DE1566311A1

DE1566311A1 - Artificial hand for prostheses with bioelectrical control

Info

Publication number: DE1566311A1
Application number: DE19671566311
Authority: DE
Inventors: Bernstejn Vitalij Mojsejevic; Poljan Jefim Pinchasovic; Jakobson Jakov Saveljevic
Original assignee: TSNII PROTEZIROVANIJA I PROTEZ
Current assignee: TSNII PROTEZIROVANIJA I PROTEZ
Priority date: 1967-08-18
Filing date: 1967-08-18
Publication date: 1970-11-26

Description

Künstliche Hand für Prothesen mit bioalektrischer Steuerung Die Erfindung bezieht sich auf Handprothesen mit bioeaektrischer Steuerung; sie kann ebenso für die Manipulatoren verwendet werden. Artificial hand for prostheses with bio-electrical control The invention refers to hand prostheses with bio-electrical control; it can also for the manipulators are used.

Die bisher bekannten Hände für Prothesen mit bioelekttrischer Steuerung lassen verschiedene Arten von Griffen, die den Funktionen der natürlichen Hand entsprechen, sowie 3ewegungen einzelner Finger, die zur Erfüllung dieser Funktion en er forderlich sind, nicht zu.The previously known hands for prostheses with bioelectronic control allow different types of handles that match the functions of natural hand, as well as movements of individual fingers that are necessary to fulfill this function are not to.

Zum Beispiel ist eine Hand für Prothesen mit bioelektrischer Steuerung bekannt, bei der die 3ewegung aller fünf Finger gleichförmig erfolgt und kinematisoh gekoppelt ist. Ein Nachteil dieser Hand liegt darin, daß nur eine Möglichkeit des Ergreifens von Gegenständen (der Eingriff mit "Prise") besteht.For example, a hand for prostheses is bioelectrically controlled known, in which the movement of all five fingers is uniform and kinematically is coupled. A disadvantage of this hand is that there is only one possibility of Grasping of objects (the engagement with "pinch") consists.

Mit der Erfindung sollen diese Nachteile beseitigt werden.The invention is intended to eliminate these disadvantages.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine künstliche Hand zu entwickeln, welche die zum Halten verschieden geformter Gegenstände erforderlichen unterschiedlichen Griffarten gestttet und eine unabhängige Bewegung der einzelnen Finger ermöglichst.The invention is based on the object of an artificial hand develop the necessary items to hold variously shaped objects different grip types and an independent movement of each Finger possible.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dieser künstlichen Hand getrennte und unabhängige Steuerungen für den in zwei Richtungen beweglichen Daumen und für die übrigen vier Finger angeordnet sind und daß Jede Steuerung einen umkehrbaren Sonderelektroantrieb aufweist, , welcher durch Leistungspotentiale, die von den abgeschnittenen Muskeln abgegriffen werden gesteuert wird und welcher mit einem den Gliedern der vier Finger nachgebildeten Hebel und Gelenkgetriebe sowie einer davon unabhängigen Hebel und Gelenkbaugruppe des Daumens verbunden ist.This object is achieved in that in this artificial hand separate and independent controls for the bi-directional thumb and for the remaining four fingers are arranged and that each control is a reversible one Special electric drive has, which by performance potentials that of the cut muscles are tapped and which is controlled with one the links of the four fingers simulated levers and articulated gears as well as one independent of the lever and joint assembly of the thumb is connected.

Die Baugruppe des Daumens wird vorteilhaft in Form eines einzelnen mit Gelenken versehenen Hebels ausgeführt, und die Glieder der übrigen vier Finger werden über Gelenke paarweise mit den beiden Schwenkarmen eines Differentialschwenkarmmechanismus, deren Mittelpunkt mit dem gemeinsamen Steuerschwenkarm verbunden ist, gekuppelt.The assembly of the thumb is advantageously in the form of a single one articulated lever, and the limbs of the remaining four fingers are hinged in pairs with the two swivel arms of a differential swivel arm mechanism, whose center is connected to the common control swivel arm, coupled.

Die Sonderelektkroantriebe weisen vorzugsweise mit selbstbremsenden Schraubengetrieben versehene Mikroelektromotoren auf, von denen der eine den gemeinsamen Steuerschwenkarm der vier gekuppelten Finger antreibt und der andere mit' dem Hebel, der den Daumen bildet, verbunden ist.The special electric drives preferably have self-braking Screw-driven micro-electric motors on, of which the one drives the common control swivel arm of the four coupled fingers and the other is connected to the lever that forms the thumb.

Die Drehachsen der die Fingerglieder imitierenden Hebel werden vorteilhaft in Winkeln zueinander angeordnet, die den jenigen der natürlichen Hand entsprechen, wobei die Hebel durch Kardangelenke mit dem Differentialschwenkarmmechanismus verbunden sind Die Baugruppe des Daumens weist vorzugsweise einen Mechanismus zur zusätzlichen passiven Drehung des Daumens um eine Achse auf, die zur achse der Auf- und Zubiegung senkrecht steht,. mit einer selbsttätigen federnden Fixierung verschiedener Daueenstellungen.The axes of rotation of the levers imitating the phalanges become advantageous arranged at angles to each other that correspond to those of the natural hand, the levers being connected to the differential swing arm mechanism by universal joints The assembly of the thumb preferably has a mechanism for additional passive rotation of the thumb around an axis that is the axis of the upward and downward bending stands vertically. with an automatic resilient fixation of various permanent positions.

Das Endglied des Daumens ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in Form eines gefederten und in einem Gelenk des Zwischengliedes beweglichen Schwenkarmes ausgebildet.The end link of the thumb is in an advantageous embodiment of the invention in the form of a spring-loaded and movable in a joint of the intermediate member Swivel arm formed.

Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die das kinematische Schema einer erfindungsgemäßen künstlichen Hand darstellt.The subject matter of the invention is explained below with reference to the description an embodiment with reference to the drawing explained in more detail represents the kinematic scheme of an artificial hand according to the invention.

Die künstliche Hand besitzt einen Antrieb 1 der Vier-Finger- Gruppe 2, einen Differentialschwenkarmmechanismus 3, einen Antrieb 4 des Daumens 5, einen Mechanismus 6 zur passiven Verstellung des Daumens 5, eine Baugruppe 7 für passive Drehbewegungen, Zugfedern 8 und ein Gelenk 9 zum Abbiegen des Endgliedes des Daumens 5.The artificial hand has a drive 1 of the four-finger group 2, a differential swing arm mechanism 3, a drive 4 of the thumb 5, a Mechanism 6 for passive adjustment of the thumb 5, an assembly 7 for passive Rotational movements, tension springs 8 and a joint 9 for bending the end link of the thumb 5.

Die Vier-Finger-Gruppe 2 der Hand kann in den Gelenken der Mittelhandknöchel und den benachbarten Gelenken der Zwischenglieder abgebogen werden, wodurch ein Faustgriff möglich wird. Die Bewegungen der Finger in diesen Gelenken sind kinematisch miteinander verbunden. Der Endgriff erfolgt nur dann, wenn der Daumen 5 dem Zeigefinger und dem Mittelfinger gegenübersteht. Der Ringfinger und der kleine Finger werden dabei an die Handfläche gepreßt, was die Bequemlichkeit beim Schreiben erhöht.The four-finger group 2 of the hand can be in the joints of the metacarpal knuckles and the adjacent joints of the intermediate links are bent, whereby a Fist grip becomes possible. The movements of the fingers in these joints are kinematic connected with each other. The end grip takes place only when the thumb 5 is the index finger and facing the middle finger. The ring finger and the little finger become pressed against the palm of the hand, which increases comfort when writing.

Der Differentialschwenkarmmechanismus 3 gewährleistet eine Anpressung Jedes Fingers der Vier-Finger-Gruppe 2 an beliebige Formen eines von der künstlichen Hand ergriffenen Gegenstandes.The differential swivel arm mechanism 3 ensures contact pressure Each finger of the four-finger group 2 to any shape one of the artificial Hand gripped object.

Die Achsen der Gelenke der Mittelhandknöchel werden unter Winkeln angeordnet, die denJenigen der natürlichen Hand entsprechen. Dadurch wird das Aussehen der Hand verbessert, ein fester Griff, atch von Gegenständen mit verschiedener Form, gewährleistet sowie die Bequemlichkeit beim Schreiben wegen des an die Handfläche angelegter Ring- und kleinen Fingers erhöht. Die Unterteile der Vier-Finger-Gruppe 2 sind durch Kardangelenke 10 mit dem Differentialschwenkarmmechanismus 3 verbunden.The axes of the joints of the metacarpal knuckles are at angles which correspond to those of the natural hand. This will change the look the hand improved, a firm grip, atch of objects of different shape, guaranteed as well as the convenience of writing of The ring and little fingers placed on the palm of the hand are raised. The lower parts of the Four-finger group 2 are through cardan joints 10 with the differential swing arm mechanism 3 connected.

Zur Regulierung der Bewegungen der Vier-Finger-Gruppe 2 und zur Moglichkeit einer Bewegung von Mittel-und Zeigefinger bei eingezogenem Ringfinger und kleinem Finger sind Zugfedern 8 angebracht. Diese sind mit einem Ende an den einzelnen Fingern, mit dem anderen Ende am Gehäuse der Hand befestigt und erzeugen vom Nittelfinger in Richtung des kleinen Fingers zunehmend Momente.To regulate the movements of the four-finger group 2 and to allow a movement of the middle and index fingers with the ring finger and the little one drawn in Fingers are attached to tension springs 8. These are with one end on the individual fingers, with the other end attached to the body of the hand and generate from the middle finger increasing moments in the direction of the little finger.

Dadurch können mit dem Zeigefinger allein oder mit Zeige-und Mittelfinger gleichzeitig Mikrobewegeungen ausgeführt werden, während Ringfinger und kleiner Finger an'die Handfläche gedrückt sind. Die erläuterte Konstruktion bietet die Möglichkeit, einen Gegenstand mit zwei oder drei Fingern zu ergreifen, sie erlaubt>Xechen-oder Schreibmaschinen mit Hilfe des Zeigefingers zu bedienen und ermöglicht einen Druck mit dem Zeigefinger, zum Beispiel auf den Abzug einer Pistole oder einer elektrischen Bohrmaschine, auszuüben, wahrend gleichzeitig die übrigen Finger den Griff fest umfassen.This allows you to use your index finger alone or with your index and middle fingers at the same time micro-movements are performed while ring finger and smaller Fingers are pressed to the palm of the hand. The explained construction offers the possibility to grasp an object with two or three fingers, it allows> Xechen-or Typewriters can be operated with the help of the index finger and enables a pressure with the index finger, for example on the trigger of a pistol or an electric Power drill to exercise while at the same time keeping the remaining fingers firmly on the grip include.

Die Grundbewegung des Auf- und Zubiegens des Daumens 5 erfolgt im Scharnier 11, das in einem Bereich angebracht ist, welcher dem des Mittelhandgelenks der natürlichen Hand entspricht. Die Achse der Auf- und Zubiegung ist entsprechend der Lage dieser Achse in der natürlichen Hand während des Faustgriffes angeordnet. Um seitliche Bewegungen des Daumens ausführen zu können, ist eine weitere Bewegungsmöglichkeit vorhanden, die passive Drehungen des Daumens 5 um eine zur Achse der Auf- und Zubiegung senkrechte Achse mit einer selbsttätigen, federnden Fixierung des Daumens 5 in verschiedenen Stellungen durch den Mechanismus 6 gestattet.The basic movement of bending the thumb up and down 5 he follows in hinge 11, which is attached in an area which is that of the metacarpal joint corresponds to the natural hand. The axis of the upward and downward bending is corresponding the position of this axis in the natural hand during the fist grip. In order to be able to make lateral movements of the thumb, there is another possibility of movement present, the passive rotations of the thumb 5 about one to the axis of the up and down bending vertical axis with an automatic, resilient fixation of the thumb 5 in different Positions permitted by the mechanism 6.

Das seitliche Greifen besitzt große Bedeutung für die Ausübung lXrbeitsfunktionen (Arbeiten mit Feile, Kreissäge, Hammer usw.).The side gripping is very important for the exercise lXwork functions (Working with a file, circular saw, hammer, etc.).

Wegen der beiden Freiheitsgrade des Daumens 5 besteht die Möglichkeit, die Handfläche durch eine Wegbewegung des Daumens zu öffnen.Because of the two degrees of freedom of the thumb 5, there is the possibility of open the palm by moving the thumb away.

Zur selbsttätigen Abbiegung beim Faustgriff ist das Endglied des Daumens 5 als gefederter Schwenkarm 12, der sich im Gelenk des Zwischeagliedes bewegen kann, ausgebildet, wodurch Aussehen und Formschluß beim Umgreifen eines Gegenstandes verbessert werden.The end link of the thumb is used to automatically turn when using a fist grip 5 as a spring-loaded swivel arm 12, which can move in the joint of the intermediate link, formed, which improves appearance and form fit when grasping around an object will.

Zum Antrieb der Hand werden umkehrbare Gleichstrom-Mikroelektkromotoren 13 mit einer Nennleistung von 1,5 W verwendet.Reversible DC micro-electric motors are used to drive the hand 13 with a nominal power of 1.5 W.

Der Mikroelektromotor 13 der Antriebe dreht über Zahnrad-Untersetzungsgetriebe 14 und 15 Leftspindeln 16 und 17, welche die mit den Unterteilen der Vier-Finger-Gruppe 2. verbundenen Gleitstücke 18 und 19 des Hebelgetriebes verschieben. Zur Schalldämpfung ist das Gehäuse der Zahnrad-Untersetzungsgetriebe 14 und 15 federnd aufgehängt und durch elastische Krdan-Teleskopmuffen 20 und 21 mit den Beitspindeln 16 und 17 verbunden.The micro-electric motor 13 of the drives rotates via gear reduction gears 14 and 15 left spindles 16 and 17, which are those with the lower parts of the four-finger group 2. Move connected sliders 18 and 19 of the lever mechanism. For sound absorption the housing of the gear reducers 14 and 15 is resiliently suspended and Connected to the Beitspindeln 16 and 17 by elastic Krdan telescopic sleeves 20 and 21.

Die Baugruppe 7 für passive Drehbewegungen der künstlichen Hand besteht aus einem mit Ringen aus PolyamiGharz versehenen Kugellager. Falls erforderlich, wird eine selbsttätige federnde Fixierung der Hand angebracht.The assembly 7 consists of passive rotary movements of the artificial hand made of a ball bearing with rings made of polyamide resin. If required, an automatic resilient fixation of the hand is attached.

Infolge ihrer kleinen Abmessungen und ihrer Flexi@bilität kann die Baugruppe 7 oberhalb des Stummels angeordnet werden. Bei der residualen Pronations-und und Supinationsbeweglichkeit des Stummels ermöglicht die Baugruppe 7, diese Beweglichkeit zur Drehung der Hand auszunutzen.As a result of its small dimensions and its flexibility, the Assembly 7 can be arranged above the stub. In the case of residual pronation and and supination mobility of the stump enables the assembly 7, this mobility to use to rotate the hand.

Durch die geringe Leistung der Antriebe gelingt es, die Hand kompakt und leicht genug zu bauen sowie ihre Form an dieåenige der natürlichen Hand anzunähernÆ Wegen des Sonderantriebs des Daumens 5 und der Selbstbremsung des Antriebs der Vier-Finger-Gruppe 2 erreicht die Haltekraft bis zu 7 kp, was der maximalen Kraft entspricht, die von den Fingern eines gesunden Menschen bei Ausübung normaler Arbeits- und Lebensfunktionen entwickelt wird.Due to the low power of the drives, it is possible to keep the hand compact and easy enough to build and to approximate their shape to that of the natural handÆ Because of the special drive of the thumb 5 and the self-braking of the drive of the four-finger group 2, the holding force reaches up to 7 kp, which corresponds to the maximum force that of the fingers of one healthy people exercising normal work and life functions is developed.

Der Differentialschwenkarmmechanismus 3 und die beiden Antriebe sind im gemeinsamen Gehäuse von Handfläche und Handwurzel untergebracht.The differential swing arm mechanism 3 and the two drives are housed in the common housing of the palm and wrist.

Zur stufenweisen Steuerung der Antriebe der mehrfunktionalen Hand kann ein unabhängiges Steuerungs-System mit Hilfe bioelektrischer Impulse, die von vier Muskeln abgeleitet werden oder einfacherer Steuerungs-Sgsteme mit Impulsen von zwei und drei Muskeln Verwendung finden. Ein AusfUhrungsbeispiel eines einfacheren Steuerungs-Systems wird von einem System gebildet, bei dem der Daumen 5 und die Vier-Singer-Gruppe 2 durch einzelnes Einwirken unabhängiger Impulse von zwei Muskeln abgebogen wird und das Aufbiegen aller fünf Finger durch gleichzeitige Einwirkung dieser Impulse erfolgt.For step-by-step control of the drives of the multifunctional hand can be an independent control system with the help of bioelectrical impulses from four muscles can be derived or simple control systems with impulses use of two and three muscles. An exemplary embodiment of a simpler one Control system is formed by a system in which the thumb 5 and the Four-Singer Group 2 through the application of independent impulses from two muscles is bent and the bending open of all five fingers by simultaneous action this impulse takes place.

Claims

Claims 1. Artificial hand for prostheses with bioelectric Control, which has a finger drive and elastic transmission tie rods, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that in this artificial hand separated and independent controls for the bi-directional thumb (5) and for the remaining four fingers and that each control is a reversible one Special electric drive, which by power potentials, which is cut off by the Muscles are tapped, controlled and which one with one of the limbs of the four fingers simulated levers and articulated gears as well as one independent of them Lever and joint assembly of the thumb is connected.

2. Artificial hand according to claim 1, characterized in that the Assembly of the thumb (5) in the form of a single articulated lever is executed and the links of the other four fingers (2) on joints in pairs one with the two rotatable swivel arms Differential swing arm mechanism (3) are coupled, the centers of which are connected to the common control swivel arm are.

3. Artificial hand according to claim 1, characterized in that the Special electric drives with self-braking screw drives equipped with micro-electric motors (13), one of which is the common control swivel arm of the four coupled Finger (2) drives and the other is connected to the lever that forms the thumb (5) is.

4. Artificial hand according to claim 1 to 3, characterized in that that the axes of rotation of the levers imitating the phalanges are at angles to one another are arranged which correspond to those of the natural hand and that (10) the The lever is connected to the differential swing arm mechanism (3) by universal joints are.

5. Artificial hand according to claim 1 to 4, characterized in that that the assembly of the thumb has a mechanism (16) for additional passive rotation of the thumb around an axis perpendicular to the axis of upward and downward bending with a has automatic resilient fixation of different thumb positions.

6. Artificial hand according to claim 5, characterized in that the End link of the thumb (5) in the form of a feathered spring and in a joint (9) of the intermediate link movable pivot arm (12) is formed.