DE102020116536A1 - Prosthetic device with a prosthetic hand and method for operating a prosthetic device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Protheseneinrichtung (10) mit einer Prothesenhand (20) mit einem Grundkörper (21) und zumindest einem beweglich daran gelagerten, motorisch verstellbaren Finger (22), mit zumindest einem der Prothesenhand (20) zugeordneten Prothesenhandsensor (25), wobei der Prothesenhandsensor (25) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Beschleunigungssensoren, gyroskopische Sensoren, IMU, Drucksensoren, Magnetometer, optische Sensoren, Infrarotsensoren und/oder eine Kombination davon umfasst, sowie zumindest einem Biosignalsensor (35) zur Erfassung von zumindest einem Biosignal, wobei die Sensoren (25, 35) mit einer Steuerungseinrichtung (30) gekoppelt sind, wobei die Protheseneinrichtung (10) zumindest eine Schnittstelle (40) zu einer Maschine (50) aufweist und in der Steuerungseinrichtung (30) unterschiedliche Betriebsmodi (60) abgelegt sind, die über Signale der Sensoren (25, 35) auswählbar sind, wobei in zumindest einem Betriebsmodus (60) die Protheseneinrichtung (10) als Eingabegerät für die Maschine (50) agiert.The invention relates to a prosthetic device (10) with a prosthetic hand (20) with a base body (21) and at least one motor-adjustable finger (22) movably mounted thereon, with at least one prosthetic hand sensor (25) assigned to the prosthetic hand (20), wherein the Prosthetic hand sensor (25) is selected from a group comprising acceleration sensors, gyroscopic sensors, IMU, pressure sensors, magnetometers, optical sensors, infrared sensors and / or a combination thereof, as well as at least one biosignal sensor (35) for detecting at least one biosignal, the Sensors (25, 35) are coupled to a control device (30), the prosthesis device (10) having at least one interface (40) to a machine (50) and different operating modes (60) being stored in the control device (30) can be selected via signals from the sensors (25, 35), with the prosthesis device (10) al s input device for the machine (50) is acting.

Description

Die Erfindung betrifft eine Protheseneinrichtung mit einer Prothesenhand mit einem Grundkörper und zumindest einem beweglich daran gelagerten, motorisch verstellbaren Finger, mit zumindest einem der Prothesenhand zugeordneten Prothesenhandsensor, wobei der Prothesenhandsensor aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Beschleunigungssensoren, gyroskopische Sensoren, IMU, Drucksensoren, Magnetometer und/oder eine Kombination davon umfasst, sowie zumindest einem Muskelsignalsensor zur Erfassung von zumindest einem Biosignal, wobei die Sensoren mit einer Steuerungseinrichtung gekoppelt sind. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Protheseneinrichtung.The invention relates to a prosthetic device with a prosthetic hand with a base body and at least one motor-adjustable finger movably mounted thereon, with at least one prosthetic hand sensor assigned to the prosthetic hand, the prosthetic hand sensor being selected from a group consisting of acceleration sensors, gyroscopic sensors, IMU, pressure sensors, magnetometers and / or a combination thereof, as well as at least one muscle signal sensor for detecting at least one biosignal, wherein the sensors are coupled to a control device. The invention also relates to a method for operating such a prosthetic device.

Protheseneinrichtungen ersetzen nicht vorhandene oder nicht mehr vorhandene Gliedmaßen oder Gliedmaßenteile und sollen nach Möglichkeit die Funktion der nicht vorhandenen Gliedmaße zumindest teilweise ersetzen. Neben rein mechanisch aufgebauten Protheseneinrichtungen existieren mechatronische Protheseneinrichtungen, bei denen auf der Grundlage von Sensorwerten Aktuatoren aktiviert und/oder deaktiviert werden oder motorische Antriebe aktiviert und/oder deaktiviert werden. Bei Protheseneinrichtungen der unteren Extremität werden beispielsweise auf Grundlage von Zustands- oder Lageinformationen und/oder Bewegungsinformationen, die über Sensoren ermittelt werden, Ventile verstellt, um hydraulische Widerstände zu verändern, oder Magnetfelder verändert, um magnetorheologische Effekte zu erzielen oder Kraftspeicher freigegeben, um Bewegungen zu unterstützen oder abzubremsen. Aktive Prothesen verfügen über einen Energiespeicher und Elektromotoren, die auf der Grundlage von Sensordaten aktiviert und/oder deaktiviert werden, um so eine Verlagerung von Prothesenkomponenten zueinander zu bewirken oder zu unterbinden.Prosthetic devices replace limbs or limb parts that are no longer present or no longer present and, if possible, should at least partially replace the function of the limb that is not present. In addition to purely mechanically constructed prosthesis devices, there are mechatronic prosthesis devices in which actuators are activated and / or deactivated or motor drives are activated and / or deactivated on the basis of sensor values. In prosthetic devices of the lower extremity, for example, on the basis of status or position information and / or movement information that is determined by sensors, valves are adjusted to change hydraulic resistances, or magnetic fields are changed to achieve magnetorheological effects or energy storage devices are released to induce movements support or slow down. Active prostheses have an energy store and electric motors that are activated and / or deactivated on the basis of sensor data in order to effect or prevent displacement of prosthesis components in relation to one another.

Bei Protheseneinrichtungen der oberen Extremitäten sind unterschiedliche Arten von Prothesenhänden oder Greifeinrichtungen bekannt. Rein mechanische Greifer werden über mechanische Zugmittel aktiviert und deaktiviert. Darüber hinaus gibt es Prothesenhände, die auf der Basis myoelektrischer Impulse unterschiedliche Greifbewegungen ausführen können. Dazu sind die Prothesenhände mit zumindest einem, in der Regel mehreren beweglich an einem Chassis gelagerten Finger versehen und mit zumindest einem motorischen Antrieb gekoppelt. Wird ein myoelektrisches Signal über Elektroden erfasst, beispielsweise aufgrund einer Kokontraktion antagonistischer Muskeln, wird in einer Steuerungseinrichtung ein Aktivierungssignal für einen Motor erzeugt, der bis zu einem Maximalanschlag, bis zum Wegfall des Signals oder bis zur Unterbrechung durch ein anderes myoelektrisches Signal eine entsprechende Verlagerung des Prothesenfingers bewirkt. Ein solches Signal kann beispielsweise auch in einer Fingerbewegung der Prothesenhand resultieren, um ein Bestätigungssignal per Computermaus zu erzeugen. Problematisch ist jedoch, dass die Bedienung einer Computermaus sehr komplex ist, die Bedienung der rechten Maustaste häufig Schwierigkeiten verursacht und die Flexibilität im Prothesenhandgelenk häufig nicht gegeben ist, sodass eine genaue Positionierung des Mauszeigers nicht möglich ist.In the case of prosthetic devices for the upper extremities, different types of prosthetic hands or gripping devices are known. Purely mechanical grippers are activated and deactivated using mechanical traction means. In addition, there are prosthetic hands that can perform different grasping movements on the basis of myoelectric impulses. For this purpose, the prosthetic hands are provided with at least one, usually several fingers, which are movably mounted on a chassis and are coupled to at least one motor drive. If a myoelectric signal is detected via electrodes, for example due to a cocontraction of antagonistic muscles, an activation signal for a motor is generated in a control device which, up to a maximum stop, until the signal disappears or until it is interrupted by another myoelectric signal, a corresponding displacement of the Prosthetic finger causes. Such a signal can also result, for example, in a finger movement of the prosthetic hand in order to generate a confirmation signal by means of a computer mouse. The problem, however, is that the operation of a computer mouse is very complex, the operation of the right mouse button often causes difficulties and the prosthetic wrist is often not flexible, so that the mouse pointer cannot be precisely positioned.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Protheseneinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Protheseneinrichtung mit einer Prothesenhand bereitzustellen, mit der vereinfacht eine Bedienung von Maschinen, insbesondere von Maschinen mit einer grafischen Benutzeroberfläche möglich ist.The object of the present invention is to provide a prosthesis device and a method for operating a prosthesis device with a prosthetic hand, with which the operation of machines, in particular machines with a graphical user interface, is possible in a simplified manner.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Protheseneinrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren offenbart.According to the invention, this object is achieved by a prosthesis device with the features of the main claim and a method with the features of the independent claim. Advantageous configurations and developments of the invention are disclosed in the subclaims, the description and the figures.

Die Protheseneinrichtung mit einer Prothesenhand mit einem Grundkörper und zumindest einem beweglich daran gelagerten, motorisch verstellbaren Finger, mit zumindest einem der Prothesenhand zugeordneten Prothesenhandsensor, wobei der Prothesenhandsensor aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Beschleunigungssensoren, gyroskopische Sensoren, IMU, Drucksensoren, Magnetometer und/oder eine Kombination davon umfasst, sowie zumindest einem Biosignalsensor, insbesondere Muskelsignalsensor zur Erfassung von zumindest einem Biosignal des Prothesennutzers, wobei die Sensoren mit einer Steuerungseinrichtung gekoppelt sind, wobei die Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Bewegung der Finger auf der Grundlage von Sensorsignalen eingerichtet ist, sieht vor, dass die Protheseneinrichtung zumindest eine Schnittstelle zu einer Maschine aufweist und in der Steuerungseinrichtung unterschiedliche Betriebsmodi abgelegt sind, die über Signale der Sensoren auswählbar sind, wobei in zumindest einem Betriebsmodus die Protheseneinheit als Eingabegerät für die Maschine agiert. Protheseneinrichtungen einer oberen Extremität mit einer Prothesenhand werden beispielsweise über Muskelsignalsensoren zur Erfassung von Muskelsignalen gesteuert. Diese Sensoren können implantierte Sensoren wie Nervenmanschetten oder Oberflächensensoren wie Ableitelektroden zur Erfassung myoelektrischer Signale sein. Andere Sensoren können ebenfalls eingesetzt werden, um Biosignale, Muskelaktivitäten oder andere willkürliche Veränderungen eines Muskels zu erfassen. Drucksensoren sind ebenfalls geeignet, um Muskelkontraktionen und damit einhergehende Veränderungen in der Form oder der Elastizität des Muskels oder anderer Körperfunktionen zu erfassen. Die Biosignalsensoren erfassen willkürliche Veränderungen der Körpers des Prothesennutzers, z.B. Bewegungen von Gliedmaßen, Verlagerungen, Anspannungen und deren Auswirkungen, beispielsweise auch Augenbewegungen und dergleichen mehr. Wird nachfolgend von Muskelsignalsensoren gesprochen, werden darunter alle Biosignalsensoren verstanden, mit denen willkürliche Signale des Prothesennutzers empfangen werden können. Neben den Biosignalsensoren und insbesondere Muskelsignalsensoren weisen motorisch betriebene Prothesenhände zumindest einen Prothesenhandsensor auf, um der Steuerungseinrichtung, mit der der Prothesenhandsensor gekoppelt ist, eine Rückkopplung zu geben. Der Prothesenhandsensor oder mehrere davon sind beispielsweise als Beschleunigungssensor, gyroskopischer Sensor, Inertialmesseinheit (inertial measurement unit-IMU), Drucksensor, Magnetometer und/oder eine Kombination davon ausgebildet. In der Steuerungseinrichtung, die sowohl mit den Prothesenhandsensoren als auch mit den Biosignalsensoren gekoppelt ist, sind Steuerungsprogramme und mehrere Betriebsmodi abgelegt, sodass die Protheseneinrichtung an unterschiedliche Einsatzzwecke einfach angepasst werden kann. Auf der Grundlage von Sensorsignalen, die Verlagerungssignale der Protheseneinrichtung erzeugen, wird in der Steuerungseinrichtung entschieden, ob und wie lange ein Aktuator oder Antrieb in welcher Art und Weise betrieben wird. Je nach Betriebsmodus können gleiche Sensorsignale unterschiedliche Auswirkungen und/oder Reaktionen hervorrufen. Die Betriebsmodi sind über Sensorsignale auswählbar, beispielsweise über Biosignale, Muskelsignale oder durch ein bestimmtes Signalmuster der Prothesenhandsensoren oder des Prothesenhandsensors. Wird beispielsweise eine bestimmte Bewegung, eine bestimmte Beschleunigung der Prothesenhand durch den Prothesenhandnutzer, ein bestimmter Druck an einer bestimmten Stelle über einen bestimmten Zeitraum und/oder in einer bestimmten Raumlage durch den Sensor oder die Sensoren erfasst, kann eine Umschaltung in einen anderen Betriebsmodus erfolgen. Einer der mehreren Betriebsmodi ist ein Betriebsmodus, in der die Protheseneinheit als ein Eingabegerät für eine Maschine agiert, wobei die Maschine über eine Schnittstelle mit der Protheseneinrichtung verbunden ist. Durch den Betriebsmodus mit der Protheseneinheit als Eingabegerät für die Maschine ist es möglich, die Maschine, beispielsweise einen Computer, eine Materialbearbeitungsmaschine, eine komplexe Anlage mit Eingabeelementen, ein Smartphone, ein Tablet, Einrichtungen in einem Haus oder dergleichen zu bedienen. Über die insbesondere integrierte Schnittstelle ist es möglich, ohne eine mechanische Betätigung des Prothesenfingers, der beispielsweise auch ein Hakenelement eines aufgrund von Muskelsignalen aktuierbaren Greifers sein kann, eine Maschine zu bedienen. Die Protheseneinheit dient dann als Eingabegerät für die Maschine und kann die Sensorsignale, also sowohl die Signale der Prothesenhandsensoren als auch der Bio- oder Muskelsignalsensoren, zur Erzeugung entsprechender Eingabesignale für die Maschine unmittelbar nutzen. Auch ist es möglich, dass in dem jeweiligen Betriebsmodus unterschiedliche Sensoren für die Erzeugung von Steuerungssignalen für die Maschine ausgewählt oder zugeordnet sind. Es können unterschiedliche Eingabemodi für unterschiedliche Maschinen innerhalb der Steuerungseinrichtung abgelegt sein. Beispielsweise kann ein Eingabemodus für ein Computer andere Sensorsignale zulassen als ein Eingabemodus für eine CNC-Maschine, eine Anlagesteuerung einer Arbeitsmaschine oder dergleichen.The prosthetic device with a prosthetic hand with a base body and at least one movably mounted, motor-adjustable finger, with at least one prosthetic hand sensor assigned to the prosthetic hand, the prosthetic hand sensor being selected from a group comprising acceleration sensors, gyroscopic sensors, IMU, pressure sensors, magnetometers and / or comprises a combination thereof, as well as at least one biosignal sensor, in particular muscle signal sensor for detecting at least one biosignal of the prosthesis user, wherein the sensors are coupled to a control device, wherein the control device is set up to control the movement of the fingers on the basis of sensor signals, provides that the prosthesis device has at least one interface to a machine and different operating modes are stored in the control device, which can be selected via signals from the sensors, wherein in at least one operating mode us the prosthesis unit acts as an input device for the machine. Prosthetic devices of an upper extremity with a prosthetic hand are controlled, for example, via muscle signal sensors for detecting muscle signals. These sensors can be implanted sensors such as nerve cuffs or surface sensors such as lead electrodes for recording myoelectric signals. Other sensors can also be used to record biosignals, muscle activity or other arbitrary Record changes in a muscle. Pressure sensors are also suitable for recording muscle contractions and the associated changes in the shape or elasticity of the muscle or other body functions. The biosignal sensors detect arbitrary changes in the body of the prosthesis user, for example movements of limbs, displacements, tension and their effects, for example eye movements and the like. If muscle signal sensors are referred to below, this is understood to mean all biosignal sensors with which arbitrary signals from the prosthesis user can be received. In addition to the biosignal sensors and in particular muscle signal sensors, motor-operated prosthetic hands have at least one prosthetic hand sensor in order to provide feedback to the control device to which the prosthetic hand sensor is coupled. The prosthetic hand sensor or several thereof are designed, for example, as an acceleration sensor, gyroscopic sensor, inertial measurement unit (IMU), pressure sensor, magnetometer and / or a combination thereof. Control programs and several operating modes are stored in the control device, which is coupled to both the prosthetic hand sensors and the biosignal sensors, so that the prosthetic device can be easily adapted to different purposes. On the basis of sensor signals that generate displacement signals of the prosthesis device, a decision is made in the control device as to whether and for how long an actuator or drive is operated in which way. Depending on the operating mode, the same sensor signals can cause different effects and / or reactions. The operating modes can be selected using sensor signals, for example using bio signals, muscle signals or a specific signal pattern from the prosthetic hand sensors or the prosthetic hand sensor. If, for example, a certain movement, a certain acceleration of the prosthetic hand by the prosthetic hand user, a certain pressure at a certain point over a certain period of time and / or in a certain spatial position is detected by the sensor or the sensors, a switch to another operating mode can take place. One of the plurality of operating modes is an operating mode in which the prosthetic unit acts as an input device for a machine, the machine being connected to the prosthetic device via an interface. The operating mode with the prosthesis unit as an input device for the machine makes it possible to operate the machine, for example a computer, a material processing machine, a complex system with input elements, a smartphone, a tablet, devices in a house or the like. The especially integrated interface makes it possible to operate a machine without mechanical actuation of the prosthetic finger, which can also be, for example, a hook element of a gripper that can be actuated on the basis of muscle signals. The prosthesis unit then serves as an input device for the machine and can directly use the sensor signals, i.e. both the signals from the prosthetic hand sensors and the bio or muscle signal sensors, to generate corresponding input signals for the machine. It is also possible for different sensors for the generation of control signals for the machine to be selected or assigned in the respective operating mode. Different input modes for different machines can be stored within the control device. For example, an input mode for a computer can permit different sensor signals than an input mode for a CNC machine, a system control of a work machine or the like.

Die Schnittstelle ist vorteilhafterweise als eine drahtlose Schnittstelle mit einem Sender ausgebildet, der geeignet ist, um Signale an die entsprechende Empfangseinrichtung an oder in der Maschine zu senden. Alternativ kann eine kabelgebundene Schnittstelle ausgebildet sein, sodass eine direkte mechanische Verbindung zur Übermittlung entsprechender Signale, beispielsweise elektrischer oder optischer Signale vorhanden ist. Dazu ist an der Protheseneinrichtung eine entsprechende Buchse oder eine Steckeraufnahme angeordnet.The interface is advantageously designed as a wireless interface with a transmitter which is suitable for sending signals to the corresponding receiving device on or in the machine. Alternatively, a wired interface can be formed so that there is a direct mechanical connection for the transmission of corresponding signals, for example electrical or optical signals. For this purpose, a corresponding socket or plug receptacle is arranged on the prosthesis device.

Zumindest ein Beschleunigungssensor kann mit der Steuerungseinrichtung gekoppelt sein, dessen Sensorsignale über die Zeit integriert werden, damit die Position eines Eingabemarkierers oder eines Mauszeigers relativ zu einer Startposition ermittelt wird. Alternativ zu der Ermittlung der Position des Eingabemarkierers relativ zu einer Startposition kann die Position auch absolut berechnet und ermittelt werden. Die Signale des Beschleunigungssensors werden dann der Berechnung zugrundegelegt und ggf. mit anderen Sensorsignalen verarbeitet. In der Ausgestaltung des Eingabemarkierers als Mauszeiger kann dieser auch ein Cursor einer Bedieneinheit einer Maschine oder Anlage sein, die mit den Steuerungssignalen der Protheseneinrichtung betrieben wird.At least one acceleration sensor can be coupled to the control device, the sensor signals of which are integrated over time so that the position of an input marker or a mouse pointer is determined relative to a start position. As an alternative to determining the position of the input marker relative to a start position, the position can also be calculated and determined absolutely. The signals from the acceleration sensor are then used as a basis for the calculation and, if necessary, processed with other sensor signals. In the embodiment of the input marker as a mouse pointer, it can also be a cursor of an operating unit of a machine or system that is operated with the control signals of the prosthesis device.

Zumindest eine Inertialmesseinheit oder IMU und/oder eine Kombination aus Beschleunigungssensoren, gyroskopische Sensoren und/oder Magnetometer kann mit der Steuerungseinrichtung gekoppelt sein, wobei aus den Sensorsignalen, insbesondere der IMU, die Raumorientierung der Protheseneinrichtung errechnet werden. Aus Raumlageänderungen der Protheseneinrichtung und/oder den Sensorwerten bzw. Verlagerungswerte werden Positionswerte, insbesondere Winkelwerte zur Veränderung der Position des Eingabemarkierers errechnet. Dadurch ist es möglich, durch Änderungen der Raumlage der Prothesenrichtung den Eingabemarkierer oder Mauszeiger oder eine andere Indikatoreinrichtung hinsichtlich ihrer Position zu verändern und damit gegebenenfalls Steuerungsbefehle auszulösen. Es kann eine direkte dreidimensionale Umsetzung der erfassten Raumkoordinaten eines Bezugspunktes oder eines Referenzpunktes der Protheseneinrichtung mit dem Eingabemarkierer erfolgen. Beispielsweise kann ein bestimmter Punkt einer Prothesenhand oder der Protheseneinrichtung als Referenzpunkt festgelegt werden, dessen Bewegung im Raum durch die IMU erfasst und als 3D-Information für eine virtuelle Indikatoreinrichtung umgesetzt wird.At least one inertial measuring unit or IMU and / or a combination of acceleration sensors, gyroscopic sensors and / or magnetometers can be coupled to the control device, the spatial orientation of the prosthesis device being calculated from the sensor signals, in particular the IMU. Changes in the spatial position of the prosthesis device and / or the sensor values or displacement values become position values, in particular angle values for changing the position of the input marker calculated. This makes it possible to change the position of the input marker or mouse pointer or another indicator device by changing the spatial position of the prosthesis direction and thus to trigger control commands if necessary. A direct three-dimensional conversion of the recorded spatial coordinates of a reference point or a reference point of the prosthesis device can take place with the input marker. For example, a certain point of a prosthetic hand or the prosthetic device can be defined as a reference point, the movement of which in space is recorded by the IMU and converted as 3D information for a virtual indicator device.

Insbesondere können die Sensoren zur Erfassung von Biosignalen oder Muskelsignalen zur Erfassung von Muskelkontraktionen ausgebildet sein und dafür eingerichtet sein, die Betriebsmodi umzuschalten. Da Muskelkontraktionen sehr schnell ausgeführt werden können, kann eine Betriebsmodusumschaltung sehr schnell und sehr einfach auf der Grundlage der Erfassung von Muskelkontraktionen oder auch Kokontraktionen erfolgen. Muskelkontraktionen können leicht und zuverlässig erfasst werden und sind daher gut geeignet, um als Schaltsignale zwischen unterschiedlichen Zuständen eingesetzt zu werden. Muskelkontraktionen sind weniger gut geeignet, um über die Amplitude und die Dauer von Signalen oder Signalmustern eine Veränderung in einem Zustand zu bewirken, beispielsweise eine proportionale Erhöhung der Geschwindigkeit durch eine andauernde Erhöhung der Kontraktionsintensität zu bewirken. Dies erfordert einen hohen Aufmerksamkeitsgrad und in der Regel eine aufwendige Schulung. Hingegen können Bewegungen von Protheseneinrichtungen durch die verbliebene Gliedmaße sehr präzise ausgeführt werden, sodass deren Erfassung über Sensoren besonders gut geeignet ist, um Veränderungen an dem Eingabemarkierer, dem Mauszeiger oder dergleichen auszuführen. Beispiele für unterschiedliche Betriebsmodi sind der Greifmodus, der Auswahlmodus, der Mausmodus, der Verstellmodus an einem Haushaltsgerät, der Eingabemodus an einer Fertigungsanlage und dergleichen mehr.In particular, the sensors can be designed for the detection of biosignals or muscle signals for the detection of muscle contractions and can be set up to switch the operating modes. Since muscle contractions can be carried out very quickly, an operating mode switchover can take place very quickly and very easily on the basis of the detection of muscle contractions or also cocontractions. Muscle contractions can be recorded easily and reliably and are therefore well suited to be used as switching signals between different states. Muscle contractions are less suitable for bringing about a change in a state via the amplitude and duration of signals or signal patterns, for example to bring about a proportional increase in speed by continuously increasing the contraction intensity. This requires a high level of attention and usually extensive training. On the other hand, movements of prosthetic devices can be carried out very precisely by the remaining limbs, so that their detection via sensors is particularly well suited for making changes to the input marker, the mouse pointer or the like. Examples of different operating modes are the gripping mode, the selection mode, the mouse mode, the adjustment mode on a household appliance, the input mode on a production plant and the like.

Funktionen des Eingabemarkierers oder der Maus sind daher bevorzugt Signale der Sensoren zur Erfassung von Bewegungen oder Veränderungen an der Protheseneinrichtung zugeordnet, insbesondere die Signale von Gyroskopen, IMU, Magnetometer, Drucksensoren und/oder Beschleunigungssensoren. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass alternativ oder ergänzend Funktionen des Eingabemarkierers mit Sensorsignalen von Biosignalen oder Muskeln, insbesondere von Muskelkontraktionen ausgestattet und aktivierbar sind. Beispielsweise können Bestätigungen, wie das Doppelklicken oder ein Rechtsklick an der Maus, durch ein entsprechendes Muskelkontraktionssignal oder ein Signalmuster ausgeführt werden.Functions of the input marker or the mouse are therefore preferably assigned to signals from the sensors for detecting movements or changes in the prosthesis device, in particular the signals from gyroscopes, IMU, magnetometers, pressure sensors and / or acceleration sensors. In principle, it is also possible that, as an alternative or in addition, functions of the input marker are equipped and can be activated with sensor signals from bio-signals or muscles, in particular from muscle contractions. For example, confirmations such as double-clicking or right-clicking on the mouse can be carried out by a corresponding muscle contraction signal or a signal pattern.

Die Protheseneinrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist, sieht vor, dass ein Modus zum Bewegen eines Mauszeigers auf einer grafischen Benutzeroberfläche oder ein Modus zum Bewegen eines Eingabemarkierers, ein Modus zur Veränderung einer Einstellgröße, ein Modus einer Auswahlfunktion und/oder ein Modus einer Aktivierungsfunktion einer Anwendung in der Steuerungseinrichtung hinterlegt ist bzw. sind. Ist beispielsweise der Betriebsmodus einer Computermaus vorgesehen, wird den Sensorsignalen eine entsprechende Zuordnung zum Bewegen eines Mauszeigers auf einer grafischen Benutzeroberfläche, insbesondere eines Computers, eines Tablets oder dergleichen zugeordnet. Sofern keine grafische Benutzeroberfläche vorhanden ist, kann ein Eingabemarkierer entsprechend bewegt werden, um die Maschine oder das Gerät oder die Anlage zu bedienen. Ein grafisches Interface ist also nicht notwendig. Es ebenfalls auch eine Steuerung über ein akustisches oder haptisches Feedback von der Maschine und/oder der Prothese möglich. Der Modus kann auch die Veränderung einer Einstellgröße beinhalten, beispielsweise die Veränderung einer Lautstärke, einer Geschwindigkeit, einer Durchflussgröße, eines Widerstandes oder dergleichen. Statt einen Schieberegler oder einen Drehregler zu bedienen, der ein elektrisches Signal erzeugt, werden über die Sensorsignale direkt Steuersignale zur Veränderung der jeweiligen Größe der Maschine übermittelt. Ebenso kann eine Auswahlfunktion in dem Modus hinterlegt sein oder ein Auswahlmodus als Betriebsmodus festgelegt sein, sodass eine Auswahl bestätigt oder getroffen wird. Eine Aktivierungsfunktion kann über ein Sensorsignal oder eine Kombination von Sensorsignalen in der Steuerungseinrichtung hinterlegt werden, beispielsweise um ein Tastenkürzel zu aktiveren, eine Einfügefunktion zu aktiveren, eine Bestätigung zu aktivieren oder andere Funktionen einzuschalten oder auszuschalten, wenn beispielsweise mit der nicht versorgten Hand mit einer Maus oder einem Eingabegerät gearbeitet wird. Grundsätzlich kann auch eine dreidimensionale Verstellung des Eingabemarkierers auf der Grundlage der Verlagerungssignale erfolgen, um so einfach in einem Hologramm, einem 3D-Zeichenprogramm oder einer VR-Umgebung zu agieren.The prosthesis device, as has been described above, provides that a mode for moving a mouse pointer on a graphical user interface or a mode for moving an input marker, a mode for changing a setting variable, a mode of a selection function and / or a mode of an activation function an application is or are stored in the control device. If, for example, the operating mode of a computer mouse is provided, the sensor signals are assigned a corresponding assignment for moving a mouse pointer on a graphical user interface, in particular a computer, a tablet or the like. If there is no graphical user interface, an input marker can be moved accordingly in order to operate the machine or the device or the system. A graphical interface is therefore not necessary. Control via acoustic or haptic feedback from the machine and / or the prosthesis is also possible. The mode can also include changing a setting variable, for example changing a volume, a speed, a flow variable, a resistance or the like. Instead of operating a slide control or a rotary control that generates an electrical signal, the sensor signals are used to transmit control signals directly to change the size of the machine. Likewise, a selection function can be stored in the mode or a selection mode can be defined as the operating mode, so that a selection is confirmed or made. An activation function can be stored in the control device via a sensor signal or a combination of sensor signals, for example to activate a shortcut key, to activate an insert function, to activate a confirmation or to switch other functions on or off, for example if the hand is not supplied with a mouse or an input device is being used. In principle, the input marker can also be adjusted three-dimensionally on the basis of the displacement signals in order to act easily in a hologram, a 3D drawing program or a VR environment.

Das Verfahren zum Betreiben einer Protheseneinrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist, bei der über Sensorsignale unterschiedliche Betriebsmodi ausgewählt werden, sieht vor, dass als Betriebsmodus ein Eingabemodus zum Übermitteln und Bewegen eines Eingabemarkierers für eine Maschine durch zumindest ein Sensorsignal ausgewählt wird. Innerhalb des Eingabemodus wird der Eingabemarkierer bewegt, wobei der Eingabemarkierer beispielsweise als ein Mauszeiger ausgebildet sein kann. Ebenso ist es möglich, dass der Eingabemarkierer auf einer grafischen Benutzeroberfläche angezeigt wird. Alternativ kann der Eingabemarkierer im Rahmen einer 3D-Simulierung, einem Bildschirm auf einem Hologramm oder einer ähnlichen Darstellung angezeigt werden.The method for operating a prosthesis device, as has been described above, in which different operating modes are selected via sensor signals, provides that an input mode for transmitting and moving an input marker for a machine by at least one sensor signal is selected as the operating mode. The input marker is moved within the input mode, the input marker being designed as a mouse pointer, for example can. It is also possible for the input marker to be displayed on a graphical user interface. Alternatively, the input marker can be displayed in the context of a 3D simulation, a screen on a hologram or a similar representation.

Die Auswahl des Eingabemodus kann über eine Mustererkennung eine Biosignals, einer Muskelkontraktion und/oder zumindest eine Muskelkokontraktion und/oder durch eine Erkennung eines Bewegungsmusters der Protheseneinrichtung erfolgen. Alternativ oder ergänzend können andere Prothesenhandsensorsignale zur Aktivierung des gewünschten Betriebsmodus vorgesehen sein.The input mode can be selected via a pattern recognition of a bio-signal, a muscle contraction and / or at least one muscle cocontraction and / or by recognizing a movement pattern of the prosthesis device. As an alternative or in addition, other prosthetic hand sensor signals can be provided for activating the desired operating mode.

Beschleunigungssignale der Protheseneinrichtung können der Steuerungseinrichtung übermittelt und über die Zeit integriert werden, wobei die Relativbewegung der Protheseneinrichtung auf eine Ebene projiziert wird und daraus ein Befehl für die Bewegung des Eingabemarkierers oder des Mauszeigers ermittelt wird. Alternativ oder ergänzend können aus Sensorsignalen einer IMU die Raumorientierung der Protheseneinrichtung errechnet und aus Raumlageänderungen der Protheseneinrichtung Befehle zur Veränderung der Position des Eingabemarkierers errechnet werden.Acceleration signals of the prosthesis device can be transmitted to the control device and integrated over time, the relative movement of the prosthesis device being projected onto a plane and a command for the movement of the input marker or the mouse pointer being determined therefrom. Alternatively or in addition, the spatial orientation of the prosthetic device can be calculated from sensor signals from an IMU and commands for changing the position of the input marker can be calculated from changes in the spatial position of the prosthetic device.

Über Signale der Sensoren zur Erfassung von Bio- oder Muskelsignalen, insbesondere Muskelkontraktionen, und/oder Signalen von Gyroskopen, IMU, Magnetometer, Drucksensoren und/oder Beschleunigungssensoren oder anderer Prothesenhandsensoren können Funktionen des Eingabemarkierers aktiviert werden, beispielsweise eine Bestätigungsfunktion ausgeführt werden, ein Schalter aktiviert oder deaktiviert werden oder dergleichen.Functions of the input marker can be activated via signals from the sensors for detecting bio or muscle signals, in particular muscle contractions, and / or signals from gyroscopes, IMU, magnetometers, pressure sensors and / or acceleration sensors or other prosthetic hand sensors, for example a confirmation function can be carried out, a switch activated or disabled or the like.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Eingabemodus die Antriebe der Prothesenhand gesperrt sind, sodass es nicht zu einer Überlagerung von Aktivitäten zur Steuerung des Eingabemarkierers mit Aktivitäten der Prothesenhand kommt, beispielsweise eine ungewollte Flexion des Prothesenfingers oder der Prothesenhand in dem Handgelenk, wenn nur eine Veränderung der Position des Eingabemarkierers gewünscht ist.A further development of the invention provides that the drives of the prosthetic hand are blocked in the input mode, so that activities for controlling the input marker are not overlaid with activities of the prosthetic hand, for example unwanted flexion of the prosthetic finger or the prosthetic hand in the wrist, if only a change in the position of the input marker is required.

Steuerungssignale für den Eingabemarkierer können in einer Weiterbildung nur in dem Eingabemodus über die Schnittstelle an die Maschine bzw. eine Benutzeroberfläche übermittelt werden.In one development, control signals for the input marker can only be transmitted in the input mode via the interface to the machine or a user interface.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Unterbrechungsmodus über ein Signalmuster aktiviert wird, in dem weder die Antriebe noch der Eingabemarkierer bewegt werden. Der Unterbrechungsmodus dient einerseits als Notfallsignal, um alle Aktivitäten der Protheseneinrichtung zu unterbrechen, sollte es zu Überschneidungen oder zu ungewollten Komplikationen kommen. Anderseits kann der Unterbrechungsmodus das Steuersignal für den Eingabemarkierer zurücksetzen. Soll beispielsweise der Eingabemarkierer in Gestalt eines Mauszeigers nach rechts bewegt werden, jedoch kann der Nutzer die Maus nicht weiter nach rechts bewegen, wird beispielsweise die Protheseneinrichtung angehoben, sodass sie kein Signal mehr liefert. Anschließend wird sie nach links bewegt und abgelegt, so dass nach dem Ablegen die Maus und der Mauszeiger weiter nach rechts bewegt werden können. Der Mauszeiger hat sich jedoch davor nicht nach links bewegt. Durch das Anheben wurde der Unterbrechungsmodus aktiviert und das Steuersignal unterbrochen und zurückgesetzt.A further development of the invention provides that an interruption mode is activated via a signal pattern in which neither the drives nor the input marker are moved. On the one hand, the interruption mode serves as an emergency signal in order to interrupt all activities of the prosthetic device in the event of overlaps or undesired complications. On the other hand, the interrupt mode can reset the control signal for the input marker. If, for example, the input marker in the form of a mouse pointer is to be moved to the right, but the user cannot move the mouse any further to the right, the prosthetic device, for example, is raised so that it no longer delivers a signal. Then it is moved to the left and deposited so that the mouse and the mouse pointer can be moved further to the right after it has been deposited. However, the mouse pointer did not move to the left before that. Lifting it activated the interrupt mode and interrupted and reset the control signal.

Die Sensordaten können zum Bewegen eines Mauszeigers auf einer grafischen Benutzeroberfläche, zur Veränderung einer Einstellgröße, zum Auswählen und/oder zum Aktivieren einer Anwendung außerhalb der Protheseneinrichtung verwendet werden. Neben einer Anwendung in der zunehmend automatisierten Arbeitswelt zur Bedienung komplexer Geräte über elektronische Medien kann auch insbesondere eine private Anwendung z.B. bei der Bedienung von Smart-Homes erfolgen. Privathäuser werden zunehmend mit Aktuatoren und Sensoren ausgestattet und sind über mobile Endgeräte aus der Ferne steuerbar. Jalousien können geöffnet oder geschlossen, Heizungsanlagen ein- oder ausgeschaltet, Licht kann eingeschaltet oder gedimmt und eine Vielzahl vernetzter Haushaltsgeräten kann in dem entsprechenden Modus bedient werden.The sensor data can be used to move a mouse pointer on a graphical user interface, to change a setting variable, to select and / or to activate an application outside of the prosthesis device. In addition to an application in the increasingly automated world of work for operating complex devices via electronic media, a private application, e.g. for operating smart homes, can also be used. Private houses are increasingly being equipped with actuators and sensors and can be controlled remotely using mobile devices. Blinds can be opened or closed, heating systems can be switched on or off, lights can be switched on or dimmed and a large number of networked household appliances can be operated in the appropriate mode.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 - eine schematische Darstellung einer Protheseneinrichtung;
  • 2 - eine Protheseneinrichtung gemäß 1 mit unterschiedlichen Schnittstellen;
  • 3 - unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten; sowie
  • 4 - Varianten der 3.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying figures. Show it:
  • 1 - a schematic representation of a prosthetic device;
  • 2 - a prosthetic device according to 1 with different interfaces;
  • 3 - different application possibilities; such as
  • 4th - Variants of the 3 .

In der 1 ist der grundsätzliche Aufbau einer Protheseneinrichtung 10 in Gestalt eines Prothesenarms mit einem Prothesenschaft 11 zur Aufnahme eines Unterarmstumpfes dargestellt. Der Prothesenschaft 11 weist an seinem proximalen Ende eine Einführöffnung für einen Unterarmstumpf auf. An dem distalen Ende des Prothesenschaftes 11 ist eine Prothesenhand 20 angeordnet, die einen Grundkörper 21 aufweist. Der Grundkörper 21 oder das Chassis ist der dargestellten Ausführungsform im Bereich des Handgelenkes verschwenkbar an dem Prothesenschaft 11 befestigt. Darüber hinaus weist der Grundkörper 21 mehrere beweglich daran gelagerte Finger 22 auf. Unter einem Finger 22 wird auch ein Daumen verstanden. Zumindest einem der Finger 22 ist ein motorischer Antrieb 23 zugeordnet, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb des Grundkörpers 21 angeordnet ist. Ebenfalls ist es vorgesehen, dass jedem Finger 22 ein einzelner, separater Antrieb 23 zugeordnet ist. Dem Grundkörper 21 ist darüber hinaus ein weiterer Antrieb 23 zur Ausführung einer Flexionsbewegung und/oder Extensionsbewegung im Handgelenk relativ zu dem Prothesenschaft 11 zugeordnet.In the 1 is the basic structure of a prosthetic device 10 in the form of a prosthetic arm with a prosthetic shaft 11 shown for receiving a forearm stump. The prosthesis socket 11 has an insertion opening for a forearm stump at its proximal end. At the distal end of the prosthesis shaft 11 is a prosthetic hand 20th arranged that a base body 21 having. The basic body 21 or, in the embodiment shown, the chassis can be pivoted on the prosthesis socket in the area of the wrist 11 attached. In addition, the Base body 21 several movably supported fingers 22nd on. Under one finger 22nd a thumb is also understood. At least one of the fingers 22nd is a motor drive 23 assigned, which in the illustrated embodiment within the base body 21 is arranged. It is also provided that each finger 22nd a single, separate drive 23 assigned. The basic body 21 is also another drive 23 for performing a flexion movement and / or extension movement in the wrist relative to the prosthesis shaft 11 assigned.

Innerhalb des Prothesenschaftes 11 sind Prothesenhandsensoren 25 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Prothesenhandsensoren 25 in dem Prothesenschaft 11 angeordnet, die Prothesenhandsensoren 25 können ebenfalls innerhalb der Prothesenhand 20 angeordnet sein, beispielsweise in dem Grundkörper 21 oder in oder an den Fingern 22. Die Prothesenhandsensoren 25 sind beispielsweise Beschleunigungssensoren, gyroskopische Sensoren oder Gyroskope, inertial messurement units (IMU), Drucksensoren, Magnetometer und/oder eine Kombination davon. Es können mehrere gleichartige Sensoren an oder in der Protheseneinrichtung 10 angeordnet sein, um entsprechende physikalische Messgrößen aufzunehmen. Ebenfalls ist es möglich, dass lediglich ein solcher Sensor 25 an oder in der Protheseneinrichtung 10 angeordnet ist.Inside the prosthesis socket 11 are prosthetic hand sensors 25th arranged. In the illustrated embodiment, the prosthetic hand sensors are 25th in the prosthesis socket 11 arranged, the prosthetic hand sensors 25th can also be used within the prosthetic hand 20th be arranged, for example in the base body 21 or in or on the fingers 22nd . The prosthetic hand sensors 25th are for example acceleration sensors, gyroscopic sensors or gyroscopes, inertial measurement units (IMU), pressure sensors, magnetometers and / or a combination thereof. There can be several sensors of the same type on or in the prosthetic device 10 be arranged to record corresponding physical measured variables. It is also possible that only one such sensor 25th at or in the prosthetic device 10 is arranged.

Ebenfalls ist der Protheseneinrichtung 10 zumindest ein Biosignalsensor 35 in Gestalt eines Muskelsignalsensors zur Erfassung von zumindest einem Muskelsignal zugeordnet, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein solcher Muskelsignalsensor 35 in Gestalt von Ableiterelektroden zur Erfassung myoelektrischer Signale bei der Betätigung von Muskeln ausgebildet. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass Bio- oder Muskelsignalsensoren 35 an einer separaten Einrichtung festgelegt sind, beispielsweise einem Prothesenliner, einer Manschette, einem Spannelement oder einer Spange, die an dem Unterarmstumpf, dem Oberarm oder einer anderen Muskelgruppe des Nutzers der Protheseneinrichtung 10 festgelegt ist. Grundsätzlich ist es auch möglich, Sensoren oder Elektroden zu implantieren und Signale abzuleiten, entweder über transkutane Elektroden oder über eine drahtlose Datenübertragung.Also is the prosthetic device 10 at least one biosignal sensor 35 in the form of a muscle signal sensor for detecting at least one muscle signal; in the illustrated embodiment, such a muscle signal sensor is used 35 in the form of collector electrodes for the acquisition of myoelectric signals when muscles are operated. There is also the possibility that bio or muscle signal sensors 35 are fixed on a separate device, for example a prosthesis liner, a cuff, a tensioning element or a brace, which is attached to the forearm stump, the upper arm or another muscle group of the user of the prosthesis device 10 is fixed. In principle, it is also possible to implant sensors or electrodes and derive signals, either via transcutaneous electrodes or via wireless data transmission.

Sowohl die Bio- oder Muskelsignalsensoren 35 als auch die Prothesenhandsensoren 25 sind mit einer Steuerungseinrichtung 30 gekoppelt, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb des Prothesenstumpfes 11 angeordnet ist. Die Steuerungseinrichtung 30 weist die notwendigen Hardwareeinrichtungen und Softwareeinrichtungen auf, um die Signale der Sensoren 25, 35 auszuwerten und aufzubereiten. Dazu zählen insbesondere Verstärker, Filter, elektronische Speichereinrichtungen, Prozessoren zumindest eine Energiespeichereinrichtung sowie geeignete Schnittstellen zum Datenaustausch sowie zur Datenverarbeitung. Mikroprozessoren oder Computerkomponenten sind in der Steuerungseinrichtung ebenfalls vorhanden und verarbeiten die Sensordaten auf der Grundlage von Datenverarbeitungsprogrammen, die innerhalb der Steuerungseinrichtung 30 abgelegt sind oder auf die extern Zugriff erhalten werden kann.Both the bio or muscle signal sensors 35 as well as the prosthetic hand sensors 25th are with a control device 30th coupled, which in the illustrated embodiment within the prosthesis stump 11 is arranged. The control device 30th has the necessary hardware devices and software devices to receive the signals from the sensors 25th , 35 evaluate and process. These include, in particular, amplifiers, filters, electronic storage devices, processors, at least one energy storage device and suitable interfaces for data exchange and data processing. Microprocessors or computer components are also present in the control device and process the sensor data on the basis of data processing programs that are within the control device 30th are stored or to which external access can be obtained.

Die von dem Muskelsignalsensor 35 erfassten Muskelsignale 36, beispielsweise myoelektrischer Signale, Kontraktionsmuster, Drucksignale oder ähnliches, werden in der Steuerungseinrichtung 30 verarbeitet und dienen grundsätzlich zur Betätigung der Prothesenhand 20, insbesondere zum Aktivieren und Deaktivieren de Antriebe 23, um die Finger 22 und/oder den Grundkörper 21 zu bewegen. Die Sensorsignale werden ebenfalls dazu verwendet, um eine Flexion oder Extension im Handgelenk zu bewirken. Je nach Ausgestaltung der Lagerung kann auch eine Rotation um die Längsachse des Prothesenschaftes 11 durch den jeweiligen Antrieb 23 erfolgen.The one from the muscle signal sensor 35 sensed muscle signals 36 , for example myoelectric signals, contraction patterns, pressure signals or the like, are in the control device 30th processed and basically serve to actuate the prosthetic hand 20th , especially for activating and deactivating the drives 23 to the fingers 22nd and / or the main body 21 to move. The sensor signals are also used to cause flexion or extension in the wrist. Depending on the design of the mounting, a rotation about the longitudinal axis of the prosthesis shaft can also be achieved 11 by the respective drive 23 respectively.

Innerhalb der Steuerungseinrichtung 30 oder an der Steuerungseinrichtung 30 sind unterschiedliche Betriebsmodi 60 abgelegt, mit denen die Prothesenhand 20 beziehungsweise die Protheseneinrichtung 10 betrieben werden kann. Die Betriebsmodi in Gestalt von Softwareprogrammen können auch physisch getrennt von der Steuerungseinrichtung 30 gespeichert sein, beispielsweise in der Prothesenhand 20 und von dort aus von der Steuerungseinrichtung 30 abgerufen werden.Within the control device 30th or at the control device 30th are different modes of operation 60 filed with which the prosthetic hand 20th or the prosthetic device 10 can be operated. The operating modes in the form of software programs can also be physically separated from the control device 30th be stored, for example in the prosthetic hand 20th and from there from the control device 30th can be accessed.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Betriebsmodi 60 aufgeführt, in der oberen Darstellung schematisch ein Greifmodus, im Uhrzeigersinn davon ein Auswahlmodus und weiter ein sogenannter Mausmodus. Die Betriebsmodi 60 können durchgeschaltet werden, also von dem ersten Modus in den zweiten, davon in den dritten und dann wieder in den ersten Modus. Alternativ ist jedem Modus ein gesondertes Signal zugeordnet, über das eine direkte Auswahl erfolgt. Die Umschaltung zwischen den einzelnen Betriebsmodi 60 kann über die Signale 36 der Muskelsensoren 35 erfolgen. Alternativ oder ergänzend können entsprechende Sensorsignale von den Prothesenhandsensoren 25 erzeugt werden. Wird beispielsweise ein bestimmtes Muskelkokontraktionsmuster durch den Nutzer der Protheseneinrichtung 10 erzeugt, wird von dem normalen Greifmodus, bei dem die Prothesenhand 20 geöffnet und geschlossen, in einen Auswahlmodus oder einen anderen Griffmodus geschaltet und bei einer wiederholten Kontraktion in den Mausmodus geschaltet. Ebenfalls kann durch Ausführung einer bestimmten Bewegung des Prothesennutzers, durch Ausübung eines bestimmten Druckes über eine bestimmte Zeitdauer oder mit einem bestimmten Druckmuster eine entsprechende Auswahl getroffen werden.In the illustrated embodiment, there are three modes of operation 60 listed, in the upper representation schematically a gripping mode, clockwise from it a selection mode and further a so-called mouse mode. The operating modes 60 can be switched through, i.e. from the first mode to the second, from there to the third and then back to the first mode. Alternatively, a separate signal is assigned to each mode, via which a direct selection is made. Switching between the individual operating modes 60 can about the signals 36 the muscle sensors 35 respectively. Alternatively or in addition, corresponding sensor signals can be sent from the prosthetic hand sensors 25th be generated. For example, if a specific muscle co-contraction pattern is created by the user of the prosthetic device 10 is generated by the normal gripping mode in which the prosthetic hand 20th opened and closed, switched to a selection mode or another grip mode, and switched to mouse mode in the event of a repeated contraction. Likewise, by executing a certain movement of the prosthesis user, by exerting a certain pressure over a certain Duration or with a specific print pattern a corresponding selection can be made.

Befindet sich die Protheseneinrichtung 10 in dem sogenannten Mausmodus, wird eine integrierte Schnittstelle 40 aktiviert, die eine Verbindung mit einer Maschine 50 aufnimmt, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Computer ausgebildet ist. Die Maschine 50 weist ebenfalls eine Schnittstelle 54 auf, sodass über eine Sendereinrichtung 41 drahtlos entsprechende Steuerungssignale von der Protheseneinrichtung 10 auf die Maschine 50, beziehungsweise auf den Computer übertragen werden. Über entsprechende Sensorsignale, beispielsweise Verlagerungssignale der Protheseneinrichtung 10, die über Prothesenhandsensoren 25 aufgenommen werden, wird unmittelbar ein Steuerungssignal für einen Eingabemarkierer 55 erzeugt, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Mauszeiger oder Cursor ausgebildet ist. Damit ist es möglich, durch bloße Bewegung an der Protheseneinrichtung und/oder durch entsprechende Aktivierung von Muskelsignalen, die durch Muskelsignalsensoren 35 aufgenommen werden, den Mauszeiger 55 unmittelbar zu steuern und Befehle zu übertragen. Ohne die Antriebe 23 innerhalb der Protheseneinrichtung 10 zu aktivieren, können Objekte auf einer Nutzeroberfläche des Computers 50 ausgewählt, Befehle aktiviert, Verbindungen hergestellt, Schaltflächen bedient und alle anderen Tätigkeiten ausgeführt werden, die ansonsten über ein Eingabegerät, insbesondere eine Computermaus, ausgeführt werden müssten. Dadurch erhöht sich die Präzision der Bewegung des Eingabemarkierers 55 oder des Mauszeigers, sodass die Protheseneinrichtung 10 unmittelbar als Eingabegerät für den Computer 50 verwendet werden kann.The prosthetic device is located 10 in the so-called mouse mode, there is an integrated interface 40 activated that connects to a machine 50 receives, which is designed as a computer in the illustrated embodiment. The machine 50 also has an interface 54 on, so that via a transmitter facility 41 wireless corresponding control signals from the prosthesis device 10 on the machine 50 , or transferred to the computer. Via corresponding sensor signals, for example displacement signals from the prosthesis device 10 that have prosthetic hand sensors 25th are recorded, a control signal for an input marker is immediately generated 55 generated, which is designed as a mouse pointer or cursor in the illustrated embodiment. This makes it possible to simply move the prosthesis device and / or to activate muscle signals generated by muscle signal sensors 35 the mouse pointer 55 to control directly and to transmit commands. Without the drives 23 within the prosthetic device 10 to activate objects on a user interface of the computer 50 selected, commands activated, connections established, buttons operated and all other activities carried out that would otherwise have to be carried out via an input device, in particular a computer mouse. This increases the precision of the movement of the input marker 55 or the mouse pointer, so that the prosthetic device 10 directly as an input device for the computer 50 can be used.

Vorteilhafterweise wird während des Zustandes, in dem die Protheseneinrichtung 10 als Eingabegerät für den Computer 50 verwendet wird, eine Aktivierung der Antriebe 23 oder Motoren unterbunden, was einerseits den Energieverbrauch reduziert und andererseits eine ungewollte Aktivität mit daraus resultierenden Komplikationen vermeidet.Advantageously, during the state in which the prosthetic device 10 as an input device for the computer 50 is used, activation of the drives 23 or motors are prevented, which on the one hand reduces energy consumption and on the other hand avoids unwanted activity with the resulting complications.

In der 2 sind zwei Varianten der Datenübertragung für eine Protheseneinrichtung 10 auf den Computer 50 beziehungsweise an die jeweilige verbundene Maschine dargestellt. In der linken Darstellung findet eine drahtlose Signalübermittlung über die Schnittstelle 40 mit dem Sender 41 zu der Schnittstelle 54 an dem Computer statt. Dies kann beispielsweise über Punkt-zu-Punkt-Übertragung erfolgen, wobei die Protheseneinrichtung 10 und die Maschine 50 als SRD ausgebildet sein können und im lizenzfreien ISM-Band senden können. Eine Verschlüsselung der übertragenen Daten ist möglich, ebenfalls ist eine vorherige Authentifizierung der jeweiligen Einrichtung beziehungsweise Maschine 50 und Protheseneinrichtung 10 möglich und vorteilhaft, da durch die Erkennung der Maschine darauf abgestimmte Betriebsmodi bereitgestellt werden können, die an die jeweilige Maschine angepasst sind. Alternativ zu einer drahtlosen, funkgestützten Übertragung der Steuerungssignale erfolgt diese beispielsweise über ein Kabel 43, das in entsprechende Stecker beziehungsweise Buchsen an der Protheseneinrichtung 10 und der Maschine 50 eingesteckt ist.In the 2 are two types of data transmission for a prosthetic device 10 on the computer 50 or shown on the respective connected machine. In the illustration on the left there is a wireless signal transmission via the interface 40 with the transmitter 41 to the interface 54 at the computer instead. This can be done, for example, via point-to-point transmission, with the prosthesis device 10 and the machine 50 can be designed as SRD and can transmit in the license-free ISM band. Encryption of the transmitted data is possible, and prior authentication of the respective device or machine is also possible 50 and prosthetic device 10 possible and advantageous, since the recognition of the machine makes it possible to provide operating modes that are adapted to the respective machine. As an alternative to wireless, radio-supported transmission of the control signals, this is done, for example, via a cable 43 , that in corresponding plugs or sockets on the prosthetic device 10 and the machine 50 is plugged in.

Eine Variante der Erfindung ist in der 3 gezeigt, bei der statt einer Eingabe auf einer Bedienoberfläche, insbesondere einer grafischen Benutzeroberfläche in der Maschine, eine direkte Steuerung einer Maschine 50 über die funkgestützte Schnittstelle 40, 54 erfolgt. Die Maschine kann als Bearbeitungsmaschine, insbesondere als eine computergesteuerte Bearbeitungsmaschine, beispielsweise eine Fräsmaschine ausgebildet sein.A variant of the invention is in 3 shown in which instead of an input on a user interface, in particular a graphical user interface in the machine, a direct control of a machine 50 via the radio-supported interface 40 , 54 he follows. The machine can be designed as a processing machine, in particular as a computer-controlled processing machine, for example a milling machine.

In der 3 ist in der rechten Darstellung die Steuerung eines Smart-Homes 50 gezeigt, das ebenfalls als eine Maschine im Sinne der Erfindung gilt. Mit der Protheseneinrichtung 10 können beispielsweise mechatronische Komponenten innerhalb eines Hauses aktiviert und deaktiviert werden, beispielsweise Waschmaschinen, Spülmaschinen, Heizungen, Lüftungen, Wasserversorgungen, Jalousien und vieles mehr. Hierzu ist es nicht notwendig, die jeweiligen Antriebe innerhalb der Protheseneinrichtung 10 zu aktivieren, um physische Schalter oder Regler zu bedienen, vielmehr kann in dem Eingabemodus oder Auswahlmodus ein entsprechendes Gerät oder eine entsprechende Komponente ausgewählt und aktiviert beziehungsweise verstellt werden. In der 4 ist eine weitere Variante gezeigt, bei der die Protheseneinrichtung 10 entweder unmittelbar mit der Maschine 50 gekoppelt ist oder aber über ein WLAN-System innerhalb eines Hauses mit der entsprechenden Maschine 50 gekoppelt werden kann, um diese dann zu bedienen.In the 3 is the control of a smart home in the right illustration 50 shown, which is also considered a machine within the meaning of the invention. With the prosthetic device 10 For example, mechatronic components within a house can be activated and deactivated, for example washing machines, dishwashers, heating, ventilation, water supplies, blinds and much more. For this it is not necessary to move the respective drives within the prosthesis device 10 to activate in order to operate physical switches or controllers, rather a corresponding device or a corresponding component can be selected and activated or adjusted in the input mode or selection mode. In the 4th a further variant is shown in which the prosthesis device 10 either directly with the machine 50 is coupled or via a WLAN system within a house with the corresponding machine 50 can be coupled in order to then operate them.

Eine Steuerung einer grafischen Oberfläche kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Beschleunigungssensor als Prothesenhandsensor 35 innerhalb der Prothesenhand, beispielsweise an der Spitze eines Prothesenfingers 22 angeordnet ist. A graphic surface can be controlled, for example, by using an acceleration sensor as a prosthetic hand sensor 35 within the prosthetic hand, for example at the tip of a prosthetic finger 22nd is arranged.

Dieser Beschleunigungssensor wird dann durch eine Bewegung der gesamten Protheseneinrichtung 10 bewegt und aktiviert, sodass die Sensorsignale erzeugt werden. Diese Sensorsignale werden über Zeit integriert und einer Position des Eingabemarkierers 55 beziehungsweise des Cursors relativ zu einer Startposition übermittelt, sodass daraus eine Veränderung der Lage des Eingabemarkierers 55 beziehungsweise des Mauszeigers auf der Nutzeroberfläche errechnet wird. Alternativ oder ergänzend kann über einen Raumlagesensor oder eine IMU oder eine Kombination mehrerer einzelner Sensoren eine Verlagerung der gesamten Protheseneinrichtung 10 im Raum als Grundlage für eine Steuerung der Maschine 50 beziehungsweise eines Eingabemarkierers 55 erfolgen. Sofern der Eingabemarkierer als Teil eines 3D-Modells oder Hologramms ausgebildet ist, kann durch eine Veränderung der Raumlage und die Erfassung über eine entsprechende IMU eine unmittelbare Positionierung innerhalb des 3D-Modells oder Hologramms erfolgen. Aus der Raumlageänderung der Protheseneinrichtung 10 werden die entsprechenden Winkelwerte und Verlagerungswerte zur Veränderung der Position des Eingabemarkierers 55 errechnet und der jeweiligen Maschine 50 übermittelt.This acceleration sensor is then activated by a movement of the entire prosthetic device 10 moved and activated so that the sensor signals are generated. These sensor signals are integrated over time and a position of the input marker 55 or the cursor is transmitted relative to a start position, so that there is a change in the position of the input marker 55 or the mouse pointer on the user interface is calculated. As an alternative or in addition, a spatial position sensor or an IMU or a combination of several individual sensors can be used to relocate the entire prosthesis device 10 in space as the basis for controlling the machine 50 or an input marker 55 respectively. If the input marker is designed as part of a 3D model or hologram, direct positioning within the 3D model or hologram can take place by changing the spatial position and recording it via a corresponding IMU. From the change in the spatial position of the prosthetic device 10 the corresponding angle values and displacement values are used to change the position of the input marker 55 calculated and the respective machine 50 transmitted.

Neben einem Modus zum Bewegen eines Mauszeigers einer grafischen Benutzeroberfläche oder zum Bewegen eines Eingabemarkierers kann ein Modus zur Veränderung einer Einstellgröße, ein Modus für eine Auswahlfunktion und/oder ein Modus für eine Aktivierungsfunktion in der Steuerungseinrichtung als Anwendung der Protheseneinrichtung als Eingabegerät hinterlegt sein.In addition to a mode for moving a mouse pointer of a graphical user interface or for moving an input marker, a mode for changing a setting, a mode for a selection function and / or a mode for an activation function can be stored in the control device as an application of the prosthesis device as an input device.

Claims (16)

Protheseneinrichtung (10) mit einer Prothesenhand (20) mit einem Grundkörper (21) und zumindest einem beweglich daran gelagerten, motorisch verstellbaren Finger (22), mit zumindest einem der Prothesenhand (20) zugeordneten Prothesenhandsensor (25), wobei der Prothesenhandsensor (25) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Beschleunigungssensoren, gyroskopische Sensoren, IMU, Drucksensoren, Magnetometer, optische Sensoren, Infrarotsensoren und/oder eine Kombination davon umfasst, sowie zumindest einem Biosignalsensor (35) zur Erfassung von zumindest einem Biosignal, wobei die Sensoren (25, 35) mit einer Steuerungseinrichtung (30) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Protheseneinrichtung (10) zumindest eine Schnittstelle (40) zu einer Maschine (50) aufweist und in der Steuerungseinrichtung (30) unterschiedliche Betriebsmodi (60) abgelegt sind, die über Signale der Sensoren (25, 35) auswählbar sind, wobei in zumindest einem Betriebsmodus (60) die Protheseneinrichtung (10) als Eingabegerät für die Maschine (50) agiert.Prosthetic device (10) with a prosthetic hand (20) with a base body (21) and at least one motor-adjustable finger (22) movably mounted thereon, with at least one prosthetic hand sensor (25) assigned to the prosthetic hand (20), wherein the prosthetic hand sensor (25) is selected from a group comprising acceleration sensors, gyroscopic sensors, IMU, pressure sensors, magnetometers, optical sensors, infrared sensors and / or a combination thereof, as well as at least one biosignal sensor (35) for detecting at least one biosignal, the sensors (25, 35) are coupled to a control device (30), characterized in that the prosthesis device (10) has at least one interface (40) to a machine (50) and different operating modes (60) are stored in the control device (30), which over Signals from the sensors (25, 35) can be selected, with the prosthesis device (10) acting as an egg in at least one operating mode (60) input device for the machine (50) acts. Protheseneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (40) als drahtlose Schnittstelle mit einem Sender (41) ausgebildet oder als kabelgebundene Schnittstelle ausgebildet ist.Prosthetic device according to Claim 1 , characterized in that the interface (40) is designed as a wireless interface with a transmitter (41) or is designed as a wired interface. Protheseneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Beschleunigungssensor (25) mit der Steuerungseinrichtung (30) gekoppelt ist, dessen Sensorsignale über die Zeit integriert werden und damit die Position eines Eingabemarkierers (55) relativ zu einer Startposition ermittelt wird.Prosthetic device according to Claim 1 or 2 , characterized in that at least one acceleration sensor (25) is coupled to the control device (30), the sensor signals of which are integrated over time and thus the position of an input marker (55) is determined relative to a starting position. Protheseneinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine IMU (25) mit der Steuerungseinrichtung (30) gekoppelt ist, aus deren Sensorsignalen die Raumorientierung der Protheseneinrichtung (10) errechnet und aus Raumlageänderungen der Protheseneinrichtung (10) Positionswerte, insbesondere Winkelwerte zur Veränderung der Position des Eingabemarkierers (55) errechnet werden.Prosthetic device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one IMU (25) is coupled to the control device (30), from whose sensor signals the spatial orientation of the prosthetic device (10) is calculated and position values, in particular angular values, are calculated from changes in the spatial position of the prosthetic device (10) Change in the position of the input marker (55) can be calculated. Protheseneinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biosignalsensoren (35) zur Erfassung von Muskelkontraktionen ausgebildet und eingerichtet sind, die Betriebsmodi (60) umzuschalten.Prosthetic device according to one of the preceding claims, characterized in that the biosignal sensors (35) are designed to detect muscle contractions and are set up to switch the operating modes (60). Protheseneinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Funktionen des Eingabemarkierers (55) Signale der Biosignalsensoren (35) zur Erfassung von Muskelkontraktionen und/oder Signale von zumindest einem Prothesenhandsensor (25), insbesondere Gyroskop, IMU, Magnetometer, Drucksensor und/oder Beschleunigungssensor zugeordnet sind.Prosthetic device according to one of the preceding claims, characterized in that the functions of the input marker (55) include signals from the biosignal sensors (35) for detecting muscle contractions and / or signals from at least one prosthetic hand sensor (25), in particular gyroscope, IMU, magnetometer, pressure sensor and / or Accelerometer are assigned. Protheseneinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modus zum Bewegen eines Mauszeigers (55) auf einer graphischen Benutzeroberfläche oder zum Bewegen eines Eingabemarkierers (55), ein Modus zur Veränderung einer Einstellgröße, ein Modus einer Auswahlfunktion und/oder ein Modus einer Aktivierungsfunktion einer Anwendung in der Steuerungseinrichtung (30) hinterlegt ist.Prosthetic device according to one of the preceding claims, characterized in that a mode for moving a mouse pointer (55) on a graphical user interface or for moving an input marker (55), a mode for changing a setting, a mode of a selection function and / or a mode of a Activation function of an application is stored in the control device (30). Verfahren zum Betreiben einer Protheseneinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der über Sensorsignale unterschiedliche Betriebsmodi (60) ausgewählt werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsmodus (60) ein Eingabemodus zum Übermitteln und Bewegen eines Eingabemarkierers (55) für eine Maschine (50) durch ein Sensorsignal ausgewählt wird.Method for operating a prosthetic device (10) according to one of the preceding claims, in which different operating modes (60) are selected via sensor signals, characterized in that the operating mode (60) is an input mode for transmitting and moving an input marker (55) for a machine ( 50) is selected by a sensor signal. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des Eingabemodus (60) über eine Mustererkennung einer Muskelkontraktion und/oder zumindest eine Ko-Kontraktion und/oder durch Erkennung eines Bewegungsmusters der Protheseneinrichtung (10) erfolgt.Procedure according to Claim 8 , characterized in that the input mode (60) is selected via pattern recognition of a muscle contraction and / or at least one co-contraction and / or through recognition of a movement pattern of the prosthetic device (10). Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Beschleunigungssignale der Protheseneinrichtung (10) der Steuerungseinrichtung (30) übermittelt und über die Zeit integriert werden, die Relativbewegung der Protheseneinrichtung (10) auf eine Ebene projiziert wird und daraus ein Befehl für die Bewegung des Eingabemarkierers (55) ermittelt wird.Procedure according to Claim 8 or 9 , characterized in that acceleration signals of the prosthesis device (10) are transmitted to the control device (30) and integrated over time, the relative movement of the prosthesis device (10) is projected onto a plane and from it a command for the movement of the input marker (55) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus Sensorsignalen einer IMU die Raumorientierung der Protheseneinrichtung (10) errechnet und aus Raumlageänderungen der Protheseneinrichtung (10) Befehle zur Veränderung der Position des Eingabemarkierers (55) errechnet werden.Method according to one of the Claims 8 until 10 , characterized in that the spatial orientation of the prosthetic device (10) is calculated from sensor signals from an IMU and commands for changing the position of the input marker (55) are calculated from changes in the spatial position of the prosthetic device (10). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass über Biosignalsensoren (35) zur Erfassung von Muskelkontraktionen und/oder Signale von zumindest einem Prothesenhandsensor (25), insbesondere Gyroskop, IMU, Magnetometer, Drucksensor und/oder Beschleunigungssensor Funktionen des Eingabemarkierers (55) aktiviert werden.Method according to one of the Claims 8 until 11 , characterized in that functions of the input marker (55) are activated via biosignal sensors (35) for detecting muscle contractions and / or signals from at least one prosthetic hand sensor (25), in particular gyroscope, IMU, magnetometer, pressure sensor and / or acceleration sensor. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Eingabemodus (60) ein Antrieb (23) der Prothesenhand (20) gesperrt sind.Method according to one of the Claims 8 until 12th , characterized in that a drive (23) of the prosthetic hand (20) is blocked in the input mode (60). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerungssignale für den Eingabemarkierer (55) nur im Eingabemodus über die Schnittstelle (40) an die Maschine (50) übermittelt werden.Method according to one of the Claims 8 until 13th , characterized in that control signals for the input marker (55) are transmitted to the machine (50) via the interface (40) only in the input mode. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterbrechungsmodus über ein Signalmuster aktiviert wird, in dem weder Antriebe (23) noch der Eingabemarkierer (55) bewegt werden.Method according to one of the Claims 8 until 14th , characterized in that an interrupt mode is activated via a signal pattern in which neither drives (23) nor the input marker (55) are moved. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten zum Bewegen eines Mauszeigers (55) auf einer graphischen Benutzeroberfläche, zur Veränderung einer Einstellgröße, zum Auswählen und/oder zum Aktivieren einer Anwendung außerhalb der Protheseneinrichtung (10) verwendet werden.Method according to one of the Claims 8 until 15th , characterized in that the sensor data are used to move a mouse pointer (55) on a graphical user interface, to change a setting variable, to select and / or to activate an application outside the prosthetic device (10).
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