Устройство для управления биоэлектрическими протезами

Устройство для управления биоэлектрическими протезами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - приближение движений многофункционального протеза к естественным. Устройство содержит двухканальный блок 1, включающий электроды 2, 3, усилители 4, 5 биопотенциалов и детекторы 6, 7. Преобразователь 9 выполнен на мультивибраторах и подключен через контакты 10 реле блока 12 коммутации к блоку 13 электроприводов . Устройство включает блок 14 выборки , состоящий из счетчика 15 и дешифратора 16. Формирователь 18 командных импульсов включает блок 19 свето- 20 и фото- 21 диодов и блок 22 формирования сигналов переключения . Фотодиоды 2 i подключены к усилителям 24-26, а выход схемы 33 ИЛИ соединен с входом счетчика 15 и со считывающим входом блока счетных триггеров 17. Сигнализатор 39 положения счетчика выполнен в виде блока светодиодов. При необходимости увеличения количества функций протеза устанавливают соответственное количество свето-,фотодиодов, формирователей и схем И. 1 ил. (О Од со со со со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU, 1333331 (51)4 А 61 F 2/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3880285/28-14 (22) 07.03.85 (46) 30.08.87. Бюл. 9 32 (71) Украинский научно-исследовательский институт протезирования, протезостроения, экспертизы и восстановления трудоспособности инвалидов (72) В.П.Чернышев, Е.А.Яровой, А.В.Богдан и В.Л.Черняковский (53) 615.475(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 822405, кл. А 61 F 2/06, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПРОТЕЗАМИ (57) Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения— приближение движений многофункционального протеза к естественным.

Устройство содержит двухканальный блок 1, включающий электроды 2, 3, усилители 4, 5 биопотенциалов и детекторы 6, 7. Преобразователь 9 выполнен на мультивибраторах и подключен через контакты 10 реле блока 12 коммутации к блоку 13 электроприводов. Устройство включает блок 14 выборки, состоящий иэ счетчика 15 и дешифратора 16. Формирователь 18 коMBHgHbix HiiIIQJIBcQB включает блок 19 свето- 20 и фото- 21 диодов и блок

22 формирования сигналов переключе- .:. ния. Фотодиоды 2i подключены к усилителям 24-26, а выход схемы 33 ИЛИ соединен с входом счетчика 15 и со считывающим входом блока счетных триггеров 17. Сигнализатор 39 положения счетчика выполнен в виде блока светодиодов. При необходимости увеличения количества функций протеза устанавливают соответственное количество свето-,фотодиодов, формирователей и схем И. 1 ил.

1333331 (>

Изобретение относится к медицине, а именно к протезированию и протезостроению, и может быть использовано в многофункциональных протезах верхних конечностей.

Целью изобретения является приближение движений многофункционального протеза к естественным путем ускорения процесса переключения исполнительных механизмов.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит двухканальный блок 1 выделения управляющих сигналов, включающий последовательнб соединенные электроды 2 н 3 отведения биопотенциалов, установленные на управляющих мышцах культи инвалида, усилители 4 и 5 биопотенциалов и детекторы 6 и 7 разной полярности, которые выделяют огибающие биосигналов, детекторы выполнены, например, в виде диодно-емкостных интеграторов. Выходы детекторов подключены к входам сумматора 8, выполненного, например, на операционном усилителе типа 140 УД12 и подключенного к двухканальному преобразователю 9. Преобразователь 9 выполнен, например, на мультивибраторах, генерирующих импульсы с частотой, изменяющейся пропорционально амплитуде входного сигнала, и подключен через контакты lO реле 11 блока 12 коммутации к блоку

13 исполнительных механизмов, например электроприводов.

Устройство включает также блок

14 выборки, состоящий из последовательно соединенных счетчика 15 и дешифратора lá. Дешифратор 16 соединен со счетными триггерами 17 блока 12 коммутации, которые подключены к обмоткам реле 11 блока 12 коммутации, Кроме того,. устройство содержит формирователь 18 командных импульсов, который включает блок распознавания командных сигналов, выполненный в виде линейного или углового блока 19 . свето- 20 и фото- 21 диодов, и блок

22 формирования сигналов переключения..В линейном блоке свето- и фотодиоды установлены, например, на расстоянии 0,5-1 см друг от друга, а в угловом блоке — по кругу с радиусом, например, 1,5-2 см, на расстоянии 10 друг от друга. Между светои фотодиодами закреплена тяга 23 перекрытия, механически связанная с управляющим органом человека, н, пример с плечом (в линейном) или с культей (в угловом блоке 19). Блок 22 формирования сигналов переключения включает усилители 24-26, соединенные со схемами 27-29 И соответственно, выходы которых через формирователи

30-32, выполненные в виде ждущих мультивибраторов, соединены со схемой

33 ИЛИ. Кроме того, усилитель 24 подключен к схемам 28 и 29 И, а усилители 25 — к схеме 29. Фотодиоды 21 подключены к усилителям 24-26 соответственно, а выход схемы 33 ИЛИ соединен с входом счетчика 15 блока выборки и со считывающим входом блока счетных триггеров 17 °

Кроме того, выход сумматора 8 соединен с входами инвертора 34 и схемы

35 ИЛИ блока 36 синхронизации, включающего также схему 37 задержки. Выход инвертора 34 подключен к второму входу схемы 35 ИЛИ, выход которой соединен с разрешающим входом дешифратора 16, а через схему 37 задержки — с установочным входом счетчика 15, к которому подключен также блок 38 установки в исходное состояние, выполненный, например, в виде

RC-цепочки. К выходам счетчика под- ключен также сигнализатор 39 положения счетчика, выполненный в виде блока светодиодов, установленных в удобном для инвалида месте, например на кисти протеза между первым и вторым пальцами. Питание устройства осуществляется от источника 40 пос- тоянного напряжения. В описании приведен пример устройства, реализующего три пары движений: схват-раскрытие пальцев кисти, сгибание-разгибание локтя, ротацию кисти. При необходимости увеличения количества функций устанавливается соответствующее количество свето- и фотодиодов, формирователей и схем И.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания с блока 40 поступает импульс, устанавливающий счетчик 15 в исходное состояние °

Для подключения к системе управления того или иного исполнительного механизма инвалид перемещает тягу 23 перекрытия на определенное расстояние в зависимости от того, какой из исполнительных механизмов ему нужно подключить. При перемещении тяга 23

1333331 перекрытия постепенно выбирается из промежутка между свето- и фотодиодами, в результате чего световые потоки сначала с одного, а затем и с последующих нескольких светодиодов

20 (в зависимости от выбранного инвалидом расстояния) поочередно поступают на соответствующие фотодиоды

21, с выходов которых через усилители 24-26 соответственно сигналы поочередно передаются на схемы 27-29 И.

В зависимости от поступивших на их входы сигналов соответствующие схемы

И срабатывают. Например, при срабатывании двух фотодиодов срабатывают усилители 24, 25 и схемы 2?, 28 И, которые передают сигналы на формирователи 30 и 31 одиночных импульсов соответственно. По переднему фронту поступающих поочередно сигналов формирователи 30 и 31, представляющие собой ждущие мультивибраторы, также поочередно срабатывают.

Импульсы сначала с выхода формирователя 30, а затем с выхода формирователя 31 поступают на вход счетчика

15 и устанавливают его в определенное состояние. В приведенном примере счет ик устанавливается в состоя ние "10" в двоичной системе счисле ния. Эта информация передается на дешифратор 16 и на сигнализатор 39, светодиоды которого подсвечиваются в зависимости от положения счетчика

15. Ориентируясь на сигнализатор 39, инвалид определяет :правильность набора кода в счетчик натяжением тяги 23 перекрытия. После этого устройство готово к управлению движением.

Инвалид, сокращая одну из управляющих мьппц, передает биопотенциалы через электроды 2 и 3 на усилители

4, 5 и детекторы 6 и 7 разной полярности соответственно. Хотя сокращается одна управляющая мьппца, биопотенциалы меньшей амплитуды обычно наводятся и на мьппце-антагонисте, поэтому с выхода детекторов 6 и 7 сигналы в виде огибающих биопотенциалов разной полярности передаются в сумматор 8, где вычитаются, и на его выходе появляется сигнал в виде разностной огибающей биопотенциалов, полярность которой зависит от соотношения входных огибающих биопотенциалов. Этот сигнал через инвертор

34 или непосредственно поступает на соответствующий вход схемы 35 ИЛИ.

С выхода схемы 35 ИЛИ сигнал передается на считывающий вход дешифратора 16, который передает информацию, записанную в счетчике 15, на соответствующие счетные триггеры 17 блока коммутации. Триггеры срабатывают и передают сигнал на обмотки реле 11 блока 12 коммутации, контакты 10 которых подключают к преобразователю

9 соответствующие исполнительные. механизмы, например механизм сгибания-разгибания локтя.

Одновременно с выхода сумматора

8 сигнал передается в двухканальный преобразователь 9, где превращается в серию импульсов с изменяющимися в соответствии с амплитудой входного сигнала длительностью и частотой.

При этом в зависимости от полярности сигнала с выхода сумматора 8 работает тот или иной канал преобразователя 9. Управляющие импульсы через контакты 10 реле 11 поступают на подключенный, как описано выше, электропривод, который управляет соответствующим исполнительным механизмом протеза, например механизмом сгибания локтя, т.е. подключение исполнительного механизма к системе управления производится одновременно с, приходом управляющего сигнала.

С выхода схемы 35 ИЛИ сигнал через схему 37 задержки поступает на сбросовый (установочный) вход счетчика 15, которьп устанавливается в исходное состояние. Однако управление выбранным, как описано выше, исполнительным механизмом может проводиться по желанию инвалида до тех пор, пока он натяжением тяги 23 не передаст новый сигнал на переключение, который установит счетчик 16 и, соответственно, триггеры 17 в необходимое состояние, одновременно контролируя положение 1счетчика 15 светодиодами сигнализатора 39.

Аналогично описанному выше прот исходит управление другим движением.

Для этого натяжением тяги 23 на определенное расстояние в счетчик 15 производится набор кода, соответствующего этому движению, например при выборке тяги из промежутка между первой парой свето- и фотодиодов счетчик устанавливается в положение

"1", а к системе управления подключается исполнительный механизм схвата-раскрытия пальцев искусственной

31 формула изобретения

Составитель B.Áàãàíîâ

ТехредЛ.Сердюкова Корректор Л.Бескид

Редактор А.Маковская

Тираж 594 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3860/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 13333 кисти. Сокращением управляющих мышц осуществляют управление механизмом схвата-раскрытия пальцев.

Как видно, в процессе переключения (выбора) исполнительных механизмов протеза участвует формирователь

18 командных импульсов, включающий тягу перекрытия, блок свето- и фотодиодов, усилители с формирователями и логическими элементами и блок синхронизации. Посредством формирователя командных сигналов одним движением инвалид осуществляет набор кода в счетчик и сброс триггеров блока коммутации в исходное состояние. Схема синхронизации при поступлении управляющего сигнала с мышц вырабатывает команду на подключение исполнительного механизма к системе управления и на сброс счетчика.,При помощи блока сигнализации инвалид осуществляет контроль за величиной выборки тяги перекрытия из промежутка между свето- и фотодиодами формиро- 25 вателя командных сигналов.

Таким образом, благодаря замене в устройстве позиционного блока на линейный формирователь командных импульсов, который посредством линей в Зд ных перемещений тяги выборки управляет набором кода в счетчик, и использованию в устройстве блока контроля за набранным в счетчик кодом инвалид получает возможность осуществлять переключение исполнительНых механизмов одним движением, натягивая тягу выборки на определенное расстояние, и тем самым экономить время на операцию выбора исполнительного механизма.

Устройство для управления биоэлектрическими протезами, содержащее двухканальный блок выделения биоэлектрического сигнала управления, каждый канал которого содержит последовательно соединенные электрод, ус..", итель и детекторы, подключенный к соответствующему входу сумматора, выход которого подсоединен к преобразователю амплитуды сигналов в частоту, выходы которого через контакты реле блока коммутации., содержащего последовательно соединенные счетные триггеры и реле, подсоединены к блоку исполнительных механизмов, схему выборки, включающую последовательно соединенные счетчик и дешифратор, блок синхронизации, включающий последовательно соединенные инвертор, первый элемент ИЛИ, соединенный с дешифратором и схемой задержки, при этом выход сумматора подключен к инвертору и входу первого элемента

ИЛИ, а сбросовый вход счетчика соединен с выходом схемы задержки и с блоком установки в исходное состояние, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью приближения движений многофункционального протеза к естественным, в нем установлен формирователь командных импульсов и сигнализатор положения счетчика, при этом формирователь командных импульсов включает блок светофотодиодов, между которыми установлена тяга перекрытия, и формирователь сигналов переключения, который содержит второй элемент ИЛИ, вход его через формирователи, логические элементы И и усилители связаны с выходами фотодиодов, первый из которых через первый усилитель соединен с первыми входами всех элементов И, второй — с вторыми входами второго и третьего элементов И, третий — с третьим входом третьего элемента И, при этом выход второго элемента ИЛИ соединен с входом счетчика и сбросовой шиной блока триггеров, а входы сигнализатора положения счетчика соединены с выходами счетчика, выходы дешифратора подключены к входам счетных тригге1 ров.