Устройство для управления протезами верхних конечностей

Устройство для управления протезами верхних конечностей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к протезированию и протезоотроению. Цель изобретения - повышение точности выполнения движения многофункциональным протезом. Устройство представляет собой следящую систему и содержит механический датчик 1, соединенный с формирователем 2 одиночных импульсов. Блок 3 выборки включает счетчик 4, дешифратор 5 и блок 6 триггеров. Выходы блока 6 через блок 7 коммутации соединены с блоком 8 исполнительных механизмов. Выход формирователя 9 сбросового импульса соединен с полюсом источника 10 питания . Позиционный датчик 11 соединен с культей конечности и подключен к входу блока 13 сравнения. Преобразователь 17 подключен к двухка-. нальному усилителю мощности. Выход формирователя 23 подключен к входу дешифратора 5, а через схему 27 задержки - к входу счетчика А. В устройстве имеются пороговые элементы, установленные в преоб разователе 17. Благодаря этому система имеет зону нечувствительности, которая предупреждает возможные срабатывания исполнительных органов при непроизволь ных перемещениях культи. 3 ил. S - I СО со со со со to

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 А 61 Е 2/54

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3822115/28-14 (22) 30. 10.84 (46) 30..08.87. Бюл. У 32 (71) Украинский научно-исследовательский институт протезирования, протезос гроения, экспертизы и восстановления трудоспособности инвалидов (72) В.П.Чернышев и Д.А.Харитоненко (53) 615.475(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 769804, кл. А 61 F 2/54, 1971. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОТЕЗАМИ ВЕРХНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ (57) Изобретение относится к проте- зированию и протезостроению. Цель изобретения — повышение точности выполнения движения многофункциональным протезом. Устройство представляет собой следящую систему и содержит механический датчик 1, соединенный с формирователем 2 одиночных импульсов. Блок 3 выборки включает счетчик 4, дешифратор 5 и блок 6 триггеров. Выходы блока 6 через блок

7 коммутации соединены с блоком 8 исполнительных механизмов. Выход формирователя 9 сбросового импульса соединен с полюсом источника tO питания. Позиционный датчик 11 соединен с культей конечности и подключен к входу блока 13 сравнения. Преобразователь 17 подключен к двухка-. нальному усилителю мощности, Выход . формирователя 23 подключен к входу дешифратора 5, а через схему 27 задержки — к входу счетчика 4. В устройстве имеются пороговые элементы, установленные в преобразователе 17.

Благодаря этому система имеет зону нечувствительности, которая предуп« реждает возможные срабатывания исполнительных органов при непроизвольных перемещениях культи. 3 ил.

Устройство представляет собой следящую систему и содержит механический 20 датчик 1 (фиг. 1), выполненный, например, в виде кнопки и соединенный с формирователем 2 одиночных импульсов, блок 3 выборки, включающий последовательно соединенные счетчик 4, 25 дешифратор 5, блок 6 триггеров. К входу блока 3 выборки, к счетчику 4 и блоку 6 триггеров подключен выход формирователя 2. Выход блока 6 триггеров через блок 7 коммутации, вы, полненный, например, в виде релейных схем, соединены с блоком 8 исполнительных механизмов, выполненных на электроприводах постоянного тока. К сбросовым шинам счетчика 4 и блока

6 триггеров подключен выход формирователя 9 сбросового импульса, соединенного с одним из полюсов источника 10 питания. Механический датчик

1 установлен в непосредственной бли- 4П зости от торца культи или других частей тела, например плеча, которыми инвалиду удобно производить нажатие на этот датчик. Устройство включает также выполненные, например, в 45 виде потенциометров с линейной характеристикой позиционный датчик

11 и блок 12 последовательно соединенных отслеживающих датчиков. При этом позиционный датчик 11 механически соединен с культей конечности и подключен к входу блока 13 сравнения, а отслеживающие датчики блока

12 механически связаны с приводами соответствующих исполнительных меха<

55 низмов блока д и подключены к второму входу блока 13 сравнения. Кроме того, датчик 11 и датчики блока 12 соединены с оощей точкой схемы.

13333

Изобретение относится в медицине, в частности к протезированию и протезостроению, и может быть использовано в многофункпиональных протезах

-верхних конечностей, а также в экзоскелетонах или манипуляторах.

Целью изобретения является повышение точности выполнения движения многофункциональным протезом инвалидами с пораженными управляющими мышцами.

На Фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства;на Фиг. 2 функциональная схема устройства; на фиг. 3 — возможный вариант подключения блока, отслеживающих датчиков.

32 2

Последовательно соединенные да- ики блока 12 могут быть включены также в цепь обратной связи блока 13 срав— нения (фиг. 3). В таком случае второй вход блока 13 через согласующий резистор 14 соединен с "общей" точкой схемы. Блок 13 сравнения выполнен,например,в виде двухканального сумматора 15, на одном из входов которого установлен элемент 16 НЕ,и реализует операцию вычитания двух сигналов с инвертированием их разности, т.е. а + (— Ь) = Ь вЂ” а. Выход блока 13 сравнения подключен к двухканальному импульсному преобразователю 17, включающему генераторы 18, 19 импульсов, например мультивибраторы, на входах которых для распознавания полярности входного сигнала установлены диоды 20 и 21. Преобразователь

17 подключен к двухканальному усилителю 22 мощности, выполненному, например, по мостовой схеме. Выходы усилителя 22 мощности через элементы коммутации (контакты реле) блока

7 коммутации подключены соответственно к исполнительным механизмам блока 8. Выход блока 13 сравнения подключен также к входам формирователя

23 одиночных импульсов от сигналов положительной или отрицательной полярности, выполненного, например, на двухканальном преобразователе 24, построенном на ждуших мультивибраторах, на одном из входов которого установлены последовательно соединенные- диод 25 и элемент 26 НЕ. Выход формирователя 23 подключен к счетному входу дешифратора 5, а через схему 27 задержки — к входу счетчика 4.

Устройство работает следующим образсм.

В исходном состоянии позиционный

11 и отслеживающие датчики блока 12 находятся в нейтральном положении, которое определяется естественным положением культи конечности человека и исполнительных механизмов протеза.

При включении источника 10 питания сигнал с формирователя 9 передается на счетчик 4 и триггеры блока

6, которые устанавливаются в исходное положение. При выполнении сложного движения, например питье из стакана, в наиболее простом протезе предплечья (в более сложных проте

1333332 зах работа системы осуществляется аналогично) непосредственно протезом требуется выполнить следующие движения: раскрытие пальцев, сгибание пальцев для схвата стакана, сгибание локтевого сустава после поднесения стакана ко рту — пронацию кисти (питье), супинацию кисти, раскрытие пальцев для установки стакана на опору после поднесения его локтевым движением в опоре, а затем закрь:тие пальцев для приведения их в исходное состояние.

Для реализации этих движений инвалид нажимает на механический датчик 1 управляющим органом, например, торцом культи, определенное количество раз для подключения исполнительного механизма сгибания-разгибания пальцев к системе управления.

В результате этого через формирователь 2 импульсов сигналы передаются на сбросовые входы блока 6.триггеров, а также в счетчик 4, в который заносится код, соответствующий количеству нажатий на кнопку. Поворотом позиционного датчика 11 с помощью культи инвалид начинает управлять раскрытием пальцев. При этом непрерывный сигнал, например, отрицательной полярности начинает поступать на блок

13 сравнения, на второй вход которого информация с датчика 12 в этот момент не передается. По переднему фронту сигнала блока 13 сравнения независимо от его полярности в формирователе 23 формируется положительный импульс, который передается на разрешающий вход дешифратора 5. В результате этого код со счетчика 4 через дешифратор 5 передается в блок

6, триггеры которого устанавливаются в соответствии с кодом счетчика 4 в определенное состояние, передавая тем самым сигналы на соответствующие реле блока 7 коммутации, которые, срабатывая, подключают соответствующие исполнительные механизмы блока 8 к усилителю 22 мощности. Одновременно непрерывный управляющий сигнал. с выхода блока 13 сравнения поступает через схему 27 задержки на сбросовый вход счетчика 4, который устанавливается в нулевое положение. Счетчик подготавливается к выполнению следующего движения. Кроме того, сигнал с блока 13 в зависимости от.полярности передается на тот или другой

55 вход преобразователя 17 с одного из выходов которого через усилитель

22 мощности и контакты реле блока 7 коммутации управляющие сигналы поступают на подключенный к системе управления исполнительный механизм схвата-раскрытия, раскрывая пальцы, которые инвалид локтевым движением подносит к стакану. С началом движения механизма схвата-раскрытия пальцев перемещается установленный на его нриводе отслеживающий датчик из блока

12, передавая сигнал рассогласования на второй вход блока 13. При прекращении управления культей в конечном итоге сигнал рассогласования с датчика блока 12 компенсирует управляющий сигнал, поступающий с датчика

11. Следящая система приходит в состояние равновесия.

Для захвата стакана пальцами кисти инвалид сообщает датчику 11 противоположное движение, поворачивая культю в другую сторону. Процесс передачи управляющего сигнала противоположного знака производится в системе управления аналогично описанному вышее ° Искусственной кистью инвалид производит захват предо:ета. Система аналогично описанному приводится в состояние равновесия.

После этого инвалид, удерживая культю в достигнутом угловом положе-. нии, нажимает на датчик 1, например, торцом культи необходимое количество раз, осуществляя тем самым набор кода в счетчик 4 для подключения исполнительного механизма ротации кисти. С приходом первого импульса с формирователя 2 счетные триггеры блока 6 сбрасываются, снимая сигналы с блока 7 коммутации, отключая исполнительный механизм схвата-раскрытия и фиксируя тем самым схват предмета (стакана). После этого инвалид подносит стакан ко рту. Затем, поворачивая управляющую культю в нужном направлении и управляя датчиком 11, инвалид осуществляет подачу сигнала в блок 13 сравнения. По переднему фронту сигнала аналогично описанному выше с помощью формирователя 23 одиночного импульса и дешифратора 5 осуществляется годключение исполнительного механизма ротации блока 8, а затем управление пронацией кисти.

Сигналом, задержаньчм схемой 27, про- изводится сброс счетчика 4. При этом с помощью позиционного датчика блока 12, установленного на исполнительном механизме ротации, следящая система приводится в состояние равновесия. Закончив питье, инвалид, поворачивая культю, управляющую датчиком 11, производит супинацию искусственной кости, возвращая стакан в горизонтальное положение. Позиционный датчик 11 и отслеживающий датчик блока 12 на культе и на приводе ро гации устанавливаются в определенное состояние. Система снова приходит в равновесие.

Затем датчиком 1 инвалид опять набирает код в счетчик А для подключения привода сгибания-раэгибания пальцев, сбрасывая при этом блок 6 триггеров в нулевое состояние, снимая тем самым подачу сигнала с реле блока 7 коммутации, отключая исполнительный механизм ротации и фиксируя привод этого исполнительного механизма. Стакан подносится к опоре. Инвалид, перемещая датчик

11, установленный на культе, в нужную сторону, по переднему фронту сигнала блока 13 сравнения осуществляет подключение исполнительного механизма схвата-раскрытия, а затем управления им. Сигналом, задержанным элементом 26, производится сброс счетчика 4. Пальцы раскрываются, стакан устанавливается на опору. Вращая культей датчик 11 в другую сторону, инвалид осуществляет сгибание пальцев до исходного состояния. Таким образом, система снова приходит в состояние равновесия, а исполнительные органы возвращаются в исходное состояние.

Как видно, предлагаемое устройство представляет собой следящую систему, которая всегда после окончания движения любым исполнительным механиз.мом приводит систему в состояние равновесия. Перед началом управления следующим исполнительным механизмом не требуется дополнительного выведения датчиков 11 или датчиков блока

12 в нужное положение, так как начало нового движения осуществляется от полученной точки равновесия следящей системы, которая может и не совпадать с первоначальной. Ошибки в реализации движения этим исключаются.

При выполнении сложного движения ЗЗ32 каждый новый эл(мент движения :по начинать с полученного в предыду»:.ем положении культи. 3TQ естественно, 5 так как процесс подачи управляющего сигнала по положению культи стано10

20

55 вится непрерывным.

Движение исполнительных механизмов в предлагаемом устройстве выполняется последовательно, и обнуление блока 6 триггеров предусмотрено только при переключении исполнительных механизмов с помощью датчиков 1.

Триггеры своим состоянием сохраняют подключенным тот или иной исполнительный механизм блока 8 в системе управления до rex mop, пока не появится необходимость выполнять новое движение. 3ro требуется, если выполняется несколько раз подряд, например, схват-раскрытие пальцев или иные движения.

Ввиду того, что в ус гройстве имеются пороговые элементы в виде диодов 20, 21, установленные в преобразователе 17, система имеет зону нечувствительности, которая предупреждает возможные срабатывания исполнительных органов при наличии непроизвольных перемещений культи. формула изобретения

Устройство для управления протезами верхних конечностей, содержащее датчик позиционного управления, механически соединенный с культей человека и подключенный к входам блока сравнения, преобразователь, соединенный с усилителем мощности, который через блок колмутации подключен к исполнительным механизмам, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности выполнения движения многофункциональным протезом инвалидами с пораженными управляющими мышцами, в нем установлен механический датчик, который через формирователь импульсов соединен с блоком выборки, подключенным к бло- . ку коммутации, и второй формирователь одиночного импульса, входами подключенный к выходу бпока сравнения и входу преобразователя, а выходом — к разрешающему входу и через схему задержки — к сбросовому входу блока вывыборки, к блоку сравнения подключен блок последовательно соединенных

Составитель В.Баганов

ТехредЛ.Сердюкова Корректор С.Шекмар

Редактор А.Маковская

Заказ 3860/5

Тираж 594 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

7 1333333 8 отслеживающих датчиков, механически выборки через формирователь сбросовосвязанных с приводами исполнительных го импульса подключен источник пимеханизмов, к сбросовым шинам блока тания.