DE2607499A1 - Antriebseinrichtung fuer die finger einer kuenstlichen hand - Google Patents

Antriebseinrichtung fuer die finger einer kuenstlichen hand

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Description

Messerschmitt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, 5· 2.1976
Gesellschaft mit BTOIU Rd/hl beschränkter Haftung·
München ' ?' 79^6
Antriebseinrichtung für die Finger einer künstlichen Hand
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für die Finger einer künstlichen Hand mit einem beweglichen Daumen und mindestens einem weiteren gegenläufig dazu beweglichen Finger.
Hand- und Armprothesen mit mechanisch beweglichen Fingern sollen ihrem Träger ermöglichen, vielfältige Greiffunktionen im täglichen Leben mit geringem Zeitaufwand zu verrichten, sie sollen ferner in ihrem Aussehen natürlichen Gliedmaßen ähnlich sein. Zur Erfüllung der erstgenannten Forderung ist ein Antrieb für die beweglichen Finger und den Daumen erforderlich, der sowohl in seiner Geschwindigkeit als auch hinsichtlich der von ihm auf die Finger ausgeübten Greifkraft den fortlaufend wechselnden Erfordernissen weitgehend anpaßbar ist und der in der Greifstellung arretierbar ist.
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79k6 5. 2.1976
Λ.
Zur Erfüllung der genannten Erfordernisse wurden bereits pneumatische Antriebssysteme vorgeschlagen, deren Energieversorgung aus Hochdruckflaschen oder Druckluftleitungen erfolgt bzw. aus kleineren Druckgaspatronen, die an ersteren aufladbar sind (DT-OS 2k 33 7I0). Sie erfordern somit eine Energieversorgung, die vom Versehrten nicht oder nur sehr zeitraubend und ortsgebunden durchführbar ist, wodurch der Anwendungsbereich derartiger Einrichtungen erheblich eingeschränkt ist. Bei anderen bekannten Antriebseinrichtungen (DT-OS 2k 26 711) wird von einem Elektromotor Gebrauch gemacht, der über Seilzüge die Finger antreibt, wobei zusätzliche Sperreinrichtungen erforderlich sind, um die Finger in der Greifstellung zu arretieren. Wie die erstgenannten Antriebseinrichtungen, sind auch derartige Antriebe von relativ komplizierter Bauart und daher störanfällig, wodurch der Gebrauchswert der Einrichtungen erheblich gemindert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die frei von den Nachteilen bekannter Einrichtungen ist und die mit relativ niedrigem technischen Aufwand eine betriebssichere, vielseitige Benützung einer mit dem Antrieb ausgerüsteten Prothese gewährleistet.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß um die Daumen- und Fingergelenke an Daumen und Fingern befestigte Zahnräder in eine zwischen den Zahnrädern angeordnete Schnecke eingreifen, die über ein umschaltbares Getriebe motorisch angetrieben ist.
709835/0217
7946 5. 2.1976
In Weiterbildung der Erfindung gestattet diese Anordnung die Anwendung eines relativ einfachen, kurzschlußfesten, elektrischen Getriebemotors und eines ebenfalls einfachen, zwei- oder mehrstufigen Wechselgetriebes, das mit einer elektromagnetisch betätigten Umschalteinrichtung versehen ist.
Die Anordnung der genannten Teile läßt eine Ausbildungsform zu, bei der das Aussehen der Prothese weitgehend natürlichen Gliedmaßen gleicht und bei der in Weiterbildung der Erfindung die Abtriebswelle des umschaltbaren Getriebes und seine Magnetkupplung mittelhandseitig in der Verlängerung der Schneckenachse gelagert sind und ein Elektromotor mit Vorsatzgetriebe parallelachsig und handkantenseitig im Bereich der Mittelhand angeordnet ist.
Das oben erwähnte Wechselgetriebe weist zweckmäßig eine Kupplungsscheibe auf, die gegen die Spannung einer Feder mit Hilfe eines Hubmagneten an einer achsial verschiebbaren Welle befestigt ist, deren Abtriebsende Flächen aufweist, mit denen es in einer entsprechend geformten und mit der Schnecke verbundenen Hülse in Achsrichtung gleitend geführt ist. Dabei ist die Kupplungsscheibe vorteilhaft auf beiden Seiten mit einer Kronenverzahnung versehen, die wechselweise mit entsprechenden Zahnkränzen des Getriebes in Eingriff kommt und die bei ausgeschalteter Magnetkupplung in der Stellung für einen schnellen Antrieb der Finger beharrt.
Das die Schnecke antreibende Wellenende des Wechselgetriebes ist zweckmäßig als Sechskant mit balligen Flächen ausgebildet, wodurch sich gute Gleiteigenschaften des beweglichen Teils der Magnetkupplung ergeben.
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" «se* -
79^6 5. 2.1976
Ein Aueführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt sHid wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig.1 eine schematisch vereinfachte Darstellung der Antriebseinrichtung für die Finger einer künstlichen Hand;
Fig.2 eine künstliche Hand mit eingebauter Antriebseinrichtung bei abgenommener Handschuhverkleidung.
Die Antriebseinrichtung J_ für einen Daumen 2 und einen oder mehrere Finger 3 einer künstlichen Hand h_ umfaßt nach den Fig.1 und 2 einen kurzschlußfesten, elektrischen Getriebemotor 5» der zwischen der äußeren Handkante 6 und dem Daumen 2 im Bereich der Mittelhand 7 angeordnet ist. Dieser Getriebemotor 5 treibt über ein Wechselgetriebe 8, das im Bereich der Handwurzel 9 und parallel zur Längserstreckung des Motors 5 untergebracht iat« eine Schnecke 10 an, in welche die Verzahnungen 11 von Zahnrädern 12 eingreifen, die um die Gelenke 13 und 14 des Daumens 2 und der Finger 3 an diesen befestigt sind. Der bisher beschriebene Antrieb stellt somit einen in jeder Lage selbsthemmenden Antrieb zum Öffnen und Schließen einer von den Fingern auszuübenden Bewegung dar, deren Greifkraft durch das Kurzschlußdrehmoment des Elektromotors und die Untersetzung der ihm zugeordneten Getriebe festgelegt ist, wobei die Greifgeschwindigkeit von der Motordrehzahl und der Untersetzung abhängt. Zur Änderung der Greifkraft und der Greifgeschwindigkeit dient eine mit Hilfe eines Elektromagneten 15 schaltbare Kupplungsscheibe 16, die an einer achsial verschiebbaren Wolle befestigt ist und die auf beiden Seiten eine Kronenverzahnung 18 aufweist, welche wechselweise mit Zahn-
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19h6 - 5. 2.1976
kränzen 19 und 20 des Wechselgetriebes 8 in Eingriff gebracht werden kann. Bei nicht erregtem Elektromagneten 15 ist die Kronenverzahnung 18 der'Kupplungsscheibe 16 mit einem Zahnkranz 20 des Wechselgetriebes 8 in Eingriff, aus dem eine relativ schnelle Bewegung von Daumen 2 und Fingern 3 resultiert, wobei die Greifkraft auf einen Bereich von beispielsweise 1 bis 2 kg begrenzt ist. Bei raschem und schonendem Zugriff kann durch anschließende Erregung des Magneten 15 im Bedarfsfalle das Wechselgetriebe auf die höhere Haltekraft (8 bis 10 kg) umgeschaltet werden. (Diesen Betriebszustand zeigen die Fig.1 und 2). Es ist eine vorteilhafte Eigenschaft der beschriebenen Kinematik, daß die Finger 2 und 3 in jeder Stellung durch das Schneckengetriebe 10, 11 und 12 blockiert sind, wodurch zusätzliche Arretierungsmittel und Einrichtungen zum Lösen der Arretierung entfallen. Aus Obigem resultiert ferner eine hohe Griffsicherheit, da ein Lösen des Griffes nur durch Umkehr der Drehrichtung des antreibenden Motors 5 gewährleistet wird, die durch eine bedienungssichere Umschaltung seiner Betriebsspannung bei gleichzeitiger Abschaltung des Elektromagneten 15 erfolgt. Hierdurch wird überdies erreicht, daß ein Öffnen der Hand stets mit der erwünschten hohen Geschwindigkeit vor sich geht.
Das Wechselgetriebe 8, dessen Welle I7 am Abtriebsende zweckmäßig als Sechskant 21 mit balligen Flächen Zk ausgebildet ist und mit diesem in einer mit der Schnecke verbundenen Hülse 22 geführt ist, bedarf wegen der dabei erreichten guten Gleiteigenschaften der Welle 17 in achsialer Richtung nur eines geringen Energieaufwandes für den Elektromagneten I5 bei der Umschaltung, zumal die Feder 23, welche das Getriebe bei abgeschaltetem Magneten in der Schnellgangstellung hält, entsprechend schwach ausgelegt werden kann.
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Neben den bereits erwähnten Vorzügen zeichnet sich die gesamte Einrichtung dadurch aus, daß ihre Steuerung für Motor und Getriebe mit relativ einfachen Mitteln, beispielsweise mittels bekannter myo-elektrischer Einrichtungen möglich ist. Ihr geringer Energiebedarf ermöglicht ferner in den weitaus meisten Anwendungsfällen die Unterbringung einer für eine Tagesarbeit ausreichenden Batterie oder Akkumulator in der Prothese selbst. Aufgrund der Ausbildungsform des Schaltgetriebes, dessen zu schaltende Kronenverzahnung Zähne mit Schneiden aufweist, ist eine Umschaltung bei jeder Fingers teilung möglich. Alle Steuerfunktionen sind ohne Zeitverlust z.B. mittels einer myoelektrischen Steuerung ausführbar, ohne daß vorbereitende Schaltungen, z.B. von einem gesunden Glied auszuführen sind. Eine übliche Handschuhverkleidung der Einrichtung, die der Prothese das Aussehen natürlicher Gliedmaßen verleiht, ist möglich,
_ Patentansprüche - 7 -
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Leerseite

Claims (7)

  1. Patentansprüche
    ( 1· j Antriebsvorrichtung für die Finger einer künstlichen ^*-^ Hand mit einem beweglichen Daumen und mindestens einem gegenläufig dazu beweglichen Finger, dadurch gekennzeichnet , daß um das Daumengelenk (13) und die Fingergelenke (14) an Daumen (2) und Fingern (3) befestigte Zahnräder (12) in eine zwischen dem Daumen- und den Fingergelenken (13 und 14) angeordnete Schnecke (1O) eingreifen, die über ein umschaltbares Getriebe (B) motorisch angetrieben ist.
  2. 2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichne t , daß sie einen kurzschlußfesten, elektrischen Getriebemotor (5) und ein zwei- oder mehrstufiges Wechselgetriebe (8) mit einer elektromagnetisch betätigten Umschalteinrichtung
    (15 und 16) aufweist.
  3. 3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtriebswelle (I7) des umschaltbaren Getriebes und seine Magnetkupplung (15 und 1ό) mittelhandseitig in der Verlängerung der Schneckenachse gelagert sind und ein Elektromotor mit Vorsatzgetriebe (3) parallelachsig und handkantenseitig im Bereich der Mittelhand (7) angeordnet ist.
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    i ED
    79^6 5. 2.197ο
  4. 4. Antriebseinrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3t dadurch ge kennze i ohne t , daß die Kupplungsscheibe (1£>) dos Wechselgetriebes (8) auf einer gegen die Spannung einer Feder (23) mit Hilfe eines Hubmagneten 05) aohsial verschiebbaren Welle (17) befestigt ist, deren Abtriebsende in bezug auf ihre Drehbewegung kraftschlüssig mit der Schnecke (1O) verbunden, bezüglich ihrer Längsbewegung jedoch in Achsrichtung gleitend geführt ist.
  5. 5. Antriebseinrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet , daß die Kupplungsscheibe (16) auf beiden Seiten ein© aus Zähnen mit Schneiden bestehende Kronenverzahnung (18) aufweist, die wechselweise mit entsprechenden Zahnkränzen (19 und 20) des Wechselgetriebes (β) im Eingriff ist.
  6. 6. Antriebseinrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5i dadurch gekennzeichne t , daß bei ausgeschalteter Magnetkupplung (15 und 16) die kleinere Getriebeuntersetzung in Eingriff ist.
  7. 7. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das mit der Schnecke (1O) im Eingriff stehende Ende der Welle 07) des Wechselgetriebes (8) als Sechskant (21) mit balligen Flächen (24) ausgebildet ist, welcher in eine mit der Schnecke (1O) eine Einheit bildende sechsseitige Hülse (22) mit ebenen Flächen hineinragt.
    709835/0217
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