DE2335974A1 - Electromechanically driven arm prosthesis joint - friction wheel planetary gearing to worm wheel gearing - Google Patents
Electromechanically driven arm prosthesis joint - friction wheel planetary gearing to worm wheel gearingInfo
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Abstract
Description
mein Zeichen: 0608 Pt ? Ί Ί 5 9 7 4my reference: 0608 pt? Ί Ί 5 9 7 4
Forschungslabor für Orthopädie-Technik Annastift, 3 Hannover-Kleefeld, Heimchenstraße 1-6Research laboratory for orthopedic technology Annastift, 3 Hannover-Kleefeld, Heimchenstrasse 1-6
Elektromechanisches GelenkElectromechanical joint
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Gelenk, insbesondere zur Betätigung von Armprothesen, wobei der in dem Gelenkgehäuse gelagerte Elektromotor das Drehmoment über ein Untersetzungsgetriebe und weitere Elemente auf die Prothese überträgt.The invention relates to an electromechanical joint, in particular for actuating arm prostheses, the The electric motor mounted in the joint housing transfers the torque to the prosthesis via a reduction gear and other elements transmits.
Bekannt sind pneumatisch betätigte Fremdkraftgelenke, die jedoch von der Steuerbarkeit wie auch vom Energieverbrauch her völlig unzulänglich sind.Pneumatically operated external power joints are known, which, however, are completely inadequate in terms of controllability and energy consumption.
Ferner sind Gelenke dieser Art bekannt, welche mit Nickel-Cadmium-Zellen arbeiten. Auch diese Gelenke haben sich in der Praxis nicht bewährt; der Grund hierfür ist mangelnde Geräuscharmut und starke Vibrationen durch den Antrieb.Furthermore, joints of this type are known which work with nickel-cadmium cells. These joints have also changed not proven in practice; the reason for this is the lack of quietness and strong vibrations from the drive.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, diese bekannten Gelenke so zu verbessern, daß sie auf engstem Raum untergebracht werden können, nahezu völlig geräuschlos und spielfrei arbeiten und darüber hinaus auch einen sehr günstigen mechanischen Wirkungsgrad besitzen.The object of the invention is therefore to improve these known joints so that they can be accommodated in a very small space can be, work almost completely noiseless and play-free and also have a very favorable mechanical efficiency own.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Untersetzungsgetriebe ein Reibrad-Planetengetriebe vorgesehen ist, dessen auf der Abtriebswelle angeordnetes Ritzel das Drehmoment über Zahnradsätze auf ein Schneckengetriebe überträgt, daß das Schneckenrad des Schneckengetriebes in einem einstellbaren Radial-Axiallager angeordnet ist, und daß das Schneckenrad über eine Kupplung mit einem im Gelenk drehbar gelagerten, die Prothese halternden Zapfen verbunden ist.This object is achieved according to the invention in that as a reduction gear, a planetary friction gear is provided, the pinion of which is arranged on the output shaft Torque via gear sets on a worm gear transmits that the worm gear of the worm gear in an adjustable Radial thrust bearing is arranged, and that the worm wheel via a coupling with a rotatably mounted in the joint, the Prosthesis-retaining peg is connected.
Durch die Verwendung eines Reibrad-Planetengetriebes als Untersetzungsgetriebe sowie eines Schneckengetriebes wird der Raumbedarf des Gelenkes auf ein Minimum beschränkt und eine Geräuscharmut erzielt, die ihresgleichen sucht.By using a friction planetary gear as a reduction gear and a worm gear the space requirement of the joint is reduced to a minimum and a low noise level is achieved that is second to none.
Die Kupplung dient als Überlastsicherung.The coupling serves as an overload protection.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Reibrad-Planetengetriebe aus mehreren, um die Motorachse herumgelagerten Kugellagern, deren Außenlaufringe mit der Motorachse und mit einem konzentrisch zu dieser und ortsfest gelagerten Ring in kraftschlüssiger Verbindung stehen, wobei die Kugellager in einem mit der Abtriebswelle fest verbundenen Lager gelagert sind.In a further embodiment of the invention, the planetary friction gear consists of a plurality of bearings around the motor axis Ball bearings, the outer races of which with the motor axis and are in a force-locking connection with a ring that is concentrically and stationary mounted thereon, the ball bearings are mounted in a bearing firmly connected to the output shaft.
Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gelenkes mit einem Kugellager als Radial-Axiallager, ist der Innenlaufring des Kugellagers zweiteilig, wobei ein jeder Teil eine schräge Lauffläche besitzt, längs welcher die Kugeln abrollen.In a particular embodiment of the invention Joint with a ball bearing as a radial thrust bearing, the inner race of the ball bearing is in two parts, each of which Part has an inclined running surface along which the balls roll.
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Zweckmäßig ist der eine Teil in den anderen Teil einschraubbar, wobei die schräge Lauffläche des einen Teiles auf einem ringförmigen Ansatz des Schneckenrades angeordnet ist.Expediently, one part can be screwed into the other part, with the inclined running surface of one part an annular shoulder of the worm wheel is arranged.
Die Kupplung besteht dabei aus einem elastischen Ring, der das Drehmoment des Schneckenrades auf eine Muffe überträgt.The coupling consists of an elastic ring, which transmits the torque of the worm wheel to a sleeve.
Von der Physiologie des Ganges des Patienten aber auch von der Kosmetik her ist ein freies Schwingen der Armgelenke und dergleichen beim Gang erwünscht. Dieser Forderung trägt die Erfindung dadurch Rechnung, daß auf der Muffe verschwenkbare Klinken angeordnet sind, welche in Aussparungen eingreifbar sind, die in einem Bund des Drehzapfens vorgesehen sind. Dabei ist das Drehmoment der Kupplung über eine in Richtung der Muffe zustellbare Scheibe stufenlos veränderbar.From the physiology of the patient's gait, but also from the point of view of cosmetics, there is a free swinging of the arm joints and such a thing is desirable when walking. The invention meets this requirement due to the fact that pawls pivotable on the sleeve are arranged which can be engaged in recesses which are provided in a collar of the pivot pin. Here is that The torque of the coupling is infinitely variable via a disk that can be adjusted in the direction of the sleeve.
Die Sperrklinken stehen dabei unter der Einwirkung von Federn, die diese Klinken in die Verriegelungsstellung drücken. Auf einer jeden Sperrklinke ist ein Mitnehmerzapfen angeordnet.'The pawls are under the action of springs that push these pawls into the locking position. A driving pin is arranged on each pawl.
Auf dem Drehzapfen ist eine unter der Einwirkung einer Zugfeder stehende Steuerscheibe mit nach außen gerichteten Nasen vorgesehen, wobei auf der Nase ein Anschlag angeordnet ist, welcher mit einem Gegenanschlag derart zusammenarbeitet, daß bei der Drehbewegung des Bundes des Drehzapfens die Sperrklinken durch Bewegung der Mitnehmerzapfen längs der Nasen entriegelt werden.On the pivot is a control disk under the action of a tension spring with outwardly directed lugs provided, wherein a stop is arranged on the nose which cooperates with a counter-stop in such a way that When the collar of the pivot pin rotates, the pawls are unlocked by moving the driver pins along the lugs will.
Um beim Heben von Lasten Lei stung zu sparen, steht mit der Muffe das eine Ende einer Feder in Verbindung, deren anderes Ende mit dem Gelenkgehäuse verbunden ist.In order to save power when lifting loads, stands with the sleeve one end of a spring in connection, the other end of which is connected to the joint housing.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gelenkes ist nachstehend anhand der Zeichnung noch etwas näher veranschaulicht. In dieser zeigen in rein schematischer Weise:An embodiment of the joint according to the invention is illustrated in more detail below with reference to the drawing. In this show in a purely schematic way:
Fig. 1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Gelenkes, welches den Oberarm mit der Unterarm-Prothese verbindetFig. 1 is a view of the joint according to the invention, which connects the upper arm with the forearm prosthesis
Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch das erfindungsgemäße Gelenk2 shows a vertical section through the joint according to the invention
Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A-A in Figur 2FIG. 3 is a view in the direction of arrow A-A in FIG
Fig. 4 eine Ansicht des Elektromotors sowie einen Schnitt durch das Reibrad-Planeten-Getriebe des erfindungsgemäßen Gelenkes4 shows a view of the electric motor and a section through the friction wheel planetary gear of the joint according to the invention
Fig. 5 einen waagerechten Schnitt längs der Linie II - II in Figur 2FIG. 5 shows a horizontal section along the line II - II in FIG
Fig. 6 eine isometrische Darstellung in vergrößertem Maßstab des Reibrad-Planetengetriebes des erfindungsgemäßen Gelenkes.6 is an isometric illustration on an enlarged scale of the planetary friction gear of the joint according to the invention.
Mit 1 ist der Oberarm bezeichnet, welcher mit dem Unterarm 2 über das erfindungsgemäße Gelenk 3 verbunden ist. Es ist klar, daß das Gelenk auch als Schultergelenk und dergleichen vorteilhaft verwendbar ist; insoweit sind der Anordnung dieses Gelenkes und der Art und Ausbildung der Prothese keinerlei Grenzen gesetzt.1 with the upper arm is referred to, which is connected to the forearm 2 via the joint 3 according to the invention. It is clear that the joint can also be used advantageously as a shoulder joint and the like; insofar are the arrangement this joint and the type and design of the prosthesis are no limits.
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Das Gelenk besteht aus einem Gehäuse 4, welches im oberen Teil etwa Zylinderform besitzt und im unteren Teil etwa die Form einer Halbkugel aufweist, welche das Gehäuse 4 nach unten zu abschließt.The joint consists of a housing 4, which in the upper part is roughly cylindrical and the lower part is roughly has the shape of a hemisphere, which closes the housing 4 at the bottom.
In dem Gehäuse 4 ist ein Drehzapfen 5 gelagert, auf welchem Schienen 6 sitzen, die bei der dargestellten Ausführungsform den Unterarm 2 tragen. A pivot pin 5 is mounted in the housing 4, on which rails 6 sit, which in the embodiment shown carry the forearm 2.
Hit der Bezugsziffer 7 ist ein Elektromotor angedeutet, der das Drehmoment über ein Untersetzungsgetriebe und weitere Elemente auf einen Drehzapfen überträgt.The reference number 7 indicates an electric motor, which transmits the torque to a pivot via a reduction gear and other elements.
Als Untersetzungsgetriebe wird zweckmäßig ein Reibrad-Planetengetriebe vorgesehen, welches außerordentlich raumsparend und auch geräuscharm ist und darüber hinaus einen sehr günstigen mechanischen Wirkungsgrad besitzt.As a reduction gear, a planetary friction gear is expediently provided, which is extremely space-saving and is also quiet and also has a very favorable mechanical efficiency.
Das Reibrad-Planetengetriebe besteht aus mehreren, um die Achse 8 (Figuren 4 und 5) herum gelagerten Kugellagern 9, deren Außenlaufringe 10 mit der Motorachse 8 und mit einem konzentrisch zu dieser und ortsfest gelagerten Ring 11 in kraftschlüssiger Verbindung stehen. Die Kugellager 9 sind dabei in einem mit der Abtriebswelle 10 fest verbundenen Lager gelagert (Figuren 4 und 5).The friction wheel planetary gear consists of several ball bearings 9 mounted around the axis 8 (Figures 4 and 5), whose outer races 10 with the motor axis 8 and with a concentric to this and stationary ring 11 in frictional connection. The ball bearings 9 are mounted in a bearing firmly connected to the output shaft 10 (FIGS. 4 and 5).
Wird die Motorachse 8 in Drehbewegung gesetzt, dann drehen sich die Kugellager 9 gemeinsam mit dem Lager 13 planetenförmig um. diese Achse 8, da ja der Ring 10 ortsfest gelagert ist und somit keine Drehbewegungen vollführen kann. Auf diese Weise wird die Drehzahl der Motorachse 8 reduziert, so daß die Abtriebswelle 12 langsamer umläuft.If the motor shaft 8 is set in rotary motion, the ball bearings 9 rotate together with the bearing 13 in a planetary manner around. this axis 8, since the ring 10 is mounted in a stationary manner and therefore cannot perform any rotary movements. In this way, the speed of the motor axis 8 is reduced, so that the Output shaft 12 rotates more slowly.
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Auf der Abtriebswelle 12 sitzt ein Ritzel 14, welches das Drehmoment über Zahnradsätze 15 bis 19 (figuren 2 und 3) auf die Schnecke 20 eines Schneckengetriebes mit dem Schneckenrad 21 überträgt. On the output shaft 12 sits a pinion 14, which the torque via gear sets 15 to 19 (Figures 2 and 3) transmits to the worm 20 of a worm gear with the worm gear 21.
Das Schneckenrad 21 ist dabei in einem einstellbaren Radial-Axiallager gelagert. Dabei ist der Innenlaufring dieses Lagers zweiteilig, wobei der eine Teil 22 in den anderen Teil einschraubbar ist. Der Teil 23 bildet dabei mit dem Schneckenrad 21 eine körperliche Einheit.The worm wheel 21 is mounted in an adjustable radial axial bearing. The inner race is this one Two-part bearing, one part 22 being screwable into the other part. The part 23 forms with the worm wheel 21 a physical unit.
Die beiden Teile 22, 23 des Innenlaufringes dieses Radial-Axiallagers besitzen schräge Flächen 22a, 23a (Figur 2), längs welchen die Kugeln 24 abrollen, die von dem Außenlauf ring 25 zusammengehalten werden. Durch die lösbare Verbindung zwischen den Teilen 22 und 23 kann Verschleißerscheinungen an den schrägen Flächen 22a, 23a Rechnung getragen werden, so daß für die erforderliche Spielfreiheit gesorgt ist.The two parts 22, 23 of the inner race of this Radial axial bearings have inclined surfaces 22a, 23a (Figure 2), along which the balls roll 24, which ring from the outer race 25 are held together. The releasable connection between the parts 22 and 23 can cause signs of wear are taken into account on the inclined surfaces 22a, 23a, so that the required freedom from play is provided.
Das Schneckenrad 21 ist über eine Kupplung 26 mit dem Drehzapfen 5 verbunden. Die Kupplung 26 besteht dabei aus einem elastischen Ring, welcher das Drehmoment des Schneckenrades 21 auf eine Muffe 27 überträgt. Das übertragene Drehmoment ist dabei über eine in Richtung der Muffe 27 zustellbare Scheibe 28 veränderbar (Figur 2).The worm wheel 21 is connected to the pivot 5 via a coupling 26. The coupling 26 consists of one elastic ring which transmits the torque of the worm wheel 21 to a sleeve 27. The transmitted torque is can be changed via a disk 28 which can be advanced in the direction of the sleeve 27 (FIG. 2).
Die Kupplung 26 dient dabei nicht nur als Übertragungsorgan, sondern darüber hinaus auch als Überlastsicherung. Wird die Armprothese übermäßig belastet, dann wird der Kraftfluß vom Antriebsmotor in die Prothese unterbrochen, so daß der Motor 7 auf alle Fälle gegen Überlast gesichert ist.The coupling 26 serves not only as a transmission element, but also as an overload protection device. If the arm prosthesis is excessively loaded, then the power flow from the drive motor into the prosthesis is interrupted, so that the motor 7 is secured against overload in any case.
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Auf der Muffe 27 sind Sperrklinken 29 gelagert, welche um Zapfen 30 verschwenkbar sind, die in der Muffe 27 fest verankert sind. Diese Sperrklinken 29 arbeiten mit Aussparungen zusammen, die in einem Bund 32 des Drehzapfens 5 eingearbeitet sind.On the sleeve 27 pawls 29 are mounted which are pivotable about pins 30, which are firmly anchored in the sleeve 27 are. These pawls 29 work together with recesses which are incorporated in a collar 32 of the pivot pin 5 are.
Die Sperrklinken 29 stehen dabei unter der Einwirkung von Federn 33, die bestrebt sind, die Sperrklinken 29 in der Verriegelungsstellung zu halten, in welcher sie in die Aussparungen 31 form- und kraftschlüssig eingreifen.The pawls 29 are under the action of springs 33, which strive to the pawls 29 in the To hold the locking position in which they are in the recesses 31 engage positively and non-positively.
Auf einer jeden Sperrklinke 29 ist ein Mitnehmerzapfen 34 angeordnet.A driver pin 34 is arranged on each pawl 29.
Auf dem Drehzapfen 5 ist eine unter der Einwirkung einer Spiralfeder 35 stehende Steuerscheibe 36 angeordnet, in welcher die Spiralfeder 35 niit ihrem einen Ende verankert ist, während sie mit ihrem anderen Ende mit dem Drehzapfen 5 in Verbindung steht.On the pivot 5 there is one under the action a spiral spring 35 standing control disk 36 is arranged in which the spiral spring 35 is anchored at one end, while it is at its other end with the pivot 5 in connection.
Die Steuerscheibe 36 weist nach außengerichtete Nasen 37 auf, von welchen auf der einen Nase 37 ein Anschlag 38 (Fig.3) vorgesehen ist, welcher mit einem Gegenanschlag 39 zusammenarbeitet, der beispielsweise im Gehäuse 4 vorgesehen ist. Bei der Drehbewegung des Bundes 32 des Drehzapfens 5 in der einen Richtung werden die Sperrklinken 29 durch Bewegung der Mitnehmerzapfen 34 längs der Nasen 37 entriegelt. The control disk 36 has outwardly directed lugs 37 on, of which on the one nose 37 a stop 38 (Figure 3) is provided, which cooperates with a counter-stop 39, which is provided in the housing 4, for example. During the rotational movement of the collar 32 of the pivot 5 in one Direction, the pawls 29 are unlocked by moving the driver pin 34 along the lugs 37.
Zur Entlastung des Unterarmes 2 steht mit der. Muffe 27 das eine Ende 40a einer Feder 40 in Verbindung, deren anderes Ende 40b mit dem Gelenkgehäuse 4 verbunden ist.To relieve the forearm 2 stands with the. sleeve 27 the one end 40a of a spring 40 in connection, the other end 40b of which is connected to the joint housing 4.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gelenkes ist die folgendesThe operation of the joint according to the invention is as follows
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Soll der Unterarm 2 beispielsweise aus der Strecklage in die Winkellage, also in die waagerechte Richtung, nach oben verschwenkt werden, dann wird der Motor 7 in Betrieb gesetzt, der das Drehmoment über das Untersetzungsgetriebe und die Zahnräder 14 bis 19 auf das Schneckengetriebe 20, 21 überträgt, von wo aus das Drehmoment über die Kupplung 26 auf die Muffe und von da aus über die Sperrklinken 29 auf den Bund 32 und somit auf den Drehzapfen 5 übertragen wird.Should the forearm 2, for example, move from the extended position into the angular position, that is, in the horizontal direction, upwards are pivoted, then the motor 7 is put into operation, the torque via the reduction gear and the Gears 14 to 19 are transmitted to the worm gear 20, 21, from where the torque is transmitted via the coupling 26 to the sleeve and from there it is transmitted via the pawls 29 to the collar 32 and thus to the pivot 5.
Durch Verschwenken des Drehzapfens 5 werden die Schienen 6 und damit der Unterarm 2 verschwenkt.By pivoting the pivot 5, the rails 6 and thus the lower arm 2 are pivoted.
Durch Umkehr der Drehrichtung des Motors 7 wird die Prothese 2 in die Strecklage wieder zurückgeführt.By reversing the direction of rotation of the motor 7, the prosthesis 2 is returned to the extended position.
Soll die Prothese 2 im Bereich der Strecklage frei schwingen, was nur dadurch überhaupt möglich ist, daß sie von dem Motor 7 getrennt wird, dann schlägt der Anschlag 38 in dieser besonderen Stellung gegen den Gegenanschlag 39 an. Eine weitere Drehbewegung des Drehzapfens 5 und damit des Bundes 32 in entgegengesetztem Uhrzeigersinn der Anordnung nach Figur 3 führt zu einer Gleitbewegung der Mitnehmerzapfen 34 längs der entsprechend ausgebildeten Nasen 37, so daß die Sperrklinken 29 entgegen der Kraft der Federn 33 in die Entriegelungsstellung, also in die Lösestellung überführt werden. In dieser Stellung ist die Verbindung zwischen dem Drehzapfen 5 und damit des Unterarmes 2 sowie dem Antrieb vollständig unterbrochen. Der Unterarm 2 kann also im Bereich der Strecklage des Armes frei pendeln.Should the prosthesis 2 swing freely in the extended position, which is only possible at all because it is from the motor 7 is separated, then the stop 38 strikes against the counter-stop 39 in this particular position. Another Rotary movement of the pivot 5 and thus of the collar 32 in the counterclockwise direction of the arrangement according to FIG. 3 leads to a sliding movement of the driving pin 34 along the corresponding formed lugs 37, so that the pawls 29 against the force of the springs 33 in the unlocked position, so in the Release position are transferred. The connection between the pivot 5 and thus the forearm 2 is in this position as well as the drive completely interrupted. The forearm 2 can therefore oscillate freely in the area of the extended position of the arm.
Soll die Verbindung zwischen Motor 7 und Unterarm 2 wiederhergestellt werden, wird der Motor in entgegengesetzter Richtung gedreht, so daß sich der Anschlag 38 vom Gegenanschlag 39 löst. Die Steuerscheibe 36 mit den Nasen 37 wird durch Federn 35 in ihre Ursprungäage zurückgezogen und die Sperrklinke 29If the connection between motor 7 and forearm 2 is to be restored, the motor is in the opposite direction Rotated direction so that the stop 38 is released from the counter-stop 39. The control disk 36 with the lugs 37 is supported by springs 35 retracted to its original position and the pawl 29
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mit Unterstützung der Federn 33rasten in der Verriegelungsstellung ein. Damit ist über den Bund 32 und somit auf dem Drehzapfen 5 die Verbindung zum Unterarm 2 wiederhergestellt.with the support of the springs 33 snap into the locking position. This is about the federal government 32 and thus on the Pivot 5 restored the connection to forearm 2.
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Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19732335974 DE2335974A1 (en) | 1973-07-14 | 1973-07-14 | Electromechanically driven arm prosthesis joint - friction wheel planetary gearing to worm wheel gearing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732335974 DE2335974A1 (en) | 1973-07-14 | 1973-07-14 | Electromechanically driven arm prosthesis joint - friction wheel planetary gearing to worm wheel gearing |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE2335974A1 true DE2335974A1 (en) | 1975-01-30 |
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ID=5886976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19732335974 Pending DE2335974A1 (en) | 1973-07-14 | 1973-07-14 | Electromechanically driven arm prosthesis joint - friction wheel planetary gearing to worm wheel gearing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2335974A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3509879A1 (en) * | 1984-03-16 | 1985-09-19 | Steeper Hugh Ltd | ELBOW JOINT FOR ARTIFICIAL ARMS |
FR2864890A1 (en) * | 2004-01-09 | 2005-07-15 | Francis Artigue | Mechanical elbow prosthesis, has clutch system comprising finger with lug penetrated into and released from cogwheel when lateral projection of finger contacts smaller and larger diameter sections of disc, respectively |
WO2007076795A1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-07-12 | Otto Bock Healthcare Ip Gmbh & Co. Kg | Clutch module for prostheses |
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