DE3045271C1 - Kuenstliche Hand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine künstliche Hand zum Erfas­ sen von Gegenständen zwischen zwei von- oder zueinander be­ wegbaren Klemmbacken, deren jede an einer Koppel eines zum Gelenksvier­ eckes montiert ist, dessen Viereckslenker an seinem Stützglied gela­ gert sind. Beide Gelenksvierecke können dabei gemeinsam um eine senkrecht zu den Gelenksachsen verlaufende Längsachse schwenkbar sein, wobei der Schwenkwinkel 180° betragen kann.

Künstliche Hände dieser Art sind aus der DE-AS 11 38 907 und der DE-AS 11 91 759 bekannt. Diese Kunsthände besitzen als Stützglied für die Lager der beiden Lenker jeweils eines Gelenksviereckes ein trapezförmiges Plattenglied. Ein sol­ ches Plattenglied baut sperrig und würde einer gemeinsamen und gleichsinnigen Schwenkung beider Gelenksvierecke bei ge­ drungener und damit platzsparender Bauweise der Hand ohne erheblichen konstruktiven Aufwand entgegenstehen. Diese Kunsthände besitzen keine Mittel, die eine gemeinsame Bewe­ gung beider Gelenksvierecke um eine nahe den Klemmbacken gelegene Achse ermöglichen. Durch die DE-PS 2 97 284 ist es bekannt, bei einer Handprothese zwischen dem Fingerteil und dem am Unterarmstumpf zu befestigenden Prothesenschaft ein Kugelgelenk anzuordnen, das es erlaubt, den Fingerteil be­ liebig gegenüber dem Prothesenschaft zu verstellen, u. zw. praktisch nur von Hand aus. Der Fingerteil weist zwei, die Finger repräsentierende, gegen- und voneinander schwenkbare Zangenarme auf, die Klemmplatten tragen, die gegenüber dem jeweiligen Zangenarm verschwenkbar angeordnet sind. Die Zan­ genarme werden durch ein pneumatisch betätigbares Kolben/Zy­ linderaggregat bewegt. Die Zangenarme dieser Handprothese führen eine Kreisbewegung aus, was eine spezielle Schwenk­ lagerung der Klemmplatten an den Zangenarmen bedingt, um die Parallelität der Klemmplatten und damit ein Erfassen eines Gegenstandes zwischen den Klemmplatten zu ermöglichen. Die Lagestabilisierung des Fingerteiles der bekannten Hand ist schwierig, da der Fingerteil um ein Kugelgelenk schwenkbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hand der eingangs erwähnten Art konstruktiv so auszugestalten, daß bei raum­ sparender Konstruktion der ergriffene Gegenstand, nach dem Erfassen in möglichst viele, voneinander verschiedene Raum­ lagen gebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer künstlichen Hand der ein­ gangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß an jeder Klemm­ backe eine um eine zur Backenebene senkrechte Achse schwenk­ bare Greifplatte gelagert ist, und daß beiden Gelenksvier­ ecken eine Lenkerachse gemeinsam ist, wobei das Stützglied als ein zu der Lenkerachse konzentrischer Ring ausgebildet ist, wobei jene Viereckslenker, welchen die (ideelle) Len­ kerachse gemeinsam ist, auf dem Ring drehbar geführt sind. Eine Drehführung für die Viereckslenker kann als je ein konzen­ trisch zum Ring verlaufendes ringförmiges Lager ausgebildet sein. Die schwenkbare Lagerung der Greifplatte an den Klemm­ backen erlaubt hiebei, den erfaßten Gegenstand innerhalb des Schwenkbereiches der Greifplatten in beliebige Lagen in einer Ebene parallel zu den Klemmbacken zu bringen, wo­ bei durch den (ideellen) Zusammenfall zwei Lagerstellen der Lenker, die verschiedenen Gelenksvierecken angehören, eine platzsparende, kompakte Konstruktion erzielbar ist und dadurch, daß diese parallel zu den Gelenksachsen der Gelenks­ vierecke verlaufende Achsen schwenkbar sein können, der er­ faßte Gegenstand mit der Ebene, in der die Greifplatten schwenken, seinerseits verschwenkbar und damit in verschie­ dene Raumlagen bewegbar ist. Sind beide Gelenksvierecke auch noch um die senkrecht zu den Gelenksachsen verlaufen­ de Längsachse schwenkbar, so kann der erfaßte Gegenstand praktisch jede Raumlage einnehmen. Die Konstruktion ist durch die Ausbildung des Stützgliedes als Ring sehr kompakt und widerstandsfähig, so daß die auftretenden, oftmals sehr hohen Klemmkräfte beherrschbar sind.

Um einen einfach aufgebauten Antrieb für das Klemmen eines Gegenstandes zu erzielen, kann in weiterer Ausgestal­ tung des Erfindungsgegenstandes vorgesehen sein, daß je­ weils ein Lenker eines der beiden Gelenksvierecke mit ei­ nem Zahnsegment versehen ist und daß mit beiden Zahnsegmen­ ten gleichzeitig ein Ritzel eines Antriebes zum Gegen- bzw. Voneinanderschwenken der beiden Gelenksvierecke kämmt.

In diesem Falle besteht eine weitere Ausgestaltung dar­ in, daß das Ritzel zum Gegen- oder Voneinanderschwenken der beiden Gelenksvierecke über ein Zahnrad von einem Motor mit Getriebe angetrieben wird, der gleichachsig zu der Lenker­ achse angeordnet ist, um welche die beiden Gelenksvierecke gemeinsam schwenken und die parallel zu den Gelenksachsen der Gelenksvierecke verläuft. Hiedurch wird eine besonders günstige Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raumes er­ zielt. Weiters kann vorgesehen werden, daß das in der paral­ lel zu den Gelenksachsen der Gelenksvierecke angeordneten Lenkerachse, um welche beide Gelenksvierecke gemeinsam gleich­ sinnig schwenkbar sind, angeordnete Getriebe umschaltbar ist, so daß wahlweise das Ritzel zum gegenläufigen Bewegen der Ge­ lenksvierecke oder der Ring, der die Lagerungen der Lenker der Gelenksvierecke trägt, antreibbar ist. Diese Ausführung vereinfacht den Aufbau der Hand, da für zwei Tätigkeiten ein- und dasselbe Element Verwendung findet.

Um die Hand auch bei Ausfall der Energieversorgung oder überhaupt ohne elektrische Energie betreiben zu können, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß zur Verschwenknung der beiden Klemmbacken ein von Hand zu bedie­ nender Antrieb, z. B. ein Handrad, vorgesehen ist. Hiebei kann ein von Hand zu bedienender Antrieb auch zur gemeinsa­ men Verschwenkung der Gelenksvierecke um die parallel zu den Gelenksachsen der Gelenksvierecke angeordnete Achse vorge­ sehen werden.

Für die praktische Handhabung ist es von Vorteil, wenn in besonderer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes eine Greifplatte durch einen Motor antreibbar ist, wobei die Mit­ nahme der zweiten Greifplatte durch einen zwischen den Greif­ platten geklemmten Gegenstand erfolgt. Dieser Gegenstand kann dabei in Rinnen beider Greifplatten eingreifen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgese­ hen sein, daß in den Zwischenraum zwischen den beiden Gelenks­ vierecken eine die beiden Zahnsegmente und das Ritzel zum gegensinnigen Bewegen der beiden Gelenksvierecke abdecken­ de und austauschbare Brücke vorgesehen ist. Diese Brücke kann an ihrer Oberseite mit rinnenartigen Führungsflächen versehen sein.

Die Brücke schützt die vorgenannten Getriebeteile und die seitlichen Gehäuseteile vor übermäßigen Krafteinwirkun­ gen und Beschädigungen. Durch die Austauschbarkeit der Brücken können, wenn die Brücke mit rinnenartigen Führungs­ flächen versehen ist, verschiedene Auflageprismen, zusätz­ liche Spannflächen oder Sonderfunktionen mit werkzeugarti­ gem Charakter, wie Schneiden zum Einsatz gebracht werden.

Um einen eingespannten Gegenstand, der durch Griff­ kraft und/oder Formschluß zwischen den Greifplatten fixiert ist, wieder loslassen zu können, auch wenn das Antriebssy­ stem ausfällt oder defekt ist, kann in besonderer Ausgestal­ tung der Erfindung eine dem Antrieb für die Gelenksvier­ ecke zugeordnete Sicherheitskupplung vorgesehen werden.

Zur Sicherung eines zwischen den Klemmplatten geklemm­ ten Gegenstandes gegen unbeabsichtigtes Lösen, kann in be­ sonderer Ausgestaltung der Erfindung der Antrieb für die Gelenksvierecke mit einem selbstsperrenden Getriebe ver­ sehen sein. Es kann jedoch auch zur Lagesicherung der Ge­ lenksvierecke nach einer von Hand aus oder motorisch er­ folgten Schwenkung um die gemeinsame, parallel zu den Ge­ lenksachsen der Gelenksvierecke verlaufenden Ach­ se eine Verrastung oder eine Sicherung der erreichten Lage durch Reibungsschluß vorgesehen sein.

Eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstan­ des ist durch eine lösbare und damit austauschbare Befe­ stigung der Greifplatten auf den Klemmplatten charakteri­ siert. Diese Ausführung erlaubt es, durch einfaches Aus­ wechseln der Greifplatten, die Hand optimal an die jeweils vorzunehmende Manipulation eines erfaßten Gegenstandes an­ zupassen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfin­ dung ergeben sich nachstehend aus der Beschreibung anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spielen; es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf eine künstli­ che Hand, gemäß der Erfindung,

Fig. 2 den der Fig. 1 zugeordneten Grundriß,

Fig. 3 schematisch die Kinematik der erfindungsgemäßen Hand,

Fig. 4 das in Fig. 2 dargestellte Detail A in größerem Maßstab, und die

Fig. 5 und 6 eine weitere Ausführungsform in Seiten­ ansicht bzw. im Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5.

Die erfindungsgemäße künstliche Hand ist zum Erfassen von Gegenständen mit zwei von oder zueinander be­ wegbaren Klemmbacken 1, 2 versehen. Die Kinematik des Ge­ triebes für die Bewegung dieser Klemmbacken 1 und 2 wird hiebei durch Gelenksvierecke 3, 4 bewirkt, die so ausgestal­ tet sind, daß sichergestellt ist, daß die beiden Klemmbac­ ken 1 und 2 in jeder Lage jeweils etwa paral­ lel zueinander sind. Im besonderen sind die Gelenksvier­ ecke 3 und 4 als Gelenksparallelogramme aus­ gebildet, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist. An jeder Klemm­ backe 1 und 2 ist eine Greifplatte 8, 9 um eine zur Backen­ ebene senkrechte Achse 5, 6 schwenkbar gelagert. Damit zwi­ schen den Greifplatten 8 und 9 stabförmige Gegenstände 23, etwa Bleistifte u. dgl., gut gehalten werden können, sind diese Greifplatten mit Rinnen 7 versehen. Beide Gelenks­ vierecke 3 und 4 sind gemeinsam um eine Lenker-Achse 10 schwenk­ bar, die parallel zu den Gelenksachsen der Gelenksvier­ ecke 3, 4 verläuft. Weiters sind die beiden Gelenksvier­ ecke 3, 4 noch um eine Längs-Achse 11 gemeinsam bewegbar, die senkrecht zu den Achsen der Gelenksvierecke 3, 4 verläuft.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Gelenksvierecke 3, 4 um die Längs-Achse 11 um einen Winkel von 180° schwenkbar sind.

Die Greifplatten 8 und 9 können mit hakenartigen Fort­ sätzen versehen sein, um mit der Greifhand in Schlaufen, Ösen u. dgl., die sich auf zu manipulierenden Gegenständen befinden, ergreifen zu können.

Die Lenker-Achse 10, um welche die beiden Gelenksvierecke 3, 4 gemeinsam schwenkbar sind, ist auch eine ihnen beiden ge­ meinsame Gelenksachse, d. h. die Verlängerungen der Lenker 16, 17 verlaufen durch diese Lenker-Achse 10 (Fig. 3). Zur Halte­ rung der Gelenksachsen der Gelenksvierecke 3 und 4 ist ein konzentrisch zur Lenker-Achse 10 angeordneter Ring 12 vorgesehen. Jener Parallelogrammlenker 16, 17, der zu dem auf dem Ring 12 schwenkbar gelagerten Parallelogrammlenker 15, 18 etwa parallel verläuft, ist auf dem Ring 12 drehbar geführt. Zur Führung sind hiebei die Parallelogramm­ lenker 16, 17 mit (zum Teil strichliert dargestellten) Ringlagern 19, 20 versehen, die unter Zwischenschaltung von Walzen oder Walzkörpern nebeneinander am Ring 12 ab­ gestützt sind.

Wie Fig. 4 zeigt, ist die eine Greifplatte 8 durch einen Motor 21 über ein Kegelradgetriebe 22 antreibbar. Zur Mitnahme der anderen Greifplatte 9 dient jeweils der zwi­ schen den Greifplatten 8, 9 eingeklemmte Gegenstand 23.

Es kann das Kegelradgetriebe 22 auch durch eine Rast­ einrichtung ersetzt werden, mittels welcher die Greifplat­ ten 8, 9 in der gewünschten Lage fixierbar sind. Vorteil­ haft ist eine Ausführung einer solchen Rasteinrichtung, bei der die Fixierung der Greifplatten 8, 9 in der jeweils eingestellten Lage durch die Griffkraft verstärkt wird.

Die Lenkerachse 10 und die Längsachse 11, um welche die Gelenksvierecke 3 und 4 gemeinsam schwenkbar sind, schnei­ den zweckmäßig einander. Jener (nicht dargestellte) Antrieb, mit dem die beiden Gelenksvierecke 3, 4 aufeinander zu und voneinander weg um die Lenker-Achse 10 verschwenkt werden können, weist einen Motor mit Getriebe und ein Ritzel 24 auf, das gleichzeitig mit zwei Zahnsegmenten 25, 26 kämmt, von de­ nen je eines am Lenker 17 bzw. 16 befestigt ist. Zweck­ mäßig ist dieses in der Lenker-Achse 10 angeordnete Getriebe um­ schaltbar, um entweder den Ring 12 oder über ein Zahnrad 33 das Ritzel 24 anzutreiben. Besonders vorteilhaft ist hier die Anordnung eines selbstsperrenden Getriebes.

In Fig. 4 ist mit α der Winkel bezeichnet, um den die Greifplatten 8, 9 um die senkrecht zu den Klemmbacken 1, 2 stehende Achse 5 und 6 schwenkbar sind. Dieser Win­ kel beträgt bevorzugt 90°.

Die parallel zu den Gelenkachsen verlaufende Lenker-Achse 10, um welche beide Gelenksvierecke 3 und 4 ebenfalls schwenkbar sind, erlaubt eine Schwenkung um den Winkel b in der Grö­ ßenordnung von ebenfalls ungefähr 90°.

Die Greifplatten 8, 9 können lösbar, also austausch­ bar, mit den Klemmbacken 1, 2 verbunden sein. Um für jede unterschiedliche Manipulationen unterschiedlich geformte Greifplatten 8, 9 verwenden zu können, sind diese mittels einer einfach zu lösenden Verbindung, z. B. einer Rastver­ bindung an den Klemmbacken 1, 2 befestigt.

Weiters ist zur Verschwenkung der beiden Klemmbacken 8, 9 bzw. zur gemeinsamen Verschwenkung der Gelenksvier­ ecke 3, 4 um die Lenker-Achse 10 ein Handrad 28 vorgesehen, das mit Griffmulden 29 versehen ist. Dieses Handrad 28 ist um die Lenker-Achse 10 drehbar gelagert und mit dem Antrieb für die Gelenksvierecke fix oder fallweise gekuppelt; es ermög­ licht so einen manuellen Antrieb oder ein manuelles Ver­ stärken der von diesem Antrieb aufgebauten Griffkraft.

Im freien Raum zwischen den Klemmbacken 1, 2 bzw. den sie tragenden Gelenksvierecken 3, 4 ist bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform über den Ge­ triebeteil 24, 25, 26 eine Brücke 30 lösbar angeordnet, welche diese vorgenannten Getriebeteile und die seitlichen Gehäuseteile vor übermäßigen Krafteinwirkungen und Beschä­ digungen schützt und an der Oberseite prismen- oder rinnen­ artige Führungsflächen 31 zur Auflage eingespannter, ins­ besonders langer Gegenstände, wie des in Fig. 6 angedeute­ ten Hammers 32, aufweist.

Durch eine nicht dargestellte Sicherheitskupplung, die dem Antrieb für die Gelenksvierecke zugeordnet ist und die z. B. mit einem eigenen Hebel von außen betätigbar ist, können die beiden Klemmbacken 1, 2 vom Antriebssystem entkuppelt und damit um die Lenker-Achse 10 frei bewegt werden.

Die Schwenkbewegung um die Lenker-Achse 10 kann beim Erfin­ dungsgegenstand entweder aktiv mittels Motor und selbst­ sperrendem Getriebe oder aber von Hand aus ausgeführt werden, wobei in letzterem Falle eine Fixierung durch Verrasten oder stufenlos durch Reibungsschluß erfolgen kann.

Claims (20)

1. Künstliche Hand zum Erfassen von Gegenständen zwischen zwei von oder zueinander bewegbaren Klemmbacken, deren jede an einer Kop­ pel eines Gelenkviereckes montiert ist, dessen Viereckslenker an einem Stützglied gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Klemmbacke (1, 2) eine um eine zur Backenebene senkrechte Achse (5, 6) schwenkbare Greifplatte (8, 9) gelagert ist und daß beiden Gelenksvierecken (3, 4) eine Lenkerachse (10) gemeinsam ist, wobei das Stützglied als ein zu der Lenkerachse (10) kon­ zentrischer Ring (12) ausgebildet ist und wobei jene Vierecks­ lenker (16, 17), welchen die (ideelle) Lenkerachse (10) gemeinsam ist, auf dem Ring (12) drehbar geführt sind.

2. Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehführung für die Viereckslenker (16, 17) als je ein konzen­ trisch zum Ring (12) verlaufendes ringförmiges Lager (19, 20) ausgebildet ist.

3. Hand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gelenksvierecke (3, 4) um die gemeinsame Lenkerachse (10) gemein­ sam gleichsinnig schwenkbar sind.

4. Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Lenker (16, 17) eines der beiden Gelenksvier­ ecke (3, 4) mit einem Zahnsegment (26 bzw. 25) versehen ist und daß mit beiden Zahnsegmenten (26, 25) gleichzeitig ein Ritzel (24) eines Antriebes zum Gegen- oder Voneinanderschwen­ ken der beiden Gelenksvierecke (3, 4) kämmt.

5. Hand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (24) über ein Zahnrad (33) von einem Motor mit Getriebe angetrieben ist, dessen Motorachse parallel zu der Lenkerachse (10) angeordnet ist.

6. Hand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe umschaltbar ist, so daß wahlweise das Ritzel (24) zum gegenläufigen Bewegen des Gelenksviereckes (3, 4) oder der Ring (12), der die Lagerungen der Lenker (15, 16, 17, 18) der Gelenksvierecke (3, 4) trägt, antreibbar ist.

7. Hand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Verschwenkung der beiden Klemmbacken (1, 2) ein von Hand zu bedienender Antrieb vorgesehen ist.

8. Hand nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschwenkung der Lenkerachse (10) ein von Hand zu bedienender Antrieb (28) vorgesehen ist.

9. Hand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Greifplatte (8) durch einen Motor (21) antreibbar ist, wobei die Mitnahme der zweiten Greifplatte (9) durch einen zwischen den Greifplatten (8, 9) geklemmten Gegenstand (23) erfolgt.

10. Hand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der einen Greifplatte (8) über ein Kegelradge­ triebe erfolgt.

11. Hand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der den Antrieb an der einen auf die andere Greifplat­ te (8 bzw. 9) übertragende Gegenstand in Rinnen (7) beider Greif­ platten (8, 9) eingreift.

12. Hand nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in den Zwischenraum zwischen den beiden Gelenksvierecken (3, 4) eine die beiden Zahnsegmente (25, 26) und das Ritzel (24) zum gegensinnigen Bewegen der beiden Ge­ lenksvierecke (3, 4) abdeckende und austauschbare Brücke (30) vorgesehen ist.

13. Hand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke (30) an ihrer Oberseite mit rinnenartigen Füh­ rungsflächen (31) versehen ist.

14. Hand nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Antrieb für die Gelenksvierecke (3, 4) eine Sicherheitskupplung zugeordnet ist.

15. Hand nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für die Gelenksvierecke (3, 4) mit einem selbstsperrenden Getriebe versehen ist.

16. Hand nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Lagesicherung der Gelenksvierecke (3, 4) nach einer von Hand oder motorisch erfolgenden Schwenkung um die Lenkerachse (10) eine Verrastung oder eine Sicherung der erreichten Lage durch Reibungsschluß vorgesehen ist.

17. Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifplatten (8, 9) auf den Klemmbacken (1, 2) lösbar und damit austauschbar befestigt sind.

18. Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifplatten (8, 9) mit einer Rinne (7) versehen sind.

19. Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifplatten (8, 9) um etwa 90° um ihre senkrecht zu den Klemmbacken (1, 2) stehenden Achsen (5, 6) schwenkbar sind (Fig. 4).

20. Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gelenksvierecke (3, 4) um etwa 90° um die Lenker­ achse (10) schwenkbar sind (Fig. 1).