DE69503481T2

DE69503481T2 - Handprothese

Info

Publication number: DE69503481T2
Application number: DE69503481T
Authority: DE
Inventors: David James Edinburgh Eh10 6Ne Gow
Original assignee: ROYAL INFIRMARY OF EDINBURGH N
Current assignee: Touch Emas Ltd
Priority date: 1994-03-12
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2015-03-11
Also published as: GB9404830D0; DK0748194T3; EP0748194A1; EP0748194B1; ES2121354T3; JPH09510128A; AU1856995A; ATE168258T1; WO1995024875A1; DE69503481D1; JP4045308B2; AU704747B2; US5888246A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Handprothesen und insbesondere solche Prothesen mit beweglichen Greiffingern.
Die Konstruktion derartiger Handprothesen bringt gewaltige Probleme darin mit sich, daß ein Greifen bewirkt wird, das sanft genug ist, um zerbrechliche Gegenstände zu handhaben, und fest genug, um ein sicheres Ergreifen der Gegenstände zu bewirken, wo gewünscht wird, das beträchtliche Kräfte zur Anwendung kommen. Diese Probleme schließen den begrenzten Raum ein, der verfügbar ist, insbesondere innerhalb der Finger selbst, und dort, wo er erforderlich ist, um eine unabhängige Bewegung der verschiedenen Finger in stärkerem oder geringerem Ausmaß und/oder das Verändern der Bewegungsgeschwindigkeit der einzelnen Finger vorzusehen.
Ein spezielles Problem ergibt sich beim Anpassen der Handprothesen bei Patienten mit relativ langen Handstümpfen. Konventionelle elektrische Handprothesen benutzen einen Elektromotor, der in der Körperkonstruktion der Hand selbst montiert ist. Einige Versionen weisen den Motor axial parallel zur Längsachse des Armes montiert auf und andere weisen den Motor unter 90 Grad zu dieser Achse auf. Eine Vielzahl von Übertragungssystemen wird benutzt, um den Motor und die Finger zu verbinden, beispielsweise Leitspindel und Mutter oder Kegel- und Geradstirnräder. Ohne Ausnahme erfordern diese Ausführungen von Handprothesen eine genaue Ausrichtung zwischen Motor und Übertragungssystem. Das wird im allgemeinen dadurch bewirkt, daß alle Teile innerhalb des Handkörpers angeordnet werden, der aus einem Präzisionsgußstück oder einer anderen Formkonstruktion besteht. Eine derartige Anordnung ist relativ umständlich, und der Motor kann nicht ohne weiteres innerhalb des begrenzten Raumes aufgenommen werden, der im Hauptkörper der Prothese verfügbar ist, die am Handstumpf des Patienten befestigt ist. Ein weiterer Nachteil ist, daß Patienten mit einigen verbleibenden Fingern überhaupt nicht eine funktionelle Wiederherstellung wegen der Raumbegrenzungen erfahren können. Die funktionellen Eigenschaften derartiger Vorrichtungen neigen ebenfalls zu Einschränkungen, beispielsweise, daß nur ein einziges Griffmuster angewandt werden darf.
Die aus dem Dokument DE-A-2607499 bekannte Prothese weist mindestens ein Fingerelement auf, das für eine Drehung um die Spindel eines Schneckenzahnrades herum montiert ist, und sie weist einen Antriebsmotor mit einer Schnecke auf, die in Eingriff mit den Zahnradzähnen des Schneckenzahnrades ist, so daß, wenn der Antriebsmotor betätigt wird, sich das Fingerelement bei der Benutzung der Prothese hin zu oder weg von einem anderen Fingerelement bewegt, um einen Handgriff zu schließen und zu öffnen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen oder mehrere der vorangehend angeführten Nachteile zu vermeiden oder zu minimieren.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Prothese bereit, die mindestens ein mechanisch bedienbares Fingerelement bereitstellt, wobei die Prothese mindestens ein Fingerelement aufweist, das sich im allgemeinen tangential zu einer feststehenden Schneckenzahnradeinrichtung an einem Stützkörper der Prothese erstreckt und zur Drehung um die Schneckenzahnradspindel montiert ist, wobei das Fingerelement einen Antriebsmotor mit einer Schnecke aufweist, die sich im allgemeinen in Längsrichtung des Fingerelementes und in Eingriff mit den Zahnradzähnen des Schneckenzahnrades erstreckt, so daß, wenn der Antriebsmotor bei der Benutzung der Prothese betätigt wird, sich das Fingerelement um das Schneckenzahnrad hin zu oder weg von einem anderen Fingerelement und/oder einem natürlichen Finger bewegt, um einen Handgriff zu schließen und zu öffnen.
Daher benutzt die Handprothese der vorliegenden Erfindung eine besonders kompakte Form des Fingerantriebes, was ebenfalls eine verbesserte funktionelle Anwendbarkeit gestatten kann.
Wie er hierin verwendet wird, umfaßt der Ausdruck "Fingerelement" ein "Daumenelement". Während es möglich ist, einen geeigneten Handgriff bereitzustellen, der durch eben ein bewegliches Fingerelement und ein feststehendes Element festgelegt wird, bevorzugt man im allgemeinen eine Handprothese mit einer Vielzahl von beweglichen Fingerelementen, am meisten bevorzugt mit Steuereinrichtungen, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß mehr oder weniger eine Unabhängigkeit der Bewegung der Fingerelemente oder Gruppen von Fingerelementen gestattet wird, um beispielsweise eine schnellere Bewegung eines "Daumen"-Fingerelementes mit niedrigerem Drehmoment und eine langsamere Bewegung des anderen Fingers (der anderen Finger) mit höherem Drehmoment zu gestatten, und/oder um die Bereitstellung verschiedener Griffmuster bei verschiedenen Kombinationen von Einzelfinger/Gruppenfinger-Bewegungseigenschaften zu gestatten.
Zweckmäßigerweise wird ein Wurzelabschnitt von mindestens einem Fingerelement, das mit einem Antriebsmotor versehen ist, durch eine Verbindungseinrichtung mit dem Wurzelabschnitt von mindestens einem weiteren (motorlosen) Fingerelement verbunden, das für eine Drehbewegung am Stützkörper montiert ist, wobei die Verbindungseinrichtung für das Übertragen des Antriebes auf das andere Fingerelement so ausgebildet und angeordnet ist, daß sich das andere Fingerelement hin zu oder weg von mindestens einem Fingerelement, das mit einem Antriebsmotor versehen ist, während der direkten Bewegung dieses mittels des Antriebsmotors für das Schließen und Öffnen eines Handgriffes drehbar bewegt.
Während diese Art der Anordnung weniger Leistung und funktionelle Anwendbarkeit als andere Formen der Erfindung aufweisen kann, bei denen separate Motoren für verschiedene Finger verwendet werden, zeigt sie den Vorteil, daß weniger Motoren und ein geringerer Stromverbrauch erforderlich sind, wodurch eine wirtschaftlichere Lösung bewirkt wird.
Verschiedene geeignete Motoren, die ein relativ hohes Leistungs-Gewichts-Verhältnis aufweisen, sind im Fachgebiet bekannt, und sie umfassen Dauermagnet-Gleichstrommotoren, die eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen Drehmoment und Antriebsstrom über einen ziemlich breiten Bereich aufweisen, was die Steuerung des Antriebes des Fingerelementes erleichtert. Besonders geeignete Motoren stehen von Minimotor SA aus der Schweiz zur Verfügung, insbesondere deren Motoren, die einen Durchmesser von etwa 8 bis 17 mm aufweisen. Ein weiterer Vorteil dieses Motortyps ist die Verfügbarkeit eines modularen Getriebesystems, das mit der Abtriebswelle des Motors gekoppelt ist, wodurch unterschiedliche Ausgangsdrehmoment-Antriebsgeschwindigkeits-Verhältnisse einfach dadurch ausgewählt werden können, daß aus einem Bereich von Getrieben mit unterschiedlichen Verhältnissen ausgewählt wird. Das hat den Vorteil, daß die Bereitstellung unterschiedlicher Griffmuster in einer Prothese dadurch erleichtert wird, daß einfach unterschiedliche Getriebe in verschiedenen Fingerelementen verwendet werden.
Im allgemeinen bevorzugt man ein sich schneller bewegendes Daumenfingerelement mit niedrigerem Drehmoment mit sich langsamer bewegenden anderen Fingerelementen mit höherem Drehmoment, da das die Bereitstellung einer kostmetisch akzeptablen Verkleidung oder Umhüllung der mechanischen Bauteile der Prothese infolge des reduzierten Bewegungsbereiches der anderen Fingerelemente vereinfacht.
Die kompakte Form des Antriebsmotors und dessen Montage im wesentlichen innerhalb des Fingerelementes, das angetrieben wird, insbesondere, wenn sich der Antriebsmotor im Inneren eines Daumenfingerelementes befindet, gestattet eine Reduzierung der Fingerabmessung und daher eine leichtere Konstruktion, die insbesondere bei der Verwendung der Prothese bei Kindern wünschenswert ist. Außerdem gestattet die Kompaktheit das Anpassen an längere Stümpfe, was ein bewegliches Handgelenk ohne jeglichen Verlust der Beweglichkeit des Handgelenkes und ohne zu bewirken, daß die Hand zu lang erscheint, umfaßt.
Weitere bevorzugte charkateristische Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervorgehen, die anhand des Beispiels einiger bevorzugter Ausführungen vorgelegt wird, die mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen veranschaulicht werden, die zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der hauptsächlichen Bauteile des Betriebsmechanismus einer Handprothese der Erfindung;
Fig. 2 eine teilweise herausgeschnittene Ansicht eines Fingerelementes der Handprothese bei Verwendung des Mechanismus aus Fig. 1;
Fig. 3(a) und (b) perspektivische Ansichten einer zweiten Ausführung der Handprothese der Erfindung; und
Fig. 4 eine hintere Ansicht der in Fig. 3(a) und (b) gezeigten Handprothese.
Fig. 1 zeigt die hauptsächlichen Bauteile des Betriebsmechanismus 1 einer Handprothese, die aufweist: einen Hauptkörper 2, der bei der Verwendung am Handstumpf (nicht gezeigt) in einer im allgemeinen bekannten Weise sicher befestigt ist; und eine Vielzahl von Fingerelementen 3. Auf dem Hauptkörper 2 ist eine Vielzahl von feststehenden Schneckenrädern 4 für einen Eingriff montiert, jedes mit einer Schnecke 5, die in der Basis 6 eines entsprechenden Fingerelementes 3 montiert ist, um sich im allgemeinen tangential vom feststehenden Schneckenrad 4 aus zu erstrecken. Die Schnecke 5 ist auf der Antriebswelle 7 einer Getriebe- und Antriebsmotorkombination 8 montiert, die sich in Längsrichtung des Fingerelementes 3 erstreckt. Das Fingerelement 3 ist drehbar 9 mit dem Hauptkörper 2 für eine Drehung um die Achse 10 des feststehenden Schneckenrades 4 verbunden, so daß, wenn der Motor 8 betätigt wird, um die Schnecke 5 anzutreiben, sich die Schnecke um den Umfang 11 des feststehenden Schneckenrades 4 herum bewegt. Gleichzeitig beschreibt das distale Ende 12 des Fingerelementes 3 einen Bogen, der durch die Pfeile 13 angezeigt wird, um einen Handgriff zu öffnen und zu schließen.
Der Motor 8 wird durch kleine aufladbare Nickel-Kadmium-Batterien 14 (schematisch gezeigt) angetrieben, die beispielsweise im 4. und 5. Finger (nicht gezeigt) der Prothese oder irgendeinem anderen geeigneten Raum zwischen dem Stumpf (nicht gezeigt) und der Prothese entfernt montiert werden können.
Der Motor 8 wird mittels der Schalter 15 gesteuert, die durch entweder Bewegung eines verbleibenden Fingers oder durch Handgelenkbewegung betätigt werden. Zwei Schalter können verwendet werden, um beide Drehungsrichtungen zu steuern, oder alternativ kann ein Schalter, indem er mittels einer geeigneten elektronischen Schaltung angeschlossen werden kann, verwendet werden, um beide Richtungen in einer sequentiellen oder Flipflop-Weise zu steuern. Zusätzlich zu den Schaltern können Drucksignale, die von kraftempfindlichem Widerstandsmaterial abgeleitet werden, oder Signale, die von der elektromyografischen Aktivität der verbleibenden Muskelfunktionen abgeleitet werden, als Steuersignale verwendet werden.
Der Hauptkörper 2 der Prothese selbst kann zweckmäßigerweise in der Form eines einfachen Stabes 16 mit Finger- und Daumendrehzapfen 17, 18, die sich daraus erstrecken, vorliegen. Die drehbare Montage der Fingerelemente 3 wird über Ansätze 19 bewirkt, die von einem im allgemeinen rohrförmigen Gehäuse 20 herabhängen, in das der Motor 8 und die Schnecke 5 montiert sind.
Die Bauteile 2 des Betriebsmechanismus 1 der Prothese können mit einer Deckschicht 21 aus Silicongummi oder dergleichen überzogen werden, um ein ästhetischer akzeptables Aussehen in einer im allgemeinen bekannten Weise zu bewirken, das dem Aussehen einer normalen Hand so ähnlich wie möglich ist.
Fig. 3(a) und (b) und 4 zeigen eine zweite Ausführung der Handprothese und werden mit Bezugnahme auf die in Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführung beschrieben und mittels der gleichen Bezugshinweise angezeigt, wobei ein Zusatz "a" hinzugefügt wird. Der Betriebsmechanismus 1a einer Handprothese weist einen Hauptkörper 2a (nur teilweise gezeigt) auf, der bei Verwendung am Handstumpf eines Patienten in einer im allgemeinen bekannten Weise sicher befestigt ist. Auf dem Hauptkörper 2a ist ein einzelnes feststehendes Schneckenrad 4a für einen Eingriff mit einer Schnecke 5a montiert, die in der Basis 6a eines Daumenfingerelementes 3a montiert ist, um sich im allgemeinen tangential vom feststehenden Schneckenrad 4a zu erstrecken. Das Schneckenrad ist auf der Antriebswelle einer Getriebe- und Antriebsmotorkombination 8a montiert.
Das Daumenfingerelement 3a ist drehbar 9a mit dem Hauptkörper 2a für das Drehen um die Achse des feststehenden Schneckenrades 4a verbunden, so daß, wenn der Motor 8a betätigt wird, um die Schnecke 5a anzutreiben, sich die Schnecke um den Umfang 11a des festehenden Schneckenrades 4a herum bewegt. Auf dem Hauptkörper 2a ist ebenfalls ein Paar Fingerelemente 23 drehbar 22 montiert. Die Fingerelemente 23 weisen einen nach innen herabhängenden Hebel 24 auf, der mittels eines im allgemeinen bogenförmigen oder gekröpften Verbindungselementes 25 mit einem Ansatz 19a drehbar verbunden ist, der sich vom Gehäuse 20a aus erstreckt, in dem der Motor 8a und die Schnecke 5a montiert sind. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, ist die Drehebene des Daumenfingerelementes 3a (im allgemeinen um einen Neigungswinkel α von etwa 55 bis 60º) relativ zu der der Fingerelemente 23 geneigt, um eine natürlichere Anordnung bereitzustellen.
Es wird aus Fig. 3(a) und (b) ersichtlich, daß, wenn der Motor 8a betätigt wird, um die Schnecke 5a anzutreiben, sich die Schnecke um den Umfang 11a des feststehenden Schneckenrades herum bewegt, während das Verbindungselement 25 gegen den nach innen herabhängenden Hebel 24 an den Fingerelementen 23 so getrieben wird, damit der Antrieb darauf übertragen wird, um so die Fingerelemente 23 hin zu oder weg vom Daumenfingerelement 3a für das Schließen (Fig. 3(b)) und Öffnen (Fig. 3(a)) eines Handgriffes drehbar zu bewegen.
Wie bei der hierin vorangehend beschriebenen ersten Ausführung können die Bauteile der zweiten Ausführung der Prothese mit einer Deckschicht aus Silicongummi oder dergleichen überzogen werden, um in einer im allgemeinen bekannten Weise ein ästhetischer akzeptables Aussehen zu bewirken.
Die kompakte Form des Fingerantriebes und dessen Montage im wesentlichen innerhalb des dadurch anzutreibenden Fingers ebenso wie die wesentliche Neutralität, d. h., die Nichtrichtungsabhängigkeit ihrer Konfiguration, gestatten ein im wesentlichen modulares Herangehen an die Konstruktion von elektrisch betätigten Handprothesen. Das führt wiederum zu einer Anzahl von Vorteilen, die eine oder mehrere von reduzierten Lagerhaltungsforderungen umfassen, da verschiedene unterschiedliche Prothesen, die links- und rechtshändige Prothesen und solche mit unterschiedlicher Anzahl von mechanischen Fingern umfassen, ohne weiteres aus einer kleinen Anzahl von gemeinsamen Bauteilen zusammengebaut werden können. Außerdem können unterschiedliche Griffmuster durch Verwendung geeigneter Steuereinrichtungen mit unabhängigen Fingerantrieben ohne weiteres bewirkt werden, wobei der weitere Vorteil besteht, daß keine Notwendigkeit für einen Kompromiß zwischen Greifkraft und Geschwindigkeit des Arbeitsganges oder der Bewegung vorhanden ist.
Die Modulbauweise und Kompaktheit der Anlagen gestatten ebenfalls, daß einzelne Fingerprothesen verwendet werden können, beispielsweise im Fall von angeborenen Mißbildungen der Art, wo ein oder mehrere Finger fehlen, insbesondere die Mittelfinger, die für ein wirksames Greifen wichtig sind.

Claims

1. Prothese (1) zur Bereitstellung von wenigstens einem mechanisch bedienbaren Fingerelement (3), wobei die Prothese wenigstens ein Fingerelement (3) hat, das allgemein tangential zu einem feststehenden Schneckenzahnrad-Mittel (4) an einem Stützkörper (2) der Prothese verläuft und zur Drehung um die Schneckenzahnrad- Spindel (18) angebracht ist, wobei das Fingerelement (3) einen Antriebsmotor (8) mit einer Schnecke (5) hat, die allgemein in Längs richtung des Fingerelements (3) und im Eingriff mit der Getriebeverzahnung des Schneckenzahnrades (4) verläuft, so daß sich bei der Benutzung der Prothese das Fingerelement (3), wenn der Antriebsmotor (8) betätigt wird, um das Schneckenzahnrad (4) hin zu oder weg von einem anderen Fingerelement (3) und/oder einem natürlichen Finger bewegt, um einen Handgriff zu schließen und zu öffnen.

2. Prothese (1) nach Anspruch 1, bei der ein Wurzelabschnitt von wenigstens einem Fingerelement (3), das mit einem Antriebsmotor (8) versehen ist, durch ein Verbindungsmittel (25) mit dem Wurzelabschnitt von wenigstens einem anderen Fingerelement (3) verbunden ist, das zur Schwenkbewegung (22) an dem Stützkörper (2) befestigt ist, wobei das Verbindungsmittel (25) für die Übertragung des Antriebs auf das andere Fingerelement (3) geformt und angeordnet ist, um so das andere Fingerelement (3) drehgelenkig hin zu oder weg von dem wenigstens einem Fingerelement (3), das mit einem Antriebsmotor (8) versehen ist, während dessen direkter Bewegung durch den Antriebsmotor (8) zu bewegen, um einen Handgriff zu schließen und zu öffnen.

3. Prothese (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welcher der Antriebsmotor (8) ein Dauermagnet-Gleichstrommotor ist, der ein im wesentlichen lineares Verhältnis zwischen Drehmoment und Antriebsstrom hat.

4. Prothese (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der Antriebsmotor (8) durch seine Abtriebswelle (7) mit einem Getriebesystem gekoppelt ist, wodurch bei der Benutzung aus einem Bereich von Getrieben mit unterschiedlichen Verhältnissen unterschiedliche Drehmoment-Abgabe- Antriebsgeschwindigkeits-Verhältnisse ausgewählt werden können.

5. Prothese (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die eine Vielzahl von Fingerelementen (3) hat und mit Steuerungsmitteln (15) versehen ist, die so geformt und angeordnet sind, daß sie die Unabhängigkeit der Bewegung der Fingerelemente (3) oder von Gruppen von Fingerelementen ermöglichen.

6. Prothese (1) nach Anspruch 5, bei der die Vielzahl der Fingerelemente (3) ein einzelnes Daumen-Fingerelement (3a), das einen Antriebsmotor mit hohen Drehzahl-, niedrigen Drehmomenteigenschaften hat, und wenigstens ein anderes Fingerelement (3) umfaßt, das einen Antriebsmotor mit niedrigen Drehzahl-, hohen Drehmomenteigenschaften hat.

7. Prothese (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die mit einer Deckschicht (21) aus einem ästhetisch annehmbaren Material belegt ist, das ein Aussehen hat, das dem Aussehen einer normalen Hand allgemein ähnlich ist.