DE1917056A1 - Steuersystem fuer elektrisch betaetigte kuenstliche Glieder - Google Patents

Description

DR. ELI8ABETH JUNQ, DR. VOLKER VOS8IU8, DIPL.'-INQ. GERHARD COLDEWEY

PATtNTANWXLTI 4 f\ Λ Π Γ\ Γ Γ>

• MONCHINII · · 1104·· TNAtLl)* . TILIfONMMtT ■ TILION AMM.ADM·· Ii INVINT/ΜΟΝΟΗΙΝ

TCLIX (1····

U.I.I B 244 (Cy/Hu) 2. APR. Ί909

ONROV TATEI8I BLB0TR0NIC8 00,
Kyoto, Japan

Steuersystem fUr elektrieoh betätigt· kUnetliohe Glieder

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Die Br*indune beliebt eiob auf «in Steuere}neu für elektrieoh betätißt· künetlioh· Glied·»· die in einer Wei·· bettttigbar eind, daß die Bowegansen ein·· klein·· Teil·· de· «eneohliohen KOrper· i» elektrieohe ßienale ueeewandelt «erden, welohe einen Motor su» Betätigen der Wtoetliehen Glieder et tu em. Xnebuond·- re betrifft di· Brfihdun« ·!» Bteuereyet« für «lektriaca be· tätigte kttaetliohe Glieder· to· vorwigwei·· co wirkt, dal duroh da· Feetetellen der Antrirteö*«i»e«ngen einee öleiohetroaklein-■otor· um Betätig·» dtr Jrttoetliofcen Glieder erteugte Signale,

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deee.n Ge.oliwindigkeit und lhnlMMit Yeranderbar iet, tu einer

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.OeieCHECKKONTO, MONCHlH » » . .AHKKOMTO, DIUTtCHl e*MK A. O. MONCHIH. LIO.OLOUT«. ,,. KTO. NIt

Einrichtung run Stimulieren Λβτ druckempfindlichen Eerven eines Kleinen Äürperberuicuee dee betreffenden Benutzer· su~ rUokgeepeiet warden, uu auf dieee t/eise den Motorantrieb entepreohend steuern su kUniien.

Die ertinAunijttgesiliO verwendeten künstlichen Glieder umfassen mechanische Einrichtungen, die durch den Tlenutser betätigbar elnd und ähnliche Punktionen wie natürliche Glieder «i· saß Beispiel Hände, Arme, FUüe otler ßohenkel dee ueneohlitihen Küppere erfüllen· Derartige ItUnDtllohe Glieder klinnen also eine künstliche Hand, ein kybernetlsuhes Organ oder ein ähnliches Teil »ein. Zur Erläuterung der Brfindunß werden im folgenden diejenigen künetliohen Glieder herangssogen, die al· Sreati für verlorengegangene Hände am menschlichen KUrper dienen·

Venn eine Pereon einen Gegenstand alt der Hand su greifen ver« euoht, wir* dieee Pereon unter den Bindmck der natürlichen Beschaffenheit, beispielsweise der Härte oder V/eiohheit oder de· Oewioht des betreffenden su ergreifenden Oegenetandee über das nervensystem die Kraft fttr da· Irgveifen etinulatir ein-•teilen. De.nlt nun künetliche Glieder in entepreohender Velee die glelohen Punktionen übernehmen sünnca« die nettirliohe Olie der dee mensohliohen KUrpers aueUben, 1st ee notwendig, die lewecsungen der ktinetliohen Glieder Über die Sinneewmhraehoung 4er dies« ktbietHohen Glieder tragenden Pereon su steuern·

werden künstliche Olleder In Yerbindung mit einem Bten» verwendet, da· belepielsweise eine Einrichtung sum

Hessen de· elektrischen Hautetromes durch ein Strosaufnaheeele· «ent 1 (Vie* ^) umfaßt, da· In enger Anpassung an «inen willkUrllohon Muskel d·· meneehllehen Körpern anliegt» AuBerdem uafaQt die Einrichtung einen Verstärker 2 sum Verstärken de· 8tromes» um dann ainen Motor H antreiben su können, der die in flg. 1 mit de« BoiuQaieiohen 6a und 6b beselohneten künstlichen Glieder betätigt. Alternativ dasu kann eine Einrichtung sum Umwandeln von Kohlendloxyd in entepreohende Qasdruokwerte ge-BÜ8 den Bewegungen de· mensohllahon Ktfrpcre ungeimndelt wer» den,υ« in den kUnetliohen Olledern Yorgeeehene Kolben su steuern * Allerdinga sind alle dleae Steuersysteme mit eines konstanten Vert arbeitende Steuersysteme» bei denen nur der Btnutser der kUnetliohen Olieder eineeitle den VorcMS steuern kann· d»h· entweder die Betatlcun^ oder das Abstoppen der Olieder« und daher genügen diese einrichtungen la der Praxle nlohtr. Zuetitslich muS der Benutter iataer da· Arbeiten der kUnetliohen Olieder Ubervaohen, um dieselben für eine rlohtlge funktion slnsustslleft» da sine llnrlohtuns sum Informieren dee BoBUteera betiiglioh der Betrlebebedl&sunsen de« Kotore uati folglich der Funittionswel·· der kttnetllohen Glieder dabei nloht vorgesehen ist· DIeje Tateaohe bringt viel· laohteile, beispielsweise die TInmOellohkelt eines riehtlgen Gr«lfirorgange8 der kttnetllehen Olieder. AuBerdem besteht die Rüßllohkelt, daO der κ« erereifende Gegenstand «erbricht, und r/ar aufgrund elnee UbercuSis groOen Aueganfledrehaoaentee des Kotore im Yergleloh sur Besohaffenhelt des betreffenden GegsastmaAss. Ferner kann der Motor eelbet aufgrund einer unerwartet auftretenden überlastung bnechadlgt werden- Alle diese Tatsmehea haben avr

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Folge, daB die bekannten künstlichen Glieder sioh wesentlich γόη der Punktionen iee rter natürlichen Glieder der. menschlichen Körpers unterscheiden-

Darüberhinaus treten bei den bekannten, elektrisch betätigten künetllehen oberen Gliedmaßen, denen ein Bteueraeohanlwu. mit einem Btromaufnahmeelement 1, das ium Heeeen des statisoh-elektriechen Hautetromee in enger Anpaeaung an einem willkürlichen Muekel dee menechlichen Körpers anliegt, und einem Yeretarker 2 turn Verstärken des aufgenommenen etromes und Antreiben eins· Motors N «geordnet ist (Fig- 1) häufig fehlerhaft· Btratransra auf, da der muekular-elektrieohe Horawert de· eeneohliehen Körpers und die muskular-elektrisohe Abnahaeetell· ae Körper Jeweils von Person su Person untereobiedlieh sind und da auBerdem der Aufbau des Steueraeobanismu· sieoliob koaplex iet, und swar aufgrund der Tatsache, daB der Auesang dee Ho tore H naoh rUokw&rte auf den Bingang der Yergleiofeeeohaltung 10 (Fig. 2) rückgekoppelt ist, um «u vermeiden, daB dieser Motor überlaetet wird.

Bin wichtiges Siel gem&B der Erfindung beeteht deehmlb darin, ein in ein elektrisch be tat igte e kUnetliohes Glied Mnbauber·· eteuerevetea mit einer Einrichtung tu eohaffen, die ie Bewegungen eine· kleinen Abschnitts de· Körpers der betreffenden Person la entapreohend· elektrieche Signale konvergiert, womit swangeläufig die Arbeitsweise des oder der kttnntllohen Glieder, d.h. das Bewegen bsw. Anhalten derselben und die Änderung der Ant iebsbedingungen ohne irgendeine fehlerhafte Steuerung ge« steuert werde kann, 901143/0283

Bin weiteree wichtigen Ziel 3»mäe der Erfindung beeteht in der Schaffung einen in ein elektrieoh betätigten ktlnbtliohes Glied einbaubareο Steuersystem mit einer Einrichtung, die luverläeeig die betreffende Person über dl« Antriebebedingungen einet sun Bewegen des oder der künstlichen Olloder vorgesehenen Motore infomiert·

Bin weiteres wichtige» Ziel gemäß der Brfindung besteht In der Schaffung einet in ein elektrieoh betitlgbaret ktinttllohet Olied einbaubarββ Steuerayttem tun 8teuern der Arbeitsweise des oder der künstlichen Glieder in übtreinetimmung nit da« eigenen Willen dta Benutsers dieses Gliedes, wobei die Antriebsbediiigungen dta Antriebsmotors von dieter Person selbst gefühlt werden·

14n weiteree fiel gemafl der Brfindung besteht in 4er Sohaffung eines elektrieoh betltigbaren künatliehen Gliedee, «ae einfach» koapttlrt und doch gewlehtaaiBlg leloht ausgeführt ist. AuBerdee .» soll daa erflndungegeaäBe Glied haltbar und billig la der Herstellung aein und darttberhlnaua aelne beabsichtigte funktionen volletfindig sufrlcdeneteilend und stOrungefrel durehführen kOmen«

Dia Brfindung uafaBt ferner elneb 8teuer»eohaniaeus um Steuern der Bewegungen einea elektrieoh betitigten künatliohen Gliedes, der ab einfach aufgebaut lot, dal er in irgend einea der be» kannten elektrieoh betätigbaren künstllohen Glieder einbaubmr let.

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Bie Hauptbauteile eines elektrisch betätigten künstlichen 011·- dee uafaesen eine Batterie ale Speieetiuelle, einen 31elohetroaaotor, der elektrische Energie in meotanleohe Energie umwandelt» ein AbstUtsteil, beiepleleweise in Form einer nachgebildeten Außenhaut» eowie den eteuermeohanlemue und dessen Schaltkreise«

Der Steuermeehanlamus gemäß der Erfindung umfaßt unter Bezugnahme auf die VIg. 3 ein in Übereinstimmung mit einer Muskulärbewegung, beispielsweise der Bewegung einer Sohulter der betroff enden Person betätigbares Betätigungsorgan 3, welches in enger Anpassung an dem betreffenden Muskel anliegt, sowie außerdem einen Stimulator 4, dessen Bst&tlguneosustanÜ too dta Bsnutstr festgestellt werden kann, wenn der Stimulator einen Tell dor Bohulter dsr betreffenden Person stimuliert bitf« rollt. Der Motor M, der einen · beweglichen Finger to des künstlichen

Olledee 6 bewegen kann· 1st dürr* das Betätigungsorgan 3 etou-

stand
erbar, deeeen Arbeltecu- In gewleee Tor§ttn(je wie Bin-Aue-

einer 8ohaltelnrichtune, Bewegungeablaufe einer elektrom&enetieohen Binrlohtune oder Veränderungen eines VIderstandee und eines KondeneatorelenenteB duroh eine slgnalUbertragende Binrichtun« konvergiert vsrden kann, die einen Detektor, einen Verstärker und andere Bauteile in der Steuerschaltung 5 «am Speisen 1ea Motors M aufweist· Bei den oben beschriebenen 8teuermeohanlsaus ist eine Bttekkopplungesehlelfe vorgesehen, ua an den 8tiarulator 4 8ignale rUoksulelten, die die AntrlobebedIngangen dies Motors M, d.h. einen Teil der Slngangs- oder Ausgangsgröße dee Motors M repräeentleren» Duroh diese Btiokkopplungffschleife wird der Stimulator 4 veranlagt, in Be·

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Bug auf das BettttleunßBorcan 3 in entgegengeeeteten 8lnn bu wirken, was «ur Folge bat, dall die Antriebebedingungen dee Motor» M durch den Benutzer feetgeetcllt werden können. Zuetttelioh eind eine Schutzschaltung θ alt einen Translator eura Vermeiden einer überlastung dee Motors M sowie eine OlelöUetromquelle 9 vorgesehen^

Der Steuerneohenlsmus geoäfi der Erfindung wirkt demzufolge so, daQ derselbe die Antrlebugeechwlndlgkeiijdnd da« Drehmoment des Motors M steuert, vonn dae Betätigungsorgan 3 durch dl« betreffende Pereon In dem einen Sinne betätigt wird* und daß dieser Person die Anirlebebedlngungen des Motors M mitgeteilt werden, wenn der Stimulator 4 durch den Motor M Ie entgegeneesetiten Sinne In entsprechender Wels« betätigt wird, Selbstverständlich 1st für den in Weohselbeslehung stehendes Steuer*organg «wischen dem menschlichen Körper und dem 8teuermeohanlsaus selbst über du Betätigungsorgan 3 und den Stimulator 4 eine geechlossene Schleife vorgesehen, damit das betreffende künstliche Olled gleiche Punktionen wie ein lebender Arm austiben kann. Das Betätlguogaorgan 3 liegt in enger Anpassung mn einem kleinen Abschnitt des menschlichen Kttrpers wie belspislswslse einer Schulter des Körpere oder einem dieser 8ohulter benaohbarten Bereloh an, an dem das Organ 3 seine Punktioneweiee austiben kann·. Der Stimulator 4 wird ebenfall· an einen kleinen Absohnitt des mensohllohen Körpers wie «in« Schulter oder mn einen entepreohond benachbarten Bereich angepmBt» und «war dort, wo die druckempfindlichen lerven liegen, um dan Betrlsbesastand des Stimulators cu fUhlen.

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Eb ist dabei für die in Wechselbeziehung etehenfle 'tteuernde Arbeitsweise dee Betätigungeorganee 3 und den 8timuletore 4 von Vorteil, wenn die Berührungsfläche dee Bettttigungeorganee 3 gegenüber dem menschlichen Körper größer als diejenige dee Stimulators -1 ist- und wenn der Stimulator in dem Bereich angeordnet iet, in velchem dio Betätigung des Betätigungsorganes erfolgt.

Dao Betätigungsorgan 3 kenn, wie in Pig« 4 geaeigt, in einem Stück mit dera Stimulator 4 ausgeführt eein. Auch kann der Steuermechanißmus, wie er in den Pig. 3 und 4 gezeigt ist, au« eacraen mit den Motoren M₁ bis M₄ in das in Pig. 5 gezeigte künetliche Glied eingebaut sein. Dabei dient der Motor M₁ daeu, den beweglichen Finger 6a des künstlichen Oliedes eo au bewegen, daß unter Zuhilfenahme dee feststehenden Fingere 6b ein Gegenstand sicher ergriffen werden kann. Ein Motor M₂ nat die Aufgabe, das Handgelenk 6c «u drehen» während ein Motor M₅ da- zu dient, den Ellbogen 6b des künstlichen Armes BU biegen. Der

Motor M. versohwenkt die Schulter 6e in alle Richtungen.

Mit dieeen Steuereinrichtungen und den Motoren können künstlich ähnliche Funktionen wie bei einem lebenden Körperteil erreicht werden, dae diese Funktionen wie das Biegen und Strecken des Ellbogens, das Drehen dee Unterarms, das öffnen und ßchließen dsr Hand und der Pinger powie das Drehen der Schulter in alle Richtungen durchführt»

Im folgten wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beige-

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fUgten Seiohnungen, in denen mehrere bevoreugte erfindungsgemttOe AusfUhrungsformen dee Steuersysteme für elektrisch betätigbare künstliche obere 01iedmai3en geseigt Bind, nooh näher erläutert. In den Zeichnungen, ir. denen einander entapreohende Teile jeweils mit den gleichen Beeugseeiohen beieiohnst eind, zeigern

Fig. 1 und 2 B-«.οckeohaltbilder einer elektrisohen 8ohaltung

eines Steuersystems für künstliche obere Gliedmaßen in bekannter Bauweise,

Fig. 3 und 4 Blockschaltbilder eines erfindungsgemäUen Steuersyetems für elektrisch betätigt· kür.· ti lohe Glieder,

fig«. 5 einen Querschnitt durch tin elektrisch betätigtes kilnstliohes oberes Glied mit erfindungsgemäB verwendeten Teilen,

fig, 6 ein Schaltbild, das die elektrischen Bauteile «in·· erfindungsgemäOen Steuersystems für «in elektrisch betätigbares künstliches Glied wiedergibt,

fig. 7 eine graphische Darstellung der Kennlinien des in den Steuersystem ron flg. 6 verwendeten Transistors T₁ tun Verhindern einer Überlastung des verwendeten Motors,

fig. β bis 10 mehrere Schaltbilder, die die elektrisohen Bauteile weiterer AuafUhrungsforuen eines erfindungegemäSen

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Steuersysteme fUr ein elektrlaoh betätigbtires künstliohee Olied wiedergeben«

TeIl-PIg, 11 ein/8ohaltbild eines erflndungegeraäOen Steuersystems fUr ein elektrisch betätigbares kUnstllohes Olied mit einem Betätigungsorgan und einem Stimulator getnäü der Erfindung,

Plgo12 graphische Darstellungen, die Kennlinien in Verbindung mit der Wirkungsweise dee Steuersystems von Pig, 11 wiedergeben,

Pig.13 ein Blockschaltbild, das eine elektrische Schaltung

eines erfindungsgemäOen Steuersystems in Verbindung alt einem Teil der elektrischen Bauteile von Pi«. 11 wiedergibt

Pig»14 ein Schaltbild einer weiteren Ausfuhxungeform eine« erflndungsgemäQen Steuersystems für ein elektrisch uetätigbares künstliches Olied· wie ee in fig- 11 dargestellt ist,

D graphisch« Darstellungen· die elektrische Kettenlinien i*i Verbindung mit der Wirkungsweise dew Steuersysteme von flg. 14 wiedergeben· und

dujiRs fcem&fien Pig,16 ULd 17 weitere Sohaltbilder, die einem Teil eines erfln 8teuersystee ohne Rüokkopplungeeohleife »eigen

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lie eel Eueret auf di« Fie« 6 Be rue genommen. Das in die β er Figur gezeigte elektrisch betätigbare künstlich© Glied ist so auogebildet, daß oin bewegbarer Pingor 6a dleeee Oliedes duroh eine Kraft bewogt werden kann, die von einem Motor K Über eine Getrlebeechneckc Gf Übertragen wlrd_t und auf dleec Weise kann eine Last V/ cvibuhun diesem beweglichen Finger und einem feststehenden Finger ergriffen worden. Dor Motor M wird angetrieben» wenn ein elektromagnetischer Sehalter 8 über einen Druck» knopf 11 eingsechaltet wird, der durch Bewegungen eines Abschnittes des Kürperβ K der betreffenden Person_r beispielsweise durch die Muskulärbewegungen der Schulter dieser Person niedergedrückt wird. Zum Antreiben des Motors M wird von der Stromquelle 9 über einen Transistor T₁ und den elektromagnetischen Schalter S Btrom diesen Motor ftUgefUhrt* Der Transistor T₁ dient dem, eine Überlastung des Motors M su verhindern, und hat eine U₀^-I₀-Kennlinie, wie in Fig.· 7 gee ο igt ist. Sie maximale Auegangsspannung VM des Transistors T₁ wird also auf die Differens swieehen der Batteriespannung YCC der 8troaquelle 9 und der Spannung VCBI begrenzt _r die zwischen dem Kollektor und dem Emitter dieses Transistors liegt. Der Basisstrom IB des Transistors T₁ wird durch einen an die Basis diese 6 Transistors angeschlossenen Widerstand R₁ begrenst»

Der elektromagentische Schalter S 1st ferner so angeordnet, daß ein Elektromagnet oder Solenoid 12 den alt einem Eisenkern 13 aus einem Stück bestehenden Druckknopf 11 naoh unten in entgegengesstster Richtung m den Bewegungen des Körpers H slehen kann, to daß der Schalter S abgeschaltet wird, wenn der

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Speisestrom für den Motor M duroh den Transistor T₂ verstärkt

dann
und zugeführt wird. Solange die Kraft, die erforderlioh ist, um den Druckknopf 11 duroh die Muekiilarbowegung der Bohulter des Körpers H nach oben au drüokon, größer als die Kraft ist, die erforderlioh lot, daß der Elektromagnet den Druckknopf mit dem Eisenkern 13 nach unten in Übereinstimmung mit den Strom see Motors M zieht, ist der Schalter 8 geschlossen, und der Motor M wird angetrieben- Ist der Schaltor 8 jedooh geöffnet, stoppt dor Motor ab*

Da bei dem oben beschriebenen Steuersystem der Speisestrom des Motors M bei nach oben gedrücktem Druckknopf 11, d«h« bei gesohloesenem Schalter dem Elektromagnet 12 sugefUhrt wird, helOt das, daß das Drehmoment des Motors H_r also die duroh den bewegbaren und den feststehenden Finger 6a bzw. 6b ausgeübte ireifkraft dem Benutzer des Systems nur Übermittelt wird, wenn angenommen wird, daß die mechanischen Verluste und andere Parameter der von dem Motor M an den bewegbaren Finger 6a Übertragenen Kraft konetant sind»

Bei der in Fig. θ gezeigten zweiten erfindungsgemaßen AuβfUhrungsform sind der elektromagnetische Schaltei '' und der Basiswiderstand R₁ des Transistors T₁ jeweils duroh einen Zweiwege« Behälter mit zwei Anechlußpaaren S₁ und S. und zwei Widerstände R₅ und R₄ ersetzt, die in Parallelschaltung geschaltet sind« Ist hierbei der Druckknopf 11, d*r den Schaltern B₁ und 8₄ gemeinsam 1st, nioht niedergedrückt, befinden eich alle Sohalter in der Offenntellung, so daß die Schaltung abgeschaltet ist.

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Wenn der Druokknopf 11 durch die Kuakelbcwegungen dee Körpers H der betreffenden Pereon nach oben in eine mittlere Stellung gedrUokt wird, wird der ei.no Schalter S₁ geechloeeen, wae sur Folge hat, daß der Wideretand R₅ ale Baeiewiderstand für den Transistor T₁ virkeam wird. Wenn der Druokknopf 11 nooh weiter nach oben in eine obere Stellung gedrUokt wird, aind sowohl der Bohalter S als Auoh der Schalter S₄ geeohloeuen, und daher werden die Widerstünde R₅ und H₄ als Basiswiderstände .Ur den Transistor T₁ gemeineaa v/irkearn. Auf dieee Weise kann der Wert des Baeiswi-derstandes für den Transistor T₁ wahlweise entweder B, oder 1/RyVR₄ gewählt werden, wobei die Gröfle des Basiestromes ID des Transistors T₁ eich entsprechend τοη IB₁ su IB₂ Hadert, was eine Änderung der Spannung VN «um Antreiben des Motors M sur Folge hat. Somit kann die durch die Pinger 6a und 6b ausgeübte Oreifkruft su einen kleinen oder großen Wert gesteuert werden.

Bei dem Steuersystem gemäß der «weiten AuefUhrungeform wird der Speisestrom des Motors H dem Elektromagnet 12 »ugeleitet, über den ein Oeeendruok des Druckknopfce 11 der betreffenden Person mitgeteilt wird. Sie maximale Antrlebsspannune ium Betreiben des Motors H kann jedooh bei beiden Werten verändert werden.

Bei der dritten erfindungsgemMBen AuefUhrungeform, die in fig.9 geseigt ist. ist der elektromagnetische Zwelwegsohalter S₁, S₄ fortgelassen, und die Basiswlderstände B₃ und H₄ des in 11«·.8 e«"igten Transietors T₁ sind durch einen Widerstand B₁ und einen wunderbaren Wid^fs-fcand. JTH. ersetet worden, die beide

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mit dem in Ubereinetimining wit dem veränderbaren Widerstand be« tätigbaren Druckknopf 11 einee Elektromagneten 12 in Serie gegehaltet eind» Dor Wert des Widerstandes VIl ändert sloh dabei kontinuierUoh von niedrigon zu hohen Wideretnndsvortec, wenn . der Druckknopf 11 duroh dir Hunkularbevogung den Körpers H all intthlich nach olicn gedrückt wird, wae *ur Polga hut, ded sich die OoenntgröJo der beiden imuiBvidcretondo R₁+VU von niedrigen zu hohen Werten hin allmählich ändert- DemgemäQ r'ndex t sloh auch das Antrlebedrehmoment dos Motors M und dadurch kann die durch die ?lnger 6a und 6b ausgeübte Qreifkraft kontinuierlich gesteuert worden,

Auoh bei dieser dritten AusfUhrungsform wird der Speisestrom des Motors M dem Elektromafci*iten 12 sugeleltet, duroh den ein Oegendruok dee Druckknopfes 11 auf die betreffende Pereon Übertragen wird. Die maximaleSpannung turn Antreiben dee Motors M kann jedooh kontinuierlich duroh die Betätigung dee variablen Widerstandes VR geändert werden, der in Übereinstimmung mit dem Druckknopf 11 betätigbar ist.

Bsi der in Pig, 10 geieigten vierten AuefUhrungsform gemäß der Erfindung ist der in fig· 9 geselgte Druckknopf 11 des Blektro magneten 12 fortgelassen worden, und anstelle des variablen Widerstandes VR dient derjenige Hautabaohnitt der Sobulter des Körper· U, der swlsohen den beiden mit diesen Körper in BsrUhruug atehenden Elektroden 14 und 15 liegt, als variabler Widerstand VR*, dessen Wert in Übereinstimmung mit einem Anwaoheen oder Abnehmen der Druckkraft und/oder Druckfläche der

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Kloktrode 14 veränderbar ist- Die EloUtrode 15 let debei feet mit dem KÜrper H verbunden. Die Widerstandsänderung «wisohen den Elektroden 14 und 15 Über den bo1reffenden Hautabeohnitt kann erreicht worden. Indem beispielsweise dae eine Kontakt-' ende der Elektrode 14 verjüngt ausgebildet iet, wie ee in Fig* 10 (jo»elf·t ist«

Wenn eich demgemäß der Wert dee Baeiewlderetandee R^+VR· des Transistors T₁ lindert, lindert eioh der Be β lent rom ZB dieeee Transistors entsprechend, %ras eine Änderung der Spannung VM zum Antreiben dea Motors H und demzufolge eine Änderung des Drehmomentes dieses Hotors but Folge hat. Diese Änderung dea Drehmomentes des Motors M kann die OrüQe der durota den be wegbaren Finger 6a und den feststehenden Finger 6b ausgeübten Greifkraft vermindorn oder erhüben·

bei der vierten arfindungegemäQen AuefUhrungsform wird der Speisestrom des Motor· M dem Elektromagneten 12 tugeführt, durch den ein Gegendruck der Elektrode 14 auf die betreffende Person Übertragen wird. Dae Steuersystem kann jedoch die Veränderung dea BerUhrungaviderotandes der Blektrode 14 über die Haut dea Körpern H fühlen.

Bei der in Fig. 11 gezeigten fünften erfindungsgemäflen AusfUhrungeform bezeichnet daa Besugsse*ohen 16 ein eylindriecb.ee Gehäuae, dessen unteres Ende fest mit einer Plattenelektrode verbunden iet, die eine breite, leicht gekrümmte Oberfläche besltst, welohe «ur Sohulter dee KUrpers B der betreffenden

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Person hinweist·. Diese Oberfläche der Plattenelektrode 17 let nlt einer Ieolierschioht 18 überdeckt. Durch eine in der Kitt« der Plattenelektrode 17 vorgesehene Öffnung 19 eretreokt βloh ein Stimulatorbolzen 21 aus Kunststoff, der mit einem bewegbaren Eiscml-.orn 20 fast verbunden ist* Das eine Ende des Boltena '21_t welches dom anderen, mit rtem Eisenkern 20 fest verbundenen Boleenendo gegonUberliegt, befindet sich in Kontakt mit einem kleinen Atteohnitt £er Schulter des Kürpers H. Hit dem Beeuß·- eeiohen T ist ein Yerstärlcungetranslator und mit dem Besugeseichen R ein Vf ld ere tend beeeichnet, der mit der Basis des

Transistors I verbunden ist. Der von der epeisequelle 9 flie-

in Am Blockschaltbild der Jig« 13 Qende 8trom kunn/duroh einen variablen Kondensator 0 gesteuert werdenr der aus der Plattenelektrode, der Isollersohloht und der bewegbaren Elektrode des KUrpsrs H gebildet ist· Dsr Strom flie3t dann sum Motor H hin, während der Ausgangsstrom des Motors H über den Transistor T, In welohem eine Stromverstärkung stattfindet, einem Elektromagneten 12 angeleitet wird«

Obgleioh die Haut des menschlichen KOrpers grundsätslioh als Isolator angesehen wird, ist dieselbe sehr dünn und manchmal beim 8ohwitsen feucht, was ausreicht, um als Leiter tu wirken· Wenn daher der Körper H gegenüber der Elektrode 17 als weitere: Elektrode in einer Weise verwendet wird, daO beispielsweise eine Leitung an einen unteren Bohulterabeohnitt angeschlossen wird, wird auf diese Welse der veränderbare Kondensator 0 gebildet, wobei die Isollersohloht und die Haut des Körpers als Dielektrikum dienen. Wenn Aas Gehäuse 16, des den Elektromagneten 12 und den HieenVem 20 in eioh, einschließt, eng an der Schulter

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der betreffenden Person anliegt» und wenn die nach oben bew. naoh unten gerichteten Sohulterbewegungen In einer Welse ausgeführt werden, daß die Plattenelektrode 17 wehr oder veniger stark angepreöt wird, verändert sich der relative Abstand svisehen der elektrode 17 und dem Körper H sowie die Kontaktflacht zvlaobtn der Haut und der Isolierschicht 18» vas eint Steuerung der dsswieohiinbe find liehen statischen Kapazität lur Folgt bat. Entsprtohend ti en Versuchen» die ausgeführt wurden, uo die β ta« tische Kapstlta't des veränderbaren Kondensators C in Abhängigkeit von dem durch dio Muskulärbewegungen der Schulter ausgeübten Druck Jr sum Andrücken dor Plattenelektrode 17 au »essen, wurde festgestellt, daO die statlsobt Kapazität dititt Kondensators C im wesentlichen proportional alt der Bräunung dta Druckes P ansteigt, wie es in Flg· 12A gtitlgt 1st. Daher 1st die hler beschriebene AuefUhrungefora als varlabltr Kondtnsator C fttr die Praxis geeignet·

Wenn bei der in Fig. 13 geselgten 8ohaltung unter Vervendung des veränderbaren Kondensators O von tinte Ossillator 25 Ausgangsslgnale abgegeben werden, dlt In ti4ta Modulator 26 entsprechend der Änderung dts Kapasltätsvtrttt dta varlabltn Kondensators C in elektrische Potentiale uaaodulisrt und dann Über einen Verstärker 27, einen Detektor 28, tin Filter 29 und einen Verstärker 30 dem Motor M sugeführt werden, kann, dlt dem Motor M sugeleltete Spannung entsprechend dtr Veränderung doe Kapasltätswertes des Kondensators 0 eingestellt werden, was ein Ansteigen oder Abfallen des Antrltbsdrthmomtntta dta Motors in Übereinstimmung mit dor Motoreinfangespannung sur Folgt bat"

ft) Q fr* 3 / 0 2 B 3

Auf diene Weiee kaun die- durca den beweglichen und den ortefesten Pinuur 6a baei/· 6b auoguUbto Qreifkraft durch eine Steuerung der MuuUnlarbowjgiini; dor Schulter »um Andrücken der plat« tenfttraiigcu KlQktrode 17 oingeutellt werden.

Ferner vurtle festsestellt, da'J die β Ut ie oho Kapaait&t des

und
variablen Kondensators C/die Klon<nenapannung VK des Motors M im wesentlichen suelnanäer proportional anwachsen, wie es in Fiß. 12B gezeigt 1st, v/enn dich die statisch· Kap&ültJU bsi der in 91g. 13 geneigten Schaltung lindert. Auf diese V/eis« bildet der Kondensator C ein Mittel zum Steuern des Antrisbsaomentes des Motors H« Aus den Pig. 12A und 12$ geht hervor» daO in lalle, in «lern der duroh den Kürper R ausgeübte Druok P ium AndrUoken der plattenförmigen Elektrode 17 ansteigt (Fig, 12A), die Spannung TM sum Antreiben des Motors M, d.h. das Antriebsdrehmoment des Motors M in entsprechender Weise grtffier wird (Flg. 12B)· Semsufolge kann der gegen dl· Plattenelektrode 17 geriohtete Druok dasu dienen, auf kontinuierliche Weise das AntriebsdrehDoment dea Motors 14 su steuern.

Da au0«rden eine Ausgangs- oder Bingangsep^ncy^ des me gesteuerten Motors H dea Blektroaagneten 12 la dea Gehäuse 16 über •in· Rttokkopplungssohlelf· sugsfUhrt wird, in welcher die Spannung, wis se Fig, 13 i«igt, verstärkt wird, wird der bewegliche Eisenkern 20 entgegen der Wirkung einer Feder 22 in Obereinatlaaung mit der QrttBe dieser Spannung angesogen, waa sur Folgs hat, dafi da· sich «erjttagende Ende des Stiaulatorbolsens 21 über die in der pla * „nförtnigtn Elektrode 17 vorgesehene Off-

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nung 19 nach aufton v/eiter vorsteht und einen Abeohnitt der Schulter stark oder achwach stimuliert bzw« reict«

Das Steuersystem riiescr bevorzugten Aunführun^sforia dient äasu, das AntriebsdrcVniot.ant des Motors H zu etcuosn, dossen Antriebs^ bedingungen durch die betreffende Person über die Intensität dar duroh den Btlmulatorbolsen 21 ausgelösten Reisung gefühlt werden.

Bei der in Pie- 14 dargeetelltcn aechsten erfindungsgemäBen AuefUhrungaform bereIchnet das Beisugsceichen 16 gleichfalls sin eng an den Körper H ansupassendes Gehäuse, dessen Boden eine flexible Plattenelektrode 31 aus leitfähigem Oummi sowie eine feste Plattenelektrode 32 aufweist» die mit einem geringen Zwischenraum swlscuen den beiden Elektroden schiohtartig übereinander angeordnet sind. Bin veränderbarer Widerstand 34 1st «wischen den beiden Elektroden 31 und 32 vorgesehen, swieohen denen susutslioh eine Isolierplatte 33 liegt. Der Wert des Widerstandes 34 kann kontinuierlich verändert werden» wenn die Berührungsfläche und der Kontaktdruck «wischen den beiden Elektroden 31 und 32 sich in Abhängigkeit von dem duroh der Kttrper H erscugten Druck ändert und die flexible Plattenelektrode 31 deformiert wird. Pig. 1SA selgt die Besiehung swieohen dem aufgewendeten Druck P sum Andrücken der Elektrode 31 und dem entsprechenden Widerstandswert R des Widerstandes 34« Aus dleeer Darstellung geht klar hervor, daö der Wlderstandswert R abnimmt, wenn der angelegte Druck P ansteigt«

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TUtiützlich dl o Auecangcmfurinung άβκ ITotore M über eine

dem !fotorrllokkopplmiffet'chleife und die Spcmnungequelle 9/in dem Qe~ hlluve 16 untergebrachten Elektromagnet 12 sugefUhrt wird» wird ft«r bowogbare Uleenkorn 20 entgegen dor Wirkung einer Peder 22 in Ubureinstiniunng mit dor OrüOd dieser Ausgangsspannung an~ gezogen, wan eur Folge hat, dan der Stimulatorboleen 21 auο dor in den HattenelGktroden 31 und 32 vorgeoohenen öffnung 19 herauegedrückt wird und öon betreffenden Abschnitt der Sohul» ter doe Körpore H etUrkcr oder echwficher stimuliert bew·

Auf dieec V/eise let co mit dom Steuersystem bei dieser bevorzug« ten AuefUhrungsform möfilichr das Antriebedrahmoraent des Motors M isu steuern, dessen AntrieljBbodindungen duroh die betreffende, deu System benuteende Pereon Über die OrUSe der Siimuiierungevlrtrung des vorstehenden End β β dee Stlmulierungsboleens 21 gefühlt werden können. Fig· 15C zeigt die Beriehung ewleohen der Grüße A des dem Elektromagneten 12 eingeführten Stromes und dem entsprechenden Anetieg der auf den beweglichen Bisenkern ausgeübten Magnetkraft ?. Aus dieser Figur geht herror, daß die di!roh den Elektromagneten 12 erxeugte Magnetkraft f ansteigt, wenn die Stromstärke λ anwächst<, Sas Berugeeeiohen T₁ bezeichnet dabei einen Transistor sun Vermelden einer ülerlastung des Motors M, während das Besugsseiohc ^₁ ein an die Basis dieses Transistors angeschlossener Widerstand 1st« T₂ be-Kelchnet einen Veratärkungeträneietor, während R₂ ein glelohfalls an die Basis des Transistors T₂ angeschlossener Wider· stand ist

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-'el·

Von der Stromquelle 9 flioflt ein Spoisustroni durch don Translator T₁ Bum Motor K« Der Baaiowidorstanfl dieses Traneietore T₁ wird durch den variablen Widerntand 34 beotlmmt» der Ubor die beiden Bloktroden 31 und 32 gebildet wird. Der Ausgange-Btrom doe Motors M wird in don Traneiotor T« voretürkt und dann dem Elektromagneten 12 zugeführt« Figo 15B aeigt die Beziehung Bvleohen dem Wideratandsvert R dea veränderbaren Wider*=· stände 34 in der oben beauhttobenen Schaltung und de * Klemmen* spannung YM des Motors Ϊ1« Aut dieser Figur goht hervor, daß die Klemmenspannung VM zum Antreiben dee Motors M, d«ho das Antriebedrehmoment des Motors M ansteigt, wenn der Wert R des Videretandee 34 abnimmt» Aue den betreffenden figuren geht also hervor, daß das Antriebsdrehmoment des Motore M bei einem Annteigen des Druckes P ansteigt, mit dem die Plattenelektrode mittels einer Muskelbewegung der Schulter belastet wird, da der Wert dee Widerstandes 14 kleiner wird.

Das Steuersystem nach der sechsten AusfUhrungsform gemäß der Erfindung ist daher sum Steuern des Antriebedrehmomentes dee Motors M geeignet, dessen Antriebsbedingungen durch die betreffend· Person Über die Intensität der Stimulierung gefl'hlt werden, die mittels dee Stimulatorboleene 21 ausgelöst wird, welcher Über den Eisenkern 20 in Verbindung mit dem Blektroma» gnet 12 betätigt wird, an den die Ausgangsspannung des Motors M abgegeben wird.

Obwohl die vorher beschriebenen Aueführungeformen Jeweils mit Rüokkopplungssohaltunken »um Steuern des Antriebs dee Motors M

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veraohen Bind, veiet die nun beeehriobene siebente Ausführungen form al· Teil der erflndungBgemtUsn 8ehaltung keinen RückkopplunsBkreis auf·

Unter Bexugnahme auf die Fig«. 16, in der dies· «lsbentt Au·· fUhrungeform cotei^t iat, ist bei dieser Schaltung «in Tranei-β tor T «ur VermsitfunK einer überlastung See Motor· M swlaohen demselben und dev Oluichupuvmun&equolle «j vorgesehen, «ehrend ein verlinderbarur Vidorütandi VR nit der Bueiu dos Traneietore T verbunden ist. HLt Qijaur ochultung kann eine überlastung dee Mo tore M gemäß der U^-,-t_r Auagnngekennlinie des Transit bXotb T goetoucirt verrietu J)t>r £asiatttrom IB dos Transistors I» der durch den verlindorYmren 'fidoratand YH gesteuert wird» bestimmt dabei den maximalen, dem Κοΐοτ» H sugefUhrten 8trom» das heiQt mit andoren Worten, duQ die tnaximeleSpannung VH »utu Antreiben des Hotors H die Differens «wischen der Speisespannung VCO der ftpeieequelle 9 und uer Kollettor-Emltterepannung VCB des Transistors T ist, vrie es der fig. 16 iu entnehmen ist. Venn daher der Vert dee veränderbaren Videretandee VR variiert» üb die OrUBe des Basisstromes IB des Transistors T BU verringern oder su vergrößern, ändert oich der Speisestrom Antreiben des Motors M entsprechend.

Der veränderbare Widerstand VR ist so angeordnet, daB ein mit dem Abgriff des veränderbaren Widerstandes TR verbundener Druckknopf 11 mittels der Muskelbev/agungen der Schulter betätigt werden kann. Wen^ dabei beispielsweise der Bruokknopf 11 Bioh in seiner untersten Stellung befindet, wird eine kleine OröOe für deu veränderbarem Videvetanfl VR erhalten, und der

Basisstrom IB dee Transistors T wird entsprechend klοin, was

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-'ft⁷'-

^v Polßc hat_r dall eine hohe ßpeieeeponiumß VM dem Motor M *u~ geführt wird und mit den iringevn 6a und 6b eine groö. Oreifkrert ausübbar int.

Der Baei.strom ID kann anstelle des in Fig. 16 gezeigten Druck« knopfes M auch durch Impedanfwandlung geändert werden» Bei der in Pig. 17 geEcicten Schaltung werden «wei p-n-p-Transistoren T₁ und T₂ in Heihe mit einem Behälter 8 verwendet, um die

ten Stromes umsuändern. Durch Betätigung des Behälters 8/kann der Drehsinn des Motore H geändert wcrden_r um den bewegbaren Pinger 6a gegenüber dem feststehenden Pinger 6b «u sohlicflen oder BU öffnen«.

Der Hautwideretand des menschlichen Körpers kann beispielsweise ebenfalle als Widerstand VR in fig. 16 verwendet werden. In diesem »all ändert sich der Berührungswiderstand «wisohen dem menschlichen Körper und einea als Elektrode vorgesehenen bewegbaren Teil entsprechend der Änderung der daewischen auftretenden Berührungekraft und Berührungefläche.

Das Steuersystem gernüQ dieser siebenten Aueführungeform besitet einen einfachen Aufbau und umfaßt den Motor M «um Betätigen des künstlichen Gliedes 6a_f den Transistor T «u« Verhindern einer überlastung dee Motore, einen veränderbaren Widerstand VR «um Steuern dee Basisstromes des Transistors T sowie bewegbare Teile, 11 und 11a. Das mit diesem Steuersystem ausgerüstete künstliche eiieü kann je nach Wunsch durch den Benuteer geeteu« ert werden, da im Palle, in dem die bewegbaren Teile durch den

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Bexmteer bewegt werden_t die OröQe de· veränderbaren Vldsrstaa<* des variiert wird, so daß der Baaieetrom de· Transistor· sloh ändert» was sur Folge bat, daS die ßpannung sub Antreiben 4·· Motors ansteigt oder abfällt.

-Patentansprüche·

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1») Steuersystem für elektrisch betätigte kUretliehe Olleder,

   gekenn se 1 ohne t durcU einen NOtOr(IpBUm Antreiben des künstlichen Gliedes, «ine 8peleequelle 6),Über die dem Motor elektrischer Strom sufUhrbar ist, eine Einrichtung (5)sum Steuern des Speisestromes des Motors gemäß Bewegungen das menschlichen Körpers, und eine einrichtung(4) sum Stimulieren bzw. Reisen von druckempfindlichen Herren des menschlichen Körpers proporional au dem dem Motor M augeführten Strom.

   2« Steuersystem naoh Anspruoh 1, dadurch g e k e η η ~ aeiohnet , da0 die 8teuersinriohtung einen Elektromagneten (12) sowie einen odsr mehrere Schalttr S₁, S^ aufweist, dl« in Susammenwlrkung mit dem Elektromagnet derart betätigter sind, daß der Strom ium Antreiben dss Motor· über dls SohaltTorgangs dsr 8ohalter gemäß den Bewegungen des mencohllohen Körpers gettsusrt wird.

   9« Steuersystem naoh Anepruoh 1, d a d u r ο h g e k e η η ' »•lohnet , das dl· Steuereinrichtung einen veränderbaren Widerstand (VB)umfaflt, der durch Beweguncen des mensohliohen Körpers In der OröBe beeinflußbar 1st und desaen Viderstandeänierungen den Stroa sum Antreiben des Motors M steuern·

   §09143/0283

   tors in d«r Oröß· eteuern·

   ,•lehnet

   4«

   1ι·»β·· .»a

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   ^ -27-

   θ. Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch g e k · η n~ Beichnetr daß die 8timulatoreinrichtung (4) in einem Boreich angeordnet ist, in welohem die Betätigung des Betätigungsorgones (3) durchgeführt wird.

   9· Steuereinrichtung nach Anspruoh 6, daduroh g β ~ kennseiohnet · daS die Berührungsfläche des Betätleungsorganes (3) gegen. den mensohliohen Körper grö-0er als diejenige der Stimulatorelnriehtung (4) gewählt ist,

   10· Steuereinrichtung nach Anspruch 6, daduroh jekennseiohnet, daO die Einrichtung sum 8teu«rn der Stimulatoreinrichtuns (4) einen El#ttrosu^a*ttn aufweist» der durch den dem Motor(^)sugefOhrten Strom steuerbar 1st«

   11. Steuersystem nach Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet, durch eine Einrichtung sum Verhindern siner überlastung des Motors M durch dessen Speisestrom, sowie eine Einrichtung sum Stimulieren bsw. Reizen ton druckempfindlichen Herven des menschlichen Körpers in Übereinstimmung mit dem dem Motor sugeführten 8trom»

   12. Steuersystem nach Anspruch 11, daduroh gekennzeichnet, dafi die eine überlastung verhindernde Einrichtung einen Transistor und die Steuereinrichtung (5) einen veränderbaren Widerstand aufweist, der mit der Basis des Transistors verbunden 1st.

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