DE2151563C3

DE2151563C3 - Method for controlling the drive of an external force prosthesis

Info

Publication number: DE2151563C3
Application number: DE19712151563
Authority: DE
Inventors: Eduard 3428 Duderstadt Horvath
Original assignee: Otto Bock Orthopadische Industrie KG
Current assignee: Otto Bock Orthopadische Industrie KG
Filing date: 1971-10-16
Publication date: 1977-03-31

Description

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Das Hauptpatent 19 22 359.7 betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Antriebs einer Fremdkraftprothese, bei dem mit Hilfe eines auf die Hautoberfläche unter Druck aufzulegenden Abtasters ein von der Muskelkontraktion abhängiges Kriterium zur Steuerung der Prothesenfunktion gewonnen und mit dem Abtaster unter praktisch g'eichbleibendem Druck eine definierte Fläche so überdeckt wird, daß dessen Rand vorzugsweise durchgehend, beispielsweise ringförmig, unter Druck aufliegt, daß sich innerhalb der von dieser äußeren Andruckfläche umschlossenen Fläche ein oder mehrere unabhängige Andruckelemente befinden, und daß die die Funktion der Prothese auslösenden Steuermittel in Tätigkeit gesetzt werden, sobald der oder die Druckunterschiede einen bestimmten voreinstellbaren Wert überschreiten.The main patent 19 22 359.7 relates to a method for controlling the drive of an external force prosthesis, in the case of the muscle contraction with the help of a scanner to be placed on the skin surface under pressure dependent criterion for controlling the prosthesis function and obtained with the scanner under practically constant pressure, a defined area is covered in such a way that its edge is preferably continuously, for example ring-shaped, rests under pressure that is within the outer of this Pressure area enclosed area one or more independent pressure elements are located, and that the the control means triggering the function of the prosthesis are activated as soon as the pressure difference (s) exceed a certain presettable value.

Mit diesem statischen Verfahren läßt sich der Widerstand, den eine Muskelgruppe dem Eindringen des Abtasters entgegensetzt, zur Prothesensteuerung ausnutzen. SSWith this static procedure, the resistance that a muscle group has to penetration can be measured of the scanner opposed to use for prosthesis control. SS

Die Erfindung geht einerseits von der Tatsache aus, daß bei Anwendung jener Methode elastische Nachwirkungen der Muskelgruppe und des Unterhautfettgewebes auftreten, und daß andererseits der Prothesenträger länger andauernde Drücke als Informationsmittel nicht differenziert wahrnehmen und als solche ausnützen kann.The invention is based on the one hand on the fact that when using that method elastic after-effects the muscle group and the subcutaneous fatty tissue occur, and that on the other hand, the prosthesis wearer Do not perceive longer lasting pressures as a means of information in a differentiated manner and use them as such can.

Diese Mangel werden gemäß der Erfindung in idealer Weise dadurch vermieden, daß nach Erreichen des bzw. der voreinstellbaren Druckunterschiede eines oder mehrerer Andruckelemente die durch letztere belasteten Muskelzonen durch Fremdenergie in mechanische Schwingungen versetzt werden, wobei die dabei zu überwindenden dynamischen Widerstände die Steuermittel der Prothese beeinflussen.These deficiencies are ideally avoided according to the invention in that after reaching the or the presettable pressure differences of one or more pressure elements that are loaded by the latter Muscle zones are set into mechanical vibrations by external energy, whereby the Overcoming dynamic resistances affect the control means of the prosthesis.

Dabei ist es zusätzlich möglich, daß die dem Muskel zugeführte Schwingungsenergie analog zur ausgeführten Prothesenfunktion fühlbar geregelt wird.It is also possible that the vibration energy supplied to the muscle is analogous to that which is carried out Prosthesis function is controlled perceptibly.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigtUsing the drawing, the invention is an example explained. It shows

F i g. 1 den Abtaster, eingesetzt in einen auf einen Armstumpf aufgesetzten Prothesenschaft undF i g. 1 the scanner, inserted into a prosthesis shaft placed on an arm stump and

Fig.2 und 3 im Längsschnitt und Querschnitt in größerem Maßstab,2 and 3 in longitudinal section and cross-section in larger scale,

F i g. 4 den Schnitt durch ein Glied mit einem lockeren undF i g. 4 the section through a limb with a loose and

Fig.5 mit einem gespannten Muskel je unter einem Druckkörper,Fig. 5 with a tense muscle each under a pressure body,

Fig.6 und 7 grundsätzlich dieselben Schnitte, jedoch unter der Belastung eines unterteilten Körpers.6 and 7 basically the same sections, however under the load of a divided body.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Armstumpf, mit 2 die Hülse einer Armprothese, mit 3 ein in eine Durchbrechung der Hülse 2 eingesetzter Abtaster und mit 4 eine an der Hülse 2 angesetzte Halleplatte bezeichnet, die den Abtaster 3 praktisch unter gleichbleibendem Druck federnd an eine Abtaststelle auf den Armstumpf 1 preßt Außerdem sind eine in dem Abtaster angeordnete Spule 24, ein in der Prothese vorgesehener Meßwertgeber 25 und ein elektronischer Regler 26 schematisch dargestellt. In Fig. 1, 1 is an arm stump, and 2 is the sleeve an arm prosthesis, with 3 a scanner inserted into an opening in the sleeve 2 and with 4 one on the Sleeve 2 attached Hall plate referred to, which the scanner 3 practically under constant pressure resiliently presses against a scanning point on the arm stump 1. In addition, there is a coil arranged in the scanner 24, a transducer 25 provided in the prosthesis and an electronic controller 26 are shown schematically.

Gemäß F i g. 2 und 3 ist der Abtaster aus einem durch einen Deckel 5 flüssigkeitsdicht abgeschlossenen flachen Gehäuse 6 gebildet, das zweckmäßig aus Kunststoff besteht.According to FIG. 2 and 3 is the scanner made of a flat closed off by a cover 5 in a liquid-tight manner Housing 6 is formed, which is suitably made of plastic.

Der Boden dieses Gehäuses 6 ist der Kontur seiner Auflagefläche am Armstumpf 1 angepaßt und durch einen etwas scheibenförmig ausgebildeten Mittelteil 6a zwischen Seitenteilen 6b und 6r unterteilt. Der mittlere dieser Teile ist mittels einer Stellschraube 7 in Druckrichtung in einer Normallage an einer Führungshülse 8 justierbar und durch deren Aufhängung an zwei Membranen 9,10 entgegen der Wirkung einer Feder 11 in Druckrichtung böhenbeweglich.The bottom of this housing 6 is adapted to the contour of its bearing surface on the arm stump 1 and divided by a somewhat disc-shaped middle part 6a between side parts 6b and 6r. The middle of these parts can be adjusted by means of an adjusting screw 7 in the pressure direction in a normal position on a guide sleeve 8 and, due to its suspension on two membranes 9, 10, can be moved upward against the action of a spring 11 in the pressure direction.

Wie die Zeichnung erkennen läßt, sind die beiden Membranen 9, 10 am Deckel 5 bzw. Boden des Gehäuses 6 angesetzt und schließen zwischen sich einen Raum 12 flüssigkeitsdicht ab, in dem Signalgeber angeordnet sind.As the drawing shows, the two membranes 9, 10 are on the cover 5 and bottom of the Housing 6 attached and close a space 12 liquid-tight between them, in the signal transmitter are arranged.

In dieser Hinsicht trägt die Führungshülse 8 im Ausführungsbeispiel an einem Arm Sa einen Kontaktniet 13, der mit einem Gegenkontakt 14 an einem von dem Gehäuse 6 getragenen Joch 15 zusammenwirkt. An diese Kontakte führen die Anschlußicabel 16,17.In this regard, the guide sleeve 8 carries a contact rivet on an arm Sa in the exemplary embodiment 13, which cooperates with a mating contact 14 on a yoke 15 carried by the housing 6. On these contacts lead the connection cables 16,17.

An dem Arm 8a der Führungshülse 8 greift die Biegefeder 11 an, deren Norrnalstellung sich durch eine Justierschraube 19 bestimmen läßt. Außerdem trägt dieser Arm 8a einen Ring 23 aus Weicheisen, der von der im Gehäuse 6 befestigten Spule 24 umgeben ist.On the arm 8a of the guide sleeve 8, the spiral spring 11 engages, the normal position of which is determined by a Adjusting screw 19 can be determined. In addition, this arm 8a carries a ring 23 made of soft iron, which of the coil 24 fixed in the housing 6 is surrounded.

Das ganze Gehäuse 6 ist über zwei Haltefedern 20 von der Befestigungsplatte 4 getragen, die auf die Prothesenhülse 2 aufzuschrauben ist.The whole housing 6 is supported by two retaining springs 20 of the mounting plate 4, which on the Prosthetic sleeve 2 is to be screwed on.

Wird der Boden des Gehäuses 6 durch die Haltefeder 20 mit annähernd gleichbleibender Kraft auf eine Fläche am menschlichen Körper, irn vorliegenden Fall über einen Muskel 22 (Fig.4 bis 7) am Armstumpf 1, derart aufgepreßt, daß auf die Kraft weder der Weg noch eine Lageveränderung einen Einfluß haben, so wird der Muskel 22 deformiert, bis sich die auf das Gehäuse 6 ausgeübte Kraft und die Reaktionskraft des Muskels aufheben. In diesem Zustand ergibt sich an der Auflage- bzw. Andruckfläche eine denn Kontraktionszustand desIf the bottom of the housing 6 is applied by the retaining spring 20 with an approximately constant force on a surface on the human body, in the present case via a muscle 22 (FIGS. 4 to 7) on the arm stump 1, such pressed so that neither the path nor a change in position have an influence on the force, then the Muscle 22 deforms until the force exerted on the housing 6 and the reaction force of the muscle cancel. In this state there is a contraction state of the on the support or pressure surface

Muskels 22 entsprechende Verteilung der spezifischen DruckflächenbeJastung. Ändert dieser Muskel seinen Kontraktionszustand. so ändert sich jene Verteilung in charakteristischer Weise. Die Druckunterschiede zwischen den Teilen 6a, 6b, 6c des Gehäusebodens lassen sich über die Kontakte 13, 14 des Signalgebers zum Antrieb der Prothese Feststellen.Distribution of the specific pressure surface load corresponding to muscle 22. This muscle changes its state of contraction. so that distribution changes in a characteristic way. The pressure differences between the parts 6a, 6b, 6c of the housing base can be determined via the contacts 13, 14 of the signal transmitter for driving the prosthesis.

Schematisch ist dies in Fig 4 bis 7 durch die Pfeilgrößen angedeutet, deren Länge die Kräfte P bzw. deren Veränderungen unter der Wirkung eines Druckgegenstandes 21 bzw. 21 a, 216,21 c symbolisieren.This is indicated schematically in FIGS. 4 to 7 by the arrow sizes, the length of which symbolizes the forces P or their changes under the action of a printed object 21 or 21 a, 216, 21 c.

Sobald die Kontakte des Signalgebers 13, 14 geschlossen werden, erhält der Ring 23 über die Spule 24 magnetische Impulse. Dadurch entstehen Schwin gungen unter Mitwirkung der Feder 11 und der elastischen Eigenschaften der von dem Andruckelement 6a überdeckten Muskelzone.As soon as the contacts of the signal generator 13, 14 are closed, the ring 23 receives over the coil 24 magnetic pulses. This creates vibrations with the participation of the spring 11 and the elastic properties of the muscle zone covered by the pressure element 6a.

Ändert der Muskel 22 seine elastischen Eigenschaften durch Kontraktion oder Entspannung, so ändert sich entsprechend auch die Schwingung zwischen ihm und der Feder 11 bzw. dem Ring 23. Diese Änderung wird durch Messung des durch die Spule 24 fließende!. Stromes festgestellt und zur Beeinflussung der nicht dargestellten Steuermittel der Prothese ausgenützt.If the muscle 22 changes its elastic properties through contraction or relaxation, it changes accordingly also the oscillation between it and the spring 11 or the ring 23. This change is by measuring the! flowing through the coil 24. Stromes determined and not to influence the used control means of the prosthesis shown.

Der in Fig. 1 angedeutete, für die Bewegungsgeschwindigkeit oder ausgeübte Kraft der Prothese vorgesehene Meßwertgeber 25 ist über den elektronischen Regler 26 an die Spule 24 angeschlossen. Dadurch vermag der Meßwertgeber 25 über den Regler 26 den Energiefluß in der Spule 24 und dementsprechend die Schwingungsamplitude des Andruckelemerites 6a zu beeinflussen. Dies bedingt, daß der Prothesenträger eine fühlbare Information über den Aktionszustand der Prothese wahrnehmen kann.The one indicated in FIG. 1 for the speed of movement or exerted force of the prosthesis provided transducer 25 is via the electronic Regulator 26 connected to coil 24. As a result, the transducer 25 is able to use the controller 26 Energy flow in the coil 24 and accordingly the oscillation amplitude of the Andruckelemerites 6a influence. This means that the prosthesis wearer has tangible information about the state of action of the Can perceive the prosthesis.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for controlling the drive of a power-prosthesis, in which by means of a directly or indirectly on d: won s skin shell fish aufzulegenden under pressure pickup is a dependent on the muscle contraction criterion for controlling the prosthetic function and with the scanner under substantially constant pressure a defined area so is covered that its edge is preferably continuously, for example ring-shaped, rests under pressure that one or more independent pressure elements are located within the area enclosed by this outer pressure surface, and that the control means that trigger the function of the prosthesis are activated as soon as cjer or the pressure differences exceed a certain presettable value, according to main patent 1922 359.7, characterized in that after reaching the presettable pressure difference (s) of one or more pressure elements (6a) the muscle zones stressed by the latter are affected by strangers gie are set into mechanical vibrations, the dynamic resistances to be overcome thereby influencing the control means of the prosthesis.

2. The method according to claim 1, characterized in that the vibration energy supplied to the muscle is controlled perceptibly analogous to the performed prosthesis function.