DE2607499C3 - Antriebseinrichtung für die Finger einer künstlichen Hand - Google Patents

Antriebseinrichtung für die Finger einer künstlichen Hand

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Description

Die Erfindung geht aus von einer Antriebsvorrichtung für die Finger einer künstlichen Hand, bei der ein beweglicher Daumen und mindestens ein dazu gegenläufig bewegter Finger mit Hilfe eines selbstsperrenden Getriebes motorisch angetrieben sind.
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
Zur Erfüllung der genannten Erfordernisse sind bereits pneumatische Antriebssysteme bekannt, deren Energieversorgung aus Hochdruckflaschen oder Druckluftleitungen erfolgt bzw. aus kleineren Druckgaspatronen, die an ersteren aufladbar sind (DE-OS 24 33 710). 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 (DE-OS 24 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.
Aus der DD-PS 52 197 ist ferner eine Unterarmprothese bekannt, bei der die Bewegung der Finger und des Daumens mittels eines selbstsperrenden motorisch angetriebenen Schraubengewindes erfolgt. Zur Kraft-
übertragung von einer Schraubenspindel auf die Finger ist dabei eine auf der Schraubenspindel translatorisch bewegte Schraubenmutter mit einem daran angelenkten Hebelpaar erforderlich, an das ein Schubstangenpaar angelenkt ist, welches mit weiteren relativ kurzen dazu angelenkten Hebelarmen eine Drehbewegung der Finger und des Daumens um ihre Gelenkachsen bewirkt. Zur Unterbringung einer derartigen Hebelanordnung ist eine relativ große Baulänge erforderlich, die insbesondere auch in Verbindung mit dem ferner erforderlichen motorischen Antrieb einen Einbau im Bereich einer künstlichen Hand nicht zuläßt. Einrichtungen dieser Art können somit nur dann angewendet werden, wenn dem Prothesenträger nur noch ein relativ kurzer Unterarmstumpf verblieben ist. Ein weiterer Nachteil ist in der mehrfachen Umsetzung translatorischer Bewegungsabläufe mit ungünstiger Umsetzung der Antriebskraft zu sehen, von der nur ein sehr kleiner Anteil an den Fingerspitzen als Greifkraft zur Verfügung steht, zumal aus baulichen Gründen ein Betrieb der an die Schraubenmutter angelenkten Hebel in Nähe des Totpunktbereiches erforderlich ist, was zudem eine ungünstig hohe Materialbeanspruchung nahezu der gesamten Konstruktionsteile und damit ein für den Prothesenträger hohes Gewicht der Prothese bedingt. Bei gewichtsparender Bauweise ist die Störanfälligkeit derartiger Hebelmechanismen relativ hoch. Der Hebelmechanismus läßt ferner eine Unterbringung des ihm zugeordneten Antriebsmotors im Handbereich, d. h. nahe der Spindel ohne unästhetisch wirkende Deformierung des Handkörpers nicht zu. Insbesondere wegen des schlechten Wirkungsgrades derartiger Antriebseinrichtungen sind zudem relativ starke Antriebsmotoren mit dementsprechend leistungsfähigen und deshalb großen Stromquellen erfor-
derlich. Erheblich erschwert ist bei derartigen Antriebsvorrichtungen auch die Anordnung einer Einrichtung, die es dem Prothesenträger erlaubt, die Finger mit unterschiedlicher Geschwindigkeit oder Greifkraft zu
bewegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung zu schaffen, die mit relativ niedrigem technischen Aufwand eine betriebssichere, vielseitige Benutzung einer Hand-Prothese gewährleistet Insbesondere soll die gesamte Antriebsvorrichtung in den Hohlraum einer künstlichen Hand einbaubar sein.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Schnecke in direktem Eingriff mit an den beweglichen Fingern und dem Daumen befestigten Zahnrädern ist und diese Zahnräder an diametral gegenüberliegenden Seiten mit der Schnecke kämmen, die mit Hilfe eines Wechselgetriebes angetrieben ist.
In einer 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 in.
Die Anordnung der genannten Teile läßt eine Ausbildungsform zu, bei der das Aussehen der Hand-Prothese weitgehend natürlichen Gliedmaßen gleicht und bei der eine Welle des Wechselgetriebes und seine elektromagnetisch betätigte Umschalteinrichtung mittelhandseitig in der Verlängerung der Schneckenachse gelagert sind und ein elektrischer Getriebemotor parallelachsig und handkantenseitig im Bereich der Mittelhand angeordnet ist
Das Wechselgetriebe weist zweckmäßig eine Kupplungsscheibe auf, die gegen die Spannung einer Feder mit Hilfe eines Hubmagneten an einer axial verschiebbaren Welle befestigt ist, deren Antriebsende 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 Wechselgetriebes in Eingriff kommt und die bei ausgeschalteter elektromagnetisch betätigter Umschalteinrichtung in der Stellung für einen schnellen Antrieb der Finger beharrt.
Das die Schnecke antreibende Wellenende des Wechselbetriebes ist zweckmäßig als Sechskant mit balligen Flächen ausgebildet, wodurch sich gute Gleiteigenschaften für die Welle ergeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es Tieigt
F i g. 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung der Antriebseinrichtung für die Finger einer künstlichen Hand;
F i g. 2 eine künstliche Hand mit eingebauter Antriebseinrichtung bei abgenommener Handschuhverkleidung.
Die Antriebseinrichtung 1 für einen Daumen 2 und einen oder mehrere Finger 3 einer künstlichen Hand 4 umfaßt nach den F i g. 1 und 2 einen kurzschlußfesten, elektrischen Getriebemotor 5, der zwischen der äußeren Handkante 6 und dem Daumen l 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 elektrischen Getriebemotors 5 untergebracht ist, 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 selbsthemrnenden Antrieb zum Öffnen und Schließen einer von den Fingern auszuübenden Bewegung dar, deren Greifkraft durch das Kurzschlußdrehmoment des elektrischen Getriebemotors 5 und seine Untersetzung festgelegt ist, wobei die Greifge schv/indigkeit von der Motordrehzahl und der Untersetzung abhängt Zur Änderung der Greifkraft und der Greifgeschwindigkeit dient eine reit Hilfe eines Hubmagneten 15 schaltbare Kupplungsscheibe 16, die
ίο an einer axial verschiebbaren Welle 17 befestigt ist und die auf beiden Seiten eine Kronenverzahnung IS aufweist welche wechselweise mit Zahnkränzen 19 und 20 des Wechselgetriebes 8 in Eingriff gebracht werden kann. Bei nicht erregtem Hubmagneten 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 Hubmagneten 15 im Bedarfsfalle das Wechselgetriebe auf eine höhere Haltekraft (8 bis 10 kg) umgeschaltet werden (diesen Betriebszustand zeigen die F i g. 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 Hubmagneten 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 17 am Abtriebsende zweckmäßig als Sechskant 21 mit balligen Flächen 24 ausgebildet ist und mit diesem in einer mit der Schnecke 10 verbundenen Hülse 22 geführt ist bedarf wegen der mit den balligen Flächen 24 erreichten guten Gleiteigenschaften der Welle 17 in axialer Richtung nur eines geringen Energieaufwandes für den Hubmagneten 15 bei der Umschaltung, zumal die Feder 23, welche das Getriebe bei abgeschaltetem Magneten in der Schnellgangstellung hält, entsprechend schwach ausgelegt werden kann.
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 Überbringung einer für eine Tagesarbeit ausreichenden Batterie oder eines entsprechenden Akkumulators in der Prothese selbst. Aufgrund der Ausbildungsform des Schaltgetriebes, dessen zu schaltende Kronenverzahnung Zähne mit Schneiden aufweist, ist eine Umschaltung bei jeder Fingerstellung möglich. Alle Steuerfunktionen sind ohne Zeitverlust z. B. mittels einer myo-elektrischen 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.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Antriebsvorrichtung für die Finger einer künstlichen Hand, bei der ein beweglicher Daumen und mindestens ein dazu gegenläufig bewegter Finger mit Hilfe eines selbstsperrenden Getriebes motorisch angetrieben sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schnecke (10) in direktem Eingriff mit an den beweglichen Fingern (3) und dem Daumen (2) befestigten Zahnrädern (12) ist und diese Zahnräder (12) an diametral gegenüberliegenden Seiten mit der Schnecke (10) kämmen, die mit Hilfe eines Wechselgetriebes (8) angetrieben isu
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wechselgetriebe (8) eine elektromagnetisch betätigte Umschalteinrichtung (15 und 16) und ein kurzschlußfester elektrischer Getriebemotor (5) zugeordnet s;nd.
3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Welle (17) des Wechselgetriebes (8) und seine elektromagnetisch betätigte Umschalteinrichtung (15 und 16) mittelhandseitig in der Verlängerung der Schneckenachse gelagert sind und der Getriebemotor (15) parallelachsig und handkantenseitig im Bereich der Mittelhand (8) angeordnet ist.
4. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplungsscheibe (16) der Umschalteinrichtung (15 und 16) auf einer gegen die Spannung einer Feder (23) mit Hilfe eines Hubmagneten (15) axial verschiebbaren Welle (17) befestigt ist, deren Antriebsende in bezug auf ihre Drehbewegung kraftschlüssig mit der Schnecke (10) verbunden, bezüglich ihrer Längsbewegung jedoch in Achsrichtung gleitend geführt ist.
5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsscheibe (16) auf beiden Seiten eine aus Zähnen mit Schneiden bestehende Kronenverzahnur.g (18) aufweist, die wechselweise mit entsprechenden Zahnkränzen (19 und 20) des Wechselgetriebes (8) im Eingriff ist.
6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei ausgeschalteter elektromagnetisch betätigter Umschalteinrichtung (15 und 16) die kleinere Getriebeuntersetzung in Eingriff ist.
7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Schnecke (10) im Eingriff stehende Ende der Welle (17) des Wechselgetriebes (8) als Sechskant (21) mit balligen Flächen (24) ausgebildet ist, welcher in eine mit der Schnecke (10) eine Einheit bildende korrespondierende Hülse (22) hineinragt.
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