Устройство для управления протезами верхних конечностей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) (П) 51)4 А 61 Г 2/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ваия,восс лидов ненко льство ССС /54, 1971.(54) УСТРО ТЕБАМИ ВЕР (57) Изобр зированию иэобретени ЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛ ХНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ етение относится и протезостроени я - повышение то движения многоф НИЯ ПРОк протеЦель ности ыполне нкциоо предсезом. Устроис ьным и ледящую сисский датчикователем 2 тавляет собоидержит механи ненный с Форм м 1, соедидиночных ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Украинский научно-исследтельский институт протезировапротезостроения, экспертизы иновления трудоспособности инв(56) Авторское свидетеР 769804, кл. А 61 Р 2 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 4. В устройстве имеются пороговые элементы, установленные в преобразователе 17, э Благодаря этому система имеет зону нечувствительности, которая предупреждает возможные срабатывания ис- фф полнительных органов при непроизволь ных перемещениях культи. 3 ил.13333Изобретение относится в медицине,в частности к протезированию и про.тезостроению, и может быть использовано в многофункпиональных протезах5верхних конечностей, а также в экзоскелетонах или манипуляторах,Целью изобретения является повышение точности выполнения движениямногофункциональным протезом инвалидами с пораженными управляющимимышцами.На Фиг, 1 приведена блок-схемапредлагаемого устройства;на фиг. 2Функциональная схема устройства; наФиг. 3 - возможный вариант подключения блока. отслеживающих датчиков. 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- ЗО , 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 близости 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,32 2Последовательно соединенные да ики блока 12 могут быть включены также в цепь обратной связи блока 13 сравнения (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 - 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 мультивибра- торах, на одном из входов которого установлены последовательно соединенные- диод 25 и элемент 26 НЕ, ВыходФормирователя 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 механизмовпротеза.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 протезах 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.ФДля 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 б.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 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вход преобразователя 17, с одногоиз выходов которого через усилитель22 мощности и контакты реле блока 7коммутации 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 вышееИскусственной кистью инвалид производит захват предмета. 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, задержанным схемой 27, про- изводится сброс счетчика 4. При13этом 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 1 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 ч. 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 возвращаютсяв 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 нетребуется 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 движения13332каждый новый элемент движенияначинать с полученного в предыдушемположении культи, Это естественно,5так как процесс подачи управляющегосигнала по положению культи стано 10 15 20 25 30 35 40 50 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 тех пор, пока не появится необходимость выполнять новоедвижение, Это требуется, если выполняется несколько раз подряд, например, схват-раскрытие пальцев илииные движения. Ввиду того, что в устройстве имеются пороговые элементы в виде диодов 20, 21, установленные в преобразователе 17, система имеет зону нечувствительности, ко-орая предупреждает возможные срабатывания исполнительных органов при наличии непроизвольных перемещений культи,Ф о р м у л а . и з о б р е т е н и я 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 пораженньяи управляющими мышцами, в нем установлен механический датчик, который через Формирователь импульсов соединен с блоком выборки, подключенным к блоку 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 соединенных7 1333332 8отслеживающих датчиков, механически выборки через формирователь сбросовосвязанных с приводами исполнительных го импульса подключен источникпимеханизмов, к сбросовым шинам блокатания,Редактор А.Маковская Подписноеитета СССР каз 3860/ открытиия наб., д. венно-полиграфическое предприятие, г. Ужгор Проектная, 4 роиз ВНИИПИ и 13035, Составитель В.БагановТехредЛ,Сердюкова Корректор С.Шекмар Тираж 594 Государственного к елам изобретений и сква, Ж, Раушск