Устройство для управления биоэлектрическими протезами

(51)4 А 61 Р 2/ ОСУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТ О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ССРРЫТИЙ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ зобрете й техни осится к медиь изобретения -е отн Цел иженииприб наль Устр ижение дв ого проте многофункциостественным. двухканальный лектроды 2, 3,иство со1, включ бл щии ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Украинский научно-исследовательский институт протезирования,протезостроения, экспертизы и восстановления трудоспособности инвалидов(56) Авторское свидетельство СССРР 822405, кл. А 61 Р 2/06, 1979. 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БИОЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПРОТЕЗАМИ усилители 4, 5 биопотенциалов и детекторы 6, 7. Преобразователь 9 выполнен на мультивибраторах и подключен через контакты 10 реле блока 12коммутации к блоку 13 электроприводов. Устройство включает блок 14 выборки, состоящий иэ счетчика 15 идешифратора 16. Формирователь 18 командных импульсов включает блОк 19свето и фото диодов и блок22 формирования сигналов переключения. Фотодиоды 2 подключены к усилителям 24-26, а выход схемы 33 ИЛИсоединен с входом счетчика 15 и сосчитывающим входом блока счетныхтриггеров 17, Сигнализатор 39 положения счетчика выполнен в виде блока светодиодов. При необходимостиувеличения количества функций протеза устанавливают соответственноеколичество свето-,фотодиодов, формирователей и схем И. 1 ил.с, 10 15 20 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к медицине,а именно к протезированию и протезостроению, и может быть использованов многофункциональных протезах верхних конечностей.Целью изобретения является приближение движений многофункционального протеза к естественным путем ускорения процесса переключения исполнительных механизмов.На чертеже приведена блок-схемаустройства.Устройство содержит двухканальныйблок 1 выделения управляющих сигналов, включающий последовательно соединенные электроды 2 и 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 УД 12 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 10 реле 11 блока 12 коммутации к блоку13 исполнительных механизмов, например электроприводов.Устройство включает также блок 14 выборки, состоящий из последовательно соединенных счетчика 15 и дешифратора 16. 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 и фото диодов, и блок 22 формирования сигналов переключенияВ линейном блоке свето- и Фото- диоды установлены, например, на расстоянии 0,5-1 см друг от друга, ав угловом блоке - по кругу с радиусом, например, 1,5-2 см, на расстоянии 10 друг от друга. 11 ежду свето- и 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 17Кроме 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 второмувходу 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 ЕС-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 состояниеДля 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 23перекрытия постепенно выбирается изпромежутка между свето- и фотодиодами, в результате чего световые потоки сначала с одного, а затем и споследующих нескольКих светодиодов20 (в зависимости от выбранного инвалидом расстояния) поочередно поступают на соответствующие фотодиоды21, с выходов которых через усилители 24-26 соответственно сигналы поочередно передаются на схемы 27-29 И.В зависимости от поступивших на ихвходы сигналов соответствующие схемы И срабатывают. Например, при срабатывании двух фотодиодов срабатывают усилители 24, 25 и схемы 2,28 И, которые передают сигналы наформирователи 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 счетчика15 и устанавливают его в определенное состояние. В приведенном примере счетчик устанавливается в состояние "10" в двоичной системе счисления. Эта информация передается надешифратор 16 и на сигнализатор 39,светодиоды которого подсвечиваютсяв зависимости от положения счетчика15. Ориентируясь на сигнализатор 39,инвалид определяет правильностьнабора 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 всумматор 8, где вычитаются, и на еговыходе появляется сигнал в виде разностной огибающей биопотенциалов,полярность которой зависит от соотношения входных огибающих биопотенциалов, Этот сигнал через инвертор34 или непосредственно поступает насоответствующий вход схемы 35 ИЛИ. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 1 счетчика 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 искусственнойСоставитель В.ВагановТехредЛ.Сердюкова Корректор Л.Бескид Редактор А.Маковская Тираж 594 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 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 мехаьизмов протеза участвует формирователь 18 командных импульсов, включающий тягу перекрытия, блок свето- и фото- диодов, 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 исполни- . тельного 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 вателя командных сигналов.Таким образом, благодаря замене в устройстве позиционного блока на линейный формирователь командных импульсов, который посредством линейных 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. Формула изобретения. Устройство для управления биоэлектрическими протезами, содержащее двухканальный блок выделения биоэлектрического сигнала управления, каждый канал которого содержит последовательно соединенные электрод, ,тс.;", итель и детекторы, подключенный ксоответствующему входу сумматора,выход которого подсоединен к преобразователю амплитуды сигналов в частоту, выходы которого через контактыреле блока коммутации, содержащегопоследовательно соединенные счетныетриггеры и реле, подсоединены к блоку исполнительных механизмов, схемувыборки, включающую последовательносоединенные счетчик и дешифратор,блок синхронизации, включающий последовательно соединенные инвертор,первый элемент ИЛИ, соединенный сдешифратором и схемой задержки, приэтом выход сумматора подключен кинвертору и входу первого элементаИЛИ, а сбросовый вход счетчика соединен с выходом схемы задержки и сблоком установки в исходное состояние, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью приближения движениймногофункционального протеза к естественным, в нем установлен формирователь командных импульсов и сигнализатор положения счетчика, при этомформирователь командных импульсоввключает блок светофотодиодов, междукоторыми установлена тяга перекрытия, и формирователь сигналов переключения, который содержит второйэлемент ИЛИ, вход его через формирователи, логические элементы И иусилители связаны с выходами фотодиодов, первый из которых через первыйусилитель соединен с первыми входа-ми всех элементов И, второй - с вторыми входами второго и третьего элементов И, третий - с третьим входомтретьего элемента И, при этом выходвторого элемента ИЛИ соединен с входом счетчика и сбросовой шиной блокатриггеров, а входы сигнализатораположения счетчика соединены с выходами счетчика, выходы дешифратораподключены к входам счетных триггеров.