假肢装置的制作方法

本发明涉及一种假肢装置，具有紧固到牵拉绷带上的牵拉元件，所述牵拉元件在施加拉力时驱动该假肢装置的可运动部件。该假肢装置尤其构造为假肢臂。

背景技术：

假肢替代不存在的或不再存在的肢体。除了仅替代不存在的肢体的形状的纯装饰性假肢外，绝大多数现代假肢试图取代肢体的一个或多个功能或提供与天然肢体类似的功能。

下肢假肢可以被构造为固定在小腿筒上的假脚。更复杂的假肢取代膝关节，其中，从单轴闭锁膝关节到多关节膝关节、计算机控制的被动膝关节和动力膝关节，存在不同程度的复杂性。此外，还有用于髋关节脱离患者的假肢装置。

天然的上肢能够进行各种运动。手的抓握和保持功能、前臂的各种旋转运动以及肩关节内的高运动性使得能够实现各种功能和运动，这些功能和运动在人造系统中难以复制。上肢的假肢装置中也存在不同程度的复杂性，从简单的钩、抓到动力假手或马达驱动的肌电控制假肢臂。

除了高度复杂的、计算机控制的、基于传感器的假肢装置外，还需要通过所谓牵拉绷带操纵的相对简单的机械式假肢装置。在此，上肢假肢的可运动部件通过肩运动(例如对侧的不被照料的肩)来致动。在这种情况下，可运动部件可以在一个方向上运动，或者抵抗重力，或者抵抗反力，例如弹簧力。如果假肢装置的主动功能仅通过借助牵拉绷带的力来触发，则这种假肢被称为自力假肢。与具有电驱动器的假肢装置相比，自力假肢具有直接可控性和本体感受反馈。

自力假肢的一种常见应用是，通过牵拉绷带抵抗反力、特别是弹力打开抓握器具或抓握元件。反力可以通过压缩弹簧、拉伸弹簧或橡胶环施加或气动地或以其他方式施加，并且因此产生抓握力。由于在许多活动中高抓力是有利的，因此安装比较强的弹簧或橡胶环或力产生元件。在打开抓握器具时必须克服该反力，即由病人借助牵拉绷带施加该反力。抵抗相对较高的反力持久工作会导致患者的过早疲劳或健康问题。

DE 26 39 143C2涉及一种用于矫形器或假肢的传动装置，用于将驱动组件的旋转运动转换成矫形器或假肢的运动部件的往复运动。该传动装置具有可旋转地安置的、与驱动组件耦合的、具有螺纹的构件并且具有与该构件啮合的、不可扭转地在壳体中被引导的传动件。该构件具有单侧敞开的空心柱体，该柱体具有旋向相反的内螺纹和外螺纹。牵引索或牵引链的一端固定在与内螺纹协同作用的螺杆上，另一端固定在与外螺纹协同作用的套筒上。该传动装置构造为双螺杆类型，由此实现，作用在牵引索或牵引链上的拉力在整个移动行程上基本保持不变。

DE 821 690B涉及一种具有中空手体的假手，在该中空手体中布置有凸轮盘。通过连杆和拉片，凸轮的转动被转换为手指的运动，以实现手的打开或闭合。

DE 26 07 499C3涉及一种用于人造手的手指的驱动装置，其中，借助自锁的传动装置由马达驱动可动的拇指和至少一个与其反向运动的手指。蜗杆与固定在可动的手指和拇指上的齿轮直接啮合。这些齿轮在沿直径相对的侧上与蜗杆啮合，其中，蜗杆借助变速传动装置驱动。

US 4，604，098A涉及一种假肢臂，具有前臂部分、肘关节以及上臂部分，肘关节带有锁定元件和嵌接元件，用于防止肘部弯曲，上臂部分通过肘关节与前臂部分连接。通过马达，前臂部分相对于上臂部分围绕肘关节运动。通过解锁机构，锁定装置可以脱离嵌接，以便允许弯曲。该弯曲以及锁定或解锁被电子控制。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是，提供一种假肢装置，其中，确保无疲劳的工作并且对患者施加小的负担。

根据本发明，该任务通过具有主权利要求的特征的假肢装置来解决，在从属权利要求、说明书和附图中公开了本发明的有利构型和进一步扩展。

根据本发明的假肢装置具有固定在牵拉绷带上的牵拉元件，该牵拉元件在施加拉力时驱动假肢装置的可运动部件，规定，牵拉元件配属有传感器装置，该传感器装置检测牵拉元件的操纵并操控配属于所述可运动部件的马达。通过传感器装置检测是否以及如何通过牵拉绷带施加拉力到牵拉元件上。传感器装置测量所施加的拉力的大小。传感器装置将相应产生的传感器信号转发给与传感器装置耦合的控制装置。通过该控制装置，马达被操控，即根据传感器信号被投入运行中，以驱动所述可运动部件或者至少支持可运动部件的期望的运动。通过牵拉绷带实现对假肢装置使用者的即时反馈，使得传统的自力假肢的优点仍然存在。同时，减小了要通过牵拉绷带施加的力，因为为了抵抗重力或抵抗弹簧力而操纵可运动部件仅须再施加一个较小的力，因为马达支持该期望的运动。与仅使用外力驱动的假肢不同，有利的是，通过牵拉绷带还将操纵力施加到可运动部件上。类似于伺服助力的转向，期望的运动通过牵拉元件执行，仅使要由患者施加的力减小。

可运动部件在此优选可以构造为机械式抓握元件或抓握器具或者构造为关节部件。优选，机械式抓握器具克服反力、特别是弹簧力打开，当拉力和马达支持失去时，机械式抓握器具闭合，从而为了牢固抓握或固定物体不需要再施加附加的力。保持力由偏压元件或施力元件施加。原则上可能并且规定，抓握装置的闭合运动由牵拉绷带和牵拉元件执行，根据本发明带有马达支持。当失去拉力和马达支持时，抓握器具因弹簧力而打开，在相反的构型中克服弹簧力打开。替代或补充纯粹机械的抓握器具，规定，假肢装置的关节部件也以这种方式来驱动。设置了假肢部件向确定方向(应当是逆着弹簧力或逆着重力)的移位。例如假肢部件可以抵抗弹簧力围绕摆转轴线移位，其中，弹簧力使假肢部件保持在初始位置。根据力的方向而定则可以在一个方向或另一方向上进行假肢部件的摆转或扭转。机械式抓握器具可具有两个或更多个钩形的抓握元件，特别是被构造为所谓的钩。除了双指抓握器外，还可以设置假手作为抓握器具。

本发明的一个扩展方案规定，由马达施加的支持力与由牵拉元件施加的拉力成比例。由此确保直接的本体感受反馈，通过牵拉绷带施加的力越大，一方面施加到图示部件上的拉力越大，另一方面通过马达附加施加的支持力越高。特别是，当机械式抓握器具由于拉力和马达支持而闭合时，产生所述的直接反馈优点。压力点和抓握点也是可调的。

优选，马达通过传动装置与牵拉元件和/或可运动部件耦合。中间接入一个或多个传动装置使得能够使用小型、高速和轻型的马达，考虑到在上肢假肢中的优选用途，这是特别有利的，因为在那里用于安装马达和储能器的空间很小。作为传动装置可以使用绳索卷绕传动装置、齿形带传动装置、齿轮传动装置、滚筒传动装置、摩擦轮传动装置或行星轮传动装置。尤其使用绳索卷绕传动装置是有利的，因为在传统的机械式抓握器具中，从对侧肩到机械式抓握器具的力传递通过牵拉绳(可能带有转向辊)发生。

传动比和比例系数都可以有利地调整，以适应不同的使用目的。如果通过马达产生的支持力的比例系数是可调整的并且力放大或通过马达进行的支持功率也是可调整的，也是有利的。因此，在不需要支持时，马达可以被供给以较少的电能或被脱耦，从而延长假肢装置的使用寿命，因为仅提供必要多的支持能量。

本发明的扩展方案规定，可运动部件承受抵抗牵拉元件和/或马达作用的弹簧力。由此可以影响抓握器具的打开或关闭或者说影响关节部件的弯曲或伸展，特别是对于抓握器具，使得能够在没有附加的运动或附加的能量输入的情况下实现限定的保持力。对于关节装置，由此可以将部件相对彼此的这样的位置设立为优选位置：该位置需要通过施加高于可定义的阈值的力才能改变。

传感器装置可以具有处于牵拉元件中或转向辊中的力传感器，以便能够提供例如与由用户施加的力成比例的适应性附加力。比例系数不必与力成线性关系，通过马达施加的附加力可以在力增大时超比例地提高。也可能的是，限制最大施加的力，使得经由牵拉元件传递的力或传递到可运动部件上的力的总和被限制在最大值内。

在本发明的一个构型中，传感器装置或力传感器被构造为测力销。传感器优选构造为牵拉元件内的测力销，从而能够简单地获知在牵拉元件内作用的力的。通过信号放大器可以测量该力，要通过马达附加引入的力可以与拉力成比例地施加。除了线性比例关系外，还可以设置渐进的或递减的比例关系，以便例如在由拉力施加特别高的力的情况下产生特别大的支持。

替代或补充在牵拉元件内直接布置传感器，也可以在转向辊内或传动元件上布置力测量装置，以便在那里检测经由牵拉元件或者说牵拉绷带施加的拉力并操控马达。

马达可以通过离合器配属给牵拉元件和/或可运动部件，从而在马达发生故障时或在储能器耗尽时可运动部件还可以像平常一样继续由牵拉元件操纵。因此马达可接入到牵拉元件和可运动部件之间或者必要时与其脱耦。该离合器可以例如通过离心力离合器或弹簧加载的分离离合器来实现。通过离合器也可能的是，假肢装置模块式构造，也就是说，提供具有马达形式的附加部件以及作为附属部件的控制装置的传统自力假肢，以便能够实现假肢装置的附加的并且改进的功能。

可运动部件、特别是机械式抓握器具可更换地固定在假肢装置上，以便能够针对不同的工作提供不同的功能。

牵拉元件可以构造为通过牵拉绷带一起操作的牵拉绳或带。牵拉绳或牵拉元件可以在绳套或护套中被引导，其中，尾部段露出并且经由转向辊和必要时经由支持辊固定在可运动部件上，特别是机械式抓握装置上。

牵拉元件可至少部分地在假肢筒内被引导，其中，牵拉元件经整形外科技术人员适配于相应的患者或使用者。拉伸元件的长度以及传动比和放大系数均可针对各个患者单独适配并且是可调的。

马达可以作用在牵拉元件上并且因此提高经由牵拉元件传递到可运动部件上的拉力，因而利用牵拉元件作为作用于可运动部件上的唯一力传递元件。替换地，马达可以与牵拉元件分开地与可运动部件耦合，并且例如通过齿轮传动装置或摩擦轮传动装置(必要时中间接入自由轮装置)直接与可动部件耦合。从马达到可运动部件的力传递则不经由牵拉元件、而是单独地进行，由此不需要改变原始假肢装置的结构。仅须使传感器装置配属给牵拉元件并且带有马达(必要时带有传动装置和控制装置)的支持装置与可运动部件以传递力的方式机械耦合。

附图说明

下面列举本发明的一些实施例，更详细地解释附图。附图示出：

图1构造为抓握器具的可运动部件；以及

图2假肢装置的示意图。

具体实施方式

图1以单个图示出了构型为机械式抓握器具的可运动部件1，其被构造为所谓的钩。机械式抓握器具1具有基体2，在该基体的一端上可布置或构造有螺纹形式的固定装置3，用于固定到未示出的假肢筒上。在基体2的与固定装置3相对的端部上固定有两个悬臂10，20，它们构造成钩形并且用于抓握物体，在图1中为笔。第一悬臂20刚性地固定在基体2上，第二悬臂10可摆转地安置在基体2上，其中，未示出的摆转轴线构造为使得第二悬臂10能够向远离第一悬臂20方向运动，使得两个悬臂10，20之间的中间空间可以增大或减小。第二悬臂10向远离第一悬臂20方向的移位抵抗一个反力地进行，该反力使两个悬臂10，20在不被操纵的状态下彼此贴靠。该反力通过橡胶环4施加，该橡胶环缠绕第二悬臂10以及第一悬臂20的对应底座11，21。橡胶环4被放置在槽中并因此可更换地安置在两个底座11，21上。根据使用目的和要施加在两个悬臂10，20之间的必要保持力而定，可以将不同的橡胶环4放置到槽中。如果只需要小的保持力，则置入较柔性的橡胶环4，如果需要高的保持力，则使用更稳定的橡胶环4，该橡胶环具有较小的可延伸性和弹性并因此以更高阻力抵抗偏转。

悬臂10，20可以可更换地固定到对应的底座11，21上，例如拧入或以其他方式装入并以形状锁合的方式固定。

为了使第二悬臂10从第一悬臂20离开地运动，牵拉元件5固定在第三悬臂12上，该第三悬臂与第二悬臂10刚性地耦合。牵拉元件5被构造为牵拉带或缆索或牵拉绳并且以形状锁合的方式安置在第三悬臂12上的构造于其上的槽6中。槽6沿着第三悬臂12的近侧(即面向假肢筒的一侧)延伸，并且使得在从牵拉元件5到第二悬臂10传递力时能够改变杠杆比。牵拉元件5向外移位越远，杠杆行程越大，由此，在悬臂10，20之间的打开行程减小的同时实现待施加的力的减小。第三悬臂12与第二底座11耦合并从该底座伸出，从而，通过由牵拉元件5施加拉力，第二底座11以及因此第二悬臂10围绕摆转轴线摆转。摆转轴线基本垂直于盘状基体2的基本上圆形的主表面定向。如果拉动牵拉元件5，则第三悬臂12、从而第二悬臂10沿着箭头方向向下运动，如果拉力减小，则第三悬臂12、从而第二悬臂10沿箭头方向向上运动，因为橡胶环4施加相应的反力。待抓握的物体，在示出的实施例中为笔，被保持在第一悬臂20和第二悬臂10之间并且可以被靠置在第三悬臂12上。

在自力假肢情况下，牵拉元件5的操纵可以仅通过身体部分(例如被照料的臂的肩或不被照料的臂的肩)的移位进行。

图2以示意性结构示出了假肢装置。在示意图中在左侧列出的患者身上佩戴了牵拉绷带7，该牵拉绷带与假肢筒8耦合。牵拉绷带7固定在对侧的不被照料的肩上并且回环式地环绕该肩。在后背，在上胸椎的区域中，该回环被固定在一圆环中，牵拉带形式的牵拉元件5被固定到该圆环上。如果不被照料的肩向前，则这会引起在拉伸元件5上施加拉力。牵拉元件5在被照料的一侧的上臂上被引导，使得牵拉元件5在假肢筒8内被沿着该假肢筒引导。在所示的实施方式中，牵拉元件5首先构造为带，然后该带在假肢筒8内与绳索形式的牵拉元件5(例如金属线绳、绞股绳、鲍登拉索的缆心等)耦合或者过渡到这样的牵拉元件5中。

在假肢筒8内布置有支持装置50，该支持装置被示意性地并且放大地示出。支持装置50可以构造为模块并且具有壳体51，来自牵拉绷带7的绳索形式牵拉元件5在该壳体内被引导。牵拉元件5环绕转向辊52被引导，该转向辊与测力销形式的传感器装置81耦合。牵拉元件5从转向辊52被引导经过支持辊54，从该支持辊出来被固定到可运动部件1的第三悬臂12上。在图2中示出了机械式抓握器具1形式的可运动部件的替换构型，其中，基体2不是圆盘形的并且产生反力的元件4不是构造为橡胶环，而是具有三角形轮廓并且构造为拉伸弹簧。如果牵拉元件5被牵拉绷带7加载以朝向离开机械式抓握器具1的方向的拉力，则转向辊52旋转，并且也引起支持辊54旋转，从而引起两个悬臂10，20向彼此离开的方向移位。

在支持装置50内布置有带有驱动轴61的电动机60。马达60经由电存储器70被供应以电能。马达60配属有控制装置80，马达60经由该控制装置80被启动或停用。在所示的实施例中，转向辊52配属有测力销形式的传感器装置81。如果将拉力施加到牵拉元件5上，则转向辊52被加载以转矩和力，该力被传感器装置81测得。该信号通过信号放大器82传送给控制装置80。如果在转向辊52上探测到牵拉元件5内的拉力，则通过控制装置80启动马达60。驱动轴61被驱动。输出轴62经由绳索卷绕传动装置90与驱动轴61耦合。驱动轴61卷绕耦合缆绳并由此使输出轴62旋转，该输出轴经由离合器63与支持辊54耦合。离合器63可以构造为离心力离合器或弹簧加载的齿轮离合器。也可以是，离合器具有锯齿状端面齿部，该端面齿部这样取向：使得力传递仅在支持牵拉元件5的拉力的方向上发生。

在所示的实施例中，支持辊54为了打开机械式抓握器具1而必须向左旋转，锯齿状端面齿部的齿侧面将会缓和地向右下降。代替所示的绳索卷绕传动装置可以在马达60和支持辊54之间构造有齿轮传动装置、齿轮带传动装置、滚筒传动装置或摩擦轮传动装置或行星轮传动装置。通过驱动轴61和输出轴62的不同直径可以实现绳索卷绕传动装置90的不同传动比，通过更换各个轴或各个轴61，62上的滚筒和/或更换支持辊54可以容易地进行适配。

由马达60施加的支持力可以通过控制单元80来调整。该调整可以根据机械式抓握器具1的计划使用目的或用户的个人偏好来进行。

代替转向辊52上的测力销81，也可以设置，传感器装置8布置在牵拉索5的延伸部中，例如在构型为拉力传感器装置的情况下，该拉力传感器装置获知在牵拉元件5中起作用的拉力。传感器数据可以无线地或有线地传输给信号放大器82。牵拉元件5可在大部分长度上在护套内被引导，以避免牵拉元件5在使用者的皮肤上或衣服上摩擦。

支持装置50可以被构造为模块并且可以容易地附装在现有的自力假肢上。为了安装，仅须将牵拉元件5围绕转向辊2以及支持辊54放置，这意味着与直接固定在机械式抓握器具1上相比仅很小地加长牵拉元件5。如果储能器70是空的或者马达4有缺陷，则可以继续利用该假肢装置而不发生基本的功能限制，仅舒适性降低。

在替代构型中，代替由马达4经牵拉元件5施加力，驱动器直接与可运动的第二悬臂10耦合。支持装置50可以集成在基体2中并且经由传动装置组件(例如摩擦轮传动装置或齿轮传动装置)连同相应的离合器63以传递力的方式与可运动的悬臂10耦合。如果然后通过也可以直接布置在牵拉元件5中的传感器装置81探测到拉力，则传感器装置81可以将该情况通过电缆或无线地传输给信号放大器82或控制装置80，然后马达60就被激活。以这种方式，可以通过附加施加马达力来省去牵拉元件5的应力。牵拉元件5在机械式抓握器具1上的铰接的改变不必要的。支持装置50作为单独的机械部件与马达60和集成的控制装置80连同储能器70一起作为预制模块提供，并且只需要固定在基体2内或基体2上。马达60的用于驱动可运动的悬臂10的力则经由合适的离合器63来传递。要施加的力的大小以及持续时间由在传感器装置81中获知的拉力来确定。在通过牵拉元件5施加的拉力与附加提供的马达力之间可设定线性比例，也可以选择其它比例关系。两个实施方式的共同之处在于，在支持装置50故障的情况下可以保持机械式抓握器具1的功能。