Prothesensysteme für den Sport

Das modulare System der Prothesenlösung kann in drei Funktionseinheiten unterteilt werden: austauschbare Prothesenmodule, mechanische Schnellverschluss-Kupplung und Prothesenschaft

Die Prothesenendmodule erfüllen einzelne Greif-Funktionen robust und zuverlässig. Diesbezüglich werden einzelne Sportarten, respektive Anwendungsfälle mit unterschiedlichen Prothesenendmodulen abgedeckt. Bis zum jetzigen Stand werden Lösungen zu verschiedenen Anwendungsgebieten entwickelt und getestet, darunter Prothesen für das Tennis spielen. Die Prothesenversorgung ermöglicht das Aufnehmen, Halten und Freigeben eines Tennisballes. Die Aktorik, Signalverarbeitung und Sensorik ist in der Prothesenhand integriert. Verschiedene Ausarbeitungen sind bereits entwickelt und werden von einer Probandin getestet.

Auch ein Prothese für das Fahrradfahren wurde konstruiert. Die entwickelte Prothesenlösung des Institutes für Mechatronische Systeme kann auf alle gängigen Fahrradlenker geklippt werden. Somit muss ein Prothesenträger keine Umbauvorrichtungen am Lenker und den Bremsen vornehmen und es können auch Leih-Fahrräder in den Ferien benutzt werden. Die Bremseinleitung erfolgt über eine Zwangskinematik bei Absenkung des Unterarmes Richtung Pedalen. Die Prothesenversorgung benötigt diesbezüglich keine Aktorik, Elektronik oder Spannungsversorgung und kann kostengünstig und gewichtsoptimiert hergestellt werden.

Die Ski-Prothesenhand ermöglicht das Halten eines modernen Skistockes.

Die Ski-Prothesenhand ermöglicht das Halten eines modernen Skistockes.

Für Winteraktivitäten wie alpines Skifahren wurde eine Ski-Prothesenhand entwickelt. Sie ermöglicht das Halten eines modernen Skistockes. Die Hand klemmt den Stock über ein designtes Festkörpergelenk zwischen Daumen und der Handfläche. Optional kann die Prothesen-Hand über ein integriertes Boa-Verschlusssystem den Stock zusätzlich klemmen. Dies ermöglicht neben dem Halten des Stockes zur verbesserten Balance auf den Skiern auch das Abstoßen mit dem Skistock.

Die Langlauf-Prothesenhand ermöglicht das exakte Führen des Stockes während dem klassischen Langlaufen. Optional kann die vorliegende Prothesenlösung auch mit einer menschenähnlicheren Handgeometrie gewählt werden.

Prothese für alltägliche Arbeiten

Eine Prothesenversorgung für alltägliche Arbeiten wird mit der gezeigten Prothesenhand erreicht. Dabei können drei der Langfinger und der Daumen individuell angesteuert werden. Die Fingerbewegung wurde einer natürlichen Handbewegung beim Zylindergriff nachempfunden und ermöglichen dem Träger eine Vielzahl an Objekten zu greifen und zu halten. Die Prothesenversorgung wiegt ca. 180 g (exkl. Spannungsversorgung) bei aktuellen Fertigungskosten von ca. 900 CHF.

Eingesetzt werden qualitativ hochwertige DC-Getriebemotoren der Firma Faulhaber in Kombination mit jeweils einer Motorentreiberplatine mit integrierter Strommessungen. Die Prothesenversorgung kann weitgehend aus 3D-gedruckten ABS-Teilen hergestellt werden. Der Anwendungskatalog für die Prothesenendversorgungen wird laufend vergrößert und die einzelnen Prothesenendmodule spezifisch optimiert.

Mechanische Kupplung

Die Darstellung zeigt den kompletten Aufbau der Kupplung. Auf der linken Seite ist schematisch der Prothesenschaft dargestellt. Das Konzept Sicherheitsrelevante Schnellverschlusskupplung für modulare Handprothesen ist zur Patentierung angemeldet (Okt. 2016) worden.

Die Darstellung zeigt den kompletten Aufbau der Kupplung. Auf der linken Seite ist schematisch der Prothesenschaft dargestellt. Das Konzept Sicherheitsrelevante Schnellverschlusskupplung für modulare Handprothesen ist zur Patentierung angemeldet (Okt. 2016) worden.

Die mechanische Schnell-Verschluss-Kupplung ermöglichen das an-, beziehungsweise abkoppeln der verschiedenen Prothesenendmodule. Eine Kupplung ist ausgearbeitet, mit welcher Prothesenhandmodule einfach, einhändig und schnell an den Prothesenschaft gekoppelt werden können.

Die ausgearbeitete Schnell-Verschluss-Kupplung gibt bei definierten Lastfällen die Handprothese vom Schaft frei und die Komponenten werden vor Zerstörung geschützt. Beim Auslösen wird ein einfaches und kostengünstiges Bauteil zerstört, welches vom Prothesenträger selber ersetzt werden kann und Reparaturkosten/ Reparaturzeiten entfallen. Weiter kann durch unterschiedlich dicke Sollbruchstellen der Prothesenträger selber die Last festlegen, bei welchem die Prothese vom Schaft abkoppelt. Neben der Entkopplung ist es dem Prothesenträger möglich, die Handprothese in verschiedenen radialen Stellungen an den Prothesenschaft zu koppeln.

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Über die Autoren

Prof. Dr. Wilfried J. Elspass

lehrt an der ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, SoE School of Engineering, IMS Institut für Mechatronische Systeme in Zürich, Schweiz.

Fabian Schollenberger

arbeitet an der ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, SoE School of Engineering, IMS Institut für Mechatronische Systeme in Zürich, Schweiz.