Устройство для моделирования мышечного сокращения

Устройство для моделирования мышечного сокращения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Устройство для моделирования мышечного сокращения относится к области физической культуры и спорта и может быть , в частности, использовано как модель мышцы, а также для изучения фазовых соотношений при передаче команд управления, активирующих мышцу, для изучения демпфирующих свойств нейронных систем регулирования, а также как искусственная активная стопа при протезировании инвалидов. Цель изобретения - имитация латентных, фазозапаздывающих, усилительных и интегрирующих свойств нервно-мышечного соединения при максимальном приближении модели к оригиналу. Устройство для моделирования мышечного сокращения содержит первое пропорционально-интегрирующее звено 1, формирователь 2 затухающей экспоненты, первый ждущий мультивибратор 3, N-блоков задержки в виде последовательно соединенных дифференцирующей цепи 4, ограничителя 5 и ждущего мультивибратора 6, первый эмитерный повторитель 10, интегрирующее устройство 11, первый усилитель-фазоинвертер 12, второе пропорционально-интегрирующее звено 13, второй усилитель-фазоинвертер 14, второй эмитерный повторитель 15, соленоид 16 с железным сердечником и штоком. С выхода генератора импульсов на вход устройства поступают треугольные импульсы. Проходя первое пропорционально-интегрирующее звено, входной импульс частично интегрируется. Формирователь экспоненты преобразует этот импульс в экспоненциально-угасающее напряжение, которое поступает в качестве запускающего на первый ждущий мультивибратор, генерирующий серию импульсов. После прохождения первой дифференцирующей цепочки образуются биполярные остроконечные импульсы, которые после прохождения первого ограничителя имеют одну полярность и следуют с задержкой. На выходе второго ждущего мультивибратора получается серия импульсов прямоугольной формы, задержанных во времени. С выхода N-го блока задержки серия импульсов, проходя первый эмитерный повторитель и интегрирующее устройство, преобразовывается в один широкий импульс практически треугольной формы. Проходя усилитель-фазоинвертер, второе пропорционально-интегрирующее звено, второй усилитель-фазоинвертер и второй эмитерный повторитель, широкие и мощные импульсы поступают в качестве управляющих на исполнительный орган. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4298339/28-14 (22) 13.08.87 (46) 30.08.89. Бюл. № 32 (75) Л. А. Максименко (53) 615.82.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 679208, кл. А 61 F 2/66, 1977, „„Я0„„1503832 511 4 А 63 В 23/04//А 61 В 5/1О

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ МЫШЕЧНОГО СОКРАШЕНИЯ (57) Устройство для моделирования мышечного сокра цения относится к области физической культуры и снорта и может 61>ITb, в частности, использовано каh модель мыili цы, а также для изучения фазовы соот1503832

20

3 ношений при передаче команд управления, активирующих мышцу, для изучения демпфирующих свойств нейронных систем регулирования, а также как искусственная активная стопа при протезировании инвалидов. Цель изобретения — имитация латентных, фазозапаздывающих, усилительных и интегрирующих свойств нервно-мышечного соединения при максимальном приближении модели к оригиналу. Устройство для моделирования мышечного сокращения содержит первое пропорционально-интегрирующее звено 1. формирователь 2 затухающей экспоненты, первый ждущий мультивибратор 3, и-блоков задержки в виде последовательно соединенных дифференцирующей цепи 4, ограничителя 5 и ждущего мультивибратора 6, первый эмитерный повторитель 10, интегрирующее устройство 11, первый усилитель-фазоинвертер 12, второе пропорциональио-интегрирующее звено 13, второй усилитель-фазоинвертер 14, второй эмитерный повторитель 15, соленоид 16 с железным сердечником и штоком. С выхода генератора импульсов на вход устройства поступают треугольные импульсы. Проходя первое

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано как мо- 30 дель мышцы, а также для изучения фазовых соотношений при передаче команд управления, активирующих мышцу, и для изучения демпфирующих свойств нейтронных систем регулирования.

Цель изобретения — имитация латентных, фазозапаздывающих, усилительных и интегрирующих свойств нервно-мышечного соединения при максимальном приближении модели к оригиналу.

На фиг. 1 показана физиологическая 40 схема сокращения мышцы, приводящей в работу двигательный аппарат; на фиг. 2— структурная схема устройства; на фиг. 3—

5 — фазозапаздывающие свойства нервномышечного соединения и зависимость амплитуды сигнала на выходе от амплитуды 45 сигнала на входе.

Устройство для моделирования мышечного сокращения содержит первое пропорционально-интегрирующее звено 1, формирователь затухающей экспоненты 2, первый ждущий мультивибратор 3, первую дифференцирукицую цепочку 4, первый ограничитель

5, второй ждущий мультивибратор 6, .вторую дифференцирующую цепочку 7, второй ограничитель 8, третий ждущий мультивибратор 9, первый эмитерный повторитель

10, интегрирующее устройство 11, первый усилитель-фазоинвертер 12, второе пропорционально-интегрируюгцее звено 13, второй усилитель-фазоинвертер 14, второй эмитерный пропорционально-интегрирующее звено, входной импульс частично интегрируется. Формирователь экспоненты преобразует этот импульс в экспоненциально-угасающее напряжение, которое поступает в качестве запускающего на первый ждущий мультивибратор, генерирующий серию импульсов. После прохождения первой дифференцирующей цепочки образуются биполярные остроконечные импульсы, которые после прохождения первого ограничителя имеют одну полярность и следуют с задержкой. На выходе второго ждущего мультивибратора получается серия импульсов прямоугольной формы, задержанных во времени. С выхода и-ro блока задержки серия импульсов, проходя первый эмитерный повторитель и интегрирующее устройство, преобразовывается в один широкий импульс практически треугольной формы. Проходя усилитель-фазоинвертер, второе пропорционально-интегрирующее звено, второй усилитель-фазоинвертер и второй эмитерный повторитель, широкие и мощные импульсы поступают в качестве управляющих на исполнительный орган. 5 ил. повторитель 15, исполнительный орган 16, содержащий соленоид с железным сердечником и штоком, рычаг 17 второго рода моделирующий стопу, генератор 18 импульсов, регистрирующий прибор 19.

Устройство для моделирования мышечного сокращения работает следующим образом.

С выхода генератора импульсов 18 на вход устройства поступают треугольные импульсы (/-. Проходя первое пропорционально-интегрирующее звено 1, входной импульс U» частично интегрируется пропорционально-интегрирующим звеном в треугольный импульс. Формирователь экспоненты 2 преобразовывает треугольный импульс в экспоненционально угасающее напряжение, которое поступает в качестве запускающего на первый ждущий мультивибратор 3. Последний генерирует серию импульсов. Длительность серии Т равна длительности Т экспоненты. Причем длительность импульса разряда t значительно меньше длительности экспоненты Т. После прохождения первой дифференцирующей цепочки 4 образуются биполярные остроконечные импульсы, которые после прохождения первого ограничителя 5 имеют одну полярность и следуют с задержкой t: j. На выходе второго ждущего мультивибратора получается серия импульсов прямоугольной формы, задержанная по отношению к аналогичной серии прямоугольных импульсов на время f j, После прохождения второй дифференцирующей цепочки 7, второго ограничителя 8, на выходе

1503832

Формула изобретения

5 третьего, ждущего мул ьтивибратора 9 получается серия импульсов, но уже следующая с задержкой 2<. На выходе п-го блока задержки формируется серия прямоугольных импульсов, задержанная на время пт. Это время задержки должно лежать в пределах

15 — 25 мс, что соответствует естественной лантентности сокрашения мышцы. С выхода и-ro блока задержки серия импульсов, проходя первый эмитерный повторитель 10 и интегрирующее устройство 11, преобразовывается в один широкий импульс, практически треугольной формы. Длительность полученного импульса значительно больше длительности входного импульса. Проходя первый усилитель-фазоинвертер 12, второе пропорционально-интегрируюшее звено 13, второй усилитель-фазоинвертер 14 и второй эмитерный повторитель 15, широкие импульсы усиливаются по амплитуде и мощности, несколько увеличиваются по длительности вторым пропорционально-интегрируюшим звеном 13 и в виде выходного импульса U- .. поступают в качестве управляюшего на исполнительный орган 16, состоящий из соленоида с сердечником и штоком. Под действием пришедшего импульса Us x. сердечник втягивается внутрь соленоида и приводит в действие рычаг второго рода 17, моделирующий. стопу. Если амплитуда входного импульса U-- увеличивается, то увеличивается и амплитуда выходного импульса U- . Соответственно увеличивается и отклонение стопы. При этом выходное напряжение Uex появляется лишь через 15 — 25 мс спустя после поступления входного импульса U- Эта зависимость является S-образной, т. е. амплитуда входного импульса У". переносится на выход

U- . с запаздыванием на время 15 — 25 мс.

Если на вход устройства поступает серия импульсов, модулированная по амплитуде, то на выходе устройства имеется такая же серия модулированных импульсов, но фаза огибающей выходных импульсов запаздывает на величину rp. Величина ср определяется соотношением величин Rl и Я2 пропорционально-интегрирующих звеньев 1 и 13.

При этом длительность выходных импульсов

6.ы.. превышает длительность входных импульсов 0-., т. е. О. )0-, à U...=

=/((l-.) . Таким образом, стопа отрабатывает команды управления с запаздыванием линейным т и фазовым запаздыванием и (фиг. 3—

5).

Эффект от применения устройства для моделирования мышечного сокращения состоит в том, что с помощью устройства можно изучать механизм мышечного сокращения при одиночном и ритмичном входном воздействии. В режиме одиночных импульсов входные импульсы U-- подаются на первый канал регистрирующего прибора, а на второй канал подаются им п ул ьсы 1l.. с выхода устройства. Сравнивая момент времени начала воздействия входного импульса У ° и выходного U., определяют скрытый период мышечного сокрашения, а изменяя амплитуду входного импульса U... наблюдают за изменением амплитуды выходного импульса Ua .. и его длительности Й" . Устройство может быть использовано также как часть протезируюшего устройства, заменяюшего отсутствуюшую стопу инвалида. При этом стопа является активной и производит движения в такт с командами управления, поступающими от механизмов управления спинного мозга. Устройство может быть использовано также при моделировании рефлекторной дуги в качестве модели двигательного аппарата. Кроме того, устройство может быть использовано как наглядное пособие при чтении лекций по курсу биомеханики.

Устройство для моделирования мышечного сокращения, содержащее стопу в виде рычага второго рода, от, uиаvtqееcя тем, что, с целью имитации латентных, фазозапаздывающих, усилительных и интегрирующих свойств нервно-мышечного соединення прп максимальном приближении модели к оригиналу, в него введены последовательно соединенные генератор импульсов, первое пропорционально-интегрирующее звено, формирователь затухающей экспоненты, первый ждущий мультивибратор, блоки задержки в виде последовательно соединенных дифференцирующих цепей, ограничите,".ь и ждущий мультивибратор, первый эмитерный повторитель, интегрирующее устройство, первый усилитель-фазоинвертер, второе пропорциона lbно-интегрирующее звено, второй усилительфазоинвертер, второй эмитерный повторитель, соленоид. с железным сердечником и штоком, и регистрирующий. прибор с двумя входами, причем выход генератора импульсов соединен с входом первого пропорционально-интегрирующего звена и с первым входом регистрируюшего прибора, а выход второго эмитерного повторителя дополнительно соединен с вторым входом регистрирующего прибора.

1503832

Составитель А. Новиков

Редактор М. Нсдолуженко Техред И. Верес Корректор С. Черни

За и аз 51 73/8 Тираж 371 Подписное

ВНН1зПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

ПроизводсTBcHHo-издательский комбинат «Г!атент», r. Ужгород, ул. Гагарина, 10!