JPH07144007A - 回転モ−メントを上腕人工補装具の肘軸に加える方法及び肘リフタ - Google Patents

回転モ−メントを上腕人工補装具の肘軸に加える方法及び肘リフタ

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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は回転モ−メントを上腕人工補装
具の肘軸に加える方法及び肘リフタを開発することであ
る。 【構成】上記目的を達成するために、回転モ−メントの
推移は前腕の曲げ角度に従ってほぼ放物線状であり、前
腕を約５度乃至２５度、好ましくは１０度乃至２０度伸
ばした状態では最小値を有し、約９０度最大限に曲げた
状態では最大値を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はばね力によって前腕を回
動させるために回転モ−メントを上腕人工補装具の肘軸
に加える方法に関する。
【０００２】本発明は更に上腕部が少なくとも１つの肘
軸を介して前腕部と枢着しており、該前腕部の回動をば
ね要素によって補助してなる腕人工補装具のための肘リ
フタに関する。
【０００３】
【従来の技術】人工補装具の構造では、能力に応じて、
能動の人工補装具と受動の人工補装具の相違がある。能
動の人工補装具のグル−プには、自力又は他力で制御さ
れる人工補装具が属する。この場合、自力人工補装具の
うち、引張り機能を有する腕人工補装具は甚しいスペ−
スを要する。把握器官である手を有する腕は重力に従っ
て大幅に引張り力を受ける。従って、引張り力を軽減す
る構造的な解決法を探さねばならない。能動的な腕人工
補装具の場合、前腕の随意の曲げは、弾性の材料からな
る肩用サポ−タによってボ−デンケ−ブルで開始され
る。これは曲げワイヤの短縮によってなされ、上腕と前
腕の間でワイヤの一端が固定される。力は肩を介して他
方のワイヤの上腕に導入される。
【０００４】こうした人工補装具系には、前腕の重量の
補償がないことによって人工補装具着用者が疲労し、更
に、曲げ機能領域が最適に利用されていないという欠点
がある。前腕の重量を補償するため、種々の技術的解決
法が開発された。最も用いられた構造体は関節点の近傍
に取着されたばね支持系である。この構造体の欠点は、
前腕の伸ばした状態において曲げ運動を補助するために
最大の回転モ−メントを導入すること、及び該回転モ−
メントが前腕の前腕の曲げの際に減少すること、であ
る。従って、回転モ−メントの推移は実際の必要と正反
対である。こうした既知の解決法のその他の欠点は、回
転モ−メントが著しく高まるときに、自由揺動位相(Fre
ischwungsphase) が妨害されるので、自然な外観が前腕
の振り子位相(Pendelphase) によって妨害されることに
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
欠点を防止する方法及び肘リフタを開発することであ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記課題は、ばね力に
よって前腕を回動させるために回転モ−メントを上腕人
工補装具の肘軸に加える方法から出発して、回転モ−メ
ントの推移は前腕の曲げ角度に従ってほぼ放物線状であ
り、前腕を約５度乃至２５度、好ましくは１０度乃至２
０度伸ばした状態で最小値を有し、約９０度最大限に曲
げた状態では最大値を有することによって解決される。
【０００７】他方の課題は、上腕部が少なくとも１つの
肘軸を介して前腕部と枢着しており、前腕部の回動をば
ね要素によって補助してなる腕人工補装具に用いられ、
特に、請求項１又は２に記載の方法を実施するための肘
リフタから出発して、ばね要素は直接又は間接に伝動装
置の起点に引張り力を加え、伝動装置の終点は引張り部
材の内端に作用し、該引張り部材の外端は、上腕部の、
肘軸と共に回転モ−メントレバ−を定める固定点に固定
され、上腕部の固定点に作用する回転モ−メントの推移
が前腕部の曲げ角度に従ってほぼ放物線状であり、約５
度乃至２５度、好ましくは１０度乃至２０度伸ばした状
態では最小値を有し、約９０度最大限に曲げた状態では
最大値を有するように、力の伝達が前記伝動装置によっ
てなされること、によって解決される。
【０００８】既知の肘リフタの場合には、回転モ−メン
トの推移は、腕の伸ばし状態から出発して、前腕の最大
限の曲げ角度まで、最大値からほぼ直線的に低下するの
に対し、本発明では、前腕の曲げを補助する際に実際の
必要に正確に対応する回転モ−メントが達成される。こ
の場合、系が正しく適合していれば、上腕の断端の回転
位相(Schwungphase)は前腕の前方へ動かしかつ下げるた
めに用いられる。これによって、前腕の操作のために必
要な引張りワイヤを用いなくてもよいので、支肢切断者
のより自由な動きが可能となる。
【０００９】本発明のコンセプトを改善するにあたっ
て、ばね力を曲げ角度及び回転モ−メントの推移に従っ
て電気的な調節によって変化し、及び／又は電気的に加
えられた追加の回転モ−メントによって増幅することは
目的に適っている。装置の点では、ばね要素はセンサに
よって制御される第１のモ−タによって調節されること
は好ましい。更に、肘軸の領域には、追加の回転モ−メ
ントを前腕部に加える第２のモ−タが具備されているこ
とも好ましい。
【００１０】ばね要素の引張り力が調節できるように形
成され、この調節は手動で外側から行なわれなければな
らないことは好ましい。
【００１１】ばね要素が渦巻きばねであるのは好ましい
が、引張りばね又は類似の蓄積要素であってもよい。
【００１２】個々の段階の間でのばね力の伝達は、基本
的には、剛性の要素、例えばレバ−ア−ム、又はレバ−
ア−ム、回転継手、歯車装置等の組合わせによってもな
される。しかし、伝動装置を、ディスクカム機構として
以下のように形成することは好ましく思える。
【００１３】ａ）ディスクカム機構は共通の軸の上に常
に回転しないように取り付けられたディスクカムを有す
る。
【００１４】ｂ）伝動要素は曲げ弾性のあるベルト等で
あり、該ベルトの一端は直接又は間接に前記ばね要素に
作用し、腕人工補装具が伸びたときに、２つのディスク
カムのうちの第１のディスクカムに広範囲に巻き付き、
ベルトの他端は第１のディスクカムの、伝動装置起点を
定める点に固定されている。
【００１５】ｃ）引張り部材は同様に曲げ弾性的に形成
され、該引張り部材の内端は、第２のディスクカムの、
伝動装置終点を定める点に固定され、ディスクカムは、
前腕部の曲げが増大するにつれて、引張り部材によって
益々巻き付けられる。
【００１６】第２のディスクカムから来る引張り部材は
転向ロ−ラを回って、上腕部の下方カ−ブに沿ってほぼ
接線方向に繰り出されることは目的に適っている。腕を
著しく過補償するときに、余りにも速い前方への振れを
防止するために、流体力学的制動装置が転向ロ−ラに組
み込まれていることは好ましい。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照して２つの実施例を詳述す
る。図１に示した腕補装具は上腕部１及び前腕部２を有
し、両者は肘軸３を介して互いに枢着されている。前腕
部２を種々の曲げ位置に回動するのを補助するために、
肘リフタ４が備わっている。該肘リフタ４は自らの部材
をすべて収容するか、又は包摂するケ−シング５を有
し、該ケ−シング５は前腕部２の適切なリセスに装着さ
れている。
【００１８】図２に示した肘リフタ４は、実質的に、渦
巻きばね６と、ディスクカム機構７と、力を渦巻きばね
６からディスクカム機構７に伝達し、かつ曲げ弾性のベ
ルト８として形成された力伝達要素と、ディスクカム機
構７を上腕部１と力学的に結合する引張り機構９とを有
する。
【００１９】ディスクカム機構７は２つのディスクカム
７ａ及び７ｂにより構成され、両者は共通の軸１０上で
常に回転しないように取り付けられている。
【００２０】渦巻きばね６はばねケ−シング１１に固定
され、軸１３に設置された従動プ−リ１２に回転力とし
ての力を与える。渦巻きばね６の付勢は、調整されるべ
きでありかつ前腕部２に作用する錘に対応して、しかも
ウォ−ムギヤ１４の回転によって変化される。ウォ−ム
ギヤ１４を作動させるため、外側からアクセス可能であ
り手動で作動可能な回転ディスク１５、刻み付き輪等が
備わっている。
【００２１】ベルト８の一端は固定点１６で従動プ−リ
１２に固定され、ベルト８は第１のディスクカム７ａの
外郭にほぼ完全に巻き付いており、ベルト８の他端は第
１のディスクカム７ａの外周に固定点１７を介して固定
されており、該固定点１７はディスクカム機構７の動力
伝達起点である。
【００２２】引張り機構９はベルト８と同様に曲げ弾性
的に形成されており、引張り機構９の内端は、第２のデ
ィスクカム７ｂの内周の、動力伝達終点である固定点１
８に固定されており、引張り機構９はケ−シング５に支
承された転向ロ−ラ１９を回って案内され、引張り機構
９の、ケ−シング５から導出された外端は、上腕部１の
固定点２０に固定されている。該固定点２０は肘軸３と
共に回転モ−メントレバ−を定める。図２が示すよう
に、前腕部２を伸ばしたときに、引張り機構９は、第２
のディスクカム７ｂの外端に短いセグメントに亘って巻
き付いており、転向ロ−ラ１９と、上腕部１の固定点２
０との間の領域で、上腕部１の、ほぼセグメント状に形
成された下方カ−ブ２１に接触している。
【００２３】図３には前腕部２が最大限の曲げ角度にあ
るのが示されている。図２との比較によって明らかなの
は、腕を伸ばした位置から始まって、前腕部２と上腕部
１との曲げ角度が大きくなるにつれて、ベルト８が第１
のディスクカム７ａから繰り出され、渦巻きばね６によ
って駆動される従動プ−リ１２に巻回され、他方引張り
機構９は上腕部１の下方カ−ブ２１から益々離れて第２
のディスクカム７ｂに巻回されることである。更に、図
３から明らかなように、引張り機構９が下方カ−ブ２１
に沿ってほぼ接線方向に繰り出されるように、転向ロ−
ラ１９が配置されている。
【００２４】ディスクカム機構７は、ばね要素すなわち
渦巻きばね６の特性曲線との関連で、以下のように、す
なわち肘軸３に加えられる回転モ−メントの推移が、前
腕部２の曲げ角度に従って、ほぼ放物線状であり（図５
を参照）、約１０度乃至２０度伸ばした状態で最小値を
有し、約９０度最大限に曲げたときに最大値を有するよ
うに、設計されている。これは、図２及び図３に図示し
た実施例で、２つのディスクカム７ａ、７ｂのカ−ブ推
移の対応の構成により及びディスクカム７ａ、７ｂの相
対的な配置によって達成される。これにより、ばね力特
性曲線の対応の補償がなされる。この補償の調整可能な
領域は、図５で、前腕部２の曲げ角度の上方に描かれた
回転モ−メント曲線で示されている。
【００２５】図４に略示されているように、渦巻きばね
６は、曲げ角度に応じてセンサ２３によって制御される
第１のモ−タ２４を介して調整される。かくして、電気
的な調整によって、ばね力は曲げ角度及び回転モ−メン
ト推移に従って変化される。更に、肘軸３の領域では、
追加の回転モ−メントを前腕部２に加える第２のモ−タ
２５を具備することもできる。これによって、ばね力は
電気的に増大される。最後に、図４に示され第３のモ−
タ２６によって、前腕部２を所望の曲げ位置で電気的に
停止することができる。
【００２６】２つのディスクカム７ａ、７ｂによって得
られる比較可能な運動は、従動プ−リ１２、転向ロ−ラ
１９、及び／又はカ−ブ２１の対応のカ−ブ構成によっ
て得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は伸ばした前腕を有する組み立てられた人
工補装具の縦断面図及び部分側面図である。
【図２】図２は図１の部分拡大図である。
【図３】図３は著しく曲げられた前腕の、図２に基づく
図である。
【図４】図４は図３に基づく図に追加の電気駆動装置を
装着した実施例の図である。
【図５】図５は曲げ角度の上方に描かれた３つの回転モ
−メントの推移を示す図である。
【符号の説明】
１…上腕部、２…前腕部、３…肘軸、５…ケ−シング、
６…ばね要素、７…伝動装置、７ａ、７ｂ…ディスクカ
ム、８…伝動要素、９…引張り部材、１０…軸、１２…
従動プ−リ、１４…ウォ−ムギヤ、１７…起点、１８…
終点、１９…転向ロ−ラ、２０…固定点、２１…下方カ
−ブ、２３…センサ、２４、２５…モ−タ。
フロントページの続き (72)発明者 ハインツ・ブレックル オーストリア国、アー − 1170 ウイー ン、オッタクリンガー・シュトラーセ 72 ／イー／48 (72)発明者 ハンス・ディートル オーストリア国、アー − 1180 ウイー ン、シュールガッセ 34／17

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ばね力によって前腕を回動させるために
    回転モ−メントを上腕人工補装具の肘軸に加える方法に
    おいて、 回転モ−メントの推移は前腕の曲げ角度に従ってほぼ放
    物線状であり、前腕を約５度乃至２５度、好ましくは１
    ０度乃至２０度伸ばした状態では最小値を有し、約９０
    度最大限に曲げた状態では最大値を有すること、を特徴
    とする方法。
  2. 【請求項２】 ばね力を曲げ角度及び回転モ−メントの
    推移に従って電気的な調節によって変化し、及び／又は
    電気的に加えられた追加の回転モ−メントによって増幅
    すること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 上腕部（１）が少なくとも１つの肘軸
    （３）を介して前腕部（２）と枢着しており、該前腕部
    （２）の回動をばね要素（６）によって補助してなる腕
    人工補装具に用いられ、特に、請求項１又は２に記載の
    方法を実施するための肘リフタにおいて、 前記ばね要素（６）は直接又は間接に伝動装置（７）の
    起点（１７）に引張り力を加え、前記伝動装置（７）の
    終点（１８）は引張り部材（９）の内端に作用し、該引
    張り部材（９）の外端は、前記上腕部（１）の、前記肘
    軸（３）と共に回転モ−メントレバ−を定める固定点
    （２０）に固定され、前記上腕部（１）の前記固定点
    （２０）に作用する回転モ−メントの推移が前記前腕部
    （２）の曲げ角度に従ってほぼ放物線状であり、約５度
    乃至２５度、好ましくは１０度乃至２０度伸ばした状態
    で最小値を有し、約９０度最大限に曲げた状態で最大値
    を有するように、力の伝達が前記伝動装置（７）によっ
    てなされること、を特徴とする肘リフタ。
  4. 【請求項４】 前記前腕部（２）の空所に一体的な集合
    体が設置されていること、を特徴とする請求項３に記載
    の肘リフタ。
  5. 【請求項５】 前記ばね要素（６）は渦巻きばねである
    こと、を特徴とする請求項３又は４に記載の肘リフタ。
  6. 【請求項６】 前記ばね要素（６）の引張り力が調整可
    能に形成されていること、を特徴とする請求項３乃至５
    のいずれか１に記載の肘リフタ。
  7. 【請求項７】 前記ばね要素（６）の付勢がウォ−ムギ
    ヤ（１４）を介して調節されること、を特徴とする請求
    項５又は６に記載の肘リフタ。
  8. 【請求項８】 前記ばね要素（６）はセンサ（２３）に
    よって制御される第１のモ−タ（２４）によって調節さ
    れること、を特徴とする請求項６又は７に記載の肘リフ
    タ。
  9. 【請求項９】 前記ばね要素（６）は回転力として従動
    プ−リ（１２）に作用し、伝動装置の起点（１７）と結
    合している伝動要素（８）は前記従動プ−リ（１２）に
    固定されていること、を特徴とする請求項３乃至８のい
    ずれか１に記載の肘リフタ。
  10. 【請求項１０】 前記伝動装置（７）はディスクカム機
    構であること、を特徴とする請求項３乃至９のいずれか
    １に記載の肘リフタ。
  11. 【請求項１１】 ａ）前記ディスクカム機構（７）は共
    通の軸（１０）の上に常に回転しないように取り付けら
    れたディスクカム（７ａ，７ｂ）を有すること、 ｂ）前記伝動要素（８）は曲げ弾性のあるベルト等であ
    り、該ベルトの一端は直接又は間接に前記ばね要素
    （６）に作用し、腕人工補装具が伸びたときに、前記２
    つのディスクカム（７ａ，７ｂ）のうちの前記第１のデ
    ィスクカム（７ａ）に広範囲に巻き付き、前記ベルトの
    他端は前記第１のディスクカム（７ａ）の、伝動装置起
    点（１７）を定める点に固定されていること、及び ｃ）前記引張り部材（９）は同様に曲げ弾性的に形成さ
    れ、該引張り部材（９）の内端は、前記第２のディスク
    カム（７ｂ）の、前記伝動装置終点（１８）を定める点
    に固定され、前記ディスクカム（７ｂ）は、前記前腕部
    （２）の曲げが増大するにつれて、前記引張り部材
    （９）によって益々巻き付けられること、を特徴とする
    請求項１０に記載の肘リフタ。
  12. 【請求項１２】 前記第２のディスクカム（７ｂ）から
    来る前記引張り部材（９）は転向ロ−ラ（１９）を回っ
    て、前記上腕部（１）の下方カ−ブ（２１）に沿ってほ
    ぼ接線方向に繰り出されること、を特徴とする請求項１
    １に記載の肘リフタ。
  13. 【請求項１３】 前記引張り部材（９）は、腕人工補装
    具が伸びたときに、前記転向ロ−ラ（１９）と前記上腕
    部（１）の固定点（２０）との間の領域で、前記上腕部
    （１）の、ほぼセグメント状に形成された下方カ−ブ
    （２１）に接触していること、を特徴とする請求項１２
    に記載の肘リフタ。
  14. 【請求項１４】 ケ−シング（５）はすべての構成部材
    を収容し又は取り囲むこと、を特徴とする請求項３乃至
    １３のいずれか１に記載の肘リフタ。
  15. 【請求項１５】 前記肘軸（３）の領域には、追加の回
    転モ−メントを前記前腕部（２）に加える第２のモ−タ
    （２５）が具備されていること、を特徴とする請求項３
    乃至１４のいずれか１に記載の肘リフタ。
  16. 【請求項１６】 流体力学的制動装置が前記転向ロ−ラ
    （１９）に組み込まれていること、を特徴とする請求項
    １２乃至１５のいずれか１に記載の肘リフタ。
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