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    • 专利摘要:
    Ein Drehmomentsensor für die Messung eines Drehmoments an einem vorgegebenen Ort eines Bauelements, insbesondere einer Prothese, erlaubt seine Anordnung außerhalb des Messortes dadurch, dass er als eine eine virtuelle Drehachse (16, 16') außerhalb des Sensors bildende Sensorstruktur (13, 13', 23) aufgebaut ist und mit Verformungen der Sensorstruktur (13), 13', 23) erfassenden Messaufnehmern (29) zur Bestimmung eines Drehmoments um die virtuelle Drehachse (16, 16') versehen ist. DOLLAR A Ein bevorzugter Anwendungsfall für den Drehmomentsensor liegt in der Steuerung eines künstlichen Gelenks durch einen Einbau in eine Prothese.A torque sensor for measuring a torque at a predetermined location of a component, in particular a prosthesis, allows its location outside of the measurement location by acting as a sensor structure (13, 13 ') forming a virtual axis of rotation (16, 16') outside the sensor. 23) and with deformations of the sensor structure (13), 13 ', 23) detecting measuring sensors (29) for determining a torque about the virtual axis of rotation (16, 16') is provided. DOLLAR A A preferred application for the torque sensor is in the control of an artificial joint by incorporation into a prosthesis.
    公开号:DE102004004678A1
    申请号:DE102004004678
    申请日:2004-01-29
    公开日:2005-08-25
    发明作者:Herman Dipl.-Masch.-Ing. Boiten
    申请人:Otto Bock Healthcare GmbH；
    IPC主号:A61F2-60
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Drehmomentsensor für die Messung eines Drehmomentsan einem vorgegebenen Ort eines Bauelements, insbesondere einerProthese.TheThe invention relates to a torque sensor for measuring a torqueat a given location of a device, in particular oneProsthesis.
    [0002] DieErfindung befasst sich somit mit der Messung eines Drehmoments aneinem bestimmten Ort eines Bauelements, um entweder lediglich dieInformation überdas an diesem Ort auftretende Drehmoment für Warnzwecke zu erhalten odermit der Information überdas auftretende Drehmoment eine Steuerung vorzunehmen. Grundsätzlich istes bekannt, Drehmomente mit geeigneten Messelementen, beispielsweiseDehnungsmessstreifen, zu ermitteln, die an den Stellen angebrachtsind, wo das Drehmoment auftritt. In vielen Fällen bringt die Anordnung eines Drehmomentsensorsan der Messstelle erhebliche konstruktive Nachteile mit sich, sodassdann nach weniger geeigneten konstruktiven Lösungen gesucht wird oder dieMessung an einem anderen, weniger geeigneten Ort vorgenommen wird.TheInvention thus addresses the measurement of torquea particular location of a device to either just theinformation aboutto obtain the torque occurring at this location for warning purposes orwith the information aboutthe torque occurring to make a control. BasicallyIt is known torques with suitable measuring elements, for exampleStrain gages, to be determined, which are attached to the placesare where the torque occurs. In many cases, the arrangement of a torque sensor bringsat the measuring point considerable structural disadvantages with it, sothen looking for less suitable constructive solutions or theMeasurement is made at a different, less suitable location.
    [0003] EinBeispiel hierfürist die Steuerung eines künstlichenKniegelenks. Derartige künstlicheKniegelenke werden in der Standphase mit einer hohen Dämpfung versehen,um das Gelenk in der Standphase stabil zu halten. Demgegenüber mussbei einer beabsichtigten Beugung des Kniegelenks eine niedrige Dämpfung wirksamsein. Zur Steuerung der Dämpfungist es bekannt, in der Nähedes Kniegelenks das Drehmoment um die Knieachse oder in der Nähe der Knieachsezu ermitteln. Da sich jedoch sowohl beim Auftreten als auch kurzvor dem Einbeugen des Kniegelenks ein etwa gleich großes Kniestreckmomentausbildet, ist eine saubere Trennung zwischen Standphase und Schwungphaseschwierig zu realisieren. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Steuerungnegativ beeinflusst.OneExample for thisis the control of an artificialKnee joint. Such artificialKnee joints are provided in the stance phase with a high attenuation,to keep the joint stable in the stance phase. In contrast, mustin the case of an intended flexion of the knee joint, a low attenuation is effectivebe. For controlling the dampingit is known nearbyof the knee joint, the torque around the knee axis or near the knee axisto investigate. Since, however, both on appearance and shortbefore bending in the knee joint an approximately equal knee extensor torqueis a clean separation between stance phase and swing phasedifficult to realize. This will increase the sensitivity of the controllernegatively influenced.
    [0004] Esist bekannt, dass eine bessere Differenzierung zwischen der Standphaseund der Schwungphase möglichwird, wenn ein Drehmoment direkt oberhalb des Fußes ermittelt wird, um eindem Knöchelmoment ähnlichesSignal zu liefern. Die Anordnung des Sensors im Unterschenkelbereichhat jedoch den Nachteil, dass der Aufbau des Unterschenkelrohreseiner modularen Unterschenkelprothese in spezieller Weise erfolgenmuss, sodass ein stark erhöhterkonstruktiver Aufwand erforderlich wird. Zudem können Prothesenfüße mit integriertemUnterschenkelpylon nicht eingesetzt werden.ItIt is known that a better differentiation between the stance phaseand the swing phase possibleis when a torque is determined directly above the foot, to asimilar to the ankle momentSignal to deliver. The arrangement of the sensor in the lower leg areaHowever, has the disadvantage that the structure of the lower leg tubea modular lower leg prosthesis in a special waymust, so a greatly increasedconstructive effort is required. In addition, prosthetic feet with integratedLower leg pylon should not be used.
    [0005] Dervorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehmomentsensorso auszubilden, dass konstruktive Nachteile durch seine Anordnungin dem Bauelement vermieden oder zumindest verringert werden.Of theThe present invention is therefore based on the object, a torque sensorin such a way that constructive disadvantages due to its arrangementbe avoided in the device or at least reduced.
    [0006] ZurLösungdieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Drehmomentsensorder eingangs erwähntenArt dadurch gekennzeichnet, dass er als eine eine virtuelle Drehachseaußerhalbdes Sensors bildende Sensorstruktur aufgebaut ist und mit Verformungender Sensorstruktur erfassenden Messaufnehmern zur Bestimmung einesDrehmoments um die virtuelle Drehachse versehen ist.tosolutionThis object is inventively a torque sensorthe aforementionedArt characterized in that it acts as a virtual axis of rotationoutsidethe sensor forming sensor structure is constructed and with deformationsthe sensor structure detecting sensors for determining aTorque is provided around the virtual axis of rotation.
    [0007] Dererfindungsgemäße Drehmomentsensor ermöglicht somitdie Feststellung eines Drehmoments an einem außerhalb der Sensorstrukturliegenden Ort, der mit der virtuellen Drehachse der Sensorstrukturzusammenfällt.Hierzu weist der Drehmomentsensor für seine Verformung im Wesentlicheneinen Freiheitsgrad auf.Of theTorque sensor according to the invention thus enablesthe detection of a torque at an outside of the sensor structurelying location, with the virtual axis of rotation of the sensor structurecoincides.For this purpose, the torque sensor for its deformation substantiallyone degree of freedom.
    [0008] Esist – insbesondereauf dem Gebiet der Prothetik – bekannt,Mehrachs-Drehgelenkemit einer außerhalbdes Gelenks angeordneten und sich während der Gelenkaktion bewegendenvirtuellen Drehachse zu verwenden. Eine derartige Mehrachs-Strukturist beispielsweise fürExartikulations-Amputierte erforderlich, weil sich in diesem Fall auskonstruktiven Gründeneine Knieachse nicht an der anatomisch richtigen Stelle unmittelbarunterhalb des Oberschenkelstumpfes anbringen lässt. Darüber hinaus kann die wanderndevirtuelle Drehachse ausgenutzt werden, um die gewünschte Standstabilität zu erhöhen unddie Beugung währendder Schwungphase zu unterstützen.Itis - in particularin the field of prosthetics - known,Multi-axis swivel jointswith an outsideof the joint and moving during the joint actionto use virtual rotation axis. Such a multi-axis structureis for exampleDisarticulation amputee required because in this caseconstructive reasonsa knee axis not directly at the anatomically correct placeattach below the thigh stump. In addition, the wanderingvirtual axis of rotation can be exploited to increase the desired stability and stabilitythe flexion duringto support the swing phase.
    [0009] Dieerfindungsgemäße Sensorstrukturkann in analoger Weise aufgebaut sein, wobei jedoch nur eine sehrgeringe Rotation der Sensorstruktur um die virtuelle Drehachse,also nur eine vernachlässigbare Verschiebungder Drehsachse bei Belastung, zugelassen wird. Dazu können beispielsweisedie frei beweglichen Drehachsen der Mehrachs-Struktur durch nurgeringfügigbiegbare elastische Gelenke ersetzt werden.Theinventive sensor structurecan be constructed in an analogous manner, but only a veryslight rotation of the sensor structure about the virtual axis of rotation,so only a negligible shiftthe axis of rotation under load, is allowed. This can, for examplethe freely movable axes of rotation of the multi-axis structure by onlyslightbendable elastic joints are replaced.
    [0010] Eineandere geeignete Struktur kann mit zwei starren, ggf. etwa parallelangeordneten Lenkern realisiert werden, die mittels zweier, einenWinkel miteinander bildenden Blattfedern verbunden sind. Die Schnittlinieder durch die Blattfedern aufgespannten Ebenen bildet dabei dievirtuelle Drehachse außerhalbder Sensorstruktur.Aother suitable structure may be rigid with two, possibly approximately parallelarranged handlebars are realized by means of two, oneAngle interconnected leaf springs are connected. The cutting linethe plane formed by the leaf springs forms the planevirtual axis of rotation outsidethe sensor structure.
    [0011] Inallen Ausführungsformenlässt sichdas Drehmoment um die virtuelle Drehachse mittels einer entsprechendenVerformung der Sensorstruktur durch geeignete Messaufnehmer ermitteln.Geeignete Messaufnehmer könnenKraft-, Druck- und/oder Wegaufnehmer sein. Besonders geeignet istdie Verwendung von Dehnungsmessstreifen.Inall embodimentslet yourselfthe torque about the virtual axis of rotation by means of a correspondingDetermine deformation of the sensor structure by means of suitable sensors.Suitable sensors canForce, pressure and / or transducer be. Particularly suitablethe use of strain gauges.
    [0012] Mitdem erfindungsgemäßen Drehmomentsensorlässt sichbevorzugt die Gelenkaktion einer Prothese steuern. Die Sensorstrukturkann insbesondere zur Steuerung eines künstlichen Kniegelenks im Kniebereichangeordnet werden und das Drehmoment im Unterschenkelbereich derProthese messen.Withthe torque sensor according to the inventionlet yourselfprefers to control the joint action of a prosthesis. The sensor structureespecially for controlling an artificial knee joint in the knee areabe arranged and the torque in the lower leg of theMeasure the prosthesis.
    [0013] Durchdie Erfindung ist es ferner nicht ausgeschlossen, auch ein Drehmomentnicht nur außerhalbder Sensorstruktur, sondern auch außerhalb des Bauelements zuermitteln, um hiermit ggf. verbesserte Steuerungen vorzunehmen.Bythe invention is also not excluded, also a torquenot just outsidethe sensor structure, but also outside the device toodetermine, if necessary, to perform improved controls.
    [0014] DieErfindung soll im Folgenden anhand von in der Zeichnung dargestelltenAusführungsbeispielennäher erläutert werden.Es zeigen:TheInvention will be described below with reference to in the drawingembodimentsbe explained in more detail.Show it:
    [0015] 1 -eine modular aufgebaute Kniegelenkprothese mit einem künstlichenFuß undeinem Drehmomentsensor unmittelbar unterhalb des Kniegelenks, dereine virtuelle, das Unterschenkelrohr schneidende Drehachse derProthese aufweist 1 - A modular knee joint prosthesis with an artificial foot and a torque sensor immediately below the knee joint, which has a virtual, the lower leg tube intersecting axis of rotation of the prosthesis
    [0016] 2 -eine Anordnung gemäß 1 miteinem Drehmomentsensor, dessen virtuelle Drehachse im Unterschenkelbereichaußerhalbdes Bauelements zwischen Vorfuß undKniegelenksdrehachse angeordnet ist 2 - An arrangement according to 1 with a torque sensor whose virtual axis of rotation is arranged in the lower leg area outside of the component between the forefoot and the knee joint rotation axis
    [0017] 3 -eine Seitenansicht eines in den Anordnungen gemäß 1 bzw. 2 verwendbaren Sensors 3 a side view of one in the arrangements according to 1 respectively. 2 usable sensor
    [0018] 4 -eine perspektivische Ansicht des Sensors gemäß 3 4 - A perspective view of the sensor according to 3
    [0019] 5 -eine Seitenansicht des Sensors gemäß 3 in einemverformten Zustand 5 - A side view of the sensor according to 3 in a deformed state
    [0020] 6 -eine weitere Ausführungsformeines Drehmomentsensors, der mit Blattfedern aufgebaut ist 6 - Another embodiment of a torque sensor, which is constructed with leaf springs
    [0021] 7 -eine perspektivische Ansicht des Drehmomentsensors gemäß 6 7 - A perspective view of the torque sensor according to 6
    [0022] 8 -eine Seitenansicht des Drehmomentsensors in einem verformten Zustand. 8th - A side view of the torque sensor in a deformed state.
    [0023] Diein 1 dargestellte Prothese weist ein monoaxialesKniegelenk 1 auf, das mit einem Anschlussadapter 2 miteinem (nicht dargestellten) Oberschenkel-Prothesenteil verbindbarist. Das Kniegelenk 1 weist an seiner Unterseite einenRohransatz 3 auf, in dem ein mit einer exzentrischen Drehachse 4 verbundenerLenker 5 in einer Längsführung 6 gegendie Rückstellkrafteiner Druckfeder 7 verschiebbar gelagert ist. Der Lenker 5 wirdbei einer Beugebewegung des Kniegelenks 1 gegen die Verstellkraftder Rückstellfeder 7 nachunten verschoben, bis der Anlenkpunkt der Hilfsachse 4 einen unterenTotpunkt überwindet.Daraufhin unterstützt dieRückstellkraftder Druckfeder 7 die weitere Beugung und stabilisiert dasKnie in der gebeugten Stellung, wenn sich der Prothesenträger beispielsweise gesetzthat.In the 1 The prosthesis shown has a monoaxial knee joint 1 on that with a connection adapter 2 with a (not shown) thigh prosthesis part is connectable. The knee joint 1 has a pipe socket on its underside 3 in which one with an eccentric axis of rotation 4 connected handlebars 5 in a longitudinal guide 6 against the restoring force of a compression spring 7 is slidably mounted. The driver 5 becomes during a flexion movement of the knee joint 1 against the adjusting force of the return spring 7 shifted down until the pivot point of the auxiliary axis 4 overcomes a bottom dead center. Thereupon, the restoring force of the compression spring supports 7 the further flexion and stabilizes the knee in the bent position when the prosthesis wearer has settled, for example.
    [0024] Über eineRohrmuffe 8 ist das Kniegelenk 1 mit einem Unterschenkelrohr 9 verbunden,dessen anderes Ende mit einer Justiermuffe 10 mit einem Justierzapfeneines künstlichen,gelenklosen Fußes 11 verbundenist. Zur Verdeutlichung der Gebrauchsstellung des künstlichenFußes 11 istdieser im Fersenbereich auf einen kleinen Sockel 12 gestelltgezeichnet, der einem üblicherweisevorhandenen Schuhabsatz entspricht.About a pipe sleeve 8th is the knee joint 1 with a lower leg tube 9 connected, the other end with a Justiermuffe 10 with an adjusting pin of an artificial, jointless foot 11 connected is. To clarify the position of use of the artificial foot 11 this is in the heel area on a small pedestal 12 posed, which corresponds to a usually existing shoe heel.
    [0025] Inden Rohransatz 3 des Kniegelenks 1 ist unterhalbder Drehachse eine Sensorstruktur 13 eingesetzt, derenAufbau unten nähererläutertwird. 1 lässterkennen, dass die hohl aufgebaute Sensorstruktur aufgrund einerspeziellen, inneren Kontur 14 und ihrer äußeren Konturvier Stellen aufweist, an denen das Material verdünnt istund die somit als elastische Gelenke fungieren. Vertikale Verbindungslinien 15 dieserGelenke schneiden sich in einer virtuellen Drehachse 16,die in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispielmittig im Unterschenkelrohr 9 etwas oberhalb des Knöchelbereichsliegt.In the pipe socket 3 of the knee joint 1 is below the axis of rotation a sensor structure 13 used, whose structure is explained in more detail below. 1 indicates that the hollow sensor structure due to a special, inner contour 14 and its outer contour has four places where the material is thinned and thus act as elastic joints. Vertical connecting lines 15 These joints intersect in a virtual axis of rotation 16 in the in 1 illustrated embodiment centrally in the lower leg tube 9 just above the ankle area.
    [0026] In 1 sindAbständeA, B der virtuellen Drehachse 16 zu Kraftwirkungslinien 17, 18 eingezeichnet,die den Auflagepunkt des Fußes 11 imFersenbereich bzw. im Ballenbereich schneiden und durch die Drehachsedes Kniegelenks 1 verlaufen. Die dargestellten Kraftwirkungslinien 17, 18 entsprechenetwa der Belastungssituation der Prothese beim Auftreten auf dieFerse 17 bzw. beim Abrollen auf dem Vorfuß 18.In 1 are distances A, B of the virtual axis of rotation 16 to force action lines 17 . 18 plotted the bearing point of the foot 11 cut in the heel area or in the ball area and through the axis of rotation of the knee joint 1 run. The illustrated force action lines 17 . 18 correspond approximately to the loading situation of the prosthesis when it occurs on the heel 17 or when rolling on the forefoot 18 ,
    [0027] Dader Abstand B zur Vorfuß-Kraftwirkungslinie 18 deutlichgrößer istals der Abstand A zur Fersen-Kraftwirkungslinie 17, gehenauf den Vorfuß wirkendeKräftemit einem größeren Hebelarmin die Drehmomentmessung des Sensors 13 ein als die auf dieFerse wirkenden Kräfte.Der in 1 dargestellte Sensor 13 ist daher inerster Linie „vorfußempfindlich".Since the distance B to the forefoot force line of action 18 is significantly greater than the distance A to the heel force line of action 17 , forces acting on the forefoot with a larger lever arm go into the torque measurement of the sensor 13 one as the forces acting on the heel. The in 1 illustrated sensor 13 is therefore primarily "forefoot sensitive".
    [0028] Diein 2 dargestellte Anordnung entspricht der in 1 dargestellten,jedoch mit dem Unterschied, dass der dargestellte Sensor 23 zwar anderselben Stelle eingebaut ist wie der Sensor 13 in 1,jedoch aufgrund der Ausbildung seiner Innenkontur 24 undAußenkontureine nach vorn verlagerte virtuelle Drehachse 16' aufweist. Somitist der Abstand A' dervirtuellen Drehachse 16' vonder Fersen-Kraftwirkungslinie 17 wesentlich größer alsder Abstand B' vonder Vorfuß-Kraftwirkungslinie 18. Demzufolgeist der in 2 dargestellte Sensor 23 „fersenempfindlich". Eine geeignetePositionierung der virtuellen Drehachse 16, 16' erleichtertdie unter Benutzung der vom Sensor 13 erzeugten Messdaten durchgeführte Steuerung.In the 2 shown arrangement corresponds to in 1 shown, but with the difference that the sensor shown 23 Although installed in the same place as the sensor 13 in 1 , but due to the formation of its inner contour 24 and outer contour a forwardly displaced virtual axis of rotation 16 ' having. Thus, the distance A 'is the virtual axis of rotation 16 ' from the heel force line of action 17 much larger than that Distance B 'from the forefoot force line of action 18 , As a result, the in 2 illustrated sensor 23 "Heel-sensitive." A suitable positioning of the virtual axis of rotation 16 . 16 ' facilitates the use of the sensor 13 generated measurement data performed control.
    [0029] Inden 3 bis 5 ist eine erste Ausführungsformeiner Sensorstruktur 13 dargestellt. Diese besteht auseinem Block mit einem festen oberen Steg 19 und einem dazuparallel verlaufenden festen unteren Steg 20.In the 3 to 5 is a first embodiment of a sensor structure 13 shown. This consists of a block with a fixed upper bridge 19 and a parallel lower fixed web 20 ,
    [0030] DerInnenraum 14 ist durch zwei vertikal verlaufende Stege 21, 22 begrenzt,die einen Winkel miteinander bilden, der dem Winkel der Verbindungslinien 15 in 1 entspricht.Aufgrund der Gestaltung der Innenkontur 14 und Außenkonturweisen die Stege 21, 22 vier Stellen mit einerminimalen Materialdicke auf, die vier elastisch verformbare Gelenke 25, 26, 27, 28 bilden.Auf beiden Wandseiten der Gelenke 25, 26, 27, 28 sindjeweils innere und äußere Dehnmessstreifen 29 angebracht,mit denen Verformungen der elastisch verformbaren Gelenke 25, 26, 27, 28 messbarsind.The interior 14 is by two vertical webs 21 . 22 limited, which form an angle with each other, the angle of the connecting lines 15 in 1 equivalent. Due to the design of the inner contour 14 and outer contour have the webs 21 . 22 four places with a minimum material thickness, the four elastically deformable joints 25 . 26 . 27 . 28 form. On both sides of the joints 25 . 26 . 27 . 28 are each inner and outer strain gauges 29 attached, with which deformations of the elastically deformable joints 25 . 26 . 27 . 28 are measurable.
    [0031] 4 verdeutlichtdie beschriebene Anordnung in einer perspektivischen Ansicht. Dabeiwird deutlich, dass die Dehnmessstreifen 29 sich nicht über diegesamte Breite der Gelenke 27, 28, 29, 30 erstrecken,sondern eine wesentlich geringere Breite aufweisen und mittig bezüglich derTiefe der Sensorstruktur 13 angeordnet sind. 4 illustrates the arrangement described in a perspective view. It becomes clear that the strain gauges 29 not over the entire width of the joints 27 . 28 . 29 . 30 but have a substantially smaller width and centered with respect to the depth of the sensor structure 13 are arranged.
    [0032] 5 lässt im Vergleichzu 3 eine leichte Drehung des oberen Stegs 19 relativzum unteren Steg 20 erkennen. Eine vom Drehmoment um dievirtuelle Drehachse 16 verursachte Drehung des oberen Stegs 19 bedingteine übereinstimmendeDrehung der elastischen Gelenke 25, 26, 27, 28.Die durch die Dehnungsmessstreifen 29 gemessene Verformungentspricht somit direkt einem Drehmoment, das um die virtuelle Drehachse 16 derSensorstruktur 13 auftritt. 5 leaves compared to 3 a slight twist of the upper bridge 19 relative to the lower bridge 20 detect. One of the torque around the virtual axis of rotation 16 caused rotation of the upper bridge 19 conditionally a coincident rotation of the elastic joints 25 . 26 . 27 . 28 , The through the strain gauges 29 measured deformation thus corresponds directly to a torque that is around the virtual axis of rotation 16 the sensor structure 13 occurs.
    [0033] Die 6 bis 8 zeigeneine weitere Ausführungsformeiner Sensorstruktur 13',bei der die Verbindung zwischen dem oberen Steg 19 unddem unteren Steg 20 mittels zweier eingespannter ebener Blattfedern 30, 31 erfolgt.Die Ebenen der Blattfedern 30, 31 entsprechenden Verbindungslinien 15 und bilden einen Winkel miteinander,dessen Schnittlinie die virtuelle Drehachse 16 bestimmt.In dem dargestellten Ausführungsbeispielist eine Blattfeder 30 mit einem inneren und einem äußeren Dehnungsmessstreifen 29 versehen.The 6 to 8th show a further embodiment of a sensor structure 13 ' in which the connection between the upper bridge 19 and the lower jetty 20 by means of two clamped flat leaf springs 30 . 31 he follows. The levels of leaf springs 30 . 31 correspond to the connecting lines 15 and form an angle with each other, whose section line the virtual axis of rotation 16 certainly. In the illustrated embodiment is a leaf spring 30 with an inner and an outer strain gauge 29 Mistake.
    [0034] Dieperspektivische Ansicht gemäß 7 verdeutlichtBohrungen 32 in den starren Stegen 19, 20,die der Befestigung bzw. Einspannung der Blattfedern 30, 31 dienen.The perspective view according to 7 clarifies holes 32 in the rigid bars 19 . 20 , the attachment or clamping of the leaf springs 30 . 31 serve.
    [0035] 8 zeigteinen belasteten Zustand der Sensorstruktur 13', in dem dieBlattfedern 30, 31 aufgrund eines Drehmomentsin der virtuellen Drehachse 16 durch jeweils zwei Biegungenmit jeweils zwei Biegepunkten verformt sind, wodurch eine geringfügige Drehungdes oberen starren Steges 19 relativ zum unteren starrenSteg 20 erfolgt. Die Dehnungsmessstreifen 29 detektierendie Biegung der Blattfeder 30 an einem der Biegepunkteder Blattfeder 30. Diese Biegung steht in einem direktenZusammenhang mit dem Drehmoment um die virtuelle Drehachse 16, 16' der Sensorstruktur 13.Auch die Biegungen an den anderen Biegestellen können zur Bestimmung des Drehmomentsum die virtuelle Drehachse genutzt werden. Eine kombinierte Messungan mehreren Biegestellen kann die Genauigkeit der Messung ggf. erhöhen. 8th shows a loaded state of the sensor structure 13 ' in which the leaf springs 30 . 31 due to a torque in the virtual axis of rotation 16 are deformed by two bends each having two bending points, whereby a slight rotation of the upper rigid web 19 relative to the lower rigid bridge 20 he follows. The strain gauges 29 detect the bending of the leaf spring 30 at one of the bending points of the leaf spring 30 , This bend is directly related to the torque about the virtual axis of rotation 16 . 16 ' the sensor structure 13 , The bends at the other bending points can also be used to determine the torque about the virtual axis of rotation. A combined measurement at several bending points can possibly increase the accuracy of the measurement.
    [0036] Während dieAusführungsformder Sensorstruktur 13 gemäß den 3 bis 5 alsklare Vier-Gelenk-Struktur erkennbar ist, zeigt die Ausführungsformgemäß den 6 bis 8,dass auch andere Strukturen geeignet sind, für die erfindungsgemäße Drehmomentmessungaußerhalbder Sensorstruktur 13, 13', 23 eingesetzt zu werden.While the embodiment of the sensor structure 13 according to the 3 to 5 can be seen as a clear four-joint structure, the embodiment according to the 6 to 8th in that other structures are also suitable for the torque measurement according to the invention outside the sensor structure 13 . 13 ' . 23 to be used.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1]
    Drehmomentsensor für die Messung eines Drehmomentsan einem vorgegebenen Ort eines Bauelements, insbesondere einerProthese, dadurch gekennzeichnet, dass er als eine eine virtuelleDrehachse (16, 16')außerhalbdes Sensors bildende Sensorstruktur (13, 13', 23)aufgebaut ist und mit Verformungen der Sensorstruktur (13, 13', 23)erfassenden Messaufnehmern (29) zur Bestimmung eines Drehmomentsum die virtuelle Drehachse (16, 16') versehen ist.Torque sensor for the measurement of a torque at a given location of a component, in particular a prosthesis, characterized in that it can be used as a virtual axis of rotation ( 16 . 16 ' ) outside the sensor forming sensor structure ( 13 . 13 ' . 23 ) and with deformations of the sensor structure ( 13 . 13 ' . 23 ) measuring sensors ( 29 ) for determining a torque about the virtual axis of rotation ( 16 . 16 ' ) is provided.
    [2]
    Drehmomentsensor nach Anspruch 1, gekennzeichnetdurch eine Ausbildung als Mehrgelenkstruktur mit elastisch verformbarenGelenken (25, 26, 27, 28).Torque sensor according to claim 1, characterized by a design as a multi-joint structure with elastically deformable joints ( 25 . 26 . 27 . 28 ).
    [3]
    Drehmomentsensor nach Anspruch 2, gekennzeichnetdurch eine Ausbildung als Viergelenkstruktur.Torque sensor according to claim 2, characterizedby training as a four-joint structure.
    [4]
    Drehmomentsensor nach Anspruch 1, gekennzeichnetdurch eine Ausbildung mit zwei planaren Blattfederanordnungen (30, 31),deren Ebenen sich in der virtuellen Drehachse (16, 16') schneiden.Torque sensor according to claim 1, characterized by a design with two planar leaf spring arrangements ( 30 . 31 ) whose planes are in the virtual axis of rotation ( 16 . 16 ' ) to cut.
    [5]
    Drehmomentsensor nach Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Messaufnehmer (29) Dehnungsmessstreifen sind.Torque sensor according to claims 1 to 4, characterized in that the sensors ( 29 ) Strain gages are.
    [6]
    Prothese mit einem zur Steuerung eines künstlichenGelenks eingesetzten Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis5.Prosthesis with a to control an artificial pivot joint sensor used according to one of claims 1 to 5.
    [7]
    Prothese nach Anspruch 6 mit einem Drehmomentsensorzur Steuerung eines künstlichenKniegelenks (1), dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Drehachse(16, 16')der Sensorstruktur (13, 13', 23) im Unterschenkelbereichder Prothese liegt und dass die Sensorstruktur (13, 13', 23)im Kniebereich angeordnet ist.A prosthesis according to claim 6 comprising a torque sensor for controlling an artificial knee joint ( 1 ), characterized in that the virtual axis of rotation ( 16 . 16 ' ) of the sensor structure ( 13 . 13 ' . 23 ) lies in the lower leg region of the prosthesis and that the sensor structure ( 13 . 13 ' . 23 ) is arranged in the knee area.
    [8]
    Prothese nach Anspruch 7 mit einem Drehmomentsensorzur Steuerung eines künstlichenKniegelenks (1), dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Drehachse(16, 16')der Sensorstruktur (13, 13', 23) im Knöchelbereichder Prothese liegt und dass die Sensorstruktur (13, 13', 23)im Kniebereich angeordnet ist.A prosthesis according to claim 7 comprising a torque sensor for controlling an artificial knee joint ( 1 ), characterized in that the virtual axis of rotation ( 16 . 16 ' ) of the sensor structure ( 13 . 13 ' . 23 ) lies in the ankle area of the prosthesis and that the sensor structure ( 13 . 13 ' . 23 ) is arranged in the knee area.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    EP1559384A1|2005-08-03|
    CN1647779A|2005-08-03|
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    CN100551342C|2009-10-21|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-08-25| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2006-06-22| 8364| No opposition during term of opposition|
    2008-11-20| 8339| Ceased/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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