DE2245503C3

DE2245503C3 - Künstliche Hand

Info

Publication number: DE2245503C3
Application number: DE2245503A
Authority: DE
Inventors: James Francis Mount Vernon N.Y. Mullen (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-07-31
Filing date: 1972-09-15
Publication date: 1980-09-04
Also published as: DE2245503A1; US3694021A; DE2245503B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine künstliche Hand, deren mit einer Grundplatte gelenkig verbundene Finger und Daumen aus drei zueinander einknickbaren Gliedern bestehen, die durch zwei mit ihren Enden in den Gliederspitzen fixierte Zugbänder beweglich sind, von denen das eine mittels einer Betätigungseinrichtung die Beugung und das andere mittels einer Rückstelleinrichtung die Streckung der Glieder bewirkt, daß der Daumen über ein Winkelzugband durch eine weitere Betätigungseinrichtung in eine Winkelstellung zur Grundplattenebene einstellbar ist.

Eine derartige künstliche Hand ist aus der GB-PS 82 217 bekannt. Die Mängel dieser bekannten Ausführung bestehen darin, daß die Finger- und Daumenglieder bei allen Beugebewegungen an sich ändernden Stellen zur Anlage kommen, also nicht durch feste Gelenkzapfen verbunden sind, wodurch ein exaktes Greifen nicht gewährleistet ist. Weiterhin können die Finger nur gemeinsam betätigt werden, da alle Zugbänder für die Finger zusammenlaufen. Auch lassen sich die Finger nicht spreizen, da sie seitlich nicht verschwenkbar sind. Schließlich sind für den Daumen lediglich zwei Bewegungsmöglichkeiten vorgesehen, nämlich eine Beugebewegung und eine Schwenkbewegung in Bezug auf eine die Handfläche verkörpernde Grundplatte in einer durch die Lage seiner Anlenkstelle an der Grundplatte festgelegten Richtung. Hierdurch kann der Daumen nur mit einem bestimmten Finger in Berührung gebracht werden.
Bei einer aus der DD-PS 86 242 bekannten künstlichen Hand sind zwar feste Gelenkstellen zwischen den Finger- und Daumengliedern vorhanden und es lassen sich die einzelnen Finger auch getrennt voneinander bewegen, die Finger lassen sich jedoch nicht seitlich spreizen und durch eine gesonderte Rückstelleinrichtung in ihre gestreckte Lage zurückführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den Daumen einer künstlichen Hand einen zusätzlichen Bewegungsgrad in Bezug auf die übrigen Finger zu verschaffen, damit die Daumenspitze zu den Fingerspitzen in direkte Gegenüberstellung gebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für den Daumen ein Träger vorgesehen ist, der mit der Grundplatte durch einen Drehbolzen entgegen der Wirkung einer Zugfeder über ein Drehzugband durch eine Betätigungseinrichtung in Grundplattenebene verschwenkbar verbunden ist, der rechtwinklig zum Drehbolzen einen in einem Flansch drehbaren vorgespannten Bolzen trägt, an dem das Winkelzugband aufgewickelt angreift und mit dem ein Trägereisen fest verbunden ist, an dem über einen Daumenzapfen das erste Daumenglied angelenkt ist.
Es wird hierdurch der Vorleil erreicht, daß der

Daumen in drei Schwenldagen bewegbar ist, von denen zwei Drehrichtungen senkrecht aufeinander stehen. Hierdurch läßt sich der Daumen mit seiner Spitze mit jedem der Finger bzw. deren Spitzen in Berührung und damit in sehr unterschiedliche Griffstellungen bringen, wodurch eine sehr viel bessere Auslastung eines zwischen Daumen und Fingern erfaßten Gegenstandes erreicht wird.

In vorteilhafter Weise sind die dreigliedrigen Finger mit jeweils $iaem vierten Glied versehen, die mit ihrem ι ο inneren Ende über sich senkrecht zur Grundplattenebene erstreckende, ein begrenztes Spreizen der Finger ermöglichende Geletikzapfen an der Grundplatte angeschlossen sind.

Mittels der jedem Finger und dem Daumen ;5 zugeordneten Betätigungseinrichtungen lassen sich die Finger und der Daumen einzeln und unabhängig voneinander, aber auch gemeinsam verstellen.

Die Rückstelleinrichtungen können als Zugfedern ausgebildet sein oder aber auch in einer Verbindung des die Streckung der Glieder herbeiführenden Zugbandes mit dem einen Ende einer beidseitig aus einem Zylindergehäuse herausgeführten Kolbenstange bestehen, während das entgegengesetzte Ende der Kolbenstange mit dem die Beugung der Glieder herbeiführenden Zugband verbunden ist

Ausführungsbeispiele einer gemäß der Erfindung ausgebildeten künstlichen Hand sind in den Zeichnungen dargestellt und im nachfolgenden beschrieben; in den Zeichnungen ist

F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht der künstlichen Hand mit den wesentlichen Antriebsteilen für die Fingerglieder- und Daumenbewegung;

Fig.2 eine Längsansicht eines Fingers mit den zugehörigen, teilweise im Schnitt wiedergegebenen Antriebsteilen;

F i g. 3 eine Unteransicht des Fingers gemäß F i g. 2 in gestreckter Lage;

Fig.4 eine der Fig.2 entsprechende Seitenansicht des Fingers mit den Gliedern in zueinander eingeknickter Lage;

Fig.5 eine im wesentlichen den Fig.2 und 4 entsprechende Seitenansicht in abgewandelter Ausführungsform.

In der nachfolgenden Zeichnungserläuterung ist für die zu der künstlichen Hand gehörenden Teile eine Ausdrucksweise gewählt, die für die hierdurch verkörperten Teile einer menschlichen Hand gebräuchlich sind, wie beispielsweise Handfläche, Mittelhandknochen, Finger, Daumen und Fingerglieder.

Die Handfläche wird durch eine Grundplatte 11 verkörpert, mit der vier dreigliedrige Finger 12 und ein Daumen 13 gelenkig verbunden sind. Die Finger 12 bestehen jeweils aus drei gelenkig miteinander verbundenen Fingergliedern 120,12Cund 12D, von denen die Fingerglieder 12ß mit vier den Mittelhandknochen der menschlichen Hand verkörpernden Gliedern 12Λ gelenkig verbunden sind. Jedes dieser Glieder t2A ist mit seinem inneren Ende über sich senkrecht zur Grundplattenebene erstreck" ndc und am äußeren Rand der Grundplatte 11 angeordnete Gelenkzapfen 14 angeschlossen, wodurch ein mittels Anschlagstifte 16Λ begrenztes Spreizen der Finger in der Grundplattenebene ermöglicht wird. Miteinander sind die Fingerglieder durch Fingergelenkzapfen 16, 17, 18 verbunden, wodurch die Fingerglieder senkrecht zur Grundplattenebene, ausgehend von einer durch Anschläge 21, 22 begrenzten Strecklage gebeugt bzw. eingeknickt werden können, wie dies in Gegenüberstellung die Fig.2 und 4 zeigen.

Der Daumen 13 besteht aus den Daumengliedern 13ß und 13C die durch einen Daumengelenkzapfen 63 miteinander verbunden sind und von denen das Daumenglied 135 über einen weiteren Daumengelenkzapfen 62 an ein weiteres bewegliches Glied 13Λ angelenkt ist Die Strecklage der Daumenglieder wird durch Anschläge 66, 67 begrenzt, aus der heraus die Daumenglieder in einer definierten Richtung gebeugt bzw. eingeknickt werden können.

Die Schwenkbeweglichkeit des Daumens 13 in der Grundplattenebene wird dadurch herbeigeführt, daß für den Daumen 13 ein Träger 50 vorgesehen ist, der mit der Grundplatte 11 durch einen Drehbolzen 15 verschwenkbar verbunden ist In dem in F i g. 1 wiedergegebenen Beispiel besteht der Träger 50 aus einem U-Eisen, dessen einer Schenkel 5OA auf der Grundplatte U aufliegt und mit dieser durch den Drehbolzen 15 verbunden ist. Mit dem anderen Schenkel 50B ist ein Flansch 52 verbunden, der ein Lager für einen um die in F i g. 1 dargestellte Achse X und damit rechtwinklig zum Drehbolzen 15 verdrehbaren Bolzen 54 darstellt, mit dem ein Trägereisen 53 fest verbunden ist an dem über einen Daumenzapfen 60 das erste Daumenglied 13/1 angelenkt ist. Es kann also das erste Daumenglied 13A um die Achse AT des Bolzens 54 und gleichzeitig um den Daumenzapfen 60 verschwenkt werden. Durch eine Feder 61 wird das erste Daumenglied \3A von der die Handfläche darstellenden Grundplatte 11 normalerweise nach außen weggedrückt. Weiterhin wird durch eine zwischen dem Bolzen 54 und dem Flansch 52 verspannte Schraubenfeder 55 das Trägereisen 53 normalerweise derart vorgespannt daß der hiermit verbundene Daumen 13 die in F i g. 1 veranschaulichte, nach außen abgeschwenkte Lage einnimmt. In dieser Lage wirkt auf den Träger 50 eine weitere Feder 56, die zwischen einem an der Grundplatte 11 verankerten Zapfen 57 und einer Ecke des Trägers 50 verspannt ist. Ein Anschlagstift 58 begrenzt die Schwenkbewegung des Trägers 50 um den Drehbolzen 15 in Zugrichtung der Feder 56.

In Übereinstimmung mit den Bewegungsmöglichkeiten der Fingerglieder der menschlichen Hand können sowohl die Finger 12 als auch der Daumen 13 einzeln und unabhängig voneinander, aber auch gemeinsam gebeugt bzw. verstellt werden.

Die in Fig.2 und 4 allgemein mit 27 bezeichnete Betätigungseinrichtung zum unabhängigen oder gemeinsamen Verstellen eines oder mehrerer Glieder der Finger 12 besteht aus einem Kraftheber 29, mit dessen Kolben 35 ein Zugband 28 verbunden ist, durch welches das Einknicken der Fingerglieder bewirkt wird. Mit dem einen Ende ist jedes Zugband 28 in den Gliederspitzen fixiert und mit dem anderen Ende mit der Kolbenstange 31 des zugeordneten Krafthebers 29 verbunden. Innerhalb des Fingers verläuft das Zugband zwischen den Fingergelenkzapfen 16, 17, 18 und dazwischen angeordneten Leitzapfen 19Λ. In der gebeugten Lage der Finger nach F i g. 4 umschlingt das Zugband 28 die Leitzapfen 19Λ.

Die Rückstellung der gebeugten bzw. eingeknickten Finger in Richtung einer Strecklage erfolgt durch jedem Finger zugeordnete weitere Zugbänder 28ß, die mit ihrem einen Ende ebenfalls in den Gliederspitzen fixiert sind, in der geballten Handstellung nach Fig.4 die Fingergelenkzapfen 16, 17, 18 umschlingen und mit ihrem anderen Ende mit einer Rückstelleinrichtung

verbunden sind. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 und 4 ist diese Rückstelleinrichtung eine an der Grundplatte eingehängte Zugfeder 32.

Ähnlich wie bei den Fingern 12 sind zum Einknicken der Daumenglieder ein Zugband 70 und zum Verschwenken des Daumens Winkelzugbänder 75 und 78 vorgesehen. Das Zugband 70 ist in der Daumenspitze fixiert und verläuft zwischen den Daumengelenkzapfen 62, 63 und dazwischen angeordneten Leitzapfen. Auch hier erfolgt die Rückstellung des gebeugten Daumens in seine gestreckte Lage mittels eines weiteren Zugbandes und einer Zugfeder 73, die ähnlich wirkt wie die zuvor erläuterte Feder 32.

Zur Verschwenkung des Daumens 13 um den Drehbolzen 15 dient das Drehzugband 75, das an einen vom Flansch 52 abstehenden Arm und mit seinem anderen Ende mit einer Kolbenstange der Betätigungseinrichtung 27 verbunden ist. Wird mittels dieser eine Zugspannung auf das Drehzugband 75 ausgeübt, so verschwenkt das Trägereisen 53 in schräger Draufsicht der F i g. 1 um den Drehbolzen 15 entgegen dem Uhrzeigersinn. Beim Aufheben der Zugspannung wird das Trägereisen 53 durch die Wirkung der Feder 56 in die in F i g. 1 wiedergegebene Ausgangslage zurückgestellt

Zur Verschwenkung des Daumens 13 und des Trägereisens 53 um die Achse X des Bolzens 54 dient das Winkelzugband 78, das mit seinem einen Ende am Bolzen 54 aufgewickelt und mit seinem anderen Ende mit einer Kolbenstange der Betätigungseinrichtung 27 verbunden ist Wird mittels dieser eine Zugspannung auf das Winkelzugband 78 ausgeübt, so verdreht sich der Bolzen 54 im Uhrzeigersinn. Beim Aufheben der Zugspannung wird der Bolzen 54 durch die Wirkung der Schraubenfeder 55 wieder in seine Ausgangslage zurückgestellt

Somit können die Daumenglieder um die senkrecht zur Grundplattenebene verlaufende Achse des den Träger 50 mit der Grundplatte 11 verbindenden Drehbolzens 15, um die Achse A"des Bolzens 54 und um den Daumenzapfen 60 im Sinne einer Knickbewegung und zweier Drehbewegungen in Beuge- und Rückstellrichtung verschwenken.

Wird der Bolzen 54 entgegen dem Uhrzeigersinn um 90° verdreht dann nimmt der Daumenzapfen 60 eine rechtwinklige Lage zum Drehbolzen 15 und auch zum Bolzen 54 ein. In dieser Lage befindet sich der Daumen über dem Zeigefinger. Wird am Zugband 70 gezogen, kommt die Daumenspitze mit dem Zeigefinger etwa dort in Berührung, wo in F i g. 1 das Bezugszeichen \2B (■ic /lan 7 a\ewt>f\r\na

tinnetrinren ict

H₆WWU₆.

28 des Zeigefingers etwas gezogen, gelangt die Daumenspitze mit der Spitze des Zeigefingers in Berührung. Wird der Träger 50 entgegen dem Uhrzeigersinn um einen kleinen Betrag verschwenkt, kann die Daumenspitze bei Verschwenkung um den Daumenzapfen 60 mit der Spitze des Mittelfingers und in weiterer Folge mit dem vierten und dem kleinen Finger in Berührung kommea

Für die Zugbänder der vier Finger und für die Zugbänder 70, 75, 78 des Daumens sind demnach insgesamt sieben gesonderte Betätigungseinrichtungen 27 erforderlich, die einzeln oder in Kombination gesteuert werden können.

Die Betätigungseinrichtungen 27 bestehen jeweils aus dem aus Fig.2 und 4 ersichtlichen Kraftheber 29, der einen geschlossenen Zylinder 34 aufweist in dem der Kolben 35 verschieblich geführt ist Nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 und 4 ist nur an einer Seite dieses Kolbens die mit dem Zugband 28 verbundene Kolbenstange 31 angeordnet

Über die Ein- und Auslaßkanäle steht der Zylinder 34 mit einem Schieberventil 38 in Verbindung, dessen zwei Kolben über drei Druckmittelleitungen wechselweise beaufschlagt werden können und dessen Schieber mittels einer Antriebsvorrichtung 44 verstellt werden kann.

ίο Diese besteht aus einem elektrischen Umkehrmotor 45, dessen Ausgangswelle 47 ein Getrieberad 46 trägt, das mit einer mit dem verlängerten Ende des Schiebers verbundenen Schnecke 48 in Eingriff steht Die Schnecke wird je nach Umlaufrichtung des Elektromotors 45 bzw. des Getrieberades 46 in der einen oder anderen Richtung angetrieben, wobei dessen Umlaufbewegung in eine Längsverschiebung des Schiebers und der mit ihm verbundenen Kolben umgesetzt wird Dadurch wird Druckmittel durch die Druckleitungen abwechselnd zu den Zylinderkammern zugeleitet oder hieraus abgeleitet und der Kolben 35 im Zylinder 34 entsprechend verstellt Die Zugbänder der verschiedenen Finger 12 sind je mit ihrer eigenen Betätigungseinrichtung 27 in Verbindung, so daß jeder Finger 12 unabhängig und selbständig betätigt werden kann. Auf diese Weise läßt sich der gesamte Bewegungsvorgang der Fingerglieder 12 und/oder der Daumenglieder 13 von einer entfernt liegenden Stelle zur Durchführung einer bestimmten Fingerbetätigung steuern. Mittels der Betätigungseinrichtungen 27 lassen sich die hieran angeschlossenen Zugbänder beliebig weit anziehen und dadurch die Finger- und die Daumenglieder in jeden erforderlichen Knickwinkel zueinander und der Daumen in jede gewünschte Winkellage zu den Fingern bringen. Durch das in den Zylinder 34 der jeweiligen Betätigungseinrichtung 27 eingelassene Druckmittel wird eine eingestellte Winkellage der Finger- und/oder Daumenglieder aufrechterhalten, so daß beispielsweise ein zwischen die Finger eingeführtes Werkzeug mit einer erheblichen Kraft festgehalten werden kann. Ebenso einfach kann eine solche Griffstellung der Glieder gelöst werden.

Nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 5 übernimmt die hier mit 127 bezeichnete Betätigungseinrichtung die Funktion der Rückstelleinrichtung, die in der Ausführungsform der F i g. 1 bis 4 durch die Zugfedern 32 verwirklicht wird. Bei der Ausführungsform der F i g. 5 ist die Kolbenstange 131 über beide Stirnwände des Zylinders 134 verlängert Das in den Gliederspitzen fixierte Zugband 128A für die Rückführung der Fingerglieder 112 in ihre gestreckte Lage ist im Gegensatz zur Ausführungsform der F i g. 1 über die Grundplatte hinaus verlängert, über Spann- und Umlenkrollen geführt und mit dem auf der entfernt liegenden Seite aus dem Zylinder 134 vorstehenden Ende der Kolbenstange 131 verbunden. Somit wird in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung im Zylinder 134 entweder das Zugband 128 oder das Zugband 128/4 angezogen und hierdurch die Fingerglieder 112 entweder in die strichpunktiert angedeutete eingeknickte oder in die in vollen Linien dargestellte gestreckte Lage gebracht

Die beschriebene Ausführung der künstlichen Hand ist für solche Fälle besonders geeignet wo eine Bewegung, insbesondere eine Griffstellung ähnlich der, wie sie von einer menschlichen Hand ausgeführt bzw. eingenommen werden kann, in abgeschirmten, isolierten Räumen durchgeführt werden muß, welche für eine

menschliche Hand wegen der dort herrschenden Verhältnisse und Zustände nicht zugänglich sind. An einer in solchen abgeschirmten Räumen angeordneten, in der beschriebenen Weise ausgebildeten künstlichen Hand, die hinsichtlich aller Finger- und Daumenglieder

der menschlichen Hand nachgebildet ist, lassen sich von der außerhalb des betreffenden Raumes angeordneten Schalttafel alle der menschlichen Hand nachgeahmten Bewegungen mit der erforderlichen Exaktheit steuern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Künstliche Hand, deren mit einer Grundplatte gelenkig verbundene Finger und Daumen aus drei s zueinander einknickbaren Gliedern bestehen, die durch zwei mit ihren Enden in den Gliederspitzen Fixierte Zugbänder beweglich sind, von denen das eine mittels einer Betätigungseinrichtung die Beugung und das andere mittels einer Rückstelleinrich- ;o tung die Streckung der Glieder bewirkt, daß der Daumen über ein Winkelzugband durch eine weitere Betätigungseinrichtung in eine Winkelstellung zur Grundplattenebene einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß für den Daumen (13) ein r> Träger (50) vorgesehen ist, der mit der Grundplatte (11) durch einen Drehbolzen (15) entgegen der Wirkung einer Zugfeder (56) über ein Drehzugband (75) durch eine Betätigungseinrichtung (27) in Grundplattenebene verschwenkbar verbunden ist, der rechtwinklig zum Drehbolzen (15) einen in einem Flansch drehbaren vorgespannten Bolzen (54) trägt, an dem das Winkelzugband (78) aufgewickelt angreift und mit dem ein Trägereisen (53) fest verbunden ist, an dem über einen Daumenzapfen r> (80) das erste Daumenglied (i3A) angelenkt ist.

2. Künstliche Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dreigliedrigen Finger (12) mit jeweils einem vierten Glied (12.A^ versehen sind, die mit ihrem inneren Ende über sich senkrecht zur so Grundplattenebene erstreckende, ein begrenztes Spreizen der Finger ermöglichende Gelenkzapfen (14) an der Grundplatte (11) angeschlossen sind.

3. Künstliche Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der jedem Finger (12) und dem Daumen (13) zugeordneten Betätigungseinrichtungen (27,127) Finger und Daumen einzeln und uiiabhängig voneinander verstellbar sind.

4. Künstliche Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der jedem Finger (12) und dem Daumen (13) zugeordneten Betätigungseinrichtungen (27,127) Finger und Daumen gemeinsam verstellbar sind.

5. Künstliche Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtungen als Zugfedern (32,73,55,56) ausgebildet sind.

6. Künstliche Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtungen (27) aus mit verschieblich geführten Kolben (35,135) versehenen Krateylindern (29) bestehen, die durch jeweils ihnen vorgeschaltete, mit einer Antriebsvorrichtung (44) verbundene Schieberventile (38) wechselseitig beaufschlagbar sind.

7. Künstliche Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung in einer Verbindung des die Streckung der Glieder herbeiführenden Zugbandes (12SA) mit dem einen Ende einer beidseitig am Zylindergehäuse herausgeführten Kolbenstange (131) besteht, während das entgegengesetzte Kolbenstangenende mit dem die Beugung der Glieder herbeiführenden Zugband (128) verbunden ist.

8. Künstliche Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fingerglieder durch Fingergelenkzapfen (16, 17, 18) und die Daumenglieder durch Daumengelenkzapfen (62, 63) miteinander verbunden sind und die Strecklage der Fingerglieder und Daumenglieder durch Anschläge (21,22; 66,67) begrenzt ist