DE2016295A1

DE2016295A1 - Tactile feedback device for artificial human limbs, in particular artificial hands

Info

Publication number: DE2016295A1
Application number: DE19702016295
Authority: DE
Inventors: der Anmelder. M ist
Original assignee: Effertz, Friedrich H., Dr., 5000 Köln-Brück; Frank, Martin A., Dipl.-Ing., 5000 Köln
Priority date: 1970-04-06
Filing date: 1970-04-06
Publication date: 1971-10-28

Description

Taktile Rückmeldeeinrichtung für künstliche menschliche GLiedmaßen, insbesondere Kunsthände Die Erfindung betrifft eine Rückmeldeeinrichtung für künstliche menschliche Gliedmaßen, insbesondere motorisch angetriebene Hand- und Armprothesen, die dem Versorgten die an den Fingern auftretenden Griffkräfte und die Stellung der Finger und ihrer Glieder zueinander auf einen Teil der Hautoberfläche in Form eines zweidimensionalen Druckmusters signalisiert. Tactile feedback device for artificial human limbs, in particular artificial hands The invention relates to a feedback device for artificial hands human limbs, especially motorized hand and arm prostheses, the grip forces occurring on the fingers and the position the fingers and their limbs are shaped to one another on part of the skin surface of a two-dimensional print pattern.

Bei der bekannten motorisch angetriebenen von Myo- oder Neurosignalen gesteuerten Kunsthand ist dem Prothesenträger die Möglichkeit gegeben, willkürliche Griffbewegungen und Drehbewegungen dieser Kunsthand durchzuführen. Dabei lösen die bei einer gewollte Bewegung an der Hautoberfläche aufgenommenen Muskelaktionsspannungen (Myosignale) den Anlauf der die Finger und/oder das Handgelenk bewegenden Stellmotoren as, , die bei bestimmter Schaltung integrales Verhalten zeigen, d.h. die Drehzahl und damit die Verstellgeschwindigkeit der Glieder verhält sich proportional der entsprechend verstärkten Amplitude der Myosignale. Die Bewegung der so betätigten Elemente dauert an bis diese sich selbst oder den ergriffenen Gegenstand berühren und eine Kraft aus dem Drehmoment des Antriebes aufgebaut ist und letzterer durch die Rückwirkung der Griffkraft zum Stillstand gebr-emst wird. Dieser Zustand bleibt auch nach Abklingen deß Myosig- -nals bestehen, wenn der Stellmechanismus mit Selbsthemmung arbeitet. Als Befehlsgeber für die Steuerung der Kunsthand dient vorzugswelse ein Antagonistenpaar der Armmuskulatur, wobei die Myosignale des einen Muskels das Schließen und die des anderen das Öffnen der Hand bewirken und/oder steuern.In the case of the known motor-driven by myo- or neurosignals controlled arts and crafts, the prosthesis wearer is given the option of arbitrary Perform grip movements and rotary movements of this art. The Muscle action tensions recorded during a deliberate movement on the surface of the skin (Myosignals) the start-up of the servomotors moving the fingers and / or the wrist as, which show integral behavior in a certain circuit, i.e. the speed and thus the speed of adjustment of the links is proportional to the correspondingly increased amplitude of the myosignals. The movement of the so actuated Elements lasts until they touch themselves or the gripped object and a force is built up from the torque of the drive and the latter through the reaction of the grip force is brought to a standstill. This state remains even after the Myosig- nals have subsided, if the adjusting mechanism is self-locking is working. As a command generator for the control of the handicraft is preferably a Pair of antagonists of the arm muscles, with the myosignal of one muscle closing and those of the other cause and / or control the opening of the hand.

Mit den bekannten Konstruktionen hat man gute Erfahrungen gemacht, wenn der Versorgte durch eigene Augenbeobachtung eine Art der Rückmeldung benutzt und zusätzlich das Geräusch des Antriebes als akustische Rückmeldung Ii£nzuzieht, um aus diesen Informationen auf die Griffkraft, sowie die Hand- und Fingerstellung zu schließen. Durch Umwelteinflüsse optischer und/oder akustischer Art (z.B. Dunkelheit, hoher Geräuschpegel) können beide Rückmeldewege beeinträchtigt oder gar ausgeschaltet werden.We have had good experiences with the known constructions, if the person being cared for uses a type of feedback through their own eye observation and additionally the sound of the drive as acoustic feedback This information draws on the grip strength, as well as the hand and Close finger position. Optical and / or acoustic due to environmental influences Type (e.g. darkness, high noise level) can affect both feedback paths or even be switched off.

Auch sind elektronische Schaltungen bekannt, die einen Vergleich der elektrisch gemessenen und rückgemeldeten Griffkraft mit der Muskelaktionsspannung herbei führen, jedoch sind diese technisch sehr aufwandreich und energieverzehrend und signalisieren nicht die Griffkraft dem Nervensystem des Trägers.Electronic circuits are also known that allow a comparison of the Electrically measured and reported grip strength with muscle action tension bring about, but these are technically very complex and energy consuming and do not signal the grip strength to the wearer's nervous system.

Weitere bekannte Rückmeldeeinrichtungen versuchen dem Versorgten einen Eindruck von der Oberflä.chenbesc}iaffenheit eines betasteten Gegenstandes zu vermitteln, in dem die Oberflächenrauhigkeit auf verschiedenen Wegen in entsprechende akustische Signale umgesetzt wird.Other well-known feedback devices try the one being fed To give an impression of the surface openness of a touched object, in which the surface roughness in various ways in corresponding acoustic Signals is implemented.

Bei der Durchführung feinfühliger Bewegungen wie z.B. dem Ergreifen eines rohen Eies ergeben sici Schwierigkeiten bei der Verwendung der bisher bekanten Prothesen, dadurch bedingt, daß keine taktile Rückmeldung besteht. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch eine technisch einfache und keine Hilfsenergie benötigende taktile Rückmeldeeinrichtung zu erreichen, daß der Versorgte nach einem Lernvorgang in der Lage ist, die Hand-, Finger- und Fingergliedpositionen sowie die Griffkraft mit Hilfe eines korrespondierenden zweidimensionalen Druckmusters auf einem Teil der Hautoberfläche zu erkennen. Die Erfindung befähigt den Versorgten zur fortlaufenden Erkennung der Hand- und Fingerbewegungen sowie der auftretenden Griffkräft und ermöglicht ihm die Auslösung der erforderlichen korrigierenden Steuerbefehle auch ohne optische oder akustische Rückmeldung. Mit dieser Erfindung wird nach einem hinreichend langen Lernvorgang die Ausführung von unwillkürlichen Bewegungsfolgen der Handglieder (Bewegungsautomatismen) über die unbewußt tätigen subkortikalen motorischen Zentren ermöglicht. Zugleich werden die bei Prothesen ohne Rückmeldung möglichen unkontrollierten Fehlbewegungen verhindert Die Erfindung wird durch die Fig. 1, welche in einem Blockschaltbild die Eingliederung der taktilen Rückmeldung in das sensorische und motorische Nervensystem des Menschen zeigt und die Fig 2,3 und 4 mit ilirem Schnitt A - B, die ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens darlegen, erklärt.When performing delicate movements such as grasping a raw egg sici difficulties in using the previously known Prostheses, due to the fact that there is no tactile feedback. The task of Invention consists in a technically simple and no auxiliary energy required tactile feedback device to achieve that the cared for after a learning process is able to control the hand, finger and phalanx positions as well as the grip strength with the help of a corresponding two-dimensional print pattern on a part on the surface of the skin. The invention enables the cared for continuous Recognition of hand and finger movements as well as the occurring grip forces and enables the triggering of the necessary corrective control commands even without optical ones or acoustic feedback. With this invention is after a sufficiently long Learning process the execution of involuntary movements of the hand limbs (movement automatisms) via the unconsciously active subcortical motor centers. Simultaneously will which prevents possible uncontrolled incorrect movements with prostheses without feedback The invention is illustrated by FIG. 1, which shows the incorporation in a block diagram the tactile feedback in the sensory and motor nervous system of humans and FIGS. 2, 3 and 4 with section A - B, which show an exemplary embodiment explain the idea of the invention.

Die Fig. 1 zeigt eine systemtheoretische Darstellung der Wirkungsweise einer myoelektrisch gesteuerten Prothese mit taktiler Rückmeldeeinrichtung integriert in das Nervensystem und in zuordnung zum visuellel Rückmeldesystem.Fig. 1 shows a system-theoretical representation of the mode of operation integrated into a myoelectrically controlled prosthesis with a tactile feedback device in the nervous system and in relation to the visual feedback system.

Eine willkürliche Bewegung werde charakterisiert durch ein aus zeitlich veränderlichen Führungsgrößen W, (t) bestehendes Bewegungsprogramm. Die höheren Zentren des zentralen Nervensystems HZZNS veranlassen die Ausführung des Bewegungsprogrammes durch eine Folge zeitlich veränderlicher Nervenimpulse W2(t) an die motorischen Vorderhornzellen des Rückenmarks RM. Die Motoneuronen des Rückenmarks innervieren durch Nervenimpulse Y (t) die Skelettmuskulatur des noch vorhandenen Restgliedes M. Durch die Muskelkontraktion entstehen die Myosignale U (t), die wiederum über das künstliche Ersatzsystem P (Prothese) Positionsbewegungen der Kunsthand und GriffkräfteX (t) auslösen.An arbitrary movement is characterized by an out of time variable reference variables W, (t) existing exercise program. The higher ones Centers of the central nervous system HZZNS cause the execution of the exercise program by a sequence of temporally variable nerve impulses W2 (t) to the motor Anterior horn cells of the spinal cord RM. Innervate the motor neurons of the spinal cord by nerve impulses Y (t) the skeletal muscles of the remaining limb M. The muscle contraction gives rise to the myosignals U (t), which in turn go through the artificial replacement system P (prosthesis) positional movements of the hand and grip forcesX (t) trigger.

Die aus den Elementen HZZNS, RM, M und P bestehende Steuerkette wird durch die optische Rückführung 0, die die von der Retina wahrgenommene Größe X (t) in Nervenimpulse X1(t) transformiert, zum Regelkreis I geschlossen. Dieser funktioniert mit visueller Rückmeldung um so sicherer, je besser das Auge aus äußeren Beobachtungen die Hand- und Fingerposition sowie die versteckte Griffkraft ableiten kann, da ja eine echte Griffkraftmessung nicht vorliegt.The timing chain consisting of the elements HZZNS, RM, M and P becomes through the optical feedback 0, which determines the size X (t) perceived by the retina transformed into nerve impulses X1 (t), closed to control loop I. This works with visual feedback, the safer the better the eye from external observations can derive the hand and finger position as well as the hidden grip force, because yes a real grip force measurement is not available.

Die Erfindung sieht vor, einen Regelkreis II, entsprechend der Rückmeldung über natürliche Rezeptoren (z.B. Druckrezeptoren, Propriorezeptoren), zu bilden. Dieser besteht aus einer neuartigen künstlichen Rückmeldeeinrichtung R9E, zweitens dem natürlichen Teil der sensorischen Rückmeldung S und den Elementen RM, M, und P. Die Rückmeldeeinrichtung ZME transformiert die Eingangsgröße X (t) in das Druckmuster X (t), das durch den natüraichen Teil des sensorischen Systems S in das Nervenimpulsmuster X2(t) überführt und dem Rückenmark zugeleitet wird. Der damit geschlossene Regelkreis II ermöglicht die kontrollierte Ausführung von unwillkürlichen Bewegungsfolgen durch die unbewußt tätigen motorischen Zentren des Rückenmarks, die die Skelettmuskulatur innervieren.The invention provides a control loop II, according to the feedback via natural receptors (e.g. pressure receptors, proprioreceptors). This consists of a new type of artificial feedback device R9E, secondly the natural part of the sensory feedback S and the elements RM, M, and P. The feedback device ZME transforms the input variable X (t) into the pressure pattern X (t) created by the natural part of the sensory system S is converted into the nerve impulse pattern X2 (t) and fed to the spinal cord. The closed loop II enables the controlled execution of involuntary movement sequences through the unconsciously active motor centers of the Spinal cord, which innervate the skeletal muscles.

Der Informationsfluß im Regelkreis I läßt sich nach entsprechender Vereinfachung durch folgende Gleichungen beschreiben: In den höheren Zentren des zentralen Nervensystems werden aus der Führungsgröße W1 und dem Nervenimpuls X1 die Regelabweichung (1) Xw 3 X1 - W2 gebildet und als Führungsgröße (2) W2 = F1 (XW1) dem Rückenmark zugeführt.The flow of information in control loop I can be according to the appropriate Describe the simplification by the following equations: In the higher centers of the central nervous system are derived from the reference variable W1 and the nerve impulse X1 the control deviation (1) Xw 3 X1 - W2 is formed and as a reference variable (2) W2 = F1 (XW1) delivered to the spinal cord.

Das Rückenmark RM innerviert entsprechend den Gleichungen (3) xW2 = X2 -W 2 2 2 und (4) Y = F2 (XW2) durch Nervenimpulse Y die Skelettmuskulatur M.The spinal cord RM innervates according to equations (3) xW2 = X2 -W 2 2 2 and (4) Y = F2 (XW2) through nerve impulses Y the skeletal muscles M.

Durch die Rückmeldeeinrichtung RME und den Regelkreis II wird ein Unterregelkreis aufgebaut, der wie bei natürlichen Systemen die Ausführung der von den höheren Zentren des zentralen Nervensystems ausgelösten Stellbewegungen W2 überwacht.By the feedback device RME and the control circuit II a A sub-control loop is set up which, as in natural systems, enables the execution of the control movements W2 triggered by the higher centers of the central nervous system.

In Fig. 2 ist der Erfindungsgegenstand, die taktile Rückmeldeeinrichtung RME, in Verbindung mit der bekannten myoelektrischen Steuerkette SK einer Unterarmprothese gezeigt, wobei wegen der Übersicht bei dieser nur ein Muskel an ein Einkanalsystem myoelektrisch angeschlossen ist.In Fig. 2, the subject matter of the invention, the tactile feedback device RME, in connection with the well-known myoelectric control chain SK of a forearm prosthesis shown, with only one muscle connected to a single-channel system for the sake of clarity is myoelectrically connected.

Die Unterarmprothese 1 mit myoelektrisch gesteuerter Hand ist am Stumpf des Unterarmes 2 befestigt. An diesem ist an spezieller Stelle die Elektrode 3 als Aufnehmer der Myosignale angesetzt. Die Nyosignale werden vom Verstärker 4 verstärkt, dem elektronischen Schalter 5 zugeleitet, der den Stellmotor 6 schaltet und der Zeigefinger 7a und Daumen 7b bewegt. Die elektrische Versorgung erfolgt durch den Akkumulator 8. Die Aggregate 4,5 und 6 sind bei bekannten Ausführungen im Schaft des Kunstarmes untergebracht. Es liegt hier eine Steuerkette vor, die durch Zuordnung der taktilen Rückmeldeeinrichtung RtIE und Einbezug des Nervensystems zum Regelkreis II ge -schlossen wird. Die die taktile Rückmeldeeinrichtung bildenden technischen Glieder sind Rezeptoren 9a, b, c, d an den beweglichen Fingerteilen der Hand, Übertragungsleitungen -lOa, b, e, d und zur Darstellung der spezifischen Griffkraft und Handposition die Manschette 11 mit den Empfängern 12a, b, c, d derart, daß geschlossene unabhängige Systeme entstehen aus Rezeptor 9 an der Hand resp. Fingerglied, Leitung 10 und Empfänger 12. Von diese. Rezeptoren 9 signalisiert 9d vorzugsweise die Stellung der künstlichen Finger zueinander, kurz die Handöffnung.The forearm prosthesis 1 with myoelectrically controlled hand is on the stump of the forearm 2 attached. At this, the electrode 3 is at a special point as Myosignal transducer attached. The Nyo signals are amplified by the amplifier 4, fed to the electronic switch 5, which switches the servomotor 6 and the Index finger 7a and thumb 7b moved. The electrical supply is provided by the Accumulator 8. The units 4, 5 and 6 are in known designs in the shaft of the artificial arm housed. There is a control chain here, which is created by assignment the tactile feedback device RtIE and the involvement of the nervous system in the control circuit II is closed. The technical forming the tactile feedback device Links are receptors 9a, b, c, d on the movable finger parts of the hand, transmission lines -lOa, b, e, d and to display the specific grip strength and hand position die Cuff 11 with the receivers 12a, b, c, d such that closed independent Systems arise from receptor 9 on the hand, respectively. Phalanx, line 10 and receiver 12. Of this. Receptors 9 9d preferably signal the position of the artificial ones Fingers to each other, briefly the opening of the hand.

Die Anordnung der Empfänger 12a, b, c, d in Zuordnung zu den Rezeptoren 9a, b, c, d ist ph-siologisch so zu bestimmen, daß nach einem Lernvorgang die GriXfkraft und die Fingerposition an der Oberfläche eines gesunden Körperteils in Form eines Druckmusters erkannt werden kann.The arrangement of the receivers 12a, b, c, d in association with the receptors 9a, b, c, d is to be determined ph-siologically in such a way that the grip strength after a learning process and the finger position on the surface of a healthy body part in the form of a Print pattern can be recognized.

Der Erfindungsgegenstand wird durch die in Fig. 3 und Fig.4 mit Schnitt A - B beschriebenen und vereinfacht dargestellten Anordnungen verwirklicht, wobei in diesem Beispiel eine hydrauliche Übertragung der Griffkraft zum gesunden Körperteil, hier Oberarm, vorgesehen ist.The subject of the invention is shown in Fig. 3 and Fig.4 with section A - B described and simplified arrangements realized, wherein in this example a hydraulic transmission of the grip force to the healthy part of the body, here upper arm, is provided.

Die Finger 7a und 7b dieser Kunsthand sind wie heute ge -bräw-hlich aus Leichtmetall oder Kunststoff gefertigt. Die Hand hat einen nach kosmetischen Gesichtspunkten gestalteten elastischen Überzug 13, der die gesamte Hand überspannt.The fingers 7a and 7b of this handicraft are customary as they are today made of light metal or plastic. The hand has an after cosmetic Aspects designed elastic cover 13, which spans the entire hand.

Üblicherweise werden bei Kunsthänden der Zeigefinger und der Daumen bewegt, wobei je nach technischem Aufwand der Zeigefinger mit nur einem Drehgelenk starr ist oder aber mehrere Drehgelenke zur natürlicheren Nachbildung der Bewegung der Fingerglieder aufweist. Im dargestellten Beispiel ist einfacherweise ein starrer zeigefinger gewählt.Usually the index finger and the thumb moves, depending on the technical complexity of the index finger with only one swivel joint is rigid or several swivel joints for a more natural simulation of the movement the phalanx has. The example shown is simply a rigid one index finger chosen.

An ausgezeichneten Stellen für die örtliche Griffkraft und Fingerstellung sind die Fingerteile und der Überzug 13 so ausgebildet, daß Hohlräume entstehen, die elastische und leicht deformierbare Zellen 14 aufnehmen, die bereits als künstliche Rezeptoren 9a, b, c, d bezeichnet sind. Die Metallteile der Finger sind so gestaltet, daß sie einen Teil der Zellen und die flexibilen Leitungen 10a, b, c, d zu dem jeweiligen Empfängerelement 12a, b, c, d aufnehmen, damit das kosmetische Bild gewahrt bleibt. In Fig. 3 und 4 ist zu Gunsten der Übersicht auf die Darstellung bekannter Füll-und Entlüftungsventile verzichtet, es versteht sich von selbst, daß die hydraulichen Systeme mit Flüssigkeit so gefüllt sind, daß bei unbeaufschlagten künstlichen Rezeptoren 9 die Empfängerelemente 12 keine Signalwirlcung erzeugen.In excellent places for the local grip strength and finger position the finger parts and the coating 13 are designed so that cavities arise, accommodate the elastic and easily deformable cells 14, which are already considered artificial Receptors 9a, b, c, d are designated. The metal parts of the fingers are designed so that they are part of the cells and the flexible lines 10a, b, c, d to the respective Receive receiver element 12a, b, c, d so that the cosmetic image is preserved. In Fig. 3 and 4 is in favor of the overview on the representation of known filling and Vent valves dispensed with, it goes without saying that the hydraulic Systems are so filled with liquid that artificial receptors are not acted upon 9 the receiver elements 12 do not generate any signal effects.

Ergreift die Hand einen Gegenstand, dann deformieren sich die beanspruchten Zellen 14, es ergibt sich ein Druckanstieg in diesen, der sich über die nicht ausdehnungsfähigen Leitungen 10 den Empfängerelementen 12 von noch zu beschreibendem Aufbau mitteilt und diese Empfänger lösen durch ihre Verformung einen auf die Hautoberfläche wirkenden Druck, also einen Reiz, auf die natürlichen Druckrezeptoren der berührten Hautoberfliche aus.If the hand grabs an object, the stressed ones are deformed Cells 14, there is an increase in pressure in these, which is beyond the non-expandable Lines 10 communicates the receiver elements 12 of the structure to be described and these receivers, through their deformation, release an effect on the surface of the skin Pressure, i.e. a stimulus, on the natural pressure receptors of the surface of the skin that is touched the end.

Die Einlage, tig der Zellen 14 in die bewegten Finger und Handfläche bringt den zusätzlichen Vorteil der gle chmäßigeren Verteilung der Flächenpressung beim Griff als sie bei festen Kunsthandgliedern gegeben ist.The deposit, tig of cells 14 in the moving fingers and palm brings the additional advantage of a more even distribution of the surface pressure in the grip than is the case with fixed artificial limbs.

Die Anordnung der Empfänger 12 in der Manschette 11 erfolgt zweckmäßigerweise so, daß dem Träger das "Lernen" eines "Griffmusters" leicht möglich ist. Dieses ist bestimmt durch <lie an einer Körperstelle z.B. am Oberarm oder auch am Rücken angebrachte Anordnung der einzelnen Empfängerelemente, sei dies nun eine Anordnung in horizontaler oder vertikaler Reihe oder aber in spezieller zweidimensionaler Flächenverteilung. Es entsteht damit eine erlernbare Abbildung der Griffkraft sowie der Hand- und Fingerpositionen in Form eines Reizmusters auf der Hautoberfläche.The arrangement of the receivers 12 in the cuff 11 is expedient so that the wearer can easily "learn" a "grip pattern". This is determined by <lie on one part of the body, e.g. on the upper arm or on the back appropriate arrangement of the individual receiver elements, be this now an arrangement in a horizontal or vertical row or in a special one two-dimensional area distribution. This creates a map that can be learned the grip strength as well as the hand and finger positions in the form of a stimulus pattern the skin surface.

Außerdem kann das Erkennen der Griffkraft und der Finger-und Fingergliedstellung unterstützt werden durch verschiedene geometrische Formen der Empfängerelemente, z.B. icreisförmig 12a, b, c oder als schlankes Rechteck 12 d über die ganze Manschettenbreite, wie es die Fig. 4 zeigt.In addition, it can recognize the grip strength and the position of the fingers and phalanxes are supported by different geometric shapes of the receiver elements, e.g. i-shaped 12a, b, c or as a slim rectangle 12d over the entire width of the cuff, as FIG. 4 shows.

Weiterhin ist vorgesehen, außer der Empfängeranordnung und -Form auch deren n'it der Haut in Kontakt stehende Oberfläche zu variieren. So kann z.B. der als Folge der Druckbeanspruchung des Rezeptors 9a des Daumens durch den zugeordneten Empfänger 12a ausgelöste Reiz dadurch verstärkt werden, daß seine Empfängeroberfläche als Kegel 15 ausgebildet ist, der somit örtlich eine höhere Flächenpressung und damit einen stärkeren Reiz hervorruft. Zu gleichem Zwecke können weiterhin die die Haut berührenden Oberflächen der Empfängerelemente mit erhabenen konzentrischen Ringen 16 oder Noppen 17 ausgestattet sein.In addition to the receiver arrangement and shape, provision is also made for varying the surface thereof which is in contact with the skin. For example, the stimulus triggered by the associated receiver 12a as a result of the compressive stress on the receptor 9a of the thumb can be intensified by the fact that its receiver surface as Cone 15 is formed, which thus locally causes a higher surface pressure and thus a stronger stimulus. For the same purpose, the skin-contacting surfaces of the receiver elements can also be equipped with raised concentric rings 16 or knobs 17.

Die Erfindung sieht vor, die beim Griff und bei der Bewegung der Finger auftretenden Druck- und Volumenänderungen der künstlichen Rezeptoren 9 in Wegänderungen der mit der Haut in Kontakt stehenden Teile der entsprechenden Empfängerelemente 12 umzusetzen.The invention provides for the grip and the movement of the fingers occurring pressure and volume changes of the artificial receptors 9 in path changes the parts of the corresponding receiver elements in contact with the skin 12 to implement.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind zwischen Manschette 11 und den die Griffkraft und/oder Fingerposition signalisierenden Platten 18 der Empfängerelemente elastische Glieder vorgesehen. Diese sind so gestaltet, daß im unbeaufschlagten Zustand das Geberelement in die Manschette eingebettet ist und ihre elastische Verformung möglichst rückwirkungsfrei den "Fühlwert" nicht beeinflußt. Es versteht sich von selbst, daß für die die Haut berührenden Teile hautverträgliche Werkstoffe einzusetzen sind und die Leitungen 10 zur Übertragung der Volumenänderung der Rezeptoren 9 nur geringst ausdehnungsfähig sein dürfen.To solve this problem are between the cuff 11 and the Gripping force and / or finger position signaling plates 18 of the receiver elements elastic members provided. These are designed so that in the unaffected State the transmitter element is embedded in the cuff and its elastic deformation the "sensing value" is not influenced as far as possible without any reaction. It goes without saying even that skin-compatible materials should be used for the parts in contact with the skin are and the lines 10 for transmitting the change in volume of the receptors 9 only least may be expandable.

Die Fig. 4 mit ihrem Schnitt A - B, zeigt erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele von Empfängerelementen, von denen 12a und b im beaufschlagten und 12c und d unbeaufschlagt dargestellt sind.4, with its section A - B, shows exemplary embodiments according to the invention of receiver elements, of which 12a and b im acted upon and 12c and d not acted upon are shown.

Die Geberelemente 12 b und c bestehen aus der Platte 18 mit ihrer bereits beschriebenen verschiedenen OberflächenstruI-tur, die an ihrem Rande in den dünnwandigeren konzeiitrischen Faltenring 19 übergeiien, deren äußerster Rand 20 mit der Manschette dicht verbunden ist. Platte und Faltenring sind vorzugsweise aus gummielastischem Werkstoff, sodaß sich auch die Platte an die Gestalt des berührten Körperteiles anpaßt.The encoder elements 12 b and c consist of the plate 18 with their already described different surface structure, which at their edge in the thinner-walled concise ring of folds 19, the outermost edge of which 20 is tightly connected to the cuff. Plate and fold ring are preferred made of rubber-elastic material, so that the plate also touched the shape of the Body part adapts.

Bei dem Empfängerelement 12a ist als elastisches Glied beispielsweise ein Faltenbalg 21 vorgesehen, der aus gummi -elastischem Werkstoff bestehend in einer Einschwlrung zur Verhinderung des Ausbeulens mit einem steifen Stützring 22 versehen ist.In the receiver element 12a, for example, is an elastic member a bellows 21 is provided, which consists of rubber-elastic material in an indentation to prevent bulging with a stiff support ring 22 is provided.

Als weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens ist das Empfängerelement 12d von Rechteckform aus gleichstarkem elastischen Werkstoff mit einigen, hier drei, Längsfalten 23 ausgeführt, das bei Beaufschlagung eine halbkreisähnliche Querschnittsform 24 annimmt. Eine Variation dieses Beispiels ist ausführbar durch Anordnung der Dehnungsfalten nach dem Beispiel 12a aber ohne Stützring, um die vom Träger fühlbare Änderung der Querschnittsform zu erhalten.The receiver element is a further exemplary embodiment of the inventive concept 12d of rectangular shape made of elastic material of equal strength with some, here three, Longitudinal folds 23 carried out, which when applied a semicircular cross-sectional shape 24 assumes. A variation of this example can be made by arranging the expansion folds according to the example 12a but without a support ring to the perceptible change of the wearer Get cross-sectional shape.

Die Abbildung der Griffkraft und der Fingerpositionen als Druckmuster kann für jedes Zuordnungspaar von künstlichem Rezeptor und korrespondierendem Empfängerelement durch unterschiedliche und gegebenenfalls einstellbare Volumenverhältnisse von Rezeptor und Empfängerelement mit verschiedenen Verstärkungsfaktoren und damit mit verschiedenen Empfindlichkeiten erfolgen. Es sind auf diese Weise auch hohe Empfindlichkeiten der Rückmeldeeinrichtung RME erzielbar.The illustration of the grip strength and the finger positions as a print pattern can for each assignment pair of artificial receptor and corresponding recipient element through different and possibly adjustable volume ratios of receptor and receiver element with different gain factors and thus with different Sensitivities take place. In this way, there are also high sensitivities the feedback device RME achievable.

Bei Verwendung hydraulischer Hilfsenergie ist es außerdem möglich, diese Rückführung in bekannter Weise mit PD-Verhalten auszuführen und damit das PD- ähnliche Verhalten natürlicher Rezeptoren zu verstärken.When using auxiliary hydraulic energy, it is also possible this feedback in a known way with PD behavior to execute and thus to strengthen the PD-like behavior of natural receptors.

Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausfiihrungsbeispiel beschränkt. Er ist auf alle Ersatzeinrichtungen für menschliche Extremitäten und auf technische Manipulatoren anwendbar, bei denen eine Rückmeldung in der beschriebenen Art erfolgen soll.The object of the invention is not limited to what is described and illustrated Embodiment limited. He is on all substitute facilities for human Extremities and applicable to technical manipulators that require feedback should take place in the manner described.

9 Patentansprüche 4 Figuren9 claims 4 figures

Claims

Claims: 1. Tactile feedback device for artificial human limbs, in particular artificial hands, whose movements are caused by myo- and / or Neurosignals are controlled, characterized in that at special for the Grip force characteristic points of contact on the moving fingers and the Palm artificial receptors (9a, b, c), and for signaling the 1 ingerposition one or more receptors (9b, d) are arranged with on the skin surface in a special arrangement located receiver elements (12 a, b, c, dt) are connected so that each closed Arrangements of receptor (9) - line (10) - receiver element (12) are formed, so that when the artificial receptors are acted upon, the corresponding receiver elements generate a stimulus pattern on the skin surface, which after a learning process the recognition the hand, finger and phalanx positions as well as the grip strength.

2. Tactile feedback device according to claim 1, characterized in that that the transmission of the grip force and finger strength detected by the receptors (9) as well Finger phalanx positions to the receiver elements (12) takes place hydraulically.

3. Tactile feedback device according to claim 1 and 2, characterized in that that the receptors (9a, b, c, d,) as elastic cells filled with fluid (14) formed and partly embedded in the artificial phalanx and from the cover (13) are overridden.

4. Tactile feedback device according to claim 1, characterized in that that several receptors (9a, b, c, d) are inserted into the Kunsthanti and the image of those represented by them Locally variable pressure changes as pressure or nerve stimulus patterns through the Receiver elements (12a, b, c, d) in special one or two-dimensional arrangement takes place on the skin surface.

5. Tactile feedback device according to claim 1 and 4, characterized in that that the receiver elements (12a, b, c, d) have different geometric shapes.

6. Tactile feedback device according to claim 1, 4 and, 5, characterized in that the surface of the receiver element (12 a) which is in contact with the skin of the wearer is smooth and of the shape of a Cone (15), with the surface pressure falling from the truncated cone tip to the edge, the stimuli from this receiver being emphasized in the stimulus pattern.

7. Tactile feedback device according to claim 1 and 5, characterized in that that the receiving surface in contact with the skin surface is either is even and smooth or abe: elevations in F «m of e.g. concentric rings (16) or knobs (17), the receiver surface is or is equal to each other different structure, for the specific expression of the artificial Receiver elements (12) formed print pattern.

8. Tactile feedback device according to claim 1 to 7, characterized in that that the receiver elements (g2 a, b, c) consist of a plate (18) over the elastic bellows (19) or the bellows supported by a ring (22) (21) are connected to the sleeve (11) in such a way that the plates only force transferred perpendicular to the skin surface or designed as a receiver element (12d) are that by a fold arrangement (23) a change in cross-section when applied and thus surface change (24) is achieved.

9. Tactile feedback device according to claim 1 - 8, characterized in that that through different and adjustable volume ratios of the artificial Receptors (9) and the receiver elements (12) also have different amplification factors and thus different sensitivities can be achieved.

L e r s e i t e