專利名稱：具有可鉸接式取向的手指的手假肢的制作方法
具有可鉸接式取向的手指的手假肢
本發(fā)明涉及一種手假肢，該手假肢具有一個基架，多個手指假肢鉸接 地支承在該基架上，這些手指假肢可通過驅動裝置繞至少一個擺動軸相對 于該基架并且彼此相向地運動。
手假肢的任務在于，盡可能與自然一致地替代必須被替代的手的外觀 和功能。為此，手假肢必須能夠使可構造成手指模擬裝置的握持裝置彼此 相對移位，以便可握持物體。
由US 2004/00195638 Al公知了一種兩指握持器，在該兩指握持器中， 兩個握持裝置可從張開的位置移位到合攏的位置中，在該合攏的位置中， 握持裝置直接彼此對置。因此可保持處于握持裝置之間的物體。為了松開 握持，可進行驅動裝置的轉動方向換向。
由WO 03/017880 Al公知了一種假肢手，在該假肢手中在支承在基架 上的每個單個手指假肢中設置有一個單獨的驅動裝置。通過這種假肢手可 實現(xiàn)不同的握持狀況，例如捏或側握。不利的是用于每個單個手指的高的 控制投入、具有組合在手指中的驅動裝置的費事的技術以及由于復雜結構 形式造成的高的易受干擾性。
從所述現(xiàn)有技術出發(fā)，本發(fā)明的任務在于，提供一種手假肢，該手假 肢具有簡單的控制裝置，工作可靠并且可廉價地制造。
根據(jù)本發(fā)明，該任務通過具有權利要求1的特征的手假肢來解決。本 發(fā)明的有利構型和進一步構型在從屬權利要求中描述。
根據(jù)本發(fā)明的手假肢具有一個基架，多個手指假肢鉸接地或彈性地支 承在該基架上，這些手指假肢可通過驅動裝置繞至少一個擺動軸相對于該 基架并且彼此相向地運動，該手假肢規(guī)定在一個公用的驅動裝置上的一 些力傳遞裝置這樣與手指假肢相耦合，使得從手指假肢的無動作位置起至 少兩個手指假肢與驅動裝置的轉動方向相關地相對于基架走過不同的調(diào)整 角度。如果驅動裝置在一個轉動方向上被激活，則例如首先食指和中指在 朝手心的方向上從無動作位置運動，而拇指較遲地或較緩慢地被激活。于
是通過這三個手指可實現(xiàn)所謂的"側握"。在另一個轉動方向時，從無動作 位置起——在該無動作位置中手假肢占據(jù)張開的姿態(tài)，首先拇指被激活或 較快速地在朝手心的方向上運動，由此，手指假肢的指尖聚集在一起，以 便實現(xiàn)"捏"。即與驅動裝置的轉動方向相關地進行不同時間順序的運動， 其中，手指假肢機械地與驅動裝置相耦合，由此可用少的控制投入即用簡 單的轉動方向換向來調(diào)節(jié)兩個不同的握持狀態(tài)，通過這些握持狀態(tài)可實施 最通常的握持工作。
除了或者實現(xiàn)捏或者實現(xiàn)側握的調(diào)整角度，也可在相應協(xié)調(diào)機構的情 況下實現(xiàn)捏的不同位置。機械耦合可非常廉價地建立。此外，僅需要唯一 一個公用的驅動裝置，該公用的驅動裝置優(yōu)選安置在假肢手的基架中，其 由于與手指假肢相比寬敞的位置情況下而可構造得功率顯著高。
本發(fā)明的一個進一步構型提出，力傳遞裝置可轉動地支承在一個可擺 動的耦合元件、例如轉盤上，以便可用最小的輔助力來傳遞期望的力，所 述輔助力由在剛性支承的情況下材料彎曲得到。耦合元件本身可構造得可 轉動或可擺動，其中， 一個特別簡單的構型在于，將一個轉盤這樣設置在 基架內(nèi)部，使得耦合元件的轉動軸基本上相對于基架的手掌表面正交地延 伸。在驅動裝置與耦合元件之間可設置一個傳動裝置，以便必要時提供所 需的降速。優(yōu)選驅動裝置的從動軸也相對于基架的手掌表面正交，由此， 必要時所需的傳動裝置級可始終以平行的轉動軸工作。如果由于驅動裝置 或基架的幾何尺寸而需要改變轉動方向或定向轉動軸，則這例如可通過傾 角傳動裝置來實現(xiàn)。
不同的調(diào)整角度的特別簡單的實現(xiàn)方案這樣獲得力傳遞裝置這樣與 耦合元件相耦合，使得這些力傳遞裝置的驅動側的支承裝置具有不同的止 點位置。在一個力傳遞裝置支承在轉盤上的情況下，隨著轉盤的轉動運動 而實現(xiàn)在呈正弦曲線構型的運動分量上的移位。與所走過的轉角相關地引 起方向分量上的不同的移位。通過該力傳遞裝置可轉動地支承在耦合元件 上，僅在方向分量上的移位有效。如果現(xiàn)在這樣選擇力傳遞裝置在耦合元 件或轉盤上的支承點，使得當在第一轉動方向上激活時首先拇指走過止點 位置，則首先其余假肢手指例如食指和中指移位，而在相反的轉動方向時 用于食指和中指的調(diào)整位移小于用于拇指的調(diào)整位移。作為替換方案，不
同的調(diào)整角度的實現(xiàn)通過力傳遞裝置滾動到凸輪盤上來進行，該凸輪盤的 半徑對于每個轉動方向不同。如果從無動作位置起凸輪盤在第一轉動方向 上運動，則例如呈拉條構型的力傳遞裝置滾動到比用于拇指的力傳遞裝置 具有更大半徑的凸輪盤上。由此，首先食指和中指朝手掌移位，而拇指隨 后。在相反的轉動方向上，這相應地換向進行。復位運動可通過手指假肢 的彈簧預應力來進行。通過凸輪盤也可調(diào)節(jié)各個手指假肢的不同運動過程, 例如首先引起高的擺動速度，該擺動速度隨著手指假肢擺動角度的增大而 減小或換向。
為了可傳遞大的力，驅動裝置優(yōu)選構造成扁平轉子電機，該扁平轉子 電機可簡單地安置在基架中，該基架可構造成手掌的造型。優(yōu)選構造成緩 慢運轉的電極的扁平轉子電機可在結構形式相對緊湊并且轉速低的情況下 產(chǎn)生高力矩。轉速可通過擺線傳動裝置或諧波傳動裝置進一步降低到期望 的轉速。
本發(fā)明的一個進一步構型提出，力傳遞裝置構造成在拉力下剛性的并 且在壓力下?lián)闲缘幕蛘邚澢鷱椥缘?，由此可在有限程度上實現(xiàn)從手掌到手 指假肢傳遞力時的彈性，而反之不可實現(xiàn)假肢手在驅動裝置未被解鎖情況 下張開或不可實現(xiàn)轉動方向換向。由此保證可靠握持。力傳遞裝置可在一 定程度上壓力穩(wěn)定，以便可提供必要時用于支持張開運動的壓力。
為了穩(wěn)定地傳遞拉力而提出，力傳遞部件具有繩索、絞線或纖維部件， 其中，下面出于簡單原因而僅談及繩索部件。其它部件相應包括在其中。
繩索部件可構造成敞開的、閉合的或扭轉的回線并且具有彈性體部件， 以便可實現(xiàn)例如在軸位置不正時全面移位。另外，當彈性體部件至少部分 地包圍繩索部件時，彈性體部件保護繩索部件以免外部影響。
在力傳遞裝置中可設置用于接收軸的軸承套，這些軸承套配置給基架 或驅動裝置和手指假肢。在力傳遞裝置的有彈簧彈性的構型中，優(yōu)選這樣 確定彈簧剛度的大小，使得當力傳遞裝置被加載以壓力時使得手指假肢復 位到初始位置中。
下面借助于附圖來詳細描述本發(fā)明的實施例。附圖表示
圖l 一個手假肢的示意性視圖2 —個手假肢的功能結構的示意性視圖的手掌俯視圖3 圖2的側視圖； 圖4 側握時合攏的手； 圖5 捏時合攏的手；以及 圖6 拇指假肢的單個視圖。


圖1中示出了一個手假肢1，該手假肢包括一個手基架2和至少三個鉸 接地支承在手基架2上的手指假肢3、 4、 5。手指假肢3、 4、 5相應于一個 自然手的拇指、食指和中指。這三個手指假肢3、 4、 5的可運動的并且可 通過一個公用的驅動裝置6促動的支承裝置足夠可實施手的多個握持工作。 其余兩個手指即無名指和小指可被動地一起運動并且由彈性體材料構成， 以便獲得盡可能自然的感覺。呈電動機構型的驅動裝置6與屬于它的傳動 裝置支承在手基架2內(nèi)部。 一個用于驅動裝置6的未示出的能量源也可設 置在手基架2內(nèi)部。驅動裝置6的控制通過一個控制裝置來進行，該控制 裝置可設置在手基架2中。相應信號可通過一個遠程操作裝置來產(chǎn)生或構 造成肌電信號。
圖2中示出了手假肢1的工作原理的示意性視圖。三個手指假肢3、 4、 5可繞鉸接軸15擺動地支承在手基架2上。手指假肢3、 4、 5通過力傳遞 裝置10與一個轉盤7相連接，這些力傳遞裝置的結構在下面還要詳細描述， 該轉盤由電動機6驅動。力傳遞裝置10在轉盤7上在軸16上或者直接地 或者通過搖擺件8支承。食指4和無名指5通過搖擺件8彼此相耦合，該 搖擺件可轉動地支承在轉盤7上。轉盤7本身或者直接地支承在驅動裝置6 的從動軸上或者支承在傳動裝置輸出軸上。如果驅動裝置6被激活，則轉 盤7運動一個相應的轉角。由此，軸16相對于手指假肢3、 4、 5的擺動軸 15移位，這由于力傳遞裝置10的在拉力下剛性的構型和力傳遞裝置10在 手指假肢3、 4、 5上的與轉動軸15間隔開的鉸接而使得手指假肢3、 4、 5 擺動。如果驅動裝置6反向并且轉盤7運動到軸16相對于手指假肢3、 4、 5的擺動軸15具有最小距離的位置中，則達到張開的初始位置或無動作位 置。通過力傳遞裝置10的有彈簧彈性的特性，于是手指假肢3、 4、 5運動 到它們的張開的初始位置中。在此提出，力傳遞裝置10可傳遞比壓力顯著 高的拉力。這相應于自然手的生理學事實，自然手在手合攏時比在張開時 可施加顯著大的力。
出于清楚原因，沒有示出無名指和小指，無名指和小指可被動地鉸接
在中指5上并且由此一起運動。無名指和小指也可鉸接在擴寬的搖擺件8 上，主動地鉸接其它手指假肢3、 4、 5的其它力傳遞裝置10耦合在該擴寬 的搖擺件上。
在圖3中以圖2的側視圖示出了在無動作位置中的手假肢，在該無動 作位置中，拇指3、食指4和中指5在稍微張開的、近似自然手姿態(tài)的無動 作位置中示出。從該圖可獲知，力傳遞裝置10在支承部位16'上鉸接在手 指假肢4、 5上，這些支承部位相對于手指假肢4、 5的轉動軸15間隔開。 通過轉動軸16在耦合元件7上移位使得手指假肢4、 5由于所傳遞的拉力 而屈曲?，F(xiàn)在，從圖2和圖3中所示的無動作位置起，如果轉盤7如在圖 4a中所示的那樣順時針轉動，則首先食指假肢和中指假肢4、 5在朝手心的 方向上運動，而拇指假肢3之后才在朝手心的方向上移位，因為配置給拇 指假肢3的力傳遞裝置IO必須首先走過止點，即必須走過驅動側的轉動軸 16與擺動軸15之間的最短距離。通過食指假肢和中指假肢4、 5的力傳遞 裝置IO的特殊布置，食指假肢和中指假肢較快速地或在另一個角度范圍上 朝手掌移位，由此，拇指假肢3靠置在食指假肢4的徑向的側上。由此可 實現(xiàn)所示的側握。
圖5中示出了在逆時針的轉動方向時手指假肢3、 4、 5的位置。
在那里，首先拇指假肢3朝手掌和尺骨繞擺動軸15運動，而手指假肢 4、 5必須首先走過它們的止點或者這樣鉸接在轉盤7上，使得在相應的轉 角下僅實現(xiàn)較小的角度移位。拇指假肢3因此首先向內(nèi)被引導并且手指假 肢3、 4、 5的指尖在它們的終端位置中彼此靠置，由此實現(xiàn)所謂加"捏"。
為了還可提供其它握持可能性，可在拇指假肢3中設置一個附加的驅 動裝置，該附加的驅動裝置如圖6中所示。另外，在圖6中還可看到，拇 指假肢3除了第一擺動軸15之外還具有一個第二擺動軸31，至少拇指假肢 3的遠中端部可繞該第二擺動軸擺動地被支承著。通過第二驅動裝置30和 斜螺旋傳動裝置32或多頭蝸桿傳動裝置使從動蝸桿33運動，該從動蝸桿 與一個齒輪段34嚙合并且因此使得食指假肢3與驅動裝置30和傳動裝置 32繞擺動軸31移位。如果兩個驅動裝置6、 30同時被激活，則按照移位速 度實施拇指假肢3朝手掌和尺骨的組合運動，這相應于自然的拇指運動性。
在該圖中詳細地示出了拇指假肢3的功能，該拇指假肢具有一個成形 體36，該成形體模擬自然拇指的輪廓。在構造成空心體的成形體36內(nèi)部是 一個自由空間，第二驅動裝置30設置并且固定在該自由空間中。成形體36 由此耦合例如粘接、固定地夾緊或形狀鎖合地連接在驅動裝置30上。驅動 裝置30通過一個呈斜螺旋傳動裝置32構型的傾角傳動裝置和圖2中所描 述的蝸桿33與齒輪段34相耦合。
當驅動裝置30被激活時，蝸桿33在一個或另一個方向上轉動。由于 繞轉動軸31可擺動地支承在齒輪段34上，可實現(xiàn)繞擺動軸31在雙箭頭方 向上運動。在此可實施徑向的或朝尺骨的運動。齒輪段34本身可繞第一擺 動軸15擺動地被支承著并且可通過轉盤7的轉動和力傳遞元件10的由此 引起的移位而朝手掌或背側擺動。這種擺動運動也通過繞擺動軸15的雙箭 頭來指示。
第二驅動裝置30也是一個電動機并且優(yōu)選處于鞍狀關節(jié)與指骨間關節(jié) 之間的縱向軸線上。由于小的結構形式以及必要時所需的高的驅動力矩， 驅動裝置30構造成快速轉子，其中，變速傳動裝置32可構造成斜螺旋傳 動裝置并且產(chǎn)生從動軸相對于第二驅動裝置30的縱向軸線在45°至135。的 角度范圍內(nèi)的偏轉。由于從動軸的這種偏角，與齒輪段34嚙合的蝸桿33 可引起相應的拇指運動。
設置在手基架2中的第一驅動裝置6優(yōu)選是一個緩慢運轉的具有高轉 矩的扁平轉子電機，該扁平轉子電機與高降速的傳動裝置相耦合，以便可 實施相應緩慢且有力的握持運動?？刂菩盘柣蛘呖捎蛇h程控制裝置或者由 肌電信號或控制裝置來產(chǎn)生。通過該第一驅動裝置6和轉盤7可使齒輪段 34連同蝸桿33以及被成形體36遮蓋住的傳動裝置32和驅動裝置30移位。
權利要求
1.手假肢，具有一個基架，多個手指假肢鉸接地或彈性地支承在該基架上，這些手指假肢可通過驅動裝置繞至少一個擺動軸相對于該基架并且彼此相向地運動，其特征在于在一個公用的驅動裝置(6)上的一些力傳遞裝置(10)這樣與這些手指假肢(3，4，5)相耦合，使得從一個無動作位置起至少兩個手指假肢(3，4，5)與該驅動裝置(6)的轉動方向相關地相對于該基架(2)走過不同的調(diào)整角度。
2. 根據(jù)權利要求1的手假肢，其特征在于這些力傳遞裝置(10)可轉 動地支承在一個可擺動的耦合元件(7)上。
3. 根據(jù)權利要求1或2的手假肢，其特征在于該耦合元件(7)構造 成轉盤。
4. 根據(jù)權利要求2或3的手假肢，其特征在于該耦合元件(7)的轉 動軸基本上相對于該基架(2)的手掌表面正交地取向。
5. 根據(jù)上述權利要求中一項的手假肢，其特征在于該驅動裝置(6) 的從動軸基本上相對于該基架(2)的手掌表面正交地取向。
6. 根據(jù)權利要求2至5中一項的手假肢，其特征在于這些力傳遞裝置 (10)這樣與該耦合元件(7)相耦合，使得這些力傳遞裝置的驅動側的支承裝置具有不同的止點位置。
7. 根據(jù)上述權利要求中一項的手假肢，其特征在于該驅動裝置(6) 構造成扁平轉子電機。
8. 根據(jù)上述權利要求中一項的手假肢，其特征在于該驅動裝置(6) 與一個擺線傳動裝置或一個諧波傳動裝置相耦合，該耦合元件(7)設置在 該擺線傳動裝置或諧波傳動裝置上。
9. 根據(jù)上述權利要求中一項的手假肢，其特征在于所述力傳遞裝置(10)構造成在拉力下剛性的并且在壓力下?lián)闲缘幕蛘邚澢鷱椥缘摹?br> 10. 根據(jù)上述權利要求中一項的手假肢，其特征在于所述力傳遞部件(10) 具有繩索、絞線或纖維部件(11)。
11. 根據(jù)權利要求10的手假肢，其特征在于該繩索、絞線或纖維部件(11) 構造成閉合的回線。
12. 根據(jù)上述權利要求中一項的手假肢，其特征在于所述力傳遞裝置(10)具有彈性體部件(12)。
13. 根據(jù)權利要求10或12的手假肢，其特征在于該彈性體部件(12)至少部分地包圍該繩索、絞線或纖維部件(11)。
14. 根據(jù)上述權利要求中一項的手假肢，其特征在于這些力傳遞裝置 (10)具有用于接收軸(15， 16)的軸承套，這些軸承套配置給該基架(12)和這些手指假肢(3， 4， 5)。
15. 根據(jù)上述權利要求中一項的手假肢，其特征在于所述力傳遞裝置 (10)構造得有彈簧彈性。
16. 根據(jù)權利要求15的手假肢，其特征在于這樣確定所述力傳遞裝置 (10)的彈簧剛度的大小，使得當所述力傳遞裝置(10)被加載以壓力時使得所述手指假肢(3， 4， 5)復位到初始位置中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種手假肢，該手假肢具有一個基架，多個手指假肢鉸接地支承在該基架上，這些手指假肢可通過驅動裝置繞至少一個擺動軸相對于該基架并且彼此相向地運動。本發(fā)明的任務在于，提供一種手假肢，該手假肢具有簡單的控制裝置，工作可靠并且可廉價地制造。該任務這樣來解決在一個公用的驅動裝置上的一些力傳遞裝置(10)這樣與這些手指假肢(3，4，5)相耦合，使得從一個無動作位置起至少兩個手指假肢(3，4，5)與該驅動裝置的轉動方向相關地相對于該基架(2)走過不同的調(diào)整角度。
文檔編號A61F2/58GK101340866SQ200680048280
公開日2009年1月7日 申請日期2006年12月7日 優(yōu)先權日2005年12月20日
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