DE60316737T2

DE60316737T2 - Parallelstangenmechanismus und damit versehenes künstliches Gelenk

Info

Publication number: DE60316737T2
Application number: DE60316737T
Authority: DE
Inventors: Yuji Wako-shi Yasui; Hiroshi Wako-shi Kiyomoto; Isao Wako-shi Usukura; Youichi Wako-shi Nakahara; Haruyuki Wako-shi Iwasaki; Shungo Wako-shi Umeda; Kazunori Wako-shi Yamamoto; Masamitsu Wako-shi Shiono; Kazuo Wako-shi Okada; Manabu Wako-shi Nakayama; Atsushi Wako-shi Kubo
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: CA2419568C; CA2419568A1; EP1340478A3; JP3976129B2; EP1340478B1; JP2003250824A; US20030163206A1; DE60316737D1; EP1340478A2; US7118601B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Parallelverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie diese beispielsweise in der EP 0 112 099 offenbart ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine künstliche Gelenkvorrichtung wurde konventionell z.B. in der japanischen Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 11-345 offenbart. Die künstliche Gelenkvorrichtung wird auf ein Fußgelenk angewendet, um zwischen einem Fußabschnitt eines künstlichen Beins und einem Beinabschnitt desselben den Fußabschnitt mit dem Beinabschnitt zu verbinden. Der Fußabschnitt des künstlichen Beins weist einen oberen Endabschnitt auf, welcher mit einem sich lateral erstreckenden Durchgangsloch ausgebildet ist. Demgegenüber weist der Beinabschnitt des künstlichen Beins ein unteres Ende desselben auf, welches sich in zwei Arme derart verzweigt, dass eine Halterung ausgebildet wird, deren Arme jeweils ein Loch aufweisen, welches durch diese an einer Stelle ausgebildet ist, welche einer Öffnung des sich lateral durch den Fußabschnitt erstreckenden Durchgangslochs entspricht. Bei dieser künstlichen Gelenkvorrichtung ist eine Achse durch die Löcher der Halterung sowie durch das Durchgangsloch des Fußabschnitts eingepasst, welche zueinander in Flucht angeordnet sind, wodurch der Fußabschnitt und der Beinabschnitt in der Lage sind, eine Schwenkbewegung in Bezug zueinander nur in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung um eine horizontale Achse durchzuführen.
Gemäß der obigen künstlichen Gelenkvorrichtung kann aufgrund dessen, dass dem Fußabschnitt und dem Beinabschnitt gestattet ist, eine Schwenkbewegung in Bezug zueinander um die horizontale Achse nur in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung durchzuführen, der Fußgelenkabschnitt selbst dann nicht verdreht werden, wenn eine das künstliche Bein tragende Person während des Gehens versucht, nach links oder rechts zu drehen, was das Durchführen der Drehbewegung schwierig macht. Eine Kombination einer seriellen Verbindung mit drei oder mehr Freiheitsgraden und eines Elektromotors, welche als ein Gelenkabschnitt eines Robotergliedmaßes verwendet wird, ist als eine künstliche Gelenkvorrichtung im Stande, die Verdrehbewegung durchzuführen. Jedoch benötigt diese Art einer künstlichen Gelenkvorrichtung wenigstens drei Elektromotoren, um die drei oder mehr Freiheitsgrade sowie gleichzeitig die Halterung des Gewichts der Komponenten des Roboters sicherzustellen. Dies vergrößert die Größe einer Stromversorgung und jene der gesamten Vorrichtung, was zu erhöhten Herstellungskosten der Vorrichtung führt. Ferner erschweren die vergrößerte Vorrichtungsgröße und das Erfordernis der Stromversorgung, die Vorrichtung auf eine prothetische Gliedmaße anzuwenden.
Aus der Druckschrift US 5,740,699 A ist ein ausdehnbarer Handgelenkmechanismus bekannt, welcher zwei über drei ausdehnbare Stellglieder verbundene Verbindungsgliedanbringungsabschnitte sowie ein ausdehnbares Verbindungsglied umfasst, wobei die Stellglieder und das ausdehnbare Element jeweils an ihren Enden an einem entsprechenden Verbindungsgliedanbringungsabschnitt durch beispielsweise ein Gelenk derart angebracht sind, dass die zwei Anbringungsabschnitte relativ zueinander um zwei Achsen, nämlich eine Querachse und eine Hochachse, geschwenkt werden können, während eine Rotation gegeneinander verhindert wird. Die drei Stellglieder werden durch drei an ihnen vorgesehenen Motoren angetrieben, sodass eine Steuerung/Regelung der Motoren es ermöglicht, die Verbindungsgliedanbringungsabschnitte zueinander zu orientieren sowie den Abstand zwischen den Verbindungsgliedanbringungsabschnitten einzustellen.
Außerdem ist aus der EP 0 112 099 A eine robotische Gliedmaße bekannt, welche im Unterschied zum vorstehend beschriebenen Mechanismus zwei Stellglieder und eine Verbindungschiene umfasst, welche direkt mit einem Verbindungsgliedanbringungsabschnitt fixiert ist und eine konstante Länge aufweist. Auf diese Art und Weise gestattet diese Gliedmaße den zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitten, in allen Richtungen verschwenkt zu werden, während dessen der Abstand zwischen den zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitten konstant bleibt.
Überblick der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine künstliche Gelenkvorrichtung bereitzustellen, welche es ermöglicht, eine/ein prothetische Gliedmaße oder Verbindungsglied zu realisieren, welches in der Lage ist, auf die Gliedmaße einwirkende Stöße zu dämpfen.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch eine Parallelverbindung gemäß dem Anspruch 1. Eine bevorzugte Ausführungsform umfasst eine Parallelverbindung zum Verbinden zweier voneinander beabstandeter Verbindungsgliedanbringungsabschnitte, umfassend: ein fixiertes Verbindungsglied, welches mit einem seiner Enden an einem der Verbindungsgliedanbringungsabschnitte fixiert ist, ein Fixiertes-Verbindungsglied-Gelenk zum Verbinden eines anderen Endes des fixierten Verbindungsglieds mit einem anderen der Verbindungsgliedanbringungsabschnitte derart, dass ein Winkel des fixierten Verbindungsglieds in Bezug auf den anderen der Verbindungsgliedanbringungsabschnitte in jeder gewünschten Richtung geändert werden kann; eine Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern, welche sich zwischen den zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitten in einer ausdehnbaren/zusammenziehbaren Art und Weise erstrecken; und eine Mehrzahl von Ausdehnbaren-Verbindungsglied-Gelenken, welche gegenüberliegende Enden der Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern jeweils mit den Verbindungsglied anbringungsabschnitten derart verbinden, dass entsprechende Winkel jedes ausdehnbaren Verbindungsglieds in Bezug auf die Verbindungsgliedanbringungsabschnitte in jede gewünschte Richtung geändert werden können.
Gemäß dieser Parallelverbindung ist ein Ende des fixierten Verbindungsgliedes mit einem der Verbindungsgliedanbringungsabschnitte fixiert. Demnach ist es durch solide und robuste Ausgestaltung des fixierten Verbindungsglieds möglich, den Hauptteil der Druckbelastung oder Zugbelastung, welche durch das fixierte Verbindungsglied auf wenigstens einen der Verbindungsgliedanbringungsabschnitte ausgeübt wird, zu tragen. Da jedes der Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern seine entgegengesetzten Enden über seine zugehörigen Ausdehnbare-Verbindungsglied-Gelenke mit den zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitten jeweils derart verbunden hat, dass die Winkel derselben in Bezug auf die zugehörigen Verbindungsgliedanbringungsabschnitte in jede gewünschte Richtung geändert werden können, wird ferner keine Biegespannung auf die ausdehnbaren Verbindungsglieder ausgeübt, sondern es wird nur eine Druckbelastung und/oder eine Zugbelastung auf diese ausgeübt. Dies ermöglicht es, ausdehnbare Verbindungsglieder mit relativ geringer Belastbarkeit und Steifigkeit zu verwenden, wodurch das Gewicht der Parallelverbindung verringert wird. Außerdem sind das andere Ende des fixierten Verbindungsglieds und die gegenüberliegenden Enden der ausdehnbaren Verbindungsglieder jeweils mit dem zugehörigen Verbindungsgliedanbringungsabschnitt über das Fixierte-Verbindungsglied-Gelenk oder das Ausdehnbare-Verbindungsglied-Gelenk derart verbunden, dass der Winkel derselben in Bezug auf den Verbindungsgliedanbringungsabschnitt in jeder gewünschten Richtung geändert werden kann, was einen großen Freiheitsgrad bei dem Winkel der Relativbewegung zwischen den zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitten sicherstellt, wodurch zwischen diesen beispielsweise eine Verdrehbewegung ermöglicht wird.
Gemäß der Erfindung umfasst die Parallelverbindung Drängungselemente, welche jeweils in der Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern vorgesehen sind, wobei jedes Drängungselement den Zweck hat, ein zugehöriges Verbindungsglied der ausdehnbaren Verbindungsglieder in wenigstens einer Richtung zu drängen, welche entgegengesetzt ist zu Richtungen, in denen das ausdehnbare Verbindungsglied dann sich ausdehnt und zusammenzieht, wenn das ausdehnbare Verbindungsglied sich ausdehnt und zusammenzieht.
Da jedes ausdehnbare Verbindungsglied durch das zugehörige Drängungselement in einer Richtung oder in Richtungen entgegengesetzt zu der Ausdehnungsrichtung und/oder der Zusammenziehrichtung gedrängt wird, ist es demgemäß möglich, einen über die ausdehnbaren Verbindungsglieder zwischen den zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitten übermittelten Stoß durch die Drängungskräfte zu reduzieren. Da der Betrag des Zusammenziehens oder des Ausdehnens der ausdehnbaren Verbindungsglieder größer ist, ist ferner die Drängungskraft des zugehörigen Drängungselements erhöht, sodass der Bewegungsbereich des ausdehnbaren Verbindungsglieds genau begrenzt werden kann, um die Verbindungsgliedanbringungsabschnitte davor zu bewahren, sich weiter als erforderlich zu bewegen. Demzufolge ist es möglich, selbst wenn die Verbindungsgliedanbringungsabschnitte beispielsweise entlang einer gekrümmten Oberfläche oder eines dreidimensionalen Objekts bewegt werden, das Auftreten einer Taumelbewegung zu verhindern, wodurch ein exzellentes Nachfolgeverhalten beibehalten wird.
Das fixierte Verbindungsglied umfasst vorzugsweise ein stoßdämpfendes Element zum Dämpfen eines Stoßes, welcher zwischen den zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitten übertragen wird.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, einen zwischen den zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitten über das fixierte Verbindungsglied übertragenen Stoß durch das stoßdämpfende Element zu dämpfen.
Vorzugsweise ist die Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern gleich drei ausdehnbare Verbindungsglieder.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist es aufgrund dessen, dass die zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitte miteinander über wenigstens drei ausdehnbare Verbindungsglieder und das fixierte Verbindungsglied verbunden sind, dann, wenn die ausdehnbaren Verbindungsglieder jeweils beispielsweise durch ein Stellglied zum Ausdehnen und Zusammenziehen angetrieben werden, möglich, ausdehnbare Verbindungsglieder in einer Art und Weise derart anzutreiben, dass die ausdehnbaren Verbindungsglieder die zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitte in entsprechende entgegengesetzte Rotationsrichtungen verdrehen.
Weiter bevorzugt ist, dass die wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder derart angeordnet sind, dass Verbindungsabschnitte derselben, welche wenigstens mit einem der zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitte verbunden sind, nicht auf wenigstens einem der zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitte auf einer Linie liegen, und dass ein Verbindungsabschnitt des fixierten Verbindungsglieds innerhalb eines Polygons positioniert ist, welches durch die Verbindungsabschnitte der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder als Eckpunkte definiert ist.
Da wenigstens drei ausdehnbare Verbindungsglieder derart angeordnet sind, dass ihre Verbindungsbereiche, welche mit wenigstens einem der zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitte verbunden sind, nicht auf einer Linie auf dem Verbindungsgliedanbringungsabschnitt liegen und dass ein Verbindungsabschnitt des fixierten Verbindungsglieds innerhalb eines Polygons positioniert ist, welches durch die Verbindungsbereiche der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder als Eckpunkte definiert ist, ist es gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform möglich, die Parallelverbindung in ihrer Größe kompakt zu gestalten, die in der Lage ist, die zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitte in die jeweiligen entgegengesetzten Rotationsrichtungen zu verdrehen, wie dies oben beschrieben wurde. Ferner kann eine Antriebskraft, welche zum Veranlassen des Verdrehbetriebs erforderlich ist, reduziert werden, was zur Förderung der Betriebseffizienz beiträgt.
Weiter bevorzugt ist, dass die Parallelverbindung ferner umfasst eine Antriebsquelle, Stellglieder, welche den Zweck haben, jeweils ein zugehöriges Verbindungsglied der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder zum Ausdehnen und Zusammenziehen durch eine von der Antriebsquelle zugeführten Antriebskraft anzutreiben, und ein Steuer-/Regelmittel zum Steuern/Regeln der Antriebskraft, welche ausgehend von der Antriebsquelle jedem Stellglied zugeführt wird.
Da das Steuer-/Regelmittel eine Ausdehnung und ein Zusammenziehen jedes der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder vermittels des Stellglieds steuern/regeln kann, ist es gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform möglich, die ausdehnbaren Verbindungsglieder anzutreiben, um die zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitte in die entsprechenden entgegengesetzten Rotationsrichtungen, wie dies oben beschrieben wurde, zu verdrehen. Folglich kann die Parallelverbindung auf einen Roboter sowie auf eine Industriemaschine, welcher/welche eine derartige Verdrehbewegung benötigt, angewendet werden. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann dann, wenn das fixierte Verbindungsglied solide und robust ausgebildet ist, der Hauptteil der Druckbelastung sowie der Zugbelastung, welche auf wenigstens einen der Verbindungsgliedanbringungsabschnitte wirkt, tragen, was eine Reduzierung der Antriebskräfte ermöglicht, die den Stellgliedern zum Antreiben der ausdehnbaren Verbindungsglieder zugeführt wird, und wodurch zur Reduzierung des Energieverbrauchs beigetragen wird.
Das Stellglied ist weiter bevorzugt ein elektrisches Stellglied, welches derart konfiguriert ist, dass es dann Regenerationsenergie erzeugt, wenn das zugehörige ausdehnbare Verbindungsglied durch eine äußere Kraft ausgedehnt und zusammengezogen wird, wobei die Parallelverbindung ferner umfasst einen Akkumulator zum Speichern der Regenerationsenergie, welche durch das elektrische Stellglied erzeugt wurde.
Da die elektrischen Stellglieder in der Lage sind, Regenerationsenergie dann zu erzeugen, wenn die ausdehnbaren Verbindungsglieder durch äußere Kräfte ausgedehnt und zusammengezogen werden, ist es gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform möglich, die Regenerationsenergie als elektrische Energie zum Antreiben der elektrischen Stellglieder zu verwenden. Dies ermöglicht es, sowohl die Größe einer Stromversorgung als auch die Betriebskosten zu reduzieren, was zu einer Reduzierung der Herstellungskosten der Parallelverbindung beiträgt.
Gemäß einer Ausführungsform ist ferner eine künstliche Gelenkvorrichtung bereitgestellt, umfassend:
zwei voneinander beabstandete Gliedmaße-Elemente sowie eine Parallelverbindung, welche die zwei Gliedmaße-Elemente verbindet.
Da die zwei Gliedmaße-Elemente durch die Parallelverbindung verbunden sind, ist es gemäß dieser künstlichen Gelenkvorrichtung möglich, den Freiheitsgrad bei dem Winkel der Relativbewegung zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen auf ein Niveau zu erhöhen, welches ähnlich ist zu jenem eines Gelenks eines lebenden Körpers, was mittels der künstlichen Gelenkvorrichtung des herkömmlichen künstlichen Beins bisher unerreichbar war. Im Unterschied zu einer künstlichen Gelenkvorrichtung des Typs mit einer seriellen Verbindung, wie sie üblicherweise z.B. bei einem Roboter verwendet wird, kann ferner die künstliche Gelenkvorrichtung gemäß diesem Aspekt unter Verwendung der Parallelverbindung, die einfacher und weniger teuer ist als die serielle Verbindung, realisiert werden, und zwar ohne dass dazu irgendeine Stromversorgung oder ein elektrischer Motor verwendet wird.
Die Parallelverbindung umfasst bevorzugt ein fixiertes Verbindungsglied, welches mit einem seiner Enden an einem der Gliedmaße-Elemente fixiert ist, ein Fixiertes-Verbindungsglied-Gelenk zum Verbinden eines anderen Endes des fixierten Verbindungsglieds mit einem anderen der Gliedmaße-Elemente derart, dass ein Winkel des fixierten Verbindungsglieds in Bezug auf das andere der Gliedmaße-Elemente in jeder gewünschten Richtung geändert werden kann; eine Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern, welche sich zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen in einer ausdehnbaren/zusammenziehbaren Art und Weise erstrecken; und eine Mehrzahl von Ausdehnbaren-Verbindungsglied-Gelenken, welche gegenüberliegende Enden der Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern jeweils mit den Gliedmaße-Elementen derart verbinden, dass entsprechende Winkel jedes ausdehnbaren Verbindungsglieds in Bezug auf die Gliedmaße-Elemente in jede gewünschte Richtung geändert werden können.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform können die gleichen vorteilhaften Effekte, wie sie durch die vorstehende Parallelverbindung bereitgestellt werden, erhalten werden. Insbesondere ist es möglich, das Gewicht der künstlichen Gelenkvorrichtung zu reduzieren und einen hohen Freiheitsgrad derselben zu erhalten. Demnach ist es dann, wenn die künstliche Gelenkvorrichtung auf beispielsweise ein Fußgelenk eines künstlichen Beins angewendet wird, möglich, das Gewicht des künstlichen Beins zu reduzieren, und zur gleichen Zeit ermöglicht das künstliche Gelenk der bevorzugten Ausführungsform im Unterschied zu dem künstlichen Gelenk des herkömmlichen künstlichen Beins einem Benutzer während sein Gewicht durch das künstliche Bein getragen wird beispielsweise eine Verdrehbewegung oder dgl. zwischen einem Beinabschnitt und einem Fußabschnitt in ähnlicher Weise wie bei einem Fußgelenk eines lebenden Beins durchzuführen. Dies ermöglicht dem Benutzer eine gleichmäßigere und natürlichere Bewegung nicht nur beim Geradeausgehen durchzuführen, sondern ebenfalls bei einem nach Links- oder Rechtsdrehen während des Gehens. In ähnlicher Weise kann das Gewicht des künstlichen Arms dann reduziert werden, wenn die künstliche Gelenkvorrichtung beispielsweise auf ein Handgelenk eines künstlichen Arms angewendet wird, und zur gleichen Zeit ermöglicht das künstliche Gelenk, eine Verdrehbewegung oder dgl. zwischen einem Armabschnitt und einem Handabschnitt durchgeführt zu werden. Kurz gesagt ermöglicht das künstliche Gelenk, den Freiheitsgrad bei dem Winkel der Bewegung zwischen dem Armabschnitt und dem Handabschnitt zu erhöhen.
Die künstliche Gelenkvorrichtung umfasst zudem weiter bevorzugt Drängungselemente, welche jeweils in der Mehrzahl von ausdehnbaren Gelenken vorgesehen sind, wobei jedes den Zweck hat, ein zugehöriges Verbindungsglied der ausdehnbaren Verbindungsglieder in wenigstens einer Richtung zu drängen, welche entgegengesetzt ist zu Richtungen, bei denen das ausdehnbare Verbindungsglied dann sich ausdehnt und zusammenzieht, wenn das ausdehnbare Verbindungsglied sich ausdehnt und zusammenzieht.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform können die gleichen vorteilhaften Effekte, wie sie durch die vorstehende Parallelverbindung bereitgestellt werden, erhalten werden. Insbesondere ist es möglich, einen zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen über die ausdehnbaren Verbindungsglieder übertragenen Stoß zu dämpfen. Dann, wenn die künstliche Gelenkvorrichtung auf beispielsweise ein Fußgelenk eines künstlichen Beins angewendet wird, dienen folglich die Drängungselemente dazu, einen Stoß abzuschwächen, welcher ausgehend von dem künstlichen Bein zu dem lebenden Körper des Benutzers über die ausdehnbaren Verbindungsglieder dann übertragen wird, wenn der Benutzer das künstliche Bein auf einen Boden, einer Straßenoberfläche oder dgl. (nachfolgend einfach als "der Boden" bezeichnet) stellt, um dadurch die Belastung auf den Benutzer zu reduzieren, welcher das künstliche Bein trägt. Dann, wenn die Drängungselemente die zugehörigen ausdehnbaren Verbindungsglieder bei ihrem Zusammenziehen drängen, und zwar in einer Richtung, welche entgegengesetzt ist zu der Zusammenziehrichtung, im Falle, dass der Benutzer sein künstliches Bein während des Gehens von dem Boden anhebt, können zudem Drängungskräfte, welche das künstliche Bein drängen, gegen den Boden zu treten, erhalten werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, eine von dem gehenden lebenden Körper ausgehende Tretkraft zu reduzieren, wodurch weiter die Belastung auf den das künstliche Bein tragenden Benutzer reduziert wird und ermöglicht wird, dass der Benutzer eine gleichmäßigere Gehbewegung durchführt. Die erforderliche Nachfolgefähigkeit und Haltekraft kann sogar dann durch die Drängungskräfte der Drängungselemente sichergestellt werden, wenn die Gehbewegung es erforderlich macht, dass beispielsweise im Fall des Herauf- oder Herabgehens einer Steigung der Winkel des Fußgelenks einer Straßenoberfläche nachfolgt sowie eine geeignete Haltekraft des Fußgelenks vorhanden ist.
Das fixierte Verbindungsglied umfasst bevorzugter ein stoßdämpfendes Element zum Dämpfen eines Stoßes, welcher zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen übertragen wird.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform können die gleichen vorteilhaften Effekte, wie sie durch die vorstehende Parallelverbindung bereitgestellt werden, erhalten werden. Insbesondere ist es möglich, einen Stoß, welcher zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen über das fixierte Verbindungsglied übertragen wird, zu dämpfen. Demnach ist es möglich dann, wenn die künstliche Gelenkvorrichtung beispielsweise auf ein künstliches Bein angewendet wird, einen Stoß, welcher ausgehend von dem künstlichen Bein auf einen lebenden Körper des Benutzers über das fixierte Verbindungsglied dann übertragen wird, wenn der Benutzer das künstliche Bein auf den Boden setzt, zu reduzieren, um dadurch weiter die Belastung auf den Benutzer des künstlichen Beins zu verringern.
Die Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern ist weiter bevorzugt wenigstens drei ausdehnbare Verbindungsglieder.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform können die gleichen vorteilhaften Effekte, wie sie die vorstehende Parallelverbindung bereitstellt, erhalten werden. Insbesondere ist es dann, wenn die ausdehnbaren Verbindungsglieder jeweils beispielsweise durch ein Stellglied zum Ausdehnen und Zusammenziehen angetrieben werden, möglich, die ausdehnbaren Verbindungsglieder derart zu betreiben, dass die zwei Gliedmaße-Elemente in entsprechende entgegengesetzte Rotationsrichtungen verdreht werden und dass eine automatisch gesteuerte/geregelte künstliche Gelenkvorrichtung mit einem derartigen Verdreh-Vermögen realisiert wird.
Die wenigstens drei ausziehbaren Verbindungsglieder sind weiter derart vorzugsweise angeordnet, dass ihre Verbindungsbereiche, welche wenigstens mit einem Element der zwei Gliedmaße-Elemente verbunden sind, nicht auf einer Linie auf wenigstens einem der zwei Gliedmaße-Elemente liegen, und dass ein Verbindungsabschnitt des fixierten Verbindungsglieds innerhalb eines Polygons positioniert ist, welches durch Verbindungsabschnitte der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder als Eckpunkte definiert ist.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform können die gleichen vorteilhaften Effekte, wie sie durch die vorstehende Parallelverbindung bereitgestellt werden, erhalten werden. Insbesondere ist es möglich, die automatisch gesteuerte/geregelte künstliche Gelenkvorrichtung in ihrer Größe kompakt zu gestalten, welche in der Lage ist, die zwei Gliedmaße-Elemente in die entsprechenden entgegengesetzten Rotationsrichtungen zu verdrehen. Zudem kann eine Antriebskraft, welche zum Veranlassen der Verdrehbewegung erforderlich ist, reduziert werden, was zu einer Förderung der Betriebseffizienz beiträgt.
Die künstliche Gelenkvorrichtung umfasst weiter bevorzugt eine Antriebsquelle, Stellglieder, welche jeweils zum Zweck haben, ein zugehöriges Verbindungsglied der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder zum Ausdehnen und Zusammenziehen durch eine Antriebskraft, welche von der Antriebsquelle zugeführt wird, anzutreiben, und ein Steuer-/Regelmittel zum Steuern/Regeln der Antriebskraft, welche jedem Stellglied ausgehend von der Antriebsquelle zugeführt wird.
Gemäß dieser Ausführungsform können die gleichen vorteilhaften Effekte, wie sie durch die vorstehende Parallelverbindung bereitgestellt werden, erhalten werden. Insbesondere ist es möglich, die zwei Gliedmaße-Elemente in den entsprechenden entgegengesetzten Rotationsrichtungen zu verdrehen.
Demnach ist es dann, wenn die künstliche Gelenkvorrichtung beispielsweise auf ein Fußgelenk eines künstlichen Beins angewendet wird, möglich, sowohl dem Benutzer zu gestatten, ein Verdrehen eines Winkels desselben sowie eine Drehbewegung beim Gehen gleichmäßig durchzuführen, als auch ein automatisch gesteuertes/geregeltes künstliches Bein mit einem derartigen Verdreh-Vermögen zu realisieren. Dann, wenn die künstliche Gelenkvorrichtung auf ein Gelenk des Fußballens des künstlichen Beins angewendet wird, ermöglicht das künstliche Bein dennoch eine gleichmäßigere Drehbewegung beim Gehen, sodass es möglich ist, die Bewegung des automatisch gesteuerten/geregelten künstlichen Beins an jene eines lebenden Beins anzunähern. Daneben ist es durch solide und robuste Ausgestaltung des fixierten Verbindungsglieds, wie dies vorstehend beschrieben wurde, möglich, das fixierte Verbindungsglied zu veranlassen, die Gewichtslast eines Benutzers zu tragen, was es gestattet, die Antriebskräfte, welche den Stellgliedern zugeführt wird, zu reduzieren, wodurch zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs durch das automatisch gesteuerte/geregelte künstliche Bein beigetragen wird. Auf ähnliche Art und Weise ist es dann, wenn die künstliche Gelenkvorrichtung auf ein Handgelenk oder ein Gelenk eines Handballens eines künstlichen Arms angewendet wird, möglich, eine automatisch gesteuerte/geregelte künstliche Hand oder einen automatisch gesteuerten/geregelten Arm zu realisieren. Die Verwendung der künstlichen Gelenkvorrichtung ermöglicht es, nicht nur die Bewegung der künstlichen Hand oder des Arms zu jener einer lebenden Hand oder eines lebenden Arms anzunähern, sondern ebenfalls den Energieverbrauch zu reduzieren. Zudem ist es möglich, dann, wenn die künstliche Gelenkvorrichtung auf eine Gliedmaße eines Roboters angewendet wird, die gleichen Effekte, wie sie oben beschrieben wurden, zu erhalten.
Das Stellglied ist am bevorzugtesten ein elektrisches Stellglied, welches derart konfiguriert ist, dann Regenerationsenergie zu erzeugen, wenn das zugehörige ausziehbare Verbindungsglied durch eine äußere Kraft ausgedehnt und zusammengezogen wird, wobei die künstliche Gelenkvorrichtung ferner einen Akkumulator umfasst, welcher den Zweck hat, Regenerationsenergie, welche durch das elektrische Stellglied erzeugt wurde, zu speichern.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform können die gleichen vorteilhaften Effekte, wie sie durch vorstehende Parallelverbindung bereitgestellt werden, erhalten werden. Es ist demnach dann, wenn die künstliche Gelenkvorrichtung auf eine prothetische Gliedmaße oder eine Gliedmaße eines Roboters angewendet wird, möglich sowohl die Größe der Stromversorgung als auch die Höhe der laufenden Kosten zu reduzieren, was zur Reduzierung der Kosten der prothetischen Gliedmaße oder des Roboters beiträgt.
Die künstliche Gelenkvorrichtung wird bei einem künstlichen Bein und/oder einem künstlichen Arm weiter bevorzugt verwendet, wobei die künstliche Gelenkvorrichtung ferner ein Betriebswillen-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Betriebswillens eines Benutzers umfasst, um das künstliche Bein und/oder den künstlichen Arm zu betreiben, und wobei das Steuer-/Regelmittel die Stellglieder gemäß dem abgetasteten Betriebswillen steuert/regelt.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Betriebswillen eines Benutzers, welcher das künstliche Bein und/oder den künstlichen Arm verwendet, durch das Betriebswillen-Erfassungsmittel erfasst, und die Stellglieder werden durch das Steuer-/Regelmittel nach Maßgabe des ertasteten Betriebswillens geregelt/gesteuert. Im Allgemeinen ist die Bewegung eines Gelenks eines lebenden Körpers, insbesondere die Bewegung eines Gelenks einer Gliedmaße kompliziert, sodass dann, wenn eine Parallelverbindung unter Verwendung von Stellgliedern dazu verwendet wird, die komplizierte Bewegung zu imitieren, es möglich ist, die Parallelverbindung direkt durch eine Anweisung oder dgl. von einem Gehirn des Benutzers zu steuern/regeln. Aus diesem Grund ist ein Steuer-/Regelsystem erforderlich zum Erfassen des Betriebswillens des Benutzers ausgehend von Tätigkeiten des Gehirns des Benutzers, der Nerven und/oder der Muskeln, sowie die Parallelverbindung gemäß dem ertasteten Betriebswillen zu steuern/regeln. Demnach ermöglicht die künstliche Gelenkvorrichtung, die Bewegung des automatisch gesteuerten/geregelten künstlichen Beins und/oder künstlichen Arms zu veranlassen, mit einer Bewegung, welche durch den Benutzer beabsichtigt ist, übereinzustimmen oder mit ihr konform zu sein, wodurch der Komfort des künstlichen Beins und/oder künstlichen Arms verbessert wird.
Die Parallelverbindung umfasst vorzugsweise ein unausdehnbares bewegliches Verbindungsglied, welches sich zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen erstreckt, und zwei Bewegliche-Verbindungsglied-Gelenke zum jeweiligen Verbinden der gegenüberliegenden Enden des unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglieds mit den zwei Gliedmaße-Elementen derart, dass entsprechende Winkel des unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglieds in Bezug auf die Gliedmaße-Elemente in jeder gewünschten Richtung geändert werden können.
Da die gegenüberliegenden Enden des unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglieds mit den zwei Gliedmaße-Elementen jeweils derart verbunden sind, dass die entsprechenden Winkel des unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglieds in Bezug auf die Gliedmaße-Elemente in jeder gewünschten Richtung geändert werden können, ist es gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform möglich, sowohl einen Abstand zwischen den Abschnitten der zugehörigen Gliedmaße-Elemente, die mit dem unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglied verbunden sind, beizubehalten als auch einen überflüssigen Freiheitsgrad der Parallelverbindung zu hemmen sowie eine unnötige Bewegung desselben einzuschränken.
Die künstliche Gelenkvorrichtung wird vorzugsweise für einen Halluxabschnitt verwendet, wobei die Parallelverbindung umfasst wenigstens drei ausdehnbare Verbindungsglieder, welche sich zwischen zwei Gliedmaße-Elementen in einer ausdehnbaren/zusammenziehbaren Art und Weise erstrecken, und eine Mehrzahl von Ausdehnbaren-Verbindungsglied-Gelenken, welche jeweils gegenüberliegende Enden der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder mit den Gliedmaße-Elementen derart verbinden, dass entsprechende Winkel jedes ausdehnbaren Verbindungsglieds in Bezug auf die Gliedmaße-Elemente in jeder gewünschten Richtung geändert werden können, wobei die künstliche Gelenkvorrichtung ferner umfasst eine Antriebsquelle, Stellglieder, welche jeweils ein Verbindungsglied der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder zum Ausdehnen und Zusammenziehen durch eine von der Antriebsquelle zugeführte Antriebskraft antreiben und ein Steuer-/Regelmittel zum Steuern/Regeln der Antriebskraft, welche von der Antriebsquelle zu jedem Stellglied zugeführt wird.
Da die gegenüberliegenden Enden jedes der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder jeweils mit den Gliedmaße-Elementen derart verbunden sind, dass zugehörige Winkel des ausdehnbaren Verbindungsglieds in Bezug auf die Verbindungsgliedelemente in jede gewünschte Richtung geändert werden können, ist es gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform möglich, einen hohen Freiheitsgrad eines Gelenks am Fußballen des Fußes (Gelenk an einem Hallux (großer Zeh)) oder eines Gelenks an einem Handballen (Gelenk eines Daumens) zu erhalten. Da der Betrieb der Stellglieder, welche die zugehörigen ausdehnbaren Verbindungsglieder antreiben, durch das Steuer-/Regelmittel gesteuert/geregelt werden, ist es zusätzlich möglich, ein automatisch gesteuertes/geregeltes Gelenk am Ballen des Fußes oder an dem Handballen zu realisieren. Demnach kann dann, wenn die künstliche Gelenkvorrichtung auf ein Gelenk am Fußballen (Gelenk eines Haluxes) eines künstlichen Fußes oder Beins angewendet wird, die Bewegung des Halluxes, welche eine wichtige Rolle bei einer während des Gehens durchgeführten Drehbewegung des künstlichen Fußes oder Ballens eine Rolle spielt, an jene eines lebenden Halluxes angenähert werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die die Drehbewegung umfassende Gehbewegung des automatisch gesteuerten/geregelten künstlichen Fußes oder Beins an jener eines lebenden Fußes oder Beins anzunähern, wodurch eine gleichmäßige Gehbewegung des künstlichen Fußes oder Beins ermöglicht wird. Auf ähnliche Art und Weise ist es dann, wenn die künstliche Gelenkvorrichtung auf ein Gelenk an einem Handballen (Gelenk eines Daumens) einer künstlichen Hand oder Arms angewendet wird, möglich, den Freiheitsgrad bei der Bewegung der automatisch gesteuerten/geregelten künstlichen Hand oder Arms an jenen einer lebenden Hand oder eines Arms anzunähern. Ferner ist es dann möglich, wenn die künstliche Gelenkvorrichtung auf ein Gelenk einer Gliedmaße eines Roboters angewendet wird, die gleichen vorteilhaften Effekte, wie sie vorstehend beschrieben wurden, zu erhalten.
Die Parallelverbindung umfasst weiter bevorzugt ein unausdehnbares bewegliches Verbindungsglied, welches sich zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen erstreckt, und zwei Bewegliche-Verbindungsglied-Gelenke zum Verbinden gegenüberliegender Enden des unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglieds jeweils mit den Gliedmaße-Elementen derart, dass entsprechende Winkel des unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglieds in Bezug auf die Gliedmaße-Elemente in jeder gewünschten Richtung geändert werden können.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform können die gleichen vorteilhaften Effekte, wie diese vorstehend beschrieben wurde, erhalten werden. Da es möglich ist, das Gelenk des Halluxes oder des Handballens ohne Änderung der Länge des Halluxes oder Handballens zu biegen, kann ferner gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform die Bewegung des Halluxes oder Handballens der automatisch gesteuerten/geregelten prothetischen Gliedmaße weiter an jene des lebenden Halluxes oder Handballens angenähert werden.
Das Steuer-/Regelmittel steuert/regelt bevorzugt die Antriebskraft, welche ausgehend von der Antriebsquelle derart zu dem Stellglied zugeführt wird, dass ein Abstand zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen konstant gehalten wird.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, weiter die Bewegung des Gelenks des Halluxes oder Handballens der automatisch gesteuerten/geregelten prothetischen Gliedmaße an jene des lebenden Halluxes oder Handballens anzunähern, ohne dass die Anzahl der Komponententeile der prothetischen Gliedmaße erhöht wird.
Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale sowie Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der detaillierten Beschreibung in Kombination mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, welche schematisch den Aufbau des rechten künstlichen Beins zeigt, in dem eine künstliche Gelenkvorrichtung aufgenommen ist, die eine Parallelverbindung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst;
2 ist eine Draufsicht, welche das Positionsverhältnis einer Anbringungsplatte zwischen vier oberen Kugelgelenken und einem Verbindungsabschnitt eines fixierten Verbindungsglieds zeigt;
3A ist eine Vorderansicht des rechten künstlichen Beins in einem losgelösten Zustand;
3B ist eine Hinteransicht des rechten künstlichen Beins in dem abgelösten Zustand;
4 ist eine Seitenansicht des rechten künstlichen Beins in dem abgelösten Zustand;
5A ist eine Seitenansicht des rechten künstlichen Beins in einem Zustand, in welchem dessen Fußgelenk nach vorne während des Gehens gebogen ist;
5B ist eine Seitenansicht des rechten künstlichen Beins in einem Zustand, in welchem das Fußgelenk rückwärts gebogen ist;
6A ist eine Vorderansicht des rechten künstlichen Beins in einem Zustand, in welchem das Fußgelenk während des Gehens nach links gebogen ist;
6B ist eine Vorderansicht des rechten künstlichen Beins in einem Zustand, in welchem das Fußgelenk nach rechts gebogen ist;
7A und 7B sind perspektivische Ansichten des rechten künstlichen Beins in einem Zustand, in welchem das Fußgelenk nach links verdreht wird, wenn während des Gehens eine Drehbewegung nach links durchgeführt wird;
8 ist eine Ansicht, welche schematisch den Aufbau eines künstlichen Beins zeigt, welches eine künstliche Gelenkvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung eingebaut hat;
9A ist eine Ansicht, welche den Aufbau eines automatisch gesteuerten/geregelten künstlichen Beins zeigt, welches eine künstliche Gelenkvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung eingebaut hat;
9B ist eine Ansicht, welche schematisch den Aufbau einer Parallelverbindung für ein Gelenk am Fußballen zeigt;
10 ist eine Ansicht, welche schematisch die gesamte Anordnung eines Steuer-/Regelsystems zum Steuern/Regeln von künstlichen Beinen zeigt;
11A und 11B sind Ansichten, welche beim Erklären des Betriebs eines elektrisch angetriebenen künstlichen Muskels nützlich ist;
12A ist eine perspektivische Ansicht, welche die Erscheinung eines elektrisch angetriebenen ausdehnbaren Verbindungsglieds zeigt;
12B ist eine Querschnittsansicht des elektrisch angetriebenen ausdehnbaren Verbindungsglieds der 12A;
12C ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch die Anordnung eines elektrischen Linearmotors zeigt;
13 ist eine Ansicht, welche schematisch eine Variation der künstlichen Gelenkvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
14 ist eine Ansicht, welche schematisch den Aufbau eines automatisch gesteuerten/geregelten künstlichen Arms zeigt, welcher eine künstliche Gelenkvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung eingebaut hat.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird nun im Einzelnen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, welche bevorzugte Ausführungsformen derselben zeigen, beschrieben.
Zunächst in Bezugnahme auf 1 ist schematisch der Aufbau eines künstlichen Beins 1 gezeigt, bei dem eine künstliche Gelenkvorrichtung 2, welche eine Parallelverbindung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst, auf ein Fußgelenk desselben angewendet wird. In der folgenden Beschreibung werden die linke und rechte Seite sowie die vordere und hintere Seite, wie sie von einem das künstliche Bein tragenden Benutzer gesehen werden, als die linke und rechte Seite bzw. die vordere und hintere Seite bezeichnet (insbesondere wird die linke und rechte Seite, wie in 1 zu sehen ist, als die vordere bzw. hintere Seite bezeichnet, und die vordere und hintere Seite, wie sie in der gleichen Art und Weise zu sehen sind, werden als die linke bzw. rechte Seite bezeichnet).
Wie in der Fig. gezeigt ist, ist das künstliche Bein 1 von der Art, nach der es an einem Bein-Unterknie-Abschnitt eines lebenden Körpers angebracht ist und nach der es als ein rechtes Bein verwendet wird. Das künstliche Bein 1 umfasst einen Fußabschnitt 3 und einen Beinanbringungsabschnitt 4, wobei die künstliche Gelenkvorrichtung 2 diese Abschnitte durch eine Parallelverbindung 10 verbindet, sowie eine Abdeckung 5. Das künstliche Bein 1, umfassend die künstliche Gelenkvorrichtung 2, wird als Ganzes mit der Abdeckung 5 derart abgedeckt, dass es insgesamt eine Erscheinung ähnlich zu jener eines lebenden Beins aufweist.
Der Fußabschnitt 3 (Verbindungsgliedanbringungsabschnitt, Gliedmaße-Element) ähnelt in seiner Form einem lebenden Fuß und weist eine ebene obere Stirnfläche auf. Der Beinanbringungsabschnitt 4 umfasst eine ebene Anbringungsplatte 4a sowie ein prothetisches Rohr 4b. Beim Befestigen des künstlichen Beins 1 an einen unteren Bein-Unterknie-Abschnitt (nicht dargestellt) des Benutzers wird die Anbringungsplatte 4a (Verbindungsgliedanbringungsabschnitt, Gliedmaße-Element) mit dem lebenden Bein-Unterknie-Abschnitt mittels eines Befestigungsmittels (nicht dargestellt) verbunden, wobei das prothetische Rohr 4b selbst zwischen dem unteren Bein-Unterknie-Abschnitt und der Anbringungsplatte 4a angeordnet ist. Das prothetische Rohr 4b ist beispielsweise aus porösem Silizium gebildet. Dann, wenn die Anbringungsplatte 4a mit dem lebenden Bein-Unterknie-Abschnitt verbunden wird, deformiert sich das prothetische Rohr 4b derart, dass es sich dem unteren Bein-Unterknie-Abschnitt anpasst und es den unteren Bein-Unterknie-Abschnitt und die Anbringungsplatte 4a in einem Zustand koppelt, in dem sie davon abgehalten werden, in einem gegenseitigen direkten Kontakt zu stehen. Dies bietet die Möglichkeit, ein unnatürliches und unangenehmes Gefühl des Benutzers abzubauen, wodurch sein Empfinden für ein Tragen des künstlichen Beins verbessert wird.
Die Parallelverbindung 10 umfasst ein fixiertes Verbindungsglied 11 und vier ausdehnbare Verbindungsglieder 13. Das fixierte Verbindungsglied 11 weist ein oberes Ende, welches an der Anbringungsplatte 4a fixiert ist, sowie ein unteres Ende auf, welches mit dem Fußabschnitt 3 vermittels eines Kugelgelenks 12 (Fixiertes-Verbindungsglied-Gelenk) verbunden ist. Dieser Aufbau ermöglicht es dem fixierten Verbindungsglied 11, sich in jede gewünschte Richtung in Bezug auf den Fußabschnitt 3 schwenkend zu bewegen. Kurz gesagt weist das fixierte Verbindungsglied 11 wenigstens drei Freiheitsgrade auf.
Jedes der vier ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 weist ein oberes Ende, welches mit der Anbringungsplatte 4a vermittels eines oberen Kugelgelenks 14a (Ausdehnbares-Verbindungsglied-Gelenk) verbunden ist, sowie ein unteres Ende auf, welches mit dem Fußabschnitt 3 vermittels eines unteren Kugelgelenks 14b (Ausdehnbares-Verbindungsglied-Gelenk) verbunden ist. Jeweils zwei benachbarte der vier ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 sind derart angeordnet, dass ein Raum (oder ein Abstand) zwischen ihnen progressiv entweder in einer nach oben gerichteten Richtung oder in einer nach unten gerichteten Richtung reduziert ist. Im Einzelnen sind das rechte und linke ausdehnbare Verbindungsglied 13, 13 auf der Vorderseite mit einem Raum zwischen ihnen angeordnet, welcher progressiv in einer nach oben gerichteten Richtung abnimmt, und die oberen Kugelgelenke 14a, 14a sind an den jeweiligen oberen Enden der zwei ausdehnbaren Verbindungsglieder 13, 13 an der unteren Fläche der Anbringungsplatte 4a an zugehörige nahe beieinander liegende Stellen angeordnet. Demgegenüber sind alle zwei ausdehnbaren Verbindungsglieder 13, 13 in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung mit einem Raum (Abstand) zwischen ihnen angeordnet, welcher progressiv in der nach unten gerichteten Richtung abnimmt, und die unteren Kugelgelenke 14b, 14b sind an den zugehörigen unteren Enden der zwei ausdehnbaren Verbindungsglieder 13, 13 auf der ebenen oberen Stirnfläche des Fußabschnitts 3 an zugehörige nahe aneinander liegende Stellen angeordnet.
Weiterhin sind, wie in 2 zu sehen ist, die vier oberen Kugelgelenke 14a, welche die zugehörigen oberen Enden der vier ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 mit der Anbringungsplatte 4a verbinden, an der unteren Fläche der Anbringungsplatte 4a derart positioniert, dass sie nicht auf einer Linie angeordnet sind, und dass ein Verbindungsabschnitt des fixierten Verbindungsglieds 11, mittels dem das fixierte Verbindungsglied 11 mit der Anbringungsplatte 4a verbunden ist, innerhalb eines Vierecks angeordnet ist, welches definiert ist durch die oberen Kugelgelenke 14a als Eckpunkte.
Jedes der ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 umfasst einen oberen und einen unteren Zylinder 13a, 13b, welche gleitbar ineinander eingesetzt sind, sowie eine Spiralfeder 13c, welche innerhalb der Zylinder 13a, 13b aufgenommen ist. Der untere Zylinder 13b ist in seinem Durchmesser kleiner als der obere Zylinder 13a und in eine Bohrung des oberen Zylinders 13a eingepasst. Dieser Aufbau ermöglicht es den zwei Zylindern 13a, 13b, relativ zueinander in einer Axialrichtung zu gleiten, wodurch dem ausdehnbaren Verbindungsglied 13 ermöglicht wird, sich axial auszudehnen und zusammenzuziehen.
Außerdem weist der obere Zylinder 13a ein oberes Ende auf, welches durch einen nicht dargestellten Deckel, an dem das obere Ende der Spiralfeder 13c befestigt ist, verschlossen ist. Der untere Zylinder 13b weist auf ähnliche Art und Weise ein unteres Ende auf, welches durch einen nicht dargestellten Deckel, an dem das untere Ende der Spiralfeder 13c befestigt ist, verschlossen ist. Gemäß diesem Aufbau wird dann, wenn das ausdehnbare Verbindungsglied 13 sich auf eine Länge ausdehnt, welche größer ist als eine vorbestimmte Referenzlänge, durch eine Bewegung des ausdehnbaren Verbindungsglieds 13 an der Spiralfeder 13c (Drängungselement) gezogen und diese gedehnt, um das ausdehnbare Verbindungsglied 13 in einer Zusammenziehrichtung zu drängen. Andererseits wird dann, wenn sich das ausdehnbare Verbindungsglied 13 zu einer Länge zusammenzieht, welche kleiner ist als die vorbestimmte Referenzlänge, die Spiralfeder 13c durch die Bewegung des ausdehnbaren Verbindungsglieds 13 derart komprimiert, dass das ausdehnbare Verbindungsglied 13 in einer Ausdehnungsrichtung gedrängt wird.
Der Betrieb des künstlichen Beins 1, welches wie oben konstruiert ist, wird nun mit Bezugnahme auf die 3A bis 7B beschrieben werden. Es ist anzumerken, dass bei dem künstlichen Bein 1, welches in den Figuren gezeigt ist, ein Schuh 6 dem Fußabschnitt 3 angepasst ist und die Abdeckung 5 sowie das prothetische Rohr 4b der besseren Verständlichkeit halber weggelassen wurden. Zudem ist der lebende untere Bein-Unterknie-Abschnitt, an dem das künstliche Bein 1 befestigt ist, in der Zeichnung weggelassen.
Zunächst wird in einem von dem lebenden Bein-Unterknie-Abschnitt abgelösten Zustand das künstliche Bein 1 in einem im Wesentlichen aufgerichteten Zustand durch die Drängungskraft der Spiralfeder 13c innerhalb jedes ausdehnbaren Verbindungsglieds 13 gehalten, wie dies in den 3A, 3B und 4 gezeigt ist. Wie in der 4 dargestellt ist, kann unter der Annahme, dass ein vorderes ausdehnbares Verbindungsglied 13 eine Schwenkbewegung um das zugehörige untere Kugelgelenk 14b frei durchführt, von dem Mittelpunkt des oberen Kugelgelenks 14a an dem oberen Ende des ausdehnbaren Verbindungsglieds 13 unter Umständen erwartet werden, dass er sich auf einem kreisförmigen Bogen, welcher durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, bewegt, jedoch bewegt er sich eigentlich auf einem kreisförmigen Bogen, welcher durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist, insbesondere entlang eines kreisförmigen Bogens, welcher mit dem unteren Kugelgelenk 12 des fixierten Verbindungsglieds 11 als sein Mittelpunkt gezeichnet ist. Demnach wird das vordere ausdehnbare Verbindungsglied 13 dann komprimiert, wenn das künstliche Bein 1 ausgehend von einer in der 4 gezeigten Position nach vorne verkippt wird, und dann ausgedehnt, wenn das künstliche Bein 1 nach hinten verkippt. Bei diesen Betätigungen wird, da das obere und untere Ende des ausdehnbaren Verbindungsglieds 13 mit der Anbringungsplatte 4a bzw. dem Fußabschnitt 3 mittels des oberen und unteren Kugelgelenks 14a, 14b jeweils verbunden sind, keine Biegespannung auf die vorderen ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 ausgeübt. Stattdessen wird nur eine Kompressionsbelastung und/oder Zugbelastung auf diese ausgeübt.
Unter der Annahme, dass das hintere ausdehnbare Verbindungsglied 13 eine Schwenkbewegung frei um das zugehörige untere Kugelgelenk 14b durchführt, wird in ähnlicher Weise zu dem vorderen ausdehnbaren Verbindungsglied 13 von dem Mittelpunkt des oberen Kugelgelenks 14a am oberen Ende des ausdehnbaren Verbindungsglieds 13 unter Umständen erwartet, dass er sich auf einem kreisförmigen Bogen, welcher durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist, bewegt. Jedoch bewegt er sich eigentlich auf einem kreisförmigen Bogen, welcher durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist, und insbesondere entlang eines kreisförmigen Bogens, welcher mit dem unteren Kugelgelenk 12 des fixierten Verbindungsglieds 11 als sein Mittelpunkt gezeichnet ist. Dementsprechend wird das hintere ausdehnbare Verbindungsglied 13 ebenfalls dann komprimiert, wenn das künstliche Bein 1 ausgehend von der in 4 gezeigten Position nach vorne gekippt wird, und dann ausgedehnt, wenn das künstliche Bein nach hinten geneigt ist. Bei diesen Betätigungen wird aus den gleichen vorstehend beschriebenen Gründen keine Biegespannung auf die hinteren ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 ausgeübt, sondern nur eine Kompressionsbelastung und/oder eine Zugbelastung.
Demnach werden dann, wenn der Benutzer, welcher das künstliche Bein 1 an dem lebenden Bein-Unterknie-Abschnitt trägt, den Bein-Unterknie-Abschnitt nach vorne während des Gehens verkippt, wie dies in 5A gezeigt ist, die vier ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 allesamt komprimiert, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Aufgrund dessen, dass die unteren Kugelgelenke 14b der vier ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 ausgehend von dem Kugelgelenk 12 des fixierten Verbindungsglieds 11 nach vorne an entsprechenden Stellen positioniert sind, wirken zu diesem Zeitpunkt die Drängungskräfte der vier Spiralfedern 13c derart, dass der Fußabschnitt 3 sich schwenkend zu einem Boden hin um das Kugelgelenk 12 des fixierten Verbindungsglieds 11 bewegt, während Auflagekräfte von dem Boden derart wirken, dass der lebende Bein-Unterknie-Abschnitt in einer schrägen, nach oben und nach vorne gerichteten Richtung gedrückt wird. Im Ergebnis wird die Bewegung eines Tretens gegen den Boden durch das künstliche Bein 1 unterstützt, was eine flinkere und gleichmäßigere Gehbewegung ermöglicht.
Andererseits werden dann, wenn der Benutzer während des Gehens den unteren Bein-Unterknie-Abschnitt nach hinten verkippt, wie dies in 5B gezeigt ist, die vier ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 allesamt, wie vorstehend beschrieben wurde, ausgedehnt. Aufgrund dessen, dass die unteren Kugelgelenke 14b der vier ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 in der vorstehend beschriebenen Art und Weise positioniert sind, wirken zu diesem Zeitpunkt die Drängungskräfte der vier Spiralfedern 13c derart, dass das fixierte Verbindungsglied 11 dazu veranlasst wird, sich nach vorne um dessen Kugelgelenk 12 schwenkend zu bewegen. Im Ergebnis wird eine Bewegung des Knies eines Bewegens nach vorne gefördert, was eine flinkere und gleichmäßigere Gehbewegung ermöglicht.
Zudem werden, wie in 6A gezeigt ist, dann, wenn der Bein-Unterknie-Abschnitt nach links verkippt wird, die zwei ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 auf der linken Seite beide komprimiert, während zwei ausdehnbare Verbindungsglieder 13 auf der rechten Seite beide ausgedehnt werden. Dies tritt deshalb auf, da sich der Mittelpunkt des oberen Kugelgelenks 14a von jedem ausdehnbaren Verbindungsglied 13 in einem kreisförmigen Bogen um das untere Kugelgelenk 12 an dem unteren Ende des fixierten Verbindungsglieds 11, wie dies vorstehend beschrieben wurde, bewegt. Zu diesem Zeitpunkt wirken die Drängungskräfte der vier Spiralfedern 13c derart, dass sie das fixierte Verbindungsglied 11 dazu veranlassen, sich um sein Kugelgelenk 12 schwenkend nach rechts zu bewegen. Kurz gesagt wirken die Drängungskräfte derart, dass das fixierte Verbindungsglied 11 in den in den 3A, 3B gezeigten Zustand zurückkehrt.
Andererseits, wie dies in 6B gezeigt ist, werden dann, wenn der Bein-Unterknie-Abschnitt nach rechts verkippt wird, zwei ausdehnbare Verbindungsglieder 13 auf der rechten Seite beide komprimiert, während zwei ausdehnbare Verbindungsglieder 13 auf der linken Seite beide ausgedehnt werden. Zu diesem Zeitpunkt wirken die Drängungskräfte der vier Spiralfedern 13c derart, dass sie das fixierte Verbindungsglied 11 dazu veranlassen, sich nach links um sein Kugelgelenk 12 schwenkend zu bewegen. Kurz gesagt wirken die Drängungskräfte derart, dass das fixierte Verbindungsglied 11 in den in den 3A, 3B gezeigten Zustand zurückkehrt.
Außerdem wirken dann, wenn der Bein-Unterknie-Abschnitt nach links verkippt und um den Fußabschnitt 3, wie in den 7A und 7B gezeigt ist, für eine Linksdrehung verdreht ist, die Drängungskräfte der vier Spiralfedern 13c, um in den in den 3A und 3B gezeigten Zustand zurückzukehren, während das fixierte Verbindungsglied 11 nach rechts verdreht wird.
Gemäß der vorstehenden Parallelverbindung 10 ist das obere Ende des fixierten Verbindungsglieds 11 an die Anbringungsplatte 4a fixiert. Demnach ist es durch solide und robuste Ausgestaltung des fixierten Verbindungsglieds 11 möglich, den Großteil des auf die Anbringungsplatte 4a wirkenden Gewichts des Benutzers oder den Großteil der Auflagekraft, welche der Fußabschnitt 3 von dem Boden erhält, abzustützen. Da jedes der vier ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 sein oberes und unteres Ende mit der Anbringungsplatte 4a bzw. mit dem Fußabschnitt 3 mittels der Kugelgelenke 14a, 14b derart verbunden hat, dass der Winkel davon in Bezug auf die Anbringungsplatte 4a oder den Fußabschnitt 3 in jeder gewünschten Richtung geändert werden kann, wird zudem keine Biegespannung 13, sondern nur eine Kompressionsbelastung und/oder eine Zugbelastung auf die ausdehnbaren Verbindungsglieder ausgeübt. Dies bietet die Möglichkeit, ausdehnbare Verbindungsglieder 13 zu verwenden, welche eine relativ niedrige Beanspruchbarkeit und Steifigkeit aufweisen, wodurch das Gewicht der Parallelverbindung 10 reduziert wird. Weiterhin ist das fixierte Verbindungsglied 11 mit seinem unteren Ende über das Kugelgelenk 12 mit dem Fußabschnitt 3 derart verbunden, dass sein Winkel in Bezug auf den Fußabschnitt 3 in jede gewünschte Richtung geändert werden kann, was einen hohen Freiheitsgrad bei dem Winkel der Relativbewegung zwischen dem lebenden Bein-Unterknie-Abschnitt und dem Fußabschnitt 3 gewährleistet, um dadurch beispielsweise eine Verdrehbewegung des Fußgelenks zu ermöglichen.
Ferner drängt gemäß der Parallelverbindung 10 jede der Spiralfedern 13c das zugehörige ausdehnbare Verbindungsglied 13 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Ausdehnungs-Richtung oder der Zusammenzieh-Richtung der Feder 13c, was es ermöglicht, den über die ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 an den lebenden Körper übertragenen Stoß zu reduzieren. Wie vorstehend beschrieben wurde, unterstützen dann, wenn der Benutzer den Bein-Unterknie-Abschnitt während des Gehens nach vorne verkippt, die Drängungskräfte der Spiralfedern 13c die Bewegung eines Tretens gegen den Boden durch den Fußabschnitt 3, und dann, wenn der Benutzer den Bein-Unterknie-Abschnitt nach hinten verkippt, unterstützen die Drängungskräfte der Spiralfedern 13c die Bewegung der Vorwärtsbewegung des Knies, sodass die Gehbewegung flinker und gleichmäßiger durchgeführt werden kann. Sogar wenn die Gehbewegung erfordert, dass der Winkel des Fußgelenks einer Straßenfläche nachfolgt und eine ausreichende Haltekraft des Fußgelenks, beispielsweise im Falle des Herauf- oder Heruntergehens einer Steigung, kann überdies die erforderliche Leistungsfähigkeit zum Nachfolgen sowie die Haltekraft durch die Drängungskräfte der Spiralfedern 13c gewährleistet werden.
Demnach ermöglicht die die wie oben konstruierte Parallelverbindung 10 verwendende künstliche Gelenkvorrichtung 2, den Freiheitsgrad des Bewegungswinkels des Fußgelenks zu einem Grad zu erhöhen, welcher jenem eines lebenden Beins ähnelt, was durch die künstliche Gelenkvorrichtung des herkömmlichen künstlichen Beins unerreichbar war, um dadurch dem künstlichen Bein 1 zu ermöglichen, gleichmäßig die Drehbewegung und dgl. durchzuführen. Darüber hinaus kann im Unterschied zu einer künstlichen Gelenkvorrichtung einer Bauform mit serieller Kopplung, welche z.B. herkömmlicherweise bei einem Roboter verwendet wird, die künstliche Gelenkvorrichtung 2 unter Verwendung der Parallelverbindung 10 realisiert werden, die einfacher, kostengünstiger sowie in ihrer Größe kleiner ist als die serielle Kopplung, und zwar ohne dass dazu eine Stromversorgung oder Elektromotor verwendet wird.
Obwohl bei der Parallelverbindung 10 der vorstehenden ersten Ausführungsform das untere Ende des fixierten Verbindungsglieds 11 und das obere sowie untere Ende jedes der ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 allesamt mit dem Fußabschnitt 3 oder der Anbringungsplatte 4a mittels der zugehörigen Kugelgelenke 12, 14a, 14b verbunden sind, ist dies nicht beschränkend, sondern es können Gelenke zur Verwendung bei der Verbindung der Verbindungsglieder 11, 13 mit dem Fußabschnitt 3 oder der Anbringungsplatte 4a unter Umständen jeweilig durch jedes geeignete Gelenk umgesetzt werden, welches es dem Verbindungsglied 11 oder 13 gestattet, derart mit dem Fußabschnitt 3 oder der Anbringungsplatte 4a verbunden zu sein, dass sein Winkel in Bezug auf den Fußabschnitt 3 oder der Anbringungsplatte 4a in jede gewünschte Richtung geändert werden kann. Kurz gesagt kann jedes geeignete Gelenk mit wenigstens drei Freiheitsgraden unter Umständen eingesetzt werden. Beispielsweise können Gelenke, wie beispielsweise Kardangelenke, unter Umständen verwendet werden, welche eine sphärische Bewegung durchführen können. Zudem, obwohl bei der ersten Ausführungsform die Sprungfeder 13c als Drängungsmittel zum Drängen jedes der ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 in Richtungen entgegengesetzt zu den entsprechenden Ausdehnungs- und Zusammenziehrichtungen des ausdehnbaren Verbindungsglieds 13 dann verwendet wird, wenn das ausdehnbare Verbindungsglied 13 sich ausdehnt und zusammenzieht, ist dies ferner nicht beschränkend, sondern jegliches Drängungsmittel kann unter Umständen verwendet werden, welches in er Lage ist, das ausdehnbare Verbindungsglied 13 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Ausdehnungs- und/oder Zusammenzieh-Richtung des ausdehnbaren Verbindungsglieds 13 zu drängen. Beispielsweise können Fluidfedern, wie etwa Luftfedern, unter Umständen als Drängungsmittel verwendet werden. Zudem ist die Anzahl der ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 nicht auf vier beschränkt, sondern jegliche Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern 13 kann unter Umständen verwendet werden.
Als Nächstes wird eine künstliche Gelenkvorrichtung 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf 8 beschrieben werden. Es ist anzumerken, dass in der folgenden Beschreibung Komponententeile und -elemente, welche ähnlich oder äquivalent zu jenen der ersten Ausführungsform sind, durch identische Bezugszeichen ausgezeichnet sind, und dass auf eine detaillierte Beschreibung derselben verzichtet wird, wenn dies für geeignet angesehen wird. Wie in der Fig. gezeigt ist, unterscheidet sich die künstliche Gelenkvorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform von der künstlichen Gelenkvorrichtung 2 der ersten Ausführungsform lediglich durch ein unterschiedliches fixiertes Verbindungsglied 11.
Insbesondere ist das fixierte Verbindungsglied 11 ausdehnbar und umfasst einen Zylinder 11a, eine Stange 11b sowie eine Spiralfeder 11c (stoßdämpfendes Element). Der Zylinder 11a weist ein oberes Ende auf, welches an einer Anbringungsplatte 4a fixiert ist, sowie ein offenes unteres Ende. Der Stab 11b ist in einer Bohrung des Zylinders 11a derart eingepasst, dass der Stab 11b innerhalb der Bohrung hin und her bewegt werden kann, und weist ein unteres Ende auf, welches mit einem Fußabschnitt 3 mittels eines Kugelgelenks 12 verbunden ist.
Weiterhin weist der Stab 11b einen Flansch 11d auf, welcher an einem Abschnitt oberhalb eines Verbindungsabschnitts desselben ausgebildet ist, mittels welchem der Stab 11b mit dem Kugelgelenk 12 verbunden ist. Die Spiralfeder 11c ist zwischen dem Flansch 11d und dem Zylinder 11a in einem Zustand angeordnet, in welchem sie um den Stab 11b gewickelt ist, um den Stab 11b und den Zylinder 11a in einer Richtung zum Ausdehnen eines Raums zwischen dem Flansch 11d und dem Zylinder 11a zu drängen.
Gemäß der künstlichen, wie oben aufgebauten Gelenkvorrichtung 2 ist es möglich, die Drängungskraft der Spiralfeder 11c derart zu verwenden, dass ein Stoß reduziert wird, welcher vermittels des fixierten Verbindungsglieds 11 an den lebenden Körper eines das künstliche Bein 1 tragenden Benutzers dann infolge einer Auflagekraft von dem Boden übertragen wird, wenn der Benutzer das künstliche Bein 1 während des Gehens auf den Boden setzt. Ferner ermöglicht dieser Aufbau, eine Belastung des Benutzers zu reduzieren, welcher das künstliche, die künstliche Gelenkvorrichtung 2 umfassende Bein 1 trägt, wodurch weiter das Empfinden eines Tragens oder Benutzens des künstlichen Beins 1 verbessert wird.
Obwohl bei der zweiten Ausführungsform die Spiralfeder 11c als das stoßdämpfende Element zum Reduzieren des Stoßes, welcher vermittels des fixierten Verbindungsglieds 11 an den lebenden Körper übertragen wird, verwendet wird, ist dies nicht beschränkend, sondern das stoßdämpfende Element kann unter Umständen durch jedes geeignete Mittel mit einer stoßdämpfenden Eigenschaft umgesetzt werden. Beispielsweise kann eine Fluidfeder, wie beispielsweise eine Luftfeder, oder ein synthetischer Gummi unter Umständen verwendet werden.
Als Nächstes wird eine künstliche Gelenkvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die 9A bis 11B beschrieben werden. Die künstliche Gelenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird auf eine künstliche Gelenkvorrichtung für ein Fußgelenk eines elektrisch gesteuerten/geregelten künstlichen Beins sowie auf eine künstliche Gelenkvorrichtung für ein Gelenk an dem Ballen des Fußes angewendet. Zunächst wird die künstliche Gelenkvorrichtung 2 für das Fußgelenk erklärt. Diese künstliche Gelenkvorrichtung 2 unterscheidet sich von der künstlichen Gelenkvorrichtung 2 der ersten Ausführungsform darin, dass sie elektrisch angetriebene ausdehnbare Verbindungsglieder 13 sowie ein Steuer-/Regelsystem 20 zum Steuern/Regeln der ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 umfasst.
Im Einzelnen umfasst, wie in den 10 und 11A, 11B gezeigt ist, jedes der ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 einen elektrisch angetriebenen künstlichen Muskel 13d, welcher in zwei Zylindern 13a, 13b aufgenommen ist. Der elektrisch angetriebene künstliche Muskel 13d (Stellglied) wird gebildet durch ein Polymer-Stellglied, welches sich beispielsweise aus Polyacrylonitril zusammensetzt. Der elektrisch angetriebene künstliche Muskel 13d dehnt sich aus und zieht sich zusammen in Antwort auf die Eingangssignale, um dadurch das ausdehnbare Verbindungsglied 13 auszudehnen und zusammenzuziehen. Weiterhin ist der elektrisch angetriebene künstliche Muskel 13d eine energieregenerative Bauform, welche dann regenerative elektrische Energie erzeugt, wenn sie zusammengedrückt wird.
Das Steuer-/Regelsystem 20 umfasst eine Steuerung/Regelung 21 (Steuer-/ Regelmittel), eine Stromversorgung 22 (Antriebsquelle) sowie einen Kondensator 23 (Akkumulator). Der elektrisch angetriebene künstliche Muskel 13d ist mit der Stromversorgung 22 und dem Kondensator 23 mittels der Steuerung/Regelung 21 verbunden. Die Stromversorgung 22 ist beispielsweise als eine Kraftstoffzelle ausgebildet. Zudem sind ein implantierter Chip 24 (Betriebswillen-Erfassungsmittel) und ein Gelenkpositionssensor 25 mit der Steuerung/Regelung 21 verbunden.
Der implantierte Chip 24 ist in einem Gehirn 8 eines Benutzers 7 eines künstlichen Beins 1 implantiert. Der implantierte Chip 24 erfasst eine Anweisung von dem Gehirn 8, oder insbesondere eine Anweisung, welche einen Betriebswillen des Benutzers 7 zum Betreiben des künstlichen Beins 1, 1 repräsentiert, und liefert ein Signal an die Steuerung/Regelung 21, welches für den abgetasteten Betriebswillen des Fahrers steht. Zudem erfasst der Gelenkpositionssensor 25 eine Winkelposition jedes Muskels der elektrisch angetriebenen künstlichen Muskeln 13d und liefert ein Signal an die Steuerung/Regelung 21, welches für die abgetastete Winkelposition steht.
Die Steuerung/Regelung 21 ist als ein Mikrocomputer ausgebildet und steuert/regelt elektrische Energie, welche ausgehend von der Stromversorgung 22 oder von dem Kondensator 23 in Antwort auf die Erfassungssignale von dem implantierten Chip 24 und dem Gelenkpositionssensors 25 (siehe 11A) an die elektrisch angetriebenen künstlichen Muskeln 13d zugeführt wird. Außerdem lädt die Steuerung/Regelung 21 dann, wenn die elektrisch angetriebenen künstlichen Muskeln 13d Regenerationsenergie erzeugen, indem sie zusammen gedrückt werden, den Kondensator 23 mit der erzeugten Regenerationsenergie und steuert/regelt zur gleichen Zeit die Menge der Regenerationsenergie (siehe 11B).
Als Nächstes wird die künstliche Gelenkvorrichtung 2A für das Gelenk an dem Fußballen beschrieben. Die künstliche Gelenkvorrichtung 2A umfasst einen Fußabschnitt 3, einen Halluxabschnitt 16 (großer Zeh) und eine Parallelverbindung 15. Die Parallelverbindung 15 umfasst drei ausdehnbare Verbindungsglieder 17 sowie ein bewegliches Verbindungsglied 19.
Der Halluxabschnitt 16 umfasst zwei Hallux-Elemente 16a, 16b (Gliedmaße-Elemente) sowie ein Drehgelenk 16c zum Verbinden der zwei Hallux-Elemente 16a, 16b derart, dass sie schwenkbar zueinander ausgebildet sind.
Die ausdehnbaren Verbindungsglieder 17 sind jeweils ähnlich zu jenen wie die oben beschriebenen elektrisch angetriebenen ausdehnbaren Verbindungsgliedern 13 aufgebaut, außer dass die Ersteren in ihrer Größe kleiner sind als die Letzteren. Insbesondere nimmt jedes, wie in 10 gezeigt ist, Verbindungsglied der ausdehnbaren Verbindungsglieder 17 einen elektrisch angetriebenen künstlichen Muskel 17d auf (Stellglied), welcher mit der Steuerung/Regelung 21 verbunden ist, und weist einen Ausdehnungs-/Zusammenziehbetrieb auf, welcher durch die Steuerung/Regelung 21 gesteuert/geregelt wird. Außerdem weist jedes der ausdehnbaren Verbindungsglieder 17 gegenüberliegende Enden auf, welche mit dem Fußabschnitt 3 bzw. mit dem Hallux-Element 16b des Hallluxabschnitts 16 vermittels des jeweiligen Kugelgelenks 18, 18 (Gelenke für das ausdehnbare Verbindungsglied) verbunden sind.
Das bewegliche Verbindungsglied 19 ist unausdehnbar und weist gegenüberliegende Enden auf, welche mit dem Fußabschnitt 3 bzw. mit dem Hallux-Element 16b des Halluxabschnitts 16 vermittels der Kugelgelenke 19a, 19a (Gelenke für das bewegliche Verbindungsglied) verbunden sind. Auf diese Art und Weise wird der Abstand zwischen den Verbindungsabschnitten des Fußabschnitts 3 und des Hallux-Elements 16b, durch den der Fußabschnitt 3 bzw. das Hallux-Element 16b mit dem beweglichen Verbindungsglied 19 verbunden sind, sogar dann konstant gehalten, wenn die ausdehnbaren Verbindungsglieder 17 sich ausdehnen oder zusammenziehen.
Gemäß der künstlichen, wie oben konstruierten Gelenkvorrichtung 2 für ein Fußgelenk kann der elektrisch angetriebene künstliche Muskel 13d, welcher in jedem der ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 aufgenommen ist, mittels der Steuerung/Regelung 21 in Antwort auf die Erfassungssignale von dem implantierten Chip 24 und dem Gelenkpositionssensor 25 gesteuert/geregelt werden, was es ermöglicht, die Bewegung der elektrisch gesteuerten/geregelten Parallelverbindung 10 herbeizuführen, welche schwierig ist, direkt durch eine Anordnung oder dgl. von dem Gehirn des Benutzers 7 kontrolliert zu werden, um mit einer Bewegung, welche durch den Benutzer 7 beabsichtigt ist, übereinzustimmen (oder mit ihr konform zu sein). Bei der auf diese Art und Weise gesteuerten/geregelten Bewegung kann der Winkel der Bewegung der künstlichen Gelenkvorrichtung 2 des künstlichen Beins 1 mit einem hohen Freiheitsgrad durch die Parallelverbindung 10 geändert werden. Aufgrund dessen, dass die entsprechenden oberen Kugelgelenke 14a der ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 derart angeordnet sind, dass die Kugelgelenke 14a nicht in einer Linie auf der Anbringungsplatte 4a angeordnet sind, und dass der Verbindungsabschnitt des fixierten Verbindungsglieds 11 vermittels des mit der Anbringungsplatte 4a verbundenen fixierten Verbindungsglieds 11 innerhalb eines Vierecks positioniert ist, welches definiert ist durch die oberen Kugelgelenke 14a als Eckpunkte, ist es insbesondere möglich, nicht nur die künstliche Gelenkvorrichtung 2, wie in den 7A, 7B dargestellt ist, zu verdrehen, sondern ebenso möglich, die ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 und somit die künstliche Gelenkvorrichtung 2 in ihrer Größe kompakt auszubilden.
Die künstliche Gelenkvorrichtung 2A für das Gelenk des Fußballens ist auf ähnliche Art und Weise wie die künstliche Gelenkvorrichtung 2 für ein Fußgelenk im Stande, den elektrisch angetriebenen künstlichen Muskel 17d, welcher in jedem der ausdehnbaren Verbindungsglieder 17 aufgenommen ist, durch die Steuerung/Regelung 21 in Antwort auf die Erfassungssignale von dem Implantat 24 sowie dem Gelenkpositionssensor 25 zu regeln/steuern, sodass es möglich ist, die Bewegung der elektrisch gesteuerten/geregelten Parallelverbindung 15 herbeizuführen, die schwierig ist, direkt durch eine Anweisung oder dgl. von dem Gehirn des Benutzers 7 derart gesteuert/geregelt zu werden, um mit (oder eine Konformität mit) einer durch den Benutzer 7 beabsichtigten Bewegung übereinzustimmen (oder konform zu sein). Bei der Bewegung ermöglicht die Parallelverbindung 15, einen hohen Freiheitsgrad beim Ändern des Winkels der Bewegung des Fußballengelenks des Fußes des künstlichen Beins 1 zu erreichen, wodurch die Bewegung des Halluxabschnitts 16, welcher eine wichtige Rolle bei einer Drehbewegung des künstlichen Beins 1 während des Gehens innen hat, jener des Zehs eines lebenden Fußes angenähert werden kann. Außerdem ist es möglich, da das Halluxelement 16b des Halluxabschnitts 16 vermittels des unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglieds 19 mit dem Fußabschnitt 3 verbunden ist, das Gelenk an dem Fußballen nahezu ohne Änderung der Länge des Halluxes dann zu biegen, wenn die Parallelverbindung 15 betrieben wird, um dadurch weiter die Bewegung des Gelenks des Fußballens zu jener des Gelenks des Ballens des lebenden Fußes anzunähern. Auf diese Art und Weise kann die Gehbewegung, welche die Drehbewegung umfasst, durch das automatisch gesteuerte/geregelte künstliche Bein 1 an jene eines lebenden Beins angenähert werden, wodurch eine gleichmäßige Gehbewegung ermöglicht wird.
Zudem ist es möglich, da der Hauptteil der Belastung, welche auf das künstliche Bein 1 angelegt ist, durch das fixierte Verbindungsglied 11 gestützt wird, die entsprechenden Antriebskräfte der elektrisch angetriebenen künstlichen Muskeln 13d zum Antreiben der entsprechenden ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 zu reduzieren, und das Gewicht der ausdehnbaren Verbindungsglieder 13 zu reduzieren. Zusätzlich ist es möglich, Regenerationsenergie durch jeden künstlichen Muskel 13d dann zu erzeugen, wenn das entsprechende ausdehnbare Verbindungsglied 13 zusammengedrückt wird, sodass eine Verringerung sowohl des Energieverbrauchs als auch der Größe der Stromversorgung erreicht werden kann. Dies macht es möglich, nicht nur die laufenden Kosten, sondern ebenfalls die Größe der Vorrichtung selbst zu reduzieren.
Obwohl bei der vorstehenden dritten Ausführungsform der implantierte Chip 24 als ein Erfassungsmittel zum Erfassen des Signals, welches für den Betriebswillen des Benutzers steht, verwendet wird, ist dies nicht beschränkend, sondern jegliches geeignetes Mittel, welches im Stande ist, einen Betriebswillen des Benutzers zu erfassen, kann unter Umständen als das Erfassungsmittel verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, einen Sensor zum Erfassen von Änderungen bei einem Potenzial des Nervensystems, einen Sensor zum Erfassen der Bewegung der Muskeln, einen Sensor zum Erfassen einer Stimme des Benutzers usw. zu verwenden.
Obwohl bei der dritten Ausführungsform das bewegliche Verbindungsglied 19 als Mittel zum Verhindern einer Längenänderung des Halluxes während der Biegebewegung des Gelenks des Fußballens verwendet wird, kann ferner auf das bewegliche Verbindungsglied 19 unter Umständen verzichtet werden, und die Ausdehnung und das Zusammenziehen der ausdehnbaren Verbindungsglieder 17 kann unter Umständen durch die Steuerung/Regelung 21 derart gesteuert/geregelt werden, dass während einer Biegebewegung des Gelenks des Fußballens die Länge des Halluxes nahezu konstant gehalten wird. Dies ermöglicht es, die Biegebewegung des Gelenks am Fußballen der vorliegenden Erfindung an jene des Gelenks am Fußballen des lebenden Fußes weiter anzunähern.
Obwohl bei der dritten Ausführungsform der Kondensator 23 als ein Akkumulator zum Speichern von Regenerationsenergie, welche durch die elektrisch angetriebenen künstlichen Muskeln 13d erzeugt wird, verwendet wird, ist dies zudem nicht beschränkend, sondern jegliches geeignete Mittel, wie beispielsweise eine Batterie, welches im Stande ist, die erzeugte Regenerationsenergie zu speichern, kann unter Umständen als der Akkumulator verwendet werden.
Obwohl bei der dritten Ausführungsform der künstliche Muskel 13d als ein Stellglied zum Ausdehnen und Zusammenziehen des entsprechenden ausdehnbaren Verbindungsglieds 13 verwendet wird, ist dies ferner nicht beschränkend, sondern jegliches geeignetes Mittel, welches im Stande ist das ausdehnbare Verbindungsglied 13 auszudehnen und zusammenzuziehen, kann unter Umständen als das Stellglied verwendet werden. Beispielsweise kann, wie in den 12A bis 12C gezeigt ist, ein DC-Linearmotor 30 unter Umständen als das Stellglied zum Ausdehnen und Zusammenziehen des ausdehnbaren Verbindungsglieds 13 verwendet werden.
Wie in der 12C gezeigt ist, umfasst der DC-Linearmotor 30 einen Stator 31 sowie ein Bewegungsteil 32, welches relativ zu dem Stator 31 beweglich ist. Das Bewegungsteil 32 umfasst einen Positionssensor und ist mit der Steuerung/Regelung 21 verbunden. Wie in den 12A, 12B gezeigt ist, weist ein ausdehnbares Verbindungsglied 13 ferner den Stator 31 als einen Arm auf, wobei das Bewegungsteil 32 darin installiert ist, und ferner umfasst es einen Schieber 33, welcher relativ zu dem Stator 31 verschiebbar ist, sowie Kugelgelenke 14a, 14b, welche an entsprechenden Enden des Stators 31 und des Schiebers 33 auf gegenüberliegenden Seiten angebracht sind.
Die Steuerung/Regelung 21 steuert/regelt den Schieber 33 in Antwort auf ein Signal von dem Positionssensor des Bewegungsteils 32 innerhalb des Schiebers 33 derart, dass der Schieber 33 sich relativ zu dem Stator 31 linear bewegt, wodurch das ausdehnbare Verbindungsglied 13 für das Ausdehnen und Zusammenziehen gesteuert/geregelt wird. Wenn die ausdehnbaren Verbindungsglieder 13, welche jeweils durch den vorstehend beschriebenen DC-Linearmotor 30 angetrieben werden, in der Parallelverbindung 10 verwendet werden, ist es möglich, die gleichen vorteilhaften Effekte, wie sie durch die Parallelverbindung 10 der dritten Ausführungsform bereitgestellt werden, zu erhalten.
Dann, wenn die Energie-Regeneration durch das Stellglied nicht benötigt wird, kann ferner das Stellglied unter Umständen beispielsweise durch einen künstlichen Muskel, welcher aus einer magnetischen Speicherformverbindung oder einem künstlichen Muskel eines pneumatischen Typs gebildet ist, realisiert werden.
Bei der dritten Ausführungsform kann ferner unter Umständen das fixierte Verbindungsglied 11 ähnlich zu dem fixierten Verbindungsglied 11 der zweiten Ausführungsform aufgebaut sein, wie dies in 13 gezeigt ist. Insbesondere ist das fixierte Verbindungsglied 11, wie in der Fig. gezeigt ist, ausdehnbar und umfasst einen Zylinder 11a, eine Stange 11b sowie eine Spiralfeder 11c. Gemäß dieser Abänderung der Parallelverbindung 10 gemäß der dritten Ausführungsform können die gleichen vorteilhaften Effekte, wie sie durch die Parallelverbindung 10 der zweiten Ausführungsform bereitgestellt werden, erhalten werden.
Als Nächstes wird eine künstliche Gelenkvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform mit Bezugnahme auf 14 beschrieben werden. Wie in der Fig. gezeigt ist, wird die künstliche Gelenkvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform auf eine künstliche Gelenkvorrichtung für ein Handgelenk und für ein Gelenk eines Daumenballens eines künstlichen Arms angewendet. Die künstliche Gelenkvorrichtung 2B für das Handgelenk des künstlichen Arms 40 umfasst einen Handabschnitt 9 (Gliedmaße-Element), eine Anbringungsplatte 4a sowie eine Parallelverbindung 10, welche den Handabschnitt 9 mit der Anbringungsplatte 4a verbindet. Die Parallelverbindung 10 gehört ähnlich wie die Parallelverbindung 10 der dritten Ausführungsform dem elektrisch gesteuerten/geregelten Typ an und weist einen Betrieb auf, welcher durch ein Steuer-/Regelsystem ähnlich zu dem vorstehend beschriebenen Steuer-/Regelsystem 20 gesteuert/geregelt wird. Kurz gesagt ist die künstliche Gelenkvorrichtung 2B ähnlich zu der künstlichen Gelenkvorrichtung 2 für ein Fußgelenk gemäß der dritten Ausführungsform aufgebaut, außer dass der Fußabschnitt 3 durch den Handabschnitt 9 ersetzt ist.
Die künstliche Gelenkvorrichtung 2B für ein Handgelenk kann demnach dieselben vorteilhaften Effekte bereitstellen, wie sie durch die künstliche Gelenkvorrichtung 2 der dritten Ausführungsform erhalten werden. Insbesondere ermöglicht die künstliche Gelenkvorrichtung 2B, die Bewegung der elektrisch gesteuerten/geregelten Parallelverbindung 10 hervorzurufen, welche schwierig ist, direkt durch eine Anweisung oder dgl. von dem Gehirn eines Benutzers derart gesteuert/geregelt zu werden, dass eine Übereinstimmung (oder eine Konformität mit) einer von dem Benutzer beabsichtigten Bewegung besteht. Bei der Bewegung ist es möglich, den Winkel der Bewegung der künstlichen Gelenkvorrichtung 2B des künstlichen Arms 40 durch die Parallelverbindung 10 unter einem hohen Freiheitsgrad zu ändern.
Eine künstliche Gelenkvorrichtung 2C für das Gelenk an einem Daumenballen umfasst einen Handabschnitt 9, einen Daumenabschnitt 16 sowie eine Parallelverbindung 15, welche den Handabschnitt 9 mit dem Daumenabschnitt 16 verbindet. Die künstliche Gelenkvorrichtung 2C ist ähnlich zu der künstlichen Gelenkvorrichtung 2 für das Gelenk an dem Fußballen gemäß der dritten Ausführungsform aufgebaut, außer dass der Fußabschnitt 3 durch den Handabschnitt 9 ersetzt ist und dass der Daumenabschnitt 16 sich geringfügig konstruktiv von dem Halluxabschnitt 16 unterscheidet. Demnach kann die künstliche Gelenkvorrichtung 2C für das Gelenk an einem Daumenballen die gleichen vorteilhaften Effekte bereitstellen, wie sie durch die künstliche Gelenkvorrichtung 2A für das Gelenk an dem Fußballen gemäß der dritten Ausführungsform erhalten werden. Insbesondere ermöglicht die künstliche Gelenkvorrichtung 2C, die Bewegung der elektrisch gesteuerten/geregelten Parallelverbindung 15 hervorzurufen, welche direkt durch eine Anweisung oder dgl. von dem Gehirn des Benutzers schwierig ist derart zu gesteuert/geregelt zu werden, dass diese mit einer Bewegung, welche durch den Benutzer beabsichtigt ist, übereinstimmt (bzw. mit ihr konform ist). Bei der Bewegung ermöglicht die Parallelverbindung 15, einen hohen Freiheitsgrad bei dem Ändern des Winkels der Bewegung des Gelenks an dem Daumenballen zu erhalten und folglich kann die Bewegung des Daumenabschnitts 16, welcher eine wichtige Rolle bei der Greifbewegung spielt, an jene des Daumens einer lebenden Hand angenähert werden.
Obwohl bei der dritten und vierten Ausführungsform die künstliche Gelenkvorrichtung der Erfindung auf das künstliche Bein und den künstlichen Arm angewendet wird, ist dies nicht beschränkend, sondern die künstliche Gelenkvorrichtung ist anwendbar auf jede künstliche Verbindungsgliedmaße eines Roboters, eines Manipulators und dgl.
Ferner ist für den einschlägigen Fachmann festzuhalten, dass das Vorstehende bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind und dass mannigfaltige Änderungen und Modifikationen unter Umständen gemacht werden können, ohne dass von dem Schutzbereich der Erfindung, wie dieser in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abgewichen wird.

Claims

Parallelverbindung (10) zum Verbinden zweier voneinander beabstandeter Verbindungsgliedanbringungsabschnitte (3, 4, 9), umfassend: ein fixiertes Verbindungsglied (11), welches mit einem seiner Enden an einem der Verbindungsgliedanbringungsabschnitte (3, 4, 9) fixiert ist, ein Fixiertes-Verbindungsglied-Gelenk (12) zum Verbinden eines anderen Endes des fixierten Verbindungsglieds (11) mit einem anderen der Verbindungsgliedanbringungsabschnitte (3, 4, 9) derart, dass ein Winkel des fixierten Verbindungsglieds (11) in Bezug auf den anderen der Verbindungsgliedanbringungsabschnitte (3, 4, 9) in jeder gewünschten Richtung geändert werden kann; eine Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern (13), welche sich zwischen den zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitten (3, 4, 9) in einer ausdehnbaren/zusammenziehbaren Art und Weise erstrecken; und eine Mehrzahl von Ausdehnbaren-Verbindungsglied-Gelenken (14a, 14b), welche gegenüberliegende Enden der Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern (13) jeweils mit den Verbindungsgliedanbringungsabschnitten (3, 4, 9) derart verbinden, dass zugehörige Winkel jedes ausdehnbaren Verbindungsglieds (13) in Bezug auf die Verbindungsgliedanbringungsabschnitte (3, 4, 9) in jede gewünschte Richtung geändert werden können, gekennzeichnet durch Drängungselemente (13c), welche jeweils in der Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern (13) vorgesehen sind, wobei jedes Drängungselement den Zweck hat, ein zugehöriges Verbindungsglied der ausdehnbaren Verbindungsglieder (13) in wenigstens einer Richtung zu drängen, welche entgegengesetzt ist zu Richtungen, in denen das ausdehnbare Verbindungsglied (13) dann sich ausdehnt und zusammenzieht, wenn das ausdehnbare Verbindungsglied (13) sich ausdehnt und zusammenzieht.
Parallelverbindung (10) nach Anspruch 1, wobei das fixierte Verbindungsglied (11) ein stoßdämpfendes Element (11c) zum Dämpfen eines Stoßes umfasst, welcher zwischen den zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitten (3, 4, 9) übertragen wird.
Parallelverbindung (10) nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern (13) wenigstens drei ausdehnbare Verbindungsglieder (13) sind.
Parallelverbindung (10) nach Anspruch 3, wobei die wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder (13) derart angeordnet sind, dass Verbindungsabschnitte derselben, welche wenigstens mit einem der zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitte (3, 4, 9) verbunden sind, nicht auf wenigstens einem der zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitte (3, 4, 9) auf einer Linie liegen, und dass ein Verbindungsabschnitt des fixierten Verbindungsglieds (11) innerhalb eines Polygons positioniert ist, welches durch die Verbindungsabschnitte der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder (13) als Eckpunkte definiert ist.
Parallelverbindung (10) nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine Antriebsquelle (22), Stellglieder (13d), welche den Zweck haben, jeweils ein zugehöriges Verbindungsglied der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder (13) zum Ausdehnen und Zusammenziehen durch eine von der Antriebsquelle (22) zugeführten Antriebskraft anzutreiben, und ein Steuer-/Regelmittel (21) zum Steuern/Regeln der Antriebskraft, welche ausgehend von der Antriebsquelle (22) jedem Stellglied (13d) zugeführt wird.
Parallelverbindung (10) nach Anspruch 5, wobei das Stellglied (13d) ein elektrisches Stellglied (13d) ist, welches derart konfiguriert ist, dass es eine Regenerationsenergie dann erzeugt, wenn das zugehörige ausdehnbare Verbindungsglied (13) durch eine äußere Kraft ausgedehnt und zusammengezogen wird, wobei die Parallelverbindung (10) ferner umfasst einen Akkumulator (23) zum Speichern der Regenerationsenergie, welche durch das elektrische Stellglied (13d) erzeugt wurde.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2, 2A, 2B, 2C), welche die Parallelverbindung (10) nach Anspruch 1 umfasst, wobei die zwei Verbindungsgliedanbringungsabschnitte (3, 4, 9) zwei Gliedmaße-Elemente (3, 4, 9, 16) sind.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2) nach Anspruch 7, wobei das fixierte Verbindungsglied (11) ein stoßdämpfendes Element (11c) zum Dämpfen eines Stoßes umfasst, welcher zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen (3, 4) übertragen wird.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2, 2A, 2B, 2C) nach Anspruch 7, wobei die Mehrzahl von ausdehnbaren Verbindungsgliedern (13, 17) wenigstens drei ausdehnbare Verbindungsglieder (13, 17) sind.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2, 2B) nach Anspruch 9, wobei die wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder (13) derart angeordnet sind, dass ihre Verbindungsabschnitte, welche wenigstens mit einem Element der zwei Gliedmaße-Elemente (3, 4, 9) verbunden sind, nicht auf wenigstens einem der zwei Gliedmaße-Elemente (3, 4, 9) auf einer Linie liegen, und dass ein Verbindungsabschnitt des fixierten Verbindungsglieds (11) innerhalb eines Polygons positioniert ist, welches definiert ist durch die Verbindungsabschnitte der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder (13) als Eckpunkte.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2, 2A, 2B, 2C) nach Anspruch 9, ferner umfassend: eine Antriebsquelle (22), Stellglieder (13d, 17d), welche den Zweck haben, jeweils ein zugehöriges Verbindungsglied der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder (13, 17) zum Ausdehnen und Zusammenziehen durch eine von der Antriebsquelle (22) zugeführten Antriebskraft anzutreiben, und ein Steuer-/Regelmittel (21) zum Steuern/Regeln der Antriebskraft, welche ausgehend von der Antriebsquelle (22) jedem Stellglied (13d, 17d) zugeführt wird.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2, 2A, 2B, 2C) nach Anspruch 11, wobei das Stellglied (13d, 17d) ein elektrisches Stellglied (13d, 17d) ist, welches derart konfiguriert ist, dass es Regenerationsenergie dann erzeugt, wenn das zugehörige ausdehnbare Verbindungsglied (13, 17) durch eine äußere Kraft ausgedehnt und zusammengezogen wird, wobei die künstliche Gelenkvorrichtung (2, 2A, 2B, 2C) ferner umfasst einen Akkumulator (23) zum Speichern der Regenerationsenergie, welche durch das elektrische Stellglied (13d, 17d) erzeugt wird.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2, 2A, 2B, 2C) nach Anspruch 11, welches bei einem künstlichen Bein (1) und/oder einem künstlichen Arm (40) verwendet wird, und ferner umfassend ein Betriebswillen-Erfassungsmittel (24) zum Erfassen eines Betriebswillens eines Benutzers, um das künstliche Bein (1) und/oder den künstlichen Arm (40) zu betreiben, und wobei das Steuer-/Regelmittel (21) die Stellglieder (13d, 17d) gemäß dem abgetasteten Betriebswillen steuert/regelt.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2, 2A, 2B, 2C) nach Anspruch 7, wobei die Parallelverbindung (15) umfasst: ein unausdehnbares bewegliches Verbindungsglied (19), welches sich zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen (3, 9, 16) erstreckt, und zwei Bewegliche-Verbindungsglied-Gelenke (19a) zum Verbinden der gegenüberliegenden Enden des unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglieds (19) jeweils mit den zwei Gliedmaße-Elementen (3, 9, 16) derart, dass entsprechende Winkel des unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglieds (19) in Bezug auf die Gliedmaße-Elemente (3, 9, 16) in jeder gewünschten Richtung geändert werden können.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2A) nach Anspruch 7, welche für einen Hallux-Abschnitt (16) verwendet wird, wobei die Parallelverbindung (15) umfasst: wenigstens drei ausdehnbare Verbindungsglieder (17), welche sich zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen (3, 16) in einer ausdehnbaren/zusammenziehbaren Art und Weise erstrecken, und eine Mehrzahl von Ausdehnbaren-Verbindungsglied-Gelenken (18), welche gegenüberliegende Enden der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder (17) jeweils mit den Gliedmaße-Elementen (3, 16) derart verbinden, dass entsprechende Winkel jedes ausdehnbaren Verbindungsglieds (17) in Bezug auf die Gliedmaße-Elemente (3, 16) in jeder gewünschten Richtung geändert werden können, wobei die künstliche Gelenkvorrichtung (2A) ferner umfasst: eine Antriebsquelle (22), Stellglieder (17d), welche den Zweck haben, jeweils ein zugehöriges Verbindungsglied der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder (17) zum Ausdehnen und Zusammenziehen durch eine von der Antriebsquelle (22) zugeführten Antriebskraft anzutreiben, und ein Steuer-/Regelmittel (21) zum Steuern/Regeln der Antriebskraft, welche ausgehend von der Antriebsquelle (22) jedem Stellglied (17d) zugeführt wird.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2C) nach Anspruch 7, welches für einen Daumenabschnitt (16) verwendet wird, wobei die Parallelverbindung (15) umfasst: wenigstens drei ausdehnbare Verbindungsglieder (17), welche sich zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen (5, 16) in einer ausdehnbaren/zusammenziehbaren Art und Weise erstrecken, und eine Mehrzahl von Ausdehnbaren-Verbindungsglied-Gelenken, welche gegenüberliegende Enden der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder (17) jeweils mit den Gliedmaße-Elementen (9, 16) derart verbinden, dass entsprechende Winkel jedes ausdehnbaren Verbindungsglieds (17) in Bezug auf die Gliedmaße-Elemente (9, 16) in jeder gewünschten Richtung geändert werden können, wobei die künstliche Gelenkvorrichtung (2C) ferner umfasst: eine Antriebsquelle (22), Stellglieder (17d), welche den Zweck haben, jeweils ein zugehöriges Verbindungsglied der wenigstens drei ausdehnbaren Verbindungsglieder (17) zum Ausdehnen und Zusammenziehen durch eine von der Antriebsquelle (22) zugeführten Antriebskraft anzutreiben, und ein Steuer-/Regelmittel (21) zum Steuern/Regeln der Antriebskraft, welche ausgehend von der Antriebsquelle (22) jedem Stellglied (17d) zugeführt wird.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2A) nach Anspruch 15, wobei die Parallelverbindung (15) ferner umfasst: ein unausdehnbares bewegliches Verbindungsglied (19), welches sich zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen (3, 16) erstreckt, und zwei Bewegliche-Verbindungsglied-Gelenke (19a) zum Verbinden gegenüberliegender Enden des unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglieds (19) jeweils mit den zwei Gliedmaße-Elementen (3, 16) derart, dass jeweilige Winkel des unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglieds (19) in Bezug auf die Gliedmaße-Elemente (3, 16) in jeder gewünschten Richtung geändert werden können.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2C) nach Anspruch 16, wobei die Parallelverbindung (15) ferner umfasst: ein unausdehnbares bewegliches Verbindungsglied (19), welches sich zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen (9, 16) erstreckt, und zwei Bewegliche-Verbindungsglied-Gelenke zum Verbinden gegenüberliegender Enden des unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglieds (19) jeweils mit den zwei Gliedmaße-Elementen (3, 16) derart, dass entsprechende Winkel des unausdehnbaren beweglichen Verbindungsglieds (19) in Bezug auf die Gliedmaße-Elemente (9, 16) in jeder gewünschten Richtung geändert werden können.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2A) nach Anspruch 15, wobei das Steuer-/Regelmittel (21) die Antriebskraft steuert/regelt, welche ausgehend von der Antriebsquelle (22) derart zu jedem Stellglied (17d) zugeführt wird, dass ein Abstand zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen (3, 16) konstant gehalten wird.
Künstliche Gelenkvorrichtung (2C) nach Anspruch 16, wobei das Steuer-/Regelmittel (21) die Antriebskraft steuert/regelt, welche ausgehend von der Antriebsquelle (22) derart zu jedem Stellglied (17d) zugeführt wird, dass ein Abstand zwischen den zwei Gliedmaße-Elementen (9, 16) konstant gehalten wird.