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AUSSAGE HINSICHTLICH VOM BUND GEFÖRDERTER FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG
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Diese Erfindung wurde mit Regierungsunterstützung unter dem NASA Space Act Agreement mit der Nummer SAA-AT-07-003 durchgeführt. Die hier beschriebene Erfindung kann zu Zwecken der US-Regierung (d. h. nicht-kommerziellen Zwecken) von der oder für die US-Regierung hergestellt und verwendet werden, ohne darauf oder dafür Gebühren entrichten zu müssen.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Textilien/die Verpackung einer Greifhilfevorrichtung für Menschen.
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HINTERGRUND
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Die Ergonomie ist eine entstehende wissenschaftliche Disziplin, die letztendlich danach strebt, Interaktionen von Menschen mit den verschiedenen Ausrüstungsgegenständen, die in einer Arbeitsumgebung verwendet werden, z. B. Tastaturen, Arbeitsstationen, Drehmomentschlüssel, Steuerungseingabevorrichtungen und dergleichen zu verstehen und zu verbessern. Gute ergonomische Konstruktionspraktiken streben nach der Optimierung von Aspekten der physischen Arbeitsumgebung, sofern sie menschliche Bediener, die darin arbeiten, betreffen. Jedoch können bestimmte Arbeitsaufgaben einen Bediener in einer Weise belasten, die auch durch die optimalsten ergonomischen Konfigurationen des Arbeitsplatzes nicht verringert werden können.
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Beispielsweise können manuelle Operationen, die ein wiederholtes oder andauerndes Ergreifen eines Objekts erfordern, die Hände, Finger und Unterarme eines Bedieners belasten. Als Folge kann die Greifstärke und Produktivität eines Bedieners im Verlauf eines Arbeitstags allmählich abnehmen. Außerdem kann die Greifstärke zwischen verschiedenen Bedienern aufgrund von Unterschieden bei der physischen Statur, von Verletzungen und/oder Muskelermüdung erheblich variieren. Die variable Natur der Greifstärke eines gegebenen Bedieners kann zu einer relativ ineffizienten Ausführung bestimmter auf Greifen bezogener Arbeitsaufgaben führen. Es gibt herkömmliche Vorrichtungen, wie etwa Handtragriemen und Bandagen, um einen Teil der Belastung für einen Bediener zu erleichtern. Jedoch können derartige Vorrichtungen nicht optimal zur Verbesserung der Gesamtgreifstärke sein.
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Die
DE 10 2010 045 342 A1 offenbart eine menschliche Greifhilfeeinrichtung mit Sehnen, die mit distalen Fingergliedringen verbunden sind und durch mediale und proximale Fingergliedringe hindurch verlaufen. Die Sehnen werden mit Hilfe von in einer Manschette angeordneten Aktoranordnungen gestrafft, um Finger der Greifhilfeeinrichtung zu bewegen. Von den Aktoranordnungen bis zu einem Leitungsanker an der Greifhilfeeinrichtung verlaufen die Sehnen in Kabelkanälen. Kraftsensoren der Greifhilfeeinrichtung erfassen Kontaktkräfte zwischen Fingern und Objekten und ein Controller ermittelt daraus die anzulegende Sehnenspannung.
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In der
DE 10 2010 045 343 A1 ist ein sehnengetriebenes Fingerbetätigungssystem mit einem humanoiden Roboter mit einer Roboterhand, die Roboterfinger umfasst, offenbart. Die Roboterfinger werden mit Hilfe von Sehnen bewegt, die an Stellgliedern in einem Unterarm des Roboters mit Hilfe von Schlingen befestigt sind.
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Die
US 5 184 319 A offenbart eine Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Verwendung bei Anwendungen der virtuellen Realität in der Form eines Handschuhs, der Kraft- und Oberflächenbeschaffenheitsinformationen an fühlende Körperteile, etwa die Finger eines Anwenders liefert.
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In der
US 2003/0 221 238 A1 ist ein massierender Handschuh offenbart, der Massageelemente in jeder Fingerspitze des Handschuhs umfasst, welche je ein Gehäuse mit einem Motor aufweisen, der das jeweilige Gehäuse vibrieren lässt. Eine Energiequelle ist in einer Tasche des Handschuhs angeordnet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die einen Bediener bei Arbeitsaufgaben, die mit Greifvorgängen verbunden sind, unterstützt.
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Diese Aufgabe wird durch das Greifhilfesystem nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird hier eine Greifhilfevorrichtung offenbart, die ein menschlicher Bediener für eine verbesserte Greifstärke und/oder zur Rehabilitation verwenden kann. Der Komfort und die Funktionalität einer derartigen Vorrichtung können unter Verwendung der Verpackung oder von Textilien, die hier offenbart sind, verbessert werden. Die vorliegende Vorrichtung umfasst einen Handschuh, der an der Hand des Bedieners getragen wird, und eine Manschette, die am Unterarm des Bedieners getragen wird. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere flexible Sehnen umfassen, die von einer zugehörigen Aktoranordnung mit einer berechneten Zugkraft selektiv gespannt werden. Die Aktoranordnung zieht nach Bedarf an der bzw. den Sehnen, um das Schließen eines oder mehrerer Finger des Handschuhs und damit der darin enthaltenen Hand des Bedieners in eine gewünschte Greifpose zu unterstützen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann bzw. können die Sehnen so verlegt sein, dass sie das Öffnen der Hand des Bedieners unterstützen, wenn die Greifpose gelöst wird, d. h. eine Greiffreigabehilfe. Kraftsensoren, die am Handschuh positioniert sind, liefern Kraftrückmeldesignale an einen Controller, der in der Manschette enthalten ist. Der Controller befiehlt die berechnete Zugkraft, um dadurch eine oder mehrere der Sehnen unter Spannung zu setzen.
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Insbesondere umfasst eine Greifhilfevorrichtung bei einer Ausführungsform einen Handschuh mit einem Finger, d. h. einem Finger oder einem Daumen, und einen Kraftsensor, der am Handschuh positioniert ist. Der Kraftsensor erfasst eine von einem Bediener, der den Handschuh trägt, auf ein Objekt aufgebrachte Greifkraft. Der Handschuh enthält verstellbare Fingergliedringe und einen Sattel, der am Finger positioniert ist, eine flexible Sehne, die ein Ende aufweist, das mit dem Sattel verbunden ist, und eine Leitung, welche die Sehne enthält. Der Handschuh umfasst außerdem einen Leitungsanker, der am oder im Handschuh positioniert ist. Der Leitungsanker nimmt die Leitung auf und verhindert eine ungewünschte axiale Bewegung der Leitung zu den Fingern hin, wenn die Sehne unter Spannung steht.
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Die Greifhilfevorrichtung umfasst bei dieser Ausführungsform außerdem eine flexible Manschette. Die Manschette weist Taschen auf, die eine Aktoranordnung und einen Controller enthalten. Die Aktoranordnung ist mit einem anderen Ende der Sehne verbunden. Der Controller, der mit dem Kraftsensor und der Aktoranordnung in Verbindung steht, berechnet eine Zugkraft, die in Ansprechen auf die gemessene Greifkraft auf die Sehne aufgebracht werden soll, und befiehlt dann die berechnete Zugkraft von der Aktoranordnung.
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Bei anderen Ausführungsformen können ein Daumen und/oder mehrere Finger mit Hilfe der Sehnen bewegt werden. Der Kraftsensor kann an der Handfläche des Handschuhs oder an einem beliebigen der Finger/dem Daumen positioniert sein. Eine Verstärkung des Leitungsankers kann über einen oder mehrere nicht elastische oder nicht streckbare Streifen bereitgestellt sein, sei es, dass sie sich zwischen dem Handschuh und der Manschette erstrecken oder in der Nähe der Handfläche um den Handschuh herum gewickelt sind. Der Sattel kann gebogen sein und kann eine gebogene Rille definieren, welche die Sehne aufnimmt, etwa indem die Sehne in einer Schlinge um den Sattel herumgelegt wird und die Sehne in die Rille eingelegt wird. Die Sehne kann benachbart zum Sattel mit sich selbst verspleißt sein, um eine Schlinge zu bilden, durch welche ein Finger des Handschuhs gesteckt wird. Ein optionaler Spannungssensor kann an der Leitung positioniert sein, z. B. im Leitungsanker benachbart zu der Leitung, und ausgestaltet sein, um eine tatsächliche Zugkraft zu messen, die auf die Leitung einwirkt, z. B. in einem Rehabilitationsmodus.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Greifhilfevorrichtung mit einem Handschuh, einer Manschette und einem Controller.
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2 ist eine schematische Darstellung einer Ansicht von oben der in 1 gezeigten beispielhaften Greifhilfevorrichtung.
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3 ist eine schematische Darstellung einer Ansicht von unten der in 1 und 2 gezeigten beispielhaften Greifhilfevorrichtung.
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4 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht eines beispielhaften Leitungsankers, der mit dem Handschuh von 2 und 3 verwendet werden kann.
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5 ist eine schematische Darstellung in einer perspektivischen Ansicht eines beispielhaften Sattels, der mit dem Handschuh von 2 und 3 verwendet werden kann.
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6 ist eine schematische Seitenansichtsdarstellung des beispielhaften Sattels von 5 mit einer darin eingelegten Sehne.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten in den mehreren Ansichten bezeichnen, ist in 1 ein beispielhaftes Greifhilfesystem 10 gezeigt. Die Greifhilfevorrichtung 10 umfasst einen Handschuh 12 und eine flexible Manschette 18. Wenn das Greifhilfesystem 10 von einem Bediener getragen wird, unterstützt es den Bediener beim Ergreifen eines Objekts. Die Greifhilfevorrichtung 10 umfasst verschiedene Textilien, wie hier mit Bezug auf 2 und 3 erläutert wird, d. h. natürliche oder synthetische Materialien, welche den Sitz, den Komfort und das Verhalten der Greifhilfevorrichtung 10 verbessern.
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Die elektromechanischen Betriebskomponenten oder harten Bestandteile der Greifhilfevorrichtung 10, die in 1 gezeigt ist, können einen Satz Aktoren umfassen, bei einer möglichen Ausführungsform beispielsweise ein Sehnenantriebssystem (TDS, TDS von tendon drive system) 16. Das TDS 16 kann in der Manschette 18 vollständig eingeschlossen oder zumindest teilweise darin enthalten sein. Das TDS 16 kann mit dem Handschuh 12 über eine oder mehrere flexible Sehnen 20 gekoppelt sein, z. B. geflochtene Polymere, wobei die Zugkraft (Pfeil 22) verstärkt wird. Die Zugkraft (Pfeil 22) wird von einem Controller 38 in Ansprechen auf Kraftrückmeldesignale 24 von einem oder mehreren Kraftsensoren 28 berechnet, die am Handschuh 12 positioniert sind, z. B. an Fingern 15 und/oder einem Daumen 14 desselben, oder an einer Handfläche 58 des Handschuhs 12, wie in 3 gezeigt ist. Die berechnete Zugkraft (Pfeil 22) wird dann durch das TDS 16 auf eine oder alle Sehnen 20 aufgebracht.
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Der Handschuh 12 kann einen oder mehrere Finger enthalten, z. B. den Daumen 14 und einen oder mehrere Finger 15. Ein vollständiger Handschuh mit vier Fingern und einem Daumen kann wie gezeigt verwendet werden, oder bei anderen Ausführungsformen kann ein Handschuh 12 in Betracht gezogen werden, der weniger Finger 15 oder keinen Daumen 14 aufweist. Die beabsichtigte Greifpose wird die spezielle Konstruktion des Handschuhs 12 bestimmen. Beispielsweise kann eine Greifpose, bei der ein kleines Objekt von einem Bediener eingeklemmt wird, nur einen Handschuh 12 mit einem Daumen 14 und einem Finger 15 benötigen, z. B. einem Zeigefinger, während das Ergreifen eines Objekts mit einer vollständigen Hand einen Handschuh mit vier Fingern und einem Daumen 14 erfordern kann.
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Ein Bediener kann den Handschuh 12 in der Weise eines herkömmlichen Handschuhs tragen. Die Fingergliedringe 26 von 1 sind schematisch gezeigt. Wie nachstehend mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben ist, können einige dieser Fingergliedringe 26 flexibel und verstellbar sein. Andere können nicht verstellbare Sättel 126 bilden, wie nachstehend mit Bezug auf 5 und 6 beschrieben ist.
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Wenn der Handschuh 12 von 1 an der Hand eines Bedieners getragen wird, kann jeder der Fingergliedringe 26 einen jeweiligen Daumen 14 und Finger 15 des Handschuhs 12 und somit die Daumen und Finger des Bedieners selbst zumindest teilweise umgeben, oder die Ringe 26 können in Abhängigkeit von der Ausführungsform innerhalb des Materials 17 positioniert sein, das den Daumen 14/die Finger 15 definiert. Somit kann jede Zugkraft (Pfeil 22), die auf einige oder alle Sehnen 20 aufgebracht wird, welche durch die Fingergliedringe 26 des Handschuhs 12 hindurch verlegt sind, auf die Finger/den Daumen eines Bedieners durch eine Reaktionskraft mit Bezug auf die Fingergliedringe 26 indirekt einwirken.
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Im Allgemeinen aktiviert eine Schwellenwert-Greifkraft, die von einem Bediener auf ein Objekt ausgeübt wird, das im Griff des Bedieners gehalten wird, beliebige der Kraftsensoren 28, die mit dem Objekt in Kontakt stehen. Die Fingergliedringe 26 sind mit den Sehnen 20, welche durch die Fingergliedringe 26 hindurch verlaufen, verbunden oder stehen mit diesen in Kontakt, wobei mindestens einige der Fingergliedringe 26 somit als Führungen für die Sehnen 20 wirken. Die Fingergliedringe 26 können distal (Pfeil D) sein, d. h. am distalen Ende eines Fingers 15 oder Daumens 14 positioniert sein, sie sind erfindungsgemäß medial (Pfeil M), d. h. am medialen Gelenk des Fingers 15 positioniert, oder sie sind erfindungsgemäß proximal (Pfeil P), d. h. am proximalen Gelenk des Daumens 14 positioniert. Jede der Sehnen 20 endet bei einem Fingergliedring 26, etwa einem medialen Fingergliedring 26, wie in 2 und 3 gezeigt. Dort, wo die Sehnen 20 enden, kann ein Sattel 126 (siehe 2, 5 und 6) verwendet werden, um die Sehne 20 in eine Position zum Seilspleißen oder für eine andere Verbindung zu sich selbst zurückzuschleifen, wie nachstehend beschrieben ist.
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Das TDS 16 von 1 ist mit einem Ende einer zugehörigen der Sehnen 20 verbunden. Jede Sehne 20 ist in einer Leitung 30 angeordnet und frei beweglich. Die Leitung 30 kann in die Kompressionsrichtung im Wesentlichen starr sein und in andere Richtungen flexibel sein, z. B. eine Edelstahlspule. Bei einer Ausführungsform kann jede der Sehnen 20 als ein geflochtenes Polymer ausgestaltet sein, welches wiederum einen geeigneten Fluorkohlenstoff enthalten kann, der die Verschleißlebensdauer jeder Sehne erhöht. Jedoch können auch andere Materialien verwendet werden, ohne den beabsichtigten Umfang der Erfindung zu verlassen.
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Die Sehnen 20 können durch einen optionalen Sehnenkonzentrator 21 hindurch verlaufen, der in 1 schematisch gezeigt ist. Der Sehnenkonzentrator 21 kann an oder in der Nähe der Basis der Handfläche oder eines Handgelenkbereichs des Bedieners angeordnet sein. Wie gestrichelt gezeigt ist, können mehrere Aktoranordnungen 32, z. B. motorbetriebene Kugelumlaufspindelvorrichtungen oder lineare Aktoren, an denen die Sehnen 20 befestigt sind, in einer Reihe im TDS 16 ausgestaltet sein. Jede Aktoranordnung 32 wirkt auf eine zugehörige Sehne 20. Wenn nur ein TDS 16 verwendet wird, kann der Sehnenkonzentrator 21 verwendet werden, um die Sehnen 20 zu verbinden, die von einem Daumen 14 und jedem Finger 15 zu einer einzigen Aktorsehne führen, d. h. der Sehne 20, die mit Hilfe der durchgezogenen Linien in 1 gezeigt ist. In diesem Fall stellt der Sehnenkonzentrator 21 einen Bereich zur Verbindung der mehreren Sehnen 20 mit einer einzigen Sehne 20 bereit.
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Immer noch mit Bezug auf 1 kann die Aktoranordnung 32 gemäß einer speziellen Ausführungsform einen Servomotor 34 und eine Antriebsanordnung 36 umfassen, gemäß einer Ausführungsform beispielsweise eine Vorrichtung vom Kugelumlaufspindeltyp. Andere Ausführungsformen sind möglich, z. B. lineare Aktoren, motorbetriebene Steuerkolben usw. Eine Betriebssteuerung des TDS 16 wird mit Hilfe des Controllers 38 bereitgestellt. Der Controller 28 kann sämtliche benötigte Leistung aus einer Energieversorgung 40 entnehmen. Die Energieversorgung 40 kann Teil einer integrierten Elektronikpackung 60 sein, wie in 2 gezeigt und nachstehend beschrieben ist, oder sie kann eine größere Einheit sein, die außerhalb der Manschette 12 getragen wird, etwa ein optionales Gürtelpaket 39. Die Verwendung des Gürtelpakets 39 kann eine größere Energieversorgung 40 ermöglichen. Die Energieversorgung 40 kann als ein Batteriestapel, z. B. eine oder mehrere Lithium-Ionen-Zellen, oder eine beliebige andere Energiespeichervorrichtung, die relativ leicht ist oder geringe Masse aufweist, ausgestaltet sein.
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Eine Anwenderschnittstelle 42 kann mit der Manschette 18 in signaltechnischer Verbindung mit dem Controller 38 verbunden sein oder sie kann ein eingebauter Bestandteil des Controllers 38 sein. Die Anwenderschnittstelle 42 kann verwendet werden, um die Wahl eines gewünschten Betriebsmodus zu ermöglichen und kann daher als ein für einen Bediener zugängliches Steuerungsfeld, ein berührungsempfindliches Feld oder ein berührungsempfindlicher Bildschirm ausgestaltet sein, das bzw. der es einem Bediener ermöglicht, mit dem Controller 38 in Verbindung zu treten. Der Controller 38 von 1 verarbeitet den Satz von Rückmeldesignalen (Pfeil 24). Ein von einem Computer ausführbarer Code 100 kann in einem konkreten nicht vorübergehenden Speicher 43 des Controllers 38 aufgezeichnet sein und ausgeführt werden, um dadurch in Ansprechen auf die Werte, die über die Rückmeldesignale (Pfeil 24) weitergeleitet werden, und den vom Anwender gewählten Betriebsmodus, eine optimale Verstärkungszugkraft (Pfeil 22) zu berechnen und zu wählen, sowie um andere Steuerungsaktionen bereitzustellen, wie nachstehend mit Bezug auf 3 offengelegt ist. Diese Verstärkungszugkraft (Pfeil 22) wird dann unter Verwendung der Antriebsanordnung 36 auf einige oder alle Sehnen 20 aufgebracht, um das Greifen eines Bedieners, der die Greifhilfevorrichtung 10 trägt, zu unterstützen.
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Der Controller 38 von 1 kann eine oder mehrere integrierte Schaltungen enthalten, welche durch verschiedene elektronische Vorrichtungen wie etwa Spannungsregler, Kondensatoren, Treiber, Schwingquarze, Kommunikationskanäle usw. erweitert sein können. Der Controller 38 kann ein Mikrocontroller unter Verwendung begrenzter Leistung und eines begrenzten Festwertspeichers (ROM), eines Speichers mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und/oder eines elektrisch programmierbaren Festwertspeichers (EPROM) und beliebiger benötigter Eingabe/Ausgabe-Schaltungsvorrichtungen (I/O), sowie Signalaufbereitungs- und Pufferelektronik sein. Eine zentrale Verarbeitungseinheit wird verwendet, um die benötigte Verarbeitungsleistung bereitzustellen. Einzelne Steuerungsalgorithmen, die im Controller 38 vorhanden sind oder für diesen leicht zugänglich sind, können beispielsweise im ROM gespeichert sein und auf einer oder mehreren verschiedenen Steuerungsebenen automatisch ausgeführt werden, um die jeweilige Steuerungsfunktionalität bereitzustellen.
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Mit Bezug auf 2 und 3 sind die Textilabschnitte der oberen Seite (2) und der unteren Seite (3) der Greifhilfevorrichtung 10 von 1 in weiterem Detail gezeigt. Die hier nachstehend beschriebenen Strukturelemente sind ausgestaltet, um den Controller 38, das TDS 16 und den bzw. die Kraftsensoren 28 von 1 auf bequeme Weise zu verpacken und abzustützen, d. h. die harten Bestandteile oder elektromechanischen Betriebskomponenten der Greifhilfevorrichtung 10. Da die Greifhilfevorrichtung 10 von einem Bediener eine längere Zeitspanne lang getragen werden kann, sind die Behandlung von Wärme und Feuchtigkeit primäre Konstruktionsanliegen, genauso wie verringertes Gewicht, taktiler Komfort und die Leichtigkeit beim Tragen.
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Beliebige Abschnitte der Greifhilfe 10, die den menschlichen Bediener direkt kontaktieren, wenn sie verwendet wird, können aus einer geeigneten synthetischen atmungsaktiven Faser, wie etwa Elastan oder perforiertem Lycra® aufgebaut sein. Mit Bezug auf 2 können diese Seiten die Rückseite 51 des Handschuhs 12 sowie Innenflächen 53 der Manschette 18 umfassen. Die Manschette 18 kann auch Taschen 55 enthalten, die bei möglichen Ausführungsformen zumindest teilweise aus Neopren oder Nylongewebe aufgebaut sein können.
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Die Taschen 55 können den Controller 38, die Anwenderschnittstelle 42 und das zugehörige integrierte Elektronikpaket 60, z. B. eine Verdrahtung, Leistungsaufbereitungskomponenten und Treiber zum sicheren und zuverlässigen Versorgen der Greifhilfevorrichtung 10 mit Leistung enthalten. Wenn eine entfernte Anwenderschnittstelle 42 verwendet wird, etwa ein Tablet-Computer, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle oder eine andere geeignete Eingabevorrichtung, kann die in 2 gezeigte Anwenderschnittstelle 42 einen Anzeigebildschirm enthalten, der die spezielle Steuerungsoption darstellt, die über die entfernte Vorrichtung gewählt wurde.
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Der Controller 38, die Anwenderschnittstelle 42 und das integrierte Elektronikpaket 60 können mit Hilfe der Taschen 55 vernäht oder anderweitig an Ort und Stelle befestigt sein. Eine drahtlose Schnittstelle 50 für den Controller 38 kann sich von der Oberseite der Manschette 18 wie gezeigt weg erstrecken, wenn eine drahtlose Verbindungsfähigkeit als Teil des Controllers 38 enthalten ist. Die drahtlose Schnittstelle 50 kann verwendet werden, um mit entfernten Vorrichtungen zu kommunizieren, etwa einem Datenbankmanagementsystem, zur Verfolgung der Verwendung und der Leistung der Vorrichtung 10. Schnallen 66 können verwendet werden, um die Manschette 18 an dem Unterarm eines Bedieners zu befestigen, wodurch ermöglicht wird, dass die Greifhilfevorrichtung 10 nach Bedarf verstellt wird, um mehreren verschiedenen Bedienern zu passen.
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Der Handschuh 12 von 2 kann außerdem eine verstellbare Handgelenkbandage 52 enthalten, z. B. aus Nylon und Velcro® oder einem anderen geeigneten Material. Die Handgelenkbandage 52 dient zwei Hauptfunktionen. Die erste Funktion ist das Befestigen des Handschuhs 12 an der Hand des Bedieners. Die zweite Funktion der Handgelenkbandage 52 ist die Verstärkung des Leitungsankers 62 von 3 und eine zusätzliche Hemmung einer ungewünschten axialen Bewegung der Leitungen 30, die in 1, 3 und 4 gezeigt sind, wie nachstehend erörtert ist.
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Außerdem sind in 2 die Fingergliedringe 26 gezeigt. Einige der Fingergliedringe 26 können verstellbar sein. Alle Fingergliedringe 26, die verstellbar sind, z. B. die proximalen (Pfeil P) und medialen (Pfeil M) Fingergliedringe 26 in den beispielhaften Ausführungsformen, die in 2 und 3 gezeigt sind, können aus Nylon oder einem anderen geeigneten robusten und flexiblen Material aufgebaut sein. Die Fingergliedringe 26 halten die Sehnen 20, die nahe bei den Fingern/dem Daumen des Bedieners im Handschuh 12 verlegt sind, und sie übertragen außerdem die Zugkraft (Pfeil 22 von 1) an die Rückseiten der proximalen (Pfeil P) und medialen (Pfeil M) Fingerglieder des Handschuhs 12. Eine Verstellung der Fingergliedringe 26 kann über ein Verstellungsmerkmal 57 bereitgestellt sein, etwa eine Nase und eine Schleife oder eine riemenschnallenähnliche Konfiguration wie gezeigt, um zu ermöglichen, dass Bediener den Sitz mit Bezug auf die Finger/den Daumen des Bedieners anpassen.
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Das mediale Fingerglied (Pfeil M) kann verwendet werden, um die Sehne 20 über einen Sattel 126 zu befestigen, wobei ein Ende einer der Sehnen 20 am Sattel 126 verbunden oder verlegt ist. Ein beispielhafter Sattel 126 ist nachstehend mit Bezug auf 5 und 6 beschrieben. Das distale Fingerglied (Pfeil D von 1) kann bei anderen Ausführungsformen verwendet werden, um die Sehne 20 abzuschließen.
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Der Sattel 126, der verwendet wird, um eine gegebene Sehne 20 abzuschließen, kann vollständige Ringe ausbilden, wie in 1 gezeigt ist, oder er kann ein unvollständiger Kreis oder Bogen sein, wie in 6 gezeigt ist. Die Sättel 126 können aus einem geeigneten starren Material z. B. Aluminium oder Hartplastik aufgebaut sein. Bei anderen Ausführungsformen können die Sättel 126 aus einem weicheren Material aufgebaut sein, etwa einem Elastomer oder einer Kombination aus Aluminium und einem Elastomer, was zusätzlichen Komfort ohne Verlust von Festigkeit bereitstellen kann. Die Sättel 126 können an der Außenseite des Handschuhs 12 auf Ringen oder Flecken aus Leder oder einem beliebigen anderen geeigneten Material sitzen.
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Mit Bezug auf 3 ist die Greifhilfevorrichtung 10 von einer Unterseite oder einer Handflächenseitensicht gezeigt. Die Handfläche 58 des Handschuhs 12 kann aus einem geeigneten robusten und verschleißfesten Material, wie etwa Leder oder Velours gebildet sein. Ein Leitungsanker 62 wie etwa eine geformte Hartplastik oder Metallplatte kann mit dem Handschuh 12 vernäht oder auf andere Weise verbunden sein, z. B. innerhalb der Handfläche 58, wenn die Greifhilfe verwendet wird. Wenn eine Unterstützung nur beim Loslassen eines Griffs bereitgestellt wird, kann der Anker 12 an der Rückseite des Handschuhs 12 platziert sein. Der Leitungsanker 62 sollte stark genug sein, um zu verhindern, dass die Leitungen 30, die in der axialen/der Kompressionsrichtung mit Bezug auf eine Achse der Leitungen 30 starr sein sollen, durch den Leitungsanker 62 hindurch und zu den Enden der Finger 15 hin gedrückt werden, wenn die Sehnen 20 (siehe 1) unter Spannung stehen. Mit anderen Worten kann der Leitungsanker 62 in die axiale Richtung der Leitungen 30 ausreichend starr sein, muss aber nicht unbedingt in andere Richtungen starr sein. Zum Beispiel kann ein gewisses Maß an Verbiegen des Leitungsankers 62 in die Richtung eines Abbiegens der Handfläche des Bedieners den Komfort des Bedieners verbessern und kann sich für den Bediener beim Ausführen einer gegebenen Greifpose natürlicher anfühlen.
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Bei einer möglichen Ausführungsform können sich die Leitungen 30 bis zum Knick in der Handfläche des Bedieners erstrecken, d. h. dem Punkt, bei dem sich die Gelenke der proximalen (P) Fingerglieder biegen. Der Leitungsanker 62 sollte bei einer derartigen Ausführungsform an derselben Stelle platziert sein, welche die Position ist, die in der beispielhaften Ausführungsform von 3 gezeigt ist. Um den Leitungsanker 62 am Handschuh 12 an Ort und Stelle zu befestigen, kann ein Streifen 70 verwendet werden, der aus einem im Wesentlichen nicht elastischen oder nicht streckbaren Material aufgebaut ist, z. B. Nylon oder Segeltuch. Der Streifen 70 kann sich von der Manschette 12 zum Leitungsanker 62 erstrecken und kann mit den Leitungen 30 verbunden sein. Die verstellbare Handgelenkbandage 52 kann den Streifen 70 umgeben und den Streifen 70 verstärken, wenn die verstellbare Handgelenkbandage 52 festgezogen wird.
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Der Streifen 70 kann am Material 17 (siehe 1) des Handschuhs 12 festgenäht, genietet oder auf andere Weise fest befestigt werden, so dass der Streifen 70 einer Bewegung der Leitungen 30 zu den Fingern 15 hin widersteht, wenn die Sehne 20 gespannt wird. Der Leitungsanker 62 kann am Handschuh außerdem unter Verwendung eines weiteren Streifens 75 seitlich befestigt sein, welcher im Inneren des Handschuhs 12 zumindest teilweise um den Handschuh 12 herumgewickelt ist. Der zusätzliche Streifen 75 kann wie der Streifen 70 unelastisch sein und kann am Handschuh 12 mit Hilfe von Stichen, Nieten oder anderen geeigneten Mitteln sicher befestigt sein.
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Die Manschette 18 von 3 kann einen oder mehrere Unterarmstreifen 64 enthalten. Die Unterarmstreifen 64 können mit Hilfe der Schnallen 66 und/oder unter Verwendung von Klettverschlüssen angezogen und festgeschnallt werden, um die Manschette 18 an einem Unterarm eines Bedieners zu befestigen. Auf ähnliche Weise kann der Handschuh 12 die Handgelenkbandage 52 umfassen, die vorstehend mit Bezug auf 2 erwähnt wurde. Das Festziehen der Handgelenkbandage 52 befestigt den Streifen 70 fest am Handgelenk eines Bedieners. Auf diese Weise wird der Leitungsanker 62 daran gehindert, sich in Ansprechen auf eine Bewegung der Leitungen 30 zu bewegen.
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Die Manschette 18 kann außerdem eine Schutzkrempe 68 enthalten. Zum Schutz der Aktoranordnungen 32 der Manschette 18 kann die Schutzkrempe 68 über die Aktoranordnungen 32 in die Richtung von Pfeil 65 geklappt werden und mit Hilfe von Befestigungselementen 59, z. B. Schnappverschlüssen, Klettverschlüssen, Reißverschlüssen usw. befestigt werden. Eine Bewegung der Aktoranordnungen 32 in Ansprechen auf eine Bewegung der Leitungen 30 kann bewirken, dass sich die Aktoranordnungen 32 vom Handschuh 12 weg in die Richtung von Pfeil 92 bewegen. Um diese Bewegung zu hemmen, können verstärkte Taschen 78 in der Manschette 12 unter der Krempe 68 bereitgestellt sein. Die Aktoranordnungen 32 können in den verstärkten Taschen 78 sitzen. Somit kann jede Bewegung der Aktoranordnungen 32 in die Richtung von Pfeil 92 durch die verstärkten Taschen 78 gehemmt werden.
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Der bzw. die Kraftsensoren 28 können wie gezeigt an der Handflächenseite des Handschuhs 12 positioniert sein, z. B. an einem distalen Ende, einem medialen Abschnitt des Daumens 14 oder auf der Handfläche 58, wie in 3 gezeigt ist, oder alternativ an einem oder mehreren der Finger 15. Wenn daher ein Objekt in einer Hand eines Bedieners, der den Handschuh 12 trägt, ergriffen wird, wobei ausreichend Druck auf den bzw. die Kraftsensoren 28 ausgeübt wird, kann der Controller 38 den Handschuh 12 aktivieren, wie vorstehend mit Bezug auf 1 erläutert ist.
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Mit Bezug auf 4 ist eine beispielhafte Ausführungsform des Leitungsankers 62 für vier Leitungen 30 gezeigt. Es können weniger Leitungen 30 verwendet werden, ohne vom beabsichtigten erfinderischen Umfang abzuweichen. Der Leitungsanker 62 kann Bohrungen oder Durchgangskanäle definieren, die jeweils eine erste Öffnung 74 und eine zweite Öffnung 76 aufweisen. Die erste Öffnung 74 sollte ein klein wenig größer als der Außendurchmesser der Leitung 30 sein, um einen festen Passsitz ohne Verletzung der Leitung 30 zu ermöglichen. Auf ähnliche Weise ist die zweite Öffnung 76 ein klein wenig größer als der Außendurchmesser der Sehne 20. Der Anker 62 kann beispielsweise ein massives Kunststoffstück sein, mit einer Bohrung, die erste Öffnungen 74 definiert, die von einem Ende des Ankers 62 aus ausgebildet sind, und einer Bohrung, die die zweite Öffnung 76 definiert, die von einem anderen Ende des Ankers 62 aus ausgebildet ist und koaxial zu der ersten Bohrung ist.
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Die Leitungen 30, die wie vorstehend erwähnt in der Kompressions- oder axialen Richtung starr sind, kontaktieren eine Innenoberfläche 72 des Leitungsankers 62, wodurch sie an der Oberfläche 72 auslaufen. Das korrekte Festhalten des Leitungsankers 62 wie vorstehend mit Bezug auf die Streifen 70, 75 von 3 erläutert, ermöglicht daher, dass eine ungewünschte Bewegung der Leitungen 30 am Leitungsanker 62 angehalten wird.
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Bei einer speziellen Ausführungsform kann der Handschuh 12 von 1–3 zur Rehabilitation verwendet werden, etwa wenn ein Bediener eine Verletzung erlitten hat, welche die Greifstärke des Bedieners geschwächt hat. Es kann eine Verstärkung der Greifstärke bereitgestellt werden, wie vorstehend offengelegt ist. Jedoch kann es wünschenswert sein, die Greifstärke des Bedieners zu überwachen und Veränderungen bei der Greifstärke zu verfolgen, wenn sich der Bediener einer Therapie unterzieht. Die Konstruktion des Leitungsankers 62 ist dafür dienlich.
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Ein Sehnenspannungssensor 90 der Art, die in der Technik bekannt ist, kann an einer Leitung 30 an der Schnittstelle zwischen der Leitung 30 und der Oberfläche 72 positioniert sein. Der Sensor 90 ist in 4 schematisch gezeigt und kann eine Struktur enthalten, welche die Leitung 30 umgibt. Der Sensor 90 kann beispielsweise Dehnungsmesstreifen enthalten, welche eine Leitungskompressionskraft messen, die auf den Sensor 90 immer dann wirkt, wenn die Sehne 20 unter Spannung steht. Der Sensor 90 kann dann die gemessene Belastung an den Controller 38 übermitteln, z. B. drahtlos über die drahtlose Schnittstelle 50, die in 2 und 3 gezeigt ist.
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Von dem Sensor 90 aufgenommene Messwerte können von dem Controller 38 in tatsächliche Zugkraftmesswerte umgewandelt werden. Diese Zugkraftmesswerte wiederum können von dem Controller 38 aufgezeichnet und nachverfolgt werden, um den Fortschritt der sich ändernden Greifstärke eines Bedieners mit oder ohne Verstärkung mit Hilfe der Aktoranordnungen 32 zu bewerten. Für jede Leitung 30 kann ein anderer Sensor 90 verwendet werden, um den Fortschritt der Greifstärke eines Bedieners mit Bezug auf jeden der Finger 15 und den Daumen 14 des Bedieners genau nachzuverfolgen.
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Als ein veranschaulichendes Beispiel kann ein verletzter Bediener ein Objekt ergreifen, während er die Greifhilfevorrichtung 10 von 2 und 3 trägt. Der bzw. die Kraftsensoren 28 können zu Beginn deaktiviert sein. Die Konfiguration von 2 und 3 ermöglicht eine Greifhilfe. Jedoch wird der Fachmann feststellen, dass man durch einfaches Umkehren der Position der Aktoranordnungen 32/Sehnen 20 das Lösen aus einem Griff statt das Ergreifen selbst unterstützen kann. Das heißt, dass die Sehnen 20 so verlegt werden können, dass sie auf die Rückseite der Finger 15 von 3 wirken, um den Griff zu lösen, statt auf die Handflächenseite der Finger 15, um den Griff zu bilden. Bei einer derartigen Ausführungsform kann die Zugkraft eines Bedieners, der den Griff bildet, durch den Sensor 90 von 4 gemessen werden. Über die Zeit kann die Greif- oder Loslass-Stärke des Bedieners in Abhängigkeit von der Ausführungsform gemessen und verfolgt werden, um den Rehabilitationsfortschritt zu bestimmen.
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Mit Bezug auf 5 und 6 kann ein beispielhafter Sattel 126 zum Befestigen der Sehne 20 an einem gewünschten Abschnitt des Fingers 15 oder des Daumens 14 des Handschuhs 12 eine gebogene Rille 80 definieren, die so dimensioniert und geformt ist, dass sie eine Sehne 20 aufnimmt. Die Sehne 20 kommt beispielsweise von einem Finger des Handschuhs 12 bei einer Stelle 81 von 5 hervor und wird um den Sattel 126 herum gewickelt, wie in 2, 5 und 6 gezeigt ist. Der Sattel 126 kann vom Handschuh 12 gelöst sein, wobei der Sattel 126 in diesem Fall an dem Handschuh 12 ruht, oder der Sattel 126 kann mit Hilfe von Vernähen oder anderen Mitteln am Handschuh 12 befestigt sein. Wie in 6 am besten gezeigt ist, bildet die Sehne 20 eine Schlinge 82 um den Sattel 126 herum, so dass die Sehne 20 in der Rille 80 aufgenommen ist/in dieser sitzt.
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Nach dem Wickeln um den Sattel 126 herum windet sich die Sehne 20 zurück und wird an sich selbst befestigt, um eine Verbindung bzw. Spleißung 84 auszubilden. Es existieren verschiedene Seilspleißtechniken zum Ausbilden der Spleißung 84. Zum Beispiel. kann die Sehne 20 an der Stelle der Spleißung 84 mit sich selbst verwoben sein. Eine Spannung an der Sehne 20 bewirkt im Laufe der Zeit, dass diese Webestelle gefestigt wird, wodurch die Verspleißung 84 im Laufe der Zeit gestärkt wird, wie in der Technik verstanden wird. Es können andere Spleißungs- oder Knotentechniken verwendet werden, um die Sehne 20 am Sattel 126 zu befestigen, ohne den beabsichtigten erfinderischen Umfang zu verlassen. Zudem kann der Sattel 126 eine vollständige Ringform ausbilden (siehe die Ringe 26 von 1) statt die Bogenform von 6. Bei einer derartigen Ausführungsform kann die Rille 80 von 5 und 6 dennoch verwendet werden, oder die Sehne 20 kann mit dem Sattel 126 verknotet, verspleißt oder auf andere Weise verbunden sein statt in einer Schlinge um den Sattel 126 herumgeführt zu sein, wie in 6 gezeigt ist.
