sowie um den Bewegungsbereich der Finger des Bedieners sicher einzuschränken, wodurch eine Überdehnung verhindert wird.
  • Zusätzlich zu dem Außenskelett kann die vorliegende Greifhilfevorrichtung mehrere flexible Sehnen enthalten. Die Sehnen werden von einer zugehörigen Aktoranordnung selektiv mit einer berechneten Zugkraft gespannt. Die Aktoranordnung zieht nach Bedarf mit Hilfe von Fingergliedringen, die mit dem Außenskelett verbunden sind, an der bzw. den Sehnen, um das Schließen der Hand des Bedieners in eine gewünschte Greifpose zu unterstützen. Bei einer anderen Ausführungsform können die Sehnen an der Rückseite des Handschuhs verlegt sein, um ein Lösen des Griffs zu unterstützen. An dem Handschuh positionierte Kraftsensoren liefern Kraftrückmeldungssignale an einen Controller, der in der Manschette enthalten ist. Der Controller befiehlt die berechnete Zugkraft von den Aktoranordnungen, um die Sehnen unter Spannung zu setzen.
  • Insbesondere umfasst ein Greifhilfesystem einen Handschuh, eine Aktoranordnung und einen Controller. Der Handschuh umfasst einen Kraftsensor, Fingergliedringe, eine Sehne und ein Außenskelett. Der Kraftsensor misst eine Greifkraft, die von einem Bediener, der den Handschuh trägt, auf ein Objekt aufgebracht wird. Die Fingergliedringe sind an einem Finger des Handschuhs positioniert, d. h. einem Finger oder einem Daumen. Die Sehne ist an einem Ende mit einem der Fingergliedringe verbunden und durch die verbleibenden Fingergliedringe dieses Fingers hindurchverlegt.
  • Das Außenskelett ist an dem Finger positioniert. Angelenkte Verbindungselemente sind mit benachbarten Fingergliedringen verbunden. Die Aktoranordnung ist mit einem anderen Ende der Sehne verbunden. Der Controller, der mit dem Kraftsensor in Verbindung steht, berechnet eine Zugkraft in Ansprechen auf die gemessene Greifkraft und er befiehlt außerdem die berechnete Zugkraft von der Aktoranordnung, um dadurch an der Sehne zu ziehen und den Finger zu bewegen. Das Außenskelett lädt einen Teil der Zugkraft vom Finger des Bedieners auf Strukturstützelemente des Handschuhs ab.
  • Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Greifhilfevorrichtung mit einem Handschuh mit Außenskelett, einer flexiblen Manschette und einem Controller.
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften angelenkten Außenskeletts und benachbarter Fingergliedringe, die mit der in 1 gezeigten Greifhilfevorrichtung verwendet werden können.
  • 3 ist eine schematische Darstellung eines angelenkten Außenskeletts gemäß einer möglichen Ausführungsform.
  • 4 ist eine schematische Darstellung eines anderen angelenkten Außenskeletts gemäß einer alternativen Ausführungsform.
  • 5 ist eine schematische Darstellung eines alternativen segmentierten Außenskeletts.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen in den mehreren Ansichten gleiche oder ähnliche Komponenten bezeichnen, ist in 1 eine beispielhafte Greifhilfevorrichtung 10 gezeigt. Die Vorrichtung 10 enthält einen Handschuh 12 und eine flexible Manschette 18. Der Handschuh 12 enthält außerdem ein Außenskelett 37, das an mindestens einem Finger des Handschuhs 12, d. h. einem Finger 15 oder einem Daumen 14 positioniert ist. Wenn die Vorrichtung 10 von einem Bediener getragen wird, unterstützt sie den Bediener beim Ergreifen eines Objekts, während das bzw. die Außenskelette 37 einen Teil der Kräfte von dem bzw. den Fingern oder dem Daumen des Bedieners auf ein ausreichend starres Strukturstützelement des Handschuhs 12 ablädt, z. B. einen Leitungsanker 62, wie nachstehend beschrieben ist, oder einen Anker 162, wie er in 3 schematisch gezeigt ist. Beispielhafte Ausführungsformen des Außenskeletts 37 sind nachstehend mit Bezug auf 25 in weiterem Detail beschrieben.
  • Die in 1 gezeigte Greifhilfevorrichtung 10 kann einen Satz Aktoren enthalten, bei einer möglichen Ausführungsform beispielsweise ein motorgetriebenes Sehnenantriebssystem (TDS) 16. Das TDS 16 kann in der Manschette 18 vollständig eingeschlossen oder zumindest teilweise darin enthalten sind. Das TDS 16 kann mit dem Handschuh 12 über eine oder mehrere flexible Sehnen 20 gekoppelt sein, die zumindest teilweise in einer Leitung 30 enthalten sind.
  • Bei einer Ausführungsform kann jede der Sehnen 20 als ein geflochtenes Polymer ausgestaltet sein, welches wiederum einen geeigneten Fluorkohlenstoff enthalten kann, der die Verschleißlebensdauer jeder Sehne erhöht. Jedoch können auch andere flexible und ausreichend robuste Materialien verwendet werden, ohne vom beabsichtigten Umfang der Erfindung abzuweichen. Von einem Controller 38 wird eine verstärkende Zugkraft (Pfeil 22) berechnet und kann in Ansprechen auf Rückmeldungssignale (Pfeil 24), die der Controller 38 von einem oder mehreren Kraftsensoren 28 empfängt, über das TDS 16 auf einige oder alle Sehnen 20 aufgebracht werden.
  • Der Handschuh 12 von 1 kann einen Daumen 14 und einen oder mehrere Finger 15 umfassen, z. B. wie gezeigt einen vollständigen Handschuh mit vier Fingern und einem Daumen, oder der Handschuh 12 kann bei anderen Ausführungsformen weniger Finger 15 und/oder keinen Daumen 14 verwenden. Ein Bediener kann den Handschuh 12 in der Art eines herkömmlichen Handschuhs tragen. Fingergliedringe 26 sind mit einem Material 17 des Handschuhs 12 verbunden oder werden an der Außenseite der Finger 15 und/oder des Daumens 14 getragen. Die Fingergliedringe 26 können starr sein, z. B. Aluminium oder Kunststoff, wobei das Außenskelett 37 den Abstand zwischen benachbarten Fingergliedringen 26 an dem gleichen Finger wie gezeigt überspannt. Bei einer derartigen Ausführungsform kann das Außenskelett 37 an den Fingergliedringen 37 verschweißt, genietet oder anderweitig befestigt sein, wobei es sich über ein Gelenk 45 nach Bedarf biegt oder dreht.
  • Wenn der Handschuh 12 von 1 an der Hand eines Bedieners getragen wird, kann jeder der Fingergliedringe 26 einen Daumen 14 oder einen Finger 15 des Handschuhs 12 und damit die Daumen und Finger des Bedieners selbst umgeben, oder die Fingergliedringe 26 können in Abhängigkeit von der Ausführungsform in dem Material 17 positioniert sein, das den Daumen 14/die Finger 15 definiert. Somit kann eine beliebige Zugkraft (Pfeil 22), die auf einige oder alle Sehnen 20 aufgebracht wird, welche durch die verschiedenen Fingergliedringe 26 des Handschuhs 12 hindurch verlegt sind, auf die Fingergliedringe 26 und das verbindende Außenskelett 37 wirken, wodurch ein Teil der Kräfte von den Fingern/dem Daumen des Bedieners im Handschuh 12 abgeladen wird.
  • Im Allgemeinen aktiviert eine Schwellenwertgreifkraft, die von einem Bediener auf ein Objekt ausgeübt wird, das im Griff des Bedieners gehalten wird, einen oder mehrere beliebige der Kraftsensoren 28, die mit dem Objekt in direktem Kontakt stehen. Die Kraftsensoren 28 können an einer beliebigen Stelle auf dem Handschuh positioniert sein, z. B. wie gezeigt an einem oder mehreren der Finger 15 und dem Daumen 14, an einer Handfläche des Handschuhs, usw. Die Fingergliedringe 26 sind mit den Sehnen 20, die durch die Fingergliedringe 26 hindurch verlaufen, verbunden oder stehen mit diesen in Kontakt, wobei zumindest einige der Fingergliedringe 26 somit wie Führungen für die Sehnen 20 wirken.
  • Die Fingergliedringe 26 von 1 können distal (Pfeil D), d. h. am distalen Fingerglied eines Fingers 15 oder Daumens 14 positioniert sein, medial (Pfeil M), d. h. am medialen Fingerglied des Fingers 15 oder Daumens 14 positioniert sein, oder proximal (Pfeil P), d. h. am proximalen Fingerglied des Fingers 15 oder Daumens 14 positioniert sein. Jede der Sehnen 20 endet an einem speziellen Fingergliedring 26, etwa den distalen (Pfeil D) Fingergliedringen 26, wie in 1 gezeigt ist, oder alternativ an einem medialen (Pfeil M) Fingergliedring 26.
  • Das beispielhafte in 1 gezeigte TDS 16 kann mit einem Ende einer entsprechenden der Sehnen 20 verbunden sein. Jede Sehne 20 ist in einer zugehörigen Leitung 30 angeordnet und frei darin beweglich. Die Leitung 30 kann in der Kompressionsrichtung im Wesentlichen starr sein und in andere Richtungen flexibel sein, z. B. eine Edelstahlspule. Ein Leitungsanker 62, etwa ein Hartplastikteil, kann am Handschuh 12 befestigt sein und verwendet werden, um eine Bewegung der Leitungen 30 unter Spannung zu den Fingern 15 hin zu verhindern. Zum Beispiel kann der Leitungsanker 62 kreisförmige Kanäle (nicht gezeigt) definieren, in denen die Leitungen 30 aufgenommen sind, wobei sich die Sehnen 20 vom Leitungsanker 62 aus zu den Fingern 15 hin erstrecken.
  • Die Sehnen 20 von 1 können durch einen optionalen Sehnenkonzentrator 21 hindurch verlaufen, wie in 1 schematisch gezeigt ist. Der Sehnenkonzentrator 21 kann an oder in der Nähe der Basis der Handfläche oder an einem Handgelenksbereich des Bedieners angeordnet sein. Wie gestrichelt gezeigt ist, können mehrere Aktoranordnungen 32, z. B. motorgetriebene Kugelumlaufspindelvorrichtungen oder lineare Aktoren, an denen die Sehnen 20 befestigt sind, in einer Reihe im TDS 16 ausgestaltet sein. Jede Aktoranordnung 32 wirkt auf eine zugehörige Sehne 20 ein. Wenn nur ein TDS 16 verwendet wird, kann der Sehnenkonzentrator 21 verwendet werden, um die Sehnen 20, die von einem Daumen 14 und jedem Finger 15 wegführen, mit einer einzigen Aktorsehne zu verbinden, d. h. der Sehne 20, die in 1 mit Hilfe von durchgezogenen Linien gezeigt ist. In diesem Fall stellt der Sehnenkonzentrator 21 einen Bereich zur Verbindung der mehreren Sehnen 20 mit einer einzigen Sehne 20 bereit.
  • Immer noch mit Bezug auf 1 kann jede Aktoranordnung 32 des TDS 16 gemäß einer speziellen Ausführungsform einen zugehörigen Servomotor 34 und eine zugehörige Antriebsanordnung 36 umfassen, gemäß einer Ausführungsform beispielsweise eine Vorrichtung vom Kugelumlaufspindeltyp. Es sind andere Ausführungsformen möglich, etwa lineare Aktoren, motorgetriebene Steuerkolben usw. Eine Steuerung des Betriebs des TDS 16 wird über den Controller 38 bereitgestellt.
  • Der Controller 28 kann jegliche benötigte Leistung aus einer Energieversorgung 40 entnehmen. Die Energieversorgung 40 kann Teil der Manschette 18 sein oder sie kann eine größere Einheit sein, die in 1 als eine Energieversorgung 140 dargestellt ist, die außerhalb der Manschette 12 getragen wird, etwa an einem optionalen Gürtelpaket 39, wie gestrichelt gezeigt ist. Die Energieversorgung 40 kann als ein Batteriepaket, beispielsweise eine oder mehrere Lithium-Ionen-Zellen oder eine beliebige andere Energiespeichervorrichtung, die relativ leicht ist oder eine geringe Masse aufweist, ausgestaltet sein.
  • Eine Anwenderschnittstelle 42 in Kommunikation mit dem Controller 38 kann mit der Manschette 18 verbunden sein oder die Anwenderschnittstelle 42 kann ein Bestandteil des Controllers 38 sein. Die Anwenderschnittstelle 42 kann verwendet werden, um die Auswahl eines gewünschten Betriebsmodus zu ermöglichen, und sie kann daher als ein für einen Bediener zugängliches Bedienelementefeld, ein berührungsempfindliches Feld oder ein berührungsempfindlicher Bildschirm ausgestaltet sein, die es einem Bediener ermöglicht, sich mit dem Controller 38 zu verbinden. Der Controller 38 von 1 verarbeitet den Satz von Kraftrückmeldungssignalen (Pfeil 24). Ein von einem Computer ausführbarer Code 100 kann in einem konkreten nicht vorübergehenden Speicher 43 des Controllers 38 aufgezeichnet sein und ausgeführt werden, um dadurch eine optimale verstärkende Zugkraft (Pfeil 22) in Ansprechen auf die Werte, die über die Rückmeldungssignale (Pfeil 24) und den vom Anwender gewählten Betriebsmodus weitergeleitet wurden, zu berechnen und auszuwählen, sowie um andere Steuerungsaktionen bereitzustellen, wie nachstehend mit Bezug auf 3 offengelegt ist. Diese verstärkende Zugkraft (Pfeil 22) wird dann unter Verwendung der Antriebsanordnung 36 auf einige oder alle Sehnen 20 aufgebracht, um das Greifen eines Bedieners, der die Greifhilfevorrichtung 10 trägt, zu unterstützen.
  • Der Controller 38 von 1 kann eine oder mehrere integrierte Schaltungen umfassen, die durch verschiedene elektronische Vorrichtungen erweitert sein können, etwa Spannungsregler, Kondensatoren, Treiber, Schwingquarze, Kommunikationskanäle usw. Bei einer Ausführungsform kann der Controller 38 ein Mikrocontroller sein, der begrenzte Leistung und den Speicher 43, z. B. einen Festwertspeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und/oder einen elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), und beliebige benötigte Eingabe/Ausgabe-Schaltungsvorrichtungen (I/O) sowie Signalaufbereitungs- und Pufferelektronik verwendet. Ein Prozessor wird verwendet, um die notwendige Verarbeitungsleistung bereitzustellen. Einzelne Steuerungsalgorithmen, die im Controller 38 vorhanden sind oder für diesen leicht zugänglich sind, können beispielsweise im ROM gespeichert sein und auf einer oder mehreren verschiedenen Steuerungsebenen automatisch ausgeführt werden, um die jeweilige Steuerungsfunktionalität bereitzustellen.
  • Mit Bezug auf 2 umfasst eine beispielhafte Außenskelettanordnung 58 ein Paar benachbarter Fingergliedringe 26 und das auch in 1 gezeigte Außenskelett 37. Das Außenskelett 37 kann starre Verbindungselemente 47 umfassen, z. B. Metall- oder Kunststoffstäbe, die alle an einer Außenoberfläche 41 der Fingergliedringe 26 verschweißt, genietet oder anderweitig befestigt sind. Die Verbindungselemente 47 an einer gemeinsamen Seite der Fingergliedringe 26 können über ein entsprechendes Gelenk 45 verbunden sein, so dass sich die Verbindungselemente 47 mit Bezug auf das Gelenk 45 frei drehen können, wenn ein Bediener, der den Handschuh 12 trägt, einen Finger, z. B. einen Finger 15 des Handschuhs 12 biegt.
  • Die Gelenke 45 können die Fingergelenke des Bedieners flankieren. Jede Sehne 20 von 1 kann mit einem entsprechenden der Fingergliedringe 26 verbunden und durch einen weiteren Fingergliedring 26, z. B. den medialen (Pfeil M) oder proximalen (Pfeil P) Ring 26 hindurch, zurück zu der Handfläche des Handschuhs 12, z. B. zum Anker 162 von 3, und/oder zu einem Leitungsanker 62 verlegt sein. Der Leitungsanker 62 von 1 kann positioniert sein, um die eine oder die mehreren Leitungen 30, die in der gleichen Figur gezeigt sind, aufzunehmen und er kann am Handschuh 12 sicher befestigt sein, um eine ungewünschte axiale Bewegung der einen oder mehreren Leitungen 30 zu verhindern. Wenn der Leitungsanker 62 und die Sehnen 20 zur Grifflöseunterstützung verwendet werden, sind sie auf der Rückseite des Handschuhs 12 positioniert, wie in der Technik verstanden wird. Die Verwendung des Außenskeletts 37 von 2 auf diese Weise kann dazu beitragen, einen Teil der Zugkraft (Pfeil 22 von 1) abzuladen, die andernfalls direkt auf die Finger/den Daumen des Bedieners einwirken würde, wenn keine Verwendung der Außenskelettanordnung 58 vorhanden wäre.
  • Mit Bezug auf 3 ist die Hand eines Bedieners gezeigt, der den Handschuh 12 trägt und die ein Beispielobjekt 50 ergreift. Bei einer Ausführungsform können mehrere Außenskelette 37 zwischen drei benachbarten Fingergliedringen 26 an einem Finger verbunden sein, z. B. einem Finger 15 oder einem Daumen 14 des Handschuhs 12. Ein weiteres Verbindungselement 47 kann sich vom proximalen Fingerglied zu dem Anker 162 erstrecken, um Kraft von dem bzw. den Fingern auf den Anker 162 oder auf eine andere geeignete Lasttragestruktur des Handschuhs 12 abzuladen. Bei einer derartigen Ausführungsform kann ein weiteres Gelenk 45 oder eine andere geeignete Struktur, etwa eine Nut und ein Stift, verwendet werden, um das Verbindungselement 47 mit dem Anker 162 zu verbinden.
  • Indem Sehnen 20 betätigt werden, die zu sowohl dem Beugemuskel als auch dem Streckmuskel eines Fingers gleichzeitig verlegt sind, wie schematisch in 3 gezeigt ist, kann die Greifhilfevorrichtung 10 optional dazu dienen, den Finger steif oder starr zu machen. Obwohl es zur Klarheit der Darstellung weggelassen ist, erstrecken sich die Sehnen 20 jeweils zu einer zugehörigen Aktoranordnung 32 (siehe 1), wie vorstehend erläutert ist. Ein derartiger Ansatz kann bei Aufgaben nützlich sein, die das Drücken eines Objekts mit der Spitze eines Fingers 15 beinhalten, z. B. die Betätigung eines Drucktasters. Das heißt, dass mehrere Sehnen 20 mit einem einzigen Finger 15 verbunden sein können, um den Finger 15 zu versteifen, wenn die mehreren Sehnen 20 durch die Aktoranordnungen 32 betätigt werden.
  • Mit Bezug auf 4 kann das Außenskelett 37 von 2 alternativ als ein Außenskelett 137 ausgeführt sein, das Bereichsbegrenzungsmerkmale 52 aufweist. Zur Klarheit sind die Sehnen 20 von 3 weggelassen, sind aber vorhanden und erstrecken sich zu den Aktoranordnungen 32 hin, wie in 1 gezeigt ist. Anstelle einer geraden Verbindung zwischen Verbindungselementen 47 und dem Gelenk 45 können benachbarte Verbindungselemente 47 stattdessen ein V-förmiges Profil ausbilden. Wenn der Bediener daher einen Finger streckt, blockiert sich jedes Bereichsbegrenzungsmerkmal 52 selbst, um eine Überdehnung des Fingers des Bedieners zu verhindern. Eine derartige Ausführungsform kann beispielsweise bei bestimmten Manövern, bei denen ein Bediener einen Finger relativ steif halten und einen Taster wiederholt drücken muss, besonders nützlich sein.
  • Mit Bezug auf 5 kann bei einer alternativen oder komplementären Ausführungsform ein anderes Außenskelett 237 verwendet werden, um den Finger eines Bedieners passiv einzuschränken. Das Außenskelett 237 kann in das Material des Fingers 15 oder eines Daumens 14 des Handschuhs 12 eingenäht sein und verwendet werden, um eine Bewegung des Fingers oder Daumens des Bedieners zu begrenzen/eine Überdehnung zu verhindern. Anders als die Ausführungsformen von 24 wird die Ausführungsform von 5 nicht von Sehnen betätigt, sondern kann in Verbindung mit den Außenskeletten 37 und 137, die vorstehend beschrieben sind, für zusätzlichen Nutzen verwendet werden.
  • Wie bei der Ausführungsform von 4 kann das Außenskelett 237 von 5 Bereichsbegrenzungsmerkmale 152 enthalten, die sich selbst blockieren, um eine Überdehnung der Finger des Bedieners zu verhindern. Bei einer speziellen Ausführungsform können die Bereichsbegrenzungsmerkmale 152 des Außenskeletts 237 aufgebaut sein, indem ein einzelnes Materialstück, z. B. ein Schichtkunststoff, eingeritzt wird, um Nuten 60 zwischen benachbarten Segmenten 49 auszubilden. Wenn Schichtkunststoff verwendet wird, kann eine Oberfläche 51 übrigbleiben, die flexibel und nicht eingeritzt ist. Es können andere Ansätze verwendet werden, um das Außenskelett 237 auszubilden.
  • Die Nuten 60 des Außenskeletts 237 stellen ein weiteres Bereichsbegrenzungsmerkmal bereit. Das Aneinanderstoßen benachbarter Segmente 49, wenn der Finger 15 des Handschuhs 12 vollständig gestreckt ist, kann somit eine Überdehnung des Fingers des Bedieners verhindern. Die Materialien und die Dicke des Außenskeletts sowie die Tiefe/die Breite/der Querschnitt der Nuten 60 kann ausgestaltet sein, um das benötigte Niveau des Widerstands gegen Überdehnung bereitzustellen.
  • Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis im Umfang der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims (10)

  1. Greifhilfesystem, umfassend: einen Handschuh mit: einem Finger, wobei der Finger entweder ein Finger oder ein Daumen ist; einem Kraftsensor, der am Handschuh positioniert und ausgestaltet ist, um eine Greifkraft zu messen, die von einem Bediener, der den Handschuh trägt, auf ein Objekt aufgebracht wird; mehreren Fingergliedringen, die am Finger positioniert sind; einer flexiblen Sehne, die an einem Ende mit einem der Fingergliedringe verbunden ist und durch die verbleibenden Fingergliedringe hindurch verlegt ist; und einem mit den Fingergliedringen verbundenen Außenskelett, wobei das Außenskelett mehrere angelenkte Verbindungselemente umfasst, die jeweils mit einem entsprechenden der Fingergliedringe verbunden sind; eine Aktoranordnung, die mit einem anderen Ende der Sehne verbunden ist; und einen Controller in Verbindung mit dem Kraftsensor, wobei der Controller ausgestaltet ist, um eine Zugkraft in Ansprechen auf die gemessene Greifkraft zu berechnen und um die Zugkraft von der Aktoranordnung zu befehlen, um an der Sehne zu ziehen und dadurch den Finger zu bewegen; wobei das Außenskelett einen Teil der Zugkraft vom Finger des Bedieners auf den Handschuh ablädt.
  2. System nach Anspruch 1, wobei das Außenskelett ein Bereichsbegrenzungsmerkmal umfasst, das eine Überdehnung des Fingers des Bedieners verhindert.
  3. System nach Anspruch 1, wobei das Bereichsbegrenzungsmerkmal ein V-förmiges Profil ist, das durch benachbarte Verbindungselemente in der Nähe des Gelenks definiert ist.
  4. System nach Anspruch 1, das ferner ein zusätzliches Außenskelett umfasst, das durch ein einziges Stück eines mit Nuten versehenen Materials definiert ist, wobei jede der Nuten des mit Nuten versehenen Materials benachbarte Segmente des zusätzlichen Außenskeletts definiert.
  5. System nach Anspruch 1, das ferner einen Anker umfasst, der am Handschuh positioniert ist, wobei sich das Außenskelett zwischen dem Anker und einem der Fingergliedringe erstreckt, der mit Bezug auf eine Handfläche des Handschuhs proximal ist.
  6. Greifhilfesystem, umfassend: einen Handschuh mit: einem Finger, wobei der Finger entweder ein Finger oder ein Daumen ist; einem Kraftsensor, der am Handschuh positioniert und ausgestaltet ist, um eine Greifkraft zu messen, die von einem Bediener, der den Handschuh trägt, auf ein Objekt aufgebracht wird; mehreren Fingergliedringen, die am Finger positioniert sind; einer flexiblen Sehne, die an einem Ende mit einem der Fingergliedringe verbunden ist und durch die verbleibenden Fingergliedringe hindurch verlegt ist; und einem Außenskelett, das am Finger positioniert ist, wobei das Außenskelett ein einziges Stück eines mit Nuten versehenen Materials ist, wobei die Nuten des mit Nuten versehenen Materials benachbarte Segmente definieren, die ein Bereichsbegrenzungsmerkmal für den Finger bereitstellen, das eine Überdehnung des Fingers eines Bedieners, der in dem Finger positioniert ist, verhindert; eine Aktoranordnung, die mit einem anderen Ende der Sehne verbunden ist; und einen Controller in Verbindung mit dem Kraftsensor, wobei der Controller ausgestaltet ist, um eine Zugkraft in Ansprechen auf die gemessene Greifkraft zu berechnen, und um die Zugkraft von der Aktoranordnung zu befehlen, um an der Sehne zu ziehen und dadurch den Finger zu bewegen.
  7. System nach Anspruch 6, das ferner ein zusätzliches Außenskelett umfasst, das mit den Fingergliedringen verbunden ist, wobei das zusätzliche Außenskelett mehrere angelenkte Verbindungselemente umfasst, die jeweils mit einem entsprechenden der Fingergliedringe verbunden sind, um dadurch einen Teil der Zugkraft vom Finger des Bedieners auf den Handschuh abzuladen.
  8. System nach Anspruch 7, wobei die mehreren Fingergliedringe zwei Fingergliedringe an jedem von vier Fingern des Handschuhs umfassen und wobei jedes der angelenkten Verbindungselemente mit den zwei Fingergliedringen an einem entsprechenden der vier Finger verbunden ist.
  9. System nach Anspruch 7, wobei das zusätzliche Außenskelett ein Bereichsbegrenzungsmerkmal mit einem V-förmigen Profil umfasst, das durch benachbarte Verbindungselemente in der Nähe des Gelenks zwischen den benachbarten Verbindungselementen definiert ist.
  10. System nach Anspruch 6, wobei die Sehne mehrere Sehnen umfasst, die jeweils mit dem Finger verbunden sind, um dadurch den Finger zu versteifen, wenn die Sehne durch die Aktoranordnung unter Spannung gesetzt wird.
DE102013202745.1A 2012-02-29 2013-02-20 Greifhilfevorrichtung mit Aussenskelett für Menschen Active DE102013202745B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/408,656 US8849453B2 (en) 2012-02-29 2012-02-29 Human grasp assist device with exoskeleton
US13/408,656 2012-02-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102013202745A1 true DE102013202745A1 (de) 2013-08-29
DE102013202745B4 DE102013202745B4 (de) 2018-08-30

Family

ID=48950989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013202745.1A Active DE102013202745B4 (de) 2012-02-29 2013-02-20 Greifhilfevorrichtung mit Aussenskelett für Menschen

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8849453B2 (de)
JP (1) JP5567646B2 (de)
DE (1) DE102013202745B4 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202015102499U1 (de) * 2015-05-15 2016-08-17 Abs Safety Gmbh Absturzsicherung
DE102017007794A1 (de) * 2017-08-19 2019-02-21 Stefan Schultz Energieversorgung für eine Prothese

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2904365C (en) * 2013-03-15 2017-11-28 Sri International Exosuit system
US9273928B1 (en) * 2013-09-13 2016-03-01 Steven K. Uhlmann Device for cyclically operating a firearm trigger
JP5991782B2 (ja) * 2013-11-19 2016-09-14 学校法人千葉工業大学 アシスト装置
JP6432140B2 (ja) * 2014-03-19 2018-12-05 セイコーエプソン株式会社 指関節駆動装置
US9562818B1 (en) * 2014-04-02 2017-02-07 Perfect Touch Technologies, LLC Manipulation device with force read-out
US9562817B2 (en) * 2014-04-02 2017-02-07 Perfect Touch Technologies, LLC Manipulation device with force read-out
KR101628311B1 (ko) * 2014-04-21 2016-06-08 한국기술교육대학교 산학협력단 외골격형 글로브
CN105267007B (zh) 2014-05-29 2019-03-08 精工爱普生株式会社 驱动装置以及其驱动方法
US10905181B2 (en) 2014-06-19 2021-02-02 Robert Sydney Rabbeth, JR. Glove preventing hyper-extended or jammed fingers
US9931235B2 (en) 2014-12-12 2018-04-03 Harris Corporation Passive locking hand exoskeleton
CN104382675B (zh) * 2014-12-17 2016-08-24 徐贵升 基于快速成型的自身动力驱动假肢及其制造方法
CN104626198B (zh) * 2014-12-24 2020-01-24 重庆花金王科技开发有限公司 传动组件以及安装有该传动组件的仿人机械手
US9878452B2 (en) * 2015-06-15 2018-01-30 GM Global Technology Operations LLC Grasp assist device with automatic mode control logic
US9750290B2 (en) * 2015-09-16 2017-09-05 The Regents Of The University Of California Passive mechanical exoskeleton to reduce hand fatigue
US20190060099A1 (en) * 2015-10-09 2019-02-28 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Wearable and functional hand orthotic
US10137362B2 (en) 2016-05-04 2018-11-27 Thomas F Buchanan, IV Exo-tendon motion capture glove device with haptic grip response
NL2017228B1 (en) 2016-07-25 2018-01-31 Univ Delft Tech Exoskeleton glove
US11246786B2 (en) 2016-12-22 2022-02-15 Rehab-Robotcs Company Ltd. Power assistive device for hand rehabilitation and a method of using the same
US20200108510A1 (en) * 2017-05-17 2020-04-09 Furrion Exo Bionics Inc. Control System For and Method of Operating Joints
WO2019010520A1 (en) * 2017-07-11 2019-01-17 Ansell Limited HAND IMPROVEMENT GLOVE
US10845876B2 (en) 2017-09-27 2020-11-24 Contact Control Interfaces, LLC Hand interface device utilizing haptic force gradient generation via the alignment of fingertip haptic units
AU2018364613A1 (en) 2017-11-07 2020-05-28 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Hand exoskeleton device
US11036293B2 (en) * 2017-12-07 2021-06-15 Flex Ltd. Method for using fingers to interact with a smart glove worn on a hand
CN108646916B (zh) * 2018-05-03 2024-01-30 广东省智能制造研究所 用于虚拟现实的反馈手套
NL2020941B1 (en) * 2018-05-16 2019-11-25 Univ Delft Tech Exoskeleton glove
SE544058C2 (en) * 2018-05-25 2021-11-23 Bioservo Tech Aktiebolag Method and system for measuring ergonomic load, using a wearable force-assisting equipment
EP3821322A1 (de) 2018-07-10 2021-05-19 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Haptische vorrichtung auf der basis einer elektrostatischen bremse
US10449677B1 (en) * 2019-03-12 2019-10-22 United Arab Emirates University Robotic gripping assist
CN110315887A (zh) * 2019-08-16 2019-10-11 常州机电职业技术学院 一种辅助肌无力患者的握笔装置
EP4041138A1 (de) 2019-10-11 2022-08-17 Neurolutions, Inc. Orthesensysteme und rehabilitation beeinträchtigter körperteile
CN111015631B (zh) * 2019-12-24 2022-11-11 上海理工大学 一种基于有限状态机的柔性外骨骼手辅助抓握训练控制方法
US11807121B2 (en) 2021-01-22 2023-11-07 GM Global Technology Operations LLC Power distribution system including remotely controllable power receptacle and an electric vehicle mobile charger having an actuatable power connection mechanism
CN116135479A (zh) 2021-11-17 2023-05-19 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于自动和/或协同紧固操作的六自由度和三自由度机器人系统
CN116135478A (zh) 2021-11-17 2023-05-19 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于自动和/或协作平面紧固操作的三自由度机器人系统
SE2250585A1 (en) * 2022-05-16 2023-11-17 Bioservo Tech Ab A strengthening glove, a control system, and methods for dynamically controlling the sensitivity of a strengthening glove

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0448180Y2 (de) * 1989-03-29 1992-11-13
US5117700A (en) 1991-02-25 1992-06-02 Ross-Hime Designs, Incorporated Miniature linear actuator
IT1264718B1 (it) * 1993-10-08 1996-10-04 Scuola Superiore Di Studi Universitari E Di Perfezionamento Sant Anna Dispositivo atto a fornire una retroazione di forza ad un'unita' fisiologica, da utilizzarsi in particolare come interfaccia avanzata
US5516249A (en) * 1994-05-10 1996-05-14 Technical Research Associates, Inc. Exoskeleton with kinesthetic feedback and robotic control
WO1997002520A1 (en) 1995-06-30 1997-01-23 Ross-Hime Designs, Inc. Robotic manipulator
WO1997009153A1 (en) 1995-09-08 1997-03-13 Ross-Hime Designs, Inc. Robotic manipulator
US6042555A (en) * 1997-05-12 2000-03-28 Virtual Technologies, Inc. Force-feedback interface device for the hand
JPH11253504A (ja) 1998-03-12 1999-09-21 Sanyo Electric Co Ltd 上肢動作補助装置
JP2002320632A (ja) 2001-04-25 2002-11-05 Fukuichiro Iguchi シャフトを用いた蝶番関節と、低摩擦素材管を腱鞘として利用した人工指
AU2002353941A1 (en) 2001-10-31 2003-05-12 Ross-Hime Designs, Incoporated Robotic manipulator
US6715218B2 (en) 2002-02-12 2004-04-06 Adidas International B.V. Unidirectional support device
DE10350448B4 (de) 2003-10-30 2006-11-09 Adidas International Marketing B.V. Verstärkungselement
ES2652026T3 (es) * 2006-09-01 2018-01-31 Bioservo Technologies Ab Guante de refuerzo
JP5284004B2 (ja) 2008-08-20 2013-09-11 芝浦メカトロニクス株式会社 基板の処理装置
US7784363B2 (en) 2008-09-30 2010-08-31 Gm Global Technology Operations, Inc. Phalange tactile load cell
US8056423B2 (en) 2008-11-12 2011-11-15 GM Global Technology Operations LLC Sensing the tendon tension through the conduit reaction forces
US8060250B2 (en) 2008-12-15 2011-11-15 GM Global Technology Operations LLC Joint-space impedance control for tendon-driven manipulators
US8364314B2 (en) 2009-04-30 2013-01-29 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for automatic control of a humanoid robot
US8255079B2 (en) * 2009-09-22 2012-08-28 GM Global Technology Operations LLC Human grasp assist device and method of use
US8467903B2 (en) 2009-09-22 2013-06-18 GM Global Technology Operations LLC Tendon driven finger actuation system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202015102499U1 (de) * 2015-05-15 2016-08-17 Abs Safety Gmbh Absturzsicherung
DE102016108566B4 (de) 2015-05-15 2022-03-17 Abs Safety Gmbh Absturzsicherung
DE102017007794A1 (de) * 2017-08-19 2019-02-21 Stefan Schultz Energieversorgung für eine Prothese
DE102017007794B4 (de) * 2017-08-19 2020-03-12 Stefan Schultz Energieversorgung für eine Prothese

Also Published As

Publication number Publication date
US8849453B2 (en) 2014-09-30
JP2013181271A (ja) 2013-09-12
US20130219585A1 (en) 2013-08-29
JP5567646B2 (ja) 2014-08-06
DE102013202745B4 (de) 2018-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013202745B4 (de) Greifhilfevorrichtung mit Aussenskelett für Menschen
DE102013202749B4 (de) Steuerung einer auf einem Handschuh beruhenden Greifhilfevorrichtung
DE102013202760B4 (de) Als handschuh getragene greifhilfevorrichtung zum unterstützen eines bedieners bei manuellen tätigkeiten
DE102010045342B4 (de) Greifhilfeeinrichtung zur verstärkung einer greifkraft sowie verfahren zum betreiben einer greifhilfeeinrichtung
DE102010018746B4 (de) Momentensteuerung von unteraktuierten sehnengetriebenen Roboterfingern
DE102018107069B4 (de) Robotersystem
EP1986826B1 (de) Roboterarm
EP3071373B1 (de) Roboterarm
DE60221661T2 (de) Greifvorrichtung
WO2014195373A1 (de) Körpergetragene hebehilfe
WO2017157941A1 (de) Exoskelett für einen menschen
DE60201433T2 (de) Steuerhebel in zwei hälften für schwere maschinen
DE102012001386B4 (de) System und Verfahren zum Spannen einer durch einen Roboter betätigten Sehne
DE102005010380B4 (de) Greifwerkzeug mit selbstadaptiver Kinematik
DE102008027008A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Manipulators
DE102016123153A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur muskelkraftunterstützung
DE102010052430B4 (de) Interaktives Mensch-Roboter-System mit einem Steueralgorithmus zur Schätzung der menschlichen Steifigkeit
DE102012214599B4 (de) Betätigung mit geringem Hub für einen seriellen Roboter
DE102017124356B3 (de) Robotersystem, Vorrichtung und Verfahren zur Applikation einer Prozesskraft auf ein Objekt
DE102011016113A1 (de) Method and Apperatus for calibrating multi-axis load cells in a dexterous robot
DE102012110211A1 (de) Vorrichtung zum Durchführen eines Bewegungsablaufs
AT509975B1 (de) Mobile, tragbare handorthese
EP3870116B1 (de) Orthopädietechnisches gelenk und orthopädietechnische einrichtung
DE202012000590U1 (de) Handgerät zum trennen der Beutelflächen von Kunststoffbeutel
DE3231228A1 (de) Geraet zum aufbau menschlicher muskeln

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final