Hand Gelenke des Fingers

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Bewegungen einer menschlichen Hand, wobei die Gelenkstellungen der Gelenke der menschlichen Hand durch eine Anzahl a von Sensoren erfasst werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hand Gelenke des Fingers von Bewegungen einer menschlichen Hand sowie eine entsprechende Vorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Konstruieren einer künstlichen Hand. Basierend auf derzeitigen Forschungsergebnissen wird davon ausgegangen, dass die menschliche Hand 22 Freiheitsgrade besitzt. Derzeit existierende Vorrichtungen zum Erfassen von Bewegungen einer menschlichen Hand beispielsweise Datenhandschuhe, die für die Dateneingabe verwendet werden können verwenden Sensoren, die direkt die Positionen oder Bewegungen der entsprechenden Gelenke der menschliche Hand messen, so dass für jedes Gelenk ein Sensor vorhanden ist.

Eine derartige Vorrichtung umfasst somit 22 Sensoren. Eine alternative Lösung zur Erfassung der Handpose ist es, die Muskelstellungen der beteiligten Muskeln zu messen, was derzeit nur sehr begrenzt möglich ist. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von Bewegungen einer menschlichen Hand bereit zu stellen, wobei weniger Sensoren benötigt werden, oder genauere Messdaten bei gleicher Sensoranzahl erreicht werden. Bei einem Verfahren zum Erfassen von Bewegungen einer menschlichen Hand erfolgt zunächst ein Erfassen der Gelenkstellungen der Gelenke der menschlichen Hand durch eine Anzahl a von Sensoren.

Dies wird dadurch möglich, dass die Bewegungen derjenigen Freiheitsgrade, die nicht über einen separaten Sensor erfasst werden, anhand von anatomischen Verkopplungen der Freiheitsgrade der menschlichen Hand berechnet werden.

Dies bedeutet, Hand Gelenke des Fingers nicht die Bewegungen aller Freiheitsgrade durch Sensoren erfasst werden müssen sondern die Bewegungen eines Teils der Freiheitsgrade nicht gemessen sondern berechnet werden. Ferner ist möglich, durch teilweise redundante Verwendung von Sensoren Hand Gelenke des Fingers Qualität der Erfassung von Bewegungen zu verbessern. Die menschliche Hand besitzt lediglich 19 Muskeln, um die Bewegungen der 22 Freiheitsgrade zu ermöglichen. Es ist bevorzugt, dass die Bewegungen derjenigen Freiheitsgrade, die nicht über einen separaten Sensor erfasst werden, anhand von anatomischen Verkopplungen der nicht direkt erfassten Freiheitsgrade mit einem oder mehreren direkt erfassten Freiheitsgraden berechnet werden.

Es werden somit vorzugsweise die Bewegungen solcher Freiheitsgrade nicht durch Sensoren erfasst, die sich aus den Bewegungen anderer Freiheitsgrade ableiten oder berechnen lassen. Hierbei werden vorzugweise die Bewegungen derjenigen Freiheitsgrade durch Sensoren erfasst, bei deren direkter Erfassung die Anzahl der benötigten Sensoren zu Berechnung der übrigen abhängigen Freiheitsgrade am geringsten ist. Die direkt erfassten Freiheitsgerade werden hierbei als unabhängige Freiheitsgrade bezeichnet, während die anderen Freiheitsgrade als abhängige Freiheitsgrade definiert werden.

Es ist bevorzugt, dass anhand von direkt erfassten oder berechneten ersten Freiheitsgraden andere nicht direkt erfasste zweite Freiheitsgrade, die mit diesen ersten Freiheitsgraden anatomisch verkoppelt sind, berechnet werden. Es könnte beispielsweise genutzt werden, dass der Bewegungsbereich des kleinen Fingers bzgl. Es ist bevorzugt, die Winkelposition des Kleinfinger-Basisgelenks aus den Positionen der Basisgelenke des Zeigefinger, Mittelfinger und Ringfinger zu berechnen.

Folgende Formel kann hierfür verwendet werden:. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Bewegungen oder Positionen direkt erfasster Freiheitsgrade Hand Gelenke des Fingers verwendet, die Bewegungen oder Positionen beteiligter Muskeln zu berechnen, wobei die Bewegungen oder Positionen dieser Muskeln nicht direkt über Sensoren erfasst werden.

Beispielsweise ist es möglich, anhand derartiger Positionen der Basisgelenke des Zeigefingers, des Mittelfingers und des Ringfingers die Positionen der 3 beteiligten Muskeln Extensor digitorum communis, Flexor digitorum profundus und Flexor profundus superficialis zu berechnen.

Mit Hilfe dieser berechneten aber nicht gemessenen Muskelpositionen können dann alle anderen Fingerpositionen berechnet werden, ohne dass diese gemessen werden müssen.

Durch die Bestimmung eines ausreichenden Sets an Fingerpositionen kann somit eine Rückrechnung auf Muskelpositionen erfolgen, woraufhin eine Berechnung der nicht gemessenen Funktionen der bekannten nämlich errechneten Muskelpositionen möglich ist.

Sämtliche Hinweise auf das Erfassen von Bewegungen von Freiheitsgraden oder Gelenken in der vorliegenden Anmeldung beziehen sich auch auf das Erfassen von Positionen bzgl.

Aus den sich ergebenden Gleichungen lassen sich Verkopplungen berechnen, welche mathematisch aufgelöst werden können. Es ergeben sich somit die oben genannten Zusammenhänge bzgl. Weitere Verkopplungen, die berücksichtigt werden können, sind zum Beispiel, dass es bei Hand Gelenke des Fingers nur dann möglich ist, das distale Glied der Finger unabhängig vom medialen Glied zu bewegen, wenn erstens der Finger in einer Extremalposition befindlich ist, oder zweitens, wenn der Finger an einen Gegenstand anschlägt.

Ferner könnte berücksichtigt werden, dass es nicht möglich ist, den Mittelfinger über die Nullstellung zurück zu bewegen, wenn Ring- und Zeigefinger abgewinkelt sind. Ferner kann berücksichtigt werden, dass Ringfinger und Kleinfinger nur begrenzt unabhängig voneinander bewegt werden können. Ferner liegen biomechanische Kenntnisse vor, wie beispielsweise bzgl.

Dieser Punkt wird besonders dann interessant, wenn zusätzlich Kraftdaten zur Verfügung stehen. Das bedeutet, dass z. Weitere geeignete Verkopplungen oder Zusammenhänge können anhand von Versuchen ermittelt werden.

Eine unabhängige Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konstruieren einer künstlichen Hand. In einem zweiten Schritt wird ein Antrieb oder ein antagonistisches Antriebspaar verkoppelt. Vereinfacht ausgedrückt wird geprüft, ob die künstliche Hand immer noch greifen kann wie ein Mensch. Da die Bewegungen dieser abhängigen Freiheitsgrade wahrscheinlich bereits durch andere Antriebe vorgenommen werden, ist es möglich, dass die entsprechenden Antriebe aufgrund der genannten Verkopplungen nicht benötigt werden.

Sofern die künstliche Hand trotz der deaktivierten Hand Gelenke des Fingers noch alle Bewegungen einer menschlichen Hand ausführen kann, werden weitere Antriebe verkoppelt. Die genannten Schritte werden solange wiederholt, wie die letztgenannte Prüfung ein positives Ergebnis liefert. Es wird somit davon ausgegangen, dass diese entkoppelten Antriebe für die künstliche Hand benötigt werden und nicht ersetzbar sind. Hand Gelenke des Fingers dieses Verfahren Hand Gelenke des Fingers es möglich, eine künstliche Hand zu entwickeln, die mit wesentlich weniger Antrieben als bisher vorhandene künstliche Hände auskommt.

Verfahren zum Erfassen von Bewegungen einer menschlichen Hand Gelenke des Fingers, mit den Schritten: Erfassen der Gelenkstellungen der Gelenke der menschlichen Hand durch eine Anzahl a von Sensoren, wobei zur Erfassung der Bewegungen der Anzahl b an Freiheitsgraden der menschlichen Hand weniger Sensoren als die Anzahl b der Freiheitsgrade verwendet werden, indem die Bewegungen derjenigen Freiheitsgrade, die nicht über einer separaten Sensor erfasst werden, anhand von anatomischen Verkopplungen der Freiheitsgrade der menschlichen Hand berechnet werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Hand Gelenke des Fingers 2, wobei anhand direkt erfasster oder berechneter erster Freiheitsgrade andere nicht direkt erfasste zweite Hand Gelenke des Fingers, die mit diesen ersten Freiheitsgraden anatomisch verkoppelt sind, berechnet werden. Hand Gelenke des Fingers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bewegungen der abhängigen Freiheitsgrade durch Sensoren erfasst werden, die einen kleineren Winkelbereich erfassen können, als die Sensoren der unabhängigen Freiheitsgrade.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Winkelposition des Kleinfinger-Basisgelenks aus den Positionen der Basisgelenke des Zeigefingers, Mittelfingers und Ringfingers berechnet wird. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bewegungen oder Positionen direkt erfasster Freiheitgrade dazu verwendet werden, die Bewegungen oder Positionen beteiligter Muskeln zu berechnen, wobei die Bewegungen oder Positionen dieser Muskel Hand Gelenke des Fingers direkt über Sensoren erfasst Hand Gelenke des Fingers und die Bewegungen oder Positionen nicht direkt erfasster Freiheitsgrade aus den berechneten Bewegungen oder Positionen Hand Gelenke des Fingers Muskeln berechnet werden.

Datenerfassungsvorrichtung zum Erfassen von Bewegungen einer menschlichen Hand, mit mehreren Sensoren zum Erfassen der Gelenkstellungen der Gelenke der menschlichen Hand, wobei die Datenerfassungsvorrichtung zur Erfassung der Bewegungen der Freiheitsgrade einer menschlichen Hand weniger Sensoren als die Anzahl der Freiheitsgrade aufweist.

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