Устройство для управления биоэлектрическим протезом

(51) 4 А 61 Р 2/7 ЕТЕНИ ЕТЕЛЬСТ кторы 5,ны с входатора 6реобразо текторов 5 с тора 6, Выхо Выходыами сум 7 м ульсноенному одключены к и ателю 7, соед 8 мощности, К ле 9 подключе сгибания-раз м с усилите ммутируы к элекибания е входы р приводу 1 ле (7 анизеле 13 кт мов бло вых при ющие ктро ее ль етных рвыи и4 связаны триггеров6 постоян 22 и 24 ных сраба 21 и 23. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ Н АВТОРСКОМУ СВ(56) Авторское свидетельство СССР Р 1220657, кл. А 61 Р 1/06, 1983, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛ.НИЯ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРОТЕЗОМ(57) Изобретение относится к медицинской техникеЦель изобретения повышение быстродействия управления протезом. Устройство содержит каналы 1, 2 выделения управляющих сигналов, включающих электроды 3 съема биосигналов усилители 4 биопотенциалов,блока исполнительных ме 2 и к контактной группе 10 коммутацииКоммутир ы реле 13 соединены с эл дами 14 и 15 схвата-раск ев искусственной кисти и тацииУстановочные входытриггеров 21 и 23 через певторой элементы ИЛИ 22 и 2с блоком 25 сброса счетныхподключенным к источнику 2ного напряжения, Элементывведены для исключения ложтываний счетных триггеров1 ил,510 Изобретение относится к медицинеа именно к протезированию и протезостроению, и может быть использованодля управления многофункциональнымипротезами верхних, конечностей,Целью изобретения является повышение быстродействия управления протезом.На чертеже приведена блок-схемаустройства для управления биоэлектрическим протезом,Устройство для управления биоэлектрическим протезом содержит два идентичных канала 1, 2 выделения управлянйцих сигналов, включающих последовательно соединенные электроды 3съема биосигналов, усилители 4 биопотенциалов, детекторы 5 выполненные в виде интеграторов,Выходы детекторов 5 соединены ссоответствующими входами сумматора6, выполненного, например на операционном усилителе типа 140 УД 12 с инвертирующим входом, Выходы сумматора6 подключены к импульсному преобразователю 7, выполненному, например,на мультивибраторах и соединенному сусилителем 8 мощности, выполненномупо мостовой схеме, Один выход усилителя 8 подсоединен к контактнойгруппе реле 9 блока 10 коммутации,выполненному в виде двух реле, Коммутирующие выходыреле 9 подключены кэлектроприводу 11 сгибания-разгибания локтя блока исполнительных механизмов 12 и к контактной группе реле13 блока 1 О коммутации, Коммутирующиевыходы реле ) 3 соединены с электроприводами 14 и 15 схвата-раскрытия пальцев искусственной кисти и ее ротациисоответственно,Второй выход усилителя 8 мощностиподключен к другим входам электроприводов 11, 14 и 15, Вход первого Формирователя 16 соединен с кнопочнымключом 17, Кроме того выходы детекторов 5 подключены соответственно квторому и третьему Формирователям 18и 19, выполненным, например, по схемеждущих мультивибраторов с низким порогом срабатывания. Выходы этихформирователей соединены с входамиэлемента И 20, выход которого подключен к счетному входу первого триггера 21, а через первый элементИЛИ 22 к установочному входу второготриггера 23 Выходы первого и второго счетных триггеров 21 и 23 соеци 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нены соответственно с обмотками реле13 и 9 блока 1 О коммутации, Установочные входы обоих счетных триггеров21 и 23 через первый и второй элементы ИЛИ 22 и 24 связаны с блоком 25сброса счетных триггеров, выполненным,например, в виде формирователя прямоугольного импульса подключенного к источнику 26 постоянногонапряжения. Первый и второй элементы ИЛИ 22 и 24 введены для исключения ложных срабатыванийсчетных триггеров 21 и 23,Устройство для управления биоэлектрическим протезом работает следующим образом,При включении источника 26 питания блок 25 сброса формирует сигналв виде прямоугольного импульса, который, поступая через первый и второйэлементы ИЛИ 22 и 24 на установочныевходы счетных триггеров 21 и 23, устанавливает их в состояние "0", Приэтом контакты реле 9 и 13 находятсяв нормально замкнутом состоянииКусилителю 8 мощности подключаетсяэлектропривод 14 схвата-раскрытияискусственной кисти. Устройство готово к выполнению этого движения,Поочередно сокращая управляющиемышцы, инвалид посылает тем самымбиоэлектрические сигналы через электроды 3, предварительные усилители 4и детекторы 5 в сумматор 6, где усиленные биосигналы с двух мышц, преобразованные детекторами 5 в огибающие,сравниваются по амплитуде и суммируются, Т, к, один из входов сумматора6 инвертирующий, на том или ином выходе его, в зависимости от преобладания того или иного из сравниваемыхсигналов, появляется сигнал в видеразности огибающих биосигналов, Этотсигнал перецается в импульсный преобразователь 7, где преобразуется всерию импульсов, частота и длительность которых изменяются в зависимости от амплитуды входного сигнала, Свыхода импульсного преобразователя 7управляющие импульсы поступают наусилитель 8 мошности, выполненный посхеме моста, в диагональ которогочерез контакты реле 9 и 13 подключаются поочередно электроприводы 11,14,15, Движение этих электроприводовосуществляетсяв том или ином направлении, в зависимости от преобладания сигнала с той или иной управляющей мышцы. Например, при подключе 3 1 337082 420 нии нормально замкнутыми контактамиреле 9 и 13 электропривода 14 осуществляется схват или раскрытие пальцевискусственной кисти.5При изменении движения на управление ротацией искусственной кисти инвалид одновременно сокращает обе управляющие мышцы, в результате чегобиосигналы с них передаются черезэлектроды 3, усилители 4 и детекторы 5 на второй и третий формирователи 18 и 19, где преобразуются в прямоугольные импульсы и поступают навходы элемента И 20, с выхода которого управляющий сигнал передаетсяна счетный вход первого триггера 21и через первый элемент ИЛИ 22 - на,установочный вход второго триггера23, Последний остается в исходномсостоянии, а первый срабатываетКонтакты реле 9 остаются в нормально замкнутом положении, а реле 13срабатывает, в-результате чего контакты его подключают электропривод 2515 ротации,Управление электроприводом 15ротации проводится от поочередногосокращения управляющих мышц, как описано выше при управлении схватомраскрытием пальцев кисти.При изменении движения, например,на сгибание-разгибание локтя инвалид подает сигнал на кнопочный ключ17, например, нажимая на него торцомкульти. Через первый формирователь 16 З 5импульсов прямоугольньй сигнал передается через второй элемент ИЛИ 24на установочный вход первого триггера 21 и на счетный вход второго триг 40гера 23. Первый из них не изменяетсигнала на реле 13, а второй, посылая сигнал на реле 9, изменяет егосостояние, в результате чего егоконтакты подключают к усилителю 8мощности электропривод 11 сгибания 45разгибания локтя блока исполнительных механизмов 12,Управление электроприводом 15 сгибания-разгибания локтя проводится отбиосигналон управляющих мышц аналогично описанному вышее: так же, каки при управлении схватом-раскрытиемпальцев искусственной кисти, инвалид посылает биосигналы, поочередносокращая управляющие мьппцы,551При переходе на управление схв атом-раскрытием пальцев искусственнойкисти, например, с ротации кисти инвалид снова посылает одноразовые сигналы одновременно сокращая управляющие мышцы на второй и третий формирователи 18 и 19, элемент И 20срабатывает и передает сигналы насчетный и установочный входы триггеров 21 и 23, опрокидывая первый триггер 21 в "0" и устанавливая второйтриггер 23 в исходное состояние "0",Реле 13 переключает контакты, подключая к усилителю 8 мощности электропривод 14 искусственной кисти,Переход на управление схватомраскрытием пальцев кисти с управления сгибанием-разгибанием локтя проводится инвалидом нажатием на кнопочный ключ 17, в результате чего второй счетный триггер 23 опрокидывается, а первый триггер 21 устанавливается в исходное состояние. Реле 9 и13 срабатывают, переключая контактытем самым подключая к усилителю 8мощности электропривод 14 искусственной кисти,При переключении движения с электропривода 15 ротации на электропривод 11 локтя необходимо осуществитьодноразовое нажатие на кнопочныйключ 17, При этом сигналом, поступающим на счетный вход второго триггера 23, подается сигнал на реле 9,которое переключает контакты на электропринод 11 сгибания-разгибания локтя, соединяя его с усилителем 8 мощности, Реле 13 при этом устанавливается н исходное состояние. Сокращаяпоочередно управляющие мьппцы, инналид проводит управление электроприво-,дом 11 локтя.При переключении движения с электропривода 11 локтя на электропривод 15 ротации необходимо осуществитьпосылку биосигналов одновременнымсокращением управляющих мьппц. Приэтом сигналом, поступающим на счетныйвход первого триггера 21, подаетсякоманда на реле 13, которое переключает контакты на электропринод 15.Сигналом, поступающим на установочный вход второго трйггера 23, реле 9 устанавливается в исходное состояние и его контакты переключаютсяна контактную группу реле 13, подключая тем самым электропринод 15ротации кисти к усилителю 8 мощности.Сгибая поочередно управляющие мышцы,инвалид проводит управление ротациейкисти,15 Управление многофункциональнымбиоэлектрическим протезом осуществляется инвалидом в два этапа: вначалевыбор нужного исполнительного меха 5ыизма, затем - управление им, От того, как построена система управления,какие управляющие сигналы требуетсяподавать инвалиду, зависит качествовыполняемого протезом движения иутомляемость инвалида.Как видно, переключение, любогодвижения на ротацию, а также с ротации на кисть требует одноразовогосокращения управляющих мышц; переключение любого движения на локтевой механизм а также с локтя накисть требует нажатия на кнопочныйключ. Это действие не является сложным для инвалида и не вызывает утомления при управлении протезом,Таким образом устройство для управления биоэлектрическим протезом засчет схемного соединения двух счетных триггеров с каналами выделениябиосигналов, с каналом выделения позиционного сигнала и с блоком установки в исходное состояние (блоксброса), а также за счет схемногосоединения контактных элементов блока коммутации позволяет реализоватьподключение трех исполнительных механизмов к системе управления одноразовыми движениями: нажатием на кнопочный ключ или одновременным сокращением управляющих мышц или включением источника питания, тем самымсокращается время на переключение исполнительных механизмов, т,е, сокращается время на реализацию движений,40что приближает управление искусственной конечностью к естественному, чемповышается функциональность биоэлектрического протеза, По результатамсравнительных испытаний установлено,что время на выполнение операций,по сравнению с прототипом, сокращается в 2 раза, Таким образом, движения протеза оказываются более приближенными к естественным, Это позволяет проводить более полную реабилитацию инвалидов, Кроме того, инвалидболее четко дифференцирует сигналына переключение исполнительных механизмов, т,к. посылает их от разных источников, это облегчает ему 55процесс управления протезом. Все этопозволяет повысить функциональностьпротеза, приблизить управление им к естественному, следовательно, повышать уровень социально-трудовой реабилитации инвалидов с ампутациями верхних конечностей,Формула изобретенияУстройство для управления биоэлектрическим протезом, содержащее двухканальный блок съема и выделения биоэлектрических сигналов, каждый канал которого состоит из последовательно соединенных электрода, предварительного усилителя и детектора последовательно подключенные сумматор и импульсный преобразователь, а также блок коммутации, блок исполнительных механизмов, блок сброса, блок счетных триггеров, первый элемент ИЛИ первый формирователь импульсов и кнопочный ключ, причем выходы детекторов соединены с соответствующими входами сумматора, кнопочный ключ связан с первым формирователем импульсов, выходы счетных триггеров подключены к входам блока коммутации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия управления протезом, оно дополнительно содержит усилитель мощности, выполненный по мостовой схеме, элемент И, второй и третий формирователь импульсов, второй элемент ИЛИ, входы сумматора подключены к соответствующимвходам второго и третьего формирователей импульсов, выходы которых через элемент И соединены с первым входом первого счетного триггера и с первым входом первого элемента ИЛИ,первый формирователь импульсов подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и к первому входу второго счетного триггера, блок сброса соединен с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ выходы каждого из которых подключены к вторым входам соответствующего счетного триггера, выходы которых соединены с соответствующими реле блока коммутации, две контактные группы которых соединены между собой и с одними выводами исполнительных механизмов, другие выводы которых через усилитель мощности подключены к импульсному преобразователю, другой выход усилителя мощности соединен с контактной группой второго реле блока коммутации.