Искусственная стопа

(19) (11 04 А 61 Р 26 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СССР81. 54) ИСКУССТВЕННАЯ СТОПА57) Изобретение относитсинской технике, Цель изо к медиетения ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельсУ 806024, кл, А 61 Р 2/66 приближение характера ходьбы искусственной стопы к естественному, Син"хронизацию работы устройства обеспечивают светодиод 1, фотодиод 2, первый усилитель 3, первый 4 и второй10 ждущие мультивибраторы, первая 5и вторая 8 дифференцирующие цепочки,первый 6, второй 9 ограничители итриггер 7, В управлении работой стопыучаствуют третий ждущий мультивибратор 11. второй усилитель 12, канал 131344350 отрицательной обратной связи и усилитель 14 мощности. Конструкция стопы15 состоит из верхней возвратной пружины 16, сердечника 17 из немагнитного материала, железного сердечника 18, верхней 19 и нижней 20 направляющих, соленоида 21, штока 22 голени 23, шарнира 24 привода, шарнира 25 голеностопного сустава, стопы 26,Изобретение отйосится к медицине и может быть, в частности, использовано в протезировании при конструировании искусственных протезов ног человека и в конструкциях шагающих аппаратов.Цель изобретения - приближение характера ходьбы искусственной стопы к естественному.На фиг.1 изображена блок"схема искусственной стопы и схематически показаны устройство стопы и принцип ее работы; на фиг,2 " эпюры напряжений с выхода блоков устройства при движении ноги вперед и назад в пределах одного периода, на фиг,3 - график процесса демпфирования колебаний стопы в конце отталкивания при выполнении движений.Устройство состоит из светодиода 1 (фиг. 1), фотодиода 2, первого усилителя 3, первого ждущего мультивибратора 4, первой дифференцирующей цепочки 5, первого ограничителя 6, триггера 7, второй дифференцирующей цепочки 8, второго ограничителя 9, второго ждущего мультивибратора 10. Перечисленные элементы обеспечивают синхронизацию работы устройства.Далее устройство состоит из тре". тьего ждущего мультивибратора 11, второго усилителя 12, канала 13 отрицательной обратной связи и усилителя 14 мощности, Эти элементы участвуют в управлении работой искусственной стопы 15. Конструкция искусственной стопы 15 состоит из верхней возвратной пружины 16, сердечника 17 из немагнитного материала, железного сердечника 18, верхней направляющей 5 10 15 20 25 30 35 40 опорной площадки 27, нижней возвратной пружины 28, верхней 29 и нижней30 опоры, Светодиод 1 и фотодиод 2укреплены на противоположных сторонахног напротив друг друга. При этом вмомент сближения ступней ног световойпоток светодиода 1 попадает на фотодиоц 2. 3 ил,19, нижней направляющей 20, соленоида 21, штока 22 голени-корпуса 23,шарнира 24 привода, шарнира 25 голеностопного сустава, собственно стопы26, опорной площадки 27, нижней воз"вратной пружины 28, верхней опоры29 и нижней опоры 30. Канал 13 отрицательной обратной связи состоит изпоследовательно включенного пиковогодетектора усилителя и интегрирующейцепочки, Усилитель 12 имеет два входа с блоков 11 и 13, соединяющиесячерез развязывающие резисторы на базе транзистора усилителя 12, работающего в режиме класса С. Светодиод 1и фотодиод 2 укреплены на противоположных сторонах ног напротив, другдруга с таким расчетом, чтобы световой поток светодиода 1 попадал нафотодиод 2 в момент сближения ступеней противоположных ног. Искусственная стопа работает следующим образом,При движении в момент прохождения обеих ног вертикального положения световой луч светодиода 1 попадает на фотодиод 2, на выходе которого возникает ЭДС в виде импульса 31 (фиг.1 и 2), который усиливается усилителем 3. Усиленный импульс 31 поступает на запуск первого ждущего мультивибратора 4, с выхода которогоснимается импульс 32 прямоугольной формы, Длительность импульса регулируетсяПосле прохождения первой дифференцирующей цепочки 5 прямоугольныйимпульс 32 дифференцируется на дваостроконечных импульса 33 положительной и отрицательной полярности.Первый ограничитель 6 пропускает1344350 3только импульсы 34 отрицательной полярности, которые поступают на,запуск триггера 7, с выхода которого снимаются импульсы прямоугольной Аормы 35, После прохождения через вторую диА- ференцирующую цепочку 8 импульсы 35 разделяются на импульсы 36 положительной и отрицательной полярности.Второй ограничитель 9 пропускает только импульсы 37 положительной по лярности, Эти импульсы запускают второй ждущий мультивибратор 10, с выхода которого снимается прямоугольный импульс 38 регулируемой длительности. Этот широкий импульс 38 поступает в 15 качестве напряжения питания на третий ждущий мультивибратор 11, генерирующий серию коротких импульсов 39, количество которых при неизменной частоте определяется длительностью 20 широкого импульса 38. Серия коротких импульсов 39 проходит через усилитель 12 и поступает с его выхода на последовательно соединенные пиковый детектор, усилитель и интегрирующую цепочку канала 13 отрицательной обратной связи и одновременно с выхода усилителя 12 поступает на усилитель 14 мощности. Одновременно с выхода блока 13 сигналы поступают на вход усилителя 12. Блок 13 с усилителем 12 замыкают канал отрицательной обратной связи. Блок 13 под действием пришедшего первого импульса генери- рует экспоненциальное напряжение, 35 нарастающее по экспоненте к 20 мс и угасающее также по экспоненте к300 мс. Полярность этого двухкомпонентного напряжения противоположна полярности импульса, поступающего на вход блока 12 от блока 11, Блок 13 является колебательным звеном.С выхода блока 12 за счет действия отрицательной обратной связи, образованной колебательным звеном блока 13, снимается импульсное напряжение 41, переходной процесс которого носит колебательно-затухающий режим.Колебательно-затухающий режим полу 50 чается за счет колебательного процесса суммирования двухкомпонентных экспонент, Аормируемых блоком 13, Каждый пришедший импульс вызывает свое двухкомпонентное экспоненциальное напряжение, пропорциональноеамплитуде вызвавшего его импульса,поступающего в канал отрицательнойобратной связи. Экспоненты суммируют 4ся и поступают с выхода блока 13 наблок 12. После усиления усилителем14 мощности усиленные импульсы типа41 с колебательно-затухающим переход.ным процессом поступают на обмоткусоленоида 21.Сгибание стопы происходит следующим образом.Под действием пришедшего импульсного напряжения вида 41 соленоид 21 создает магнитное поле. Под действием магнитного поля железный сердечник 18 втягивается внутрь соленоида. Железньп 4 сердечник жестко связан соштоком 22, который перемещается вдольнаправляющих 19 и 20. При этом преодолевается сопротивление пружин 16и 28. Немагнитный сердечник 17 сделаннесколько большего диаметра, чем шток 22, для того, чтобы пружина 16при сжатии упиралась на верхнюю частьнемагнитного сердечника 17 и не изгибалась. Движение штока 22 вверх приводит к сгибанию механизма стопы 26 относительно голеностопного шарнира25. Дальнейшее движение штока 22 вверх приводит к отталкиванию стопы от земли 27. Опоры 29 и 21 укрепленынепосредственно на голени 23. Свободному перемещению стопы способствует шарнирное соединение 24 штока 22со стопой 26. 1Устройство предназначено для конструирования искусственной стопы одной ноги (левой или правой). Поэтому устройство управления движением стопы реагирует только на импульс "Назадн 31, который образуется при движении ноги вперед и в момент прохождения ногой вертикального положения. От импульса Вперед 31 устройство управления не срабатывает благодаря режиму работы триггера 7. Короткие импульсы 39 управления формируются с задержкой относительно импульса "Назад", необходимой для постановки ноги на опору после прохождения вертикального положения при движении ноги вперед. В момент постановки ноги на опору (или чуть позже) на соленоид поступают короткие импульсы 40, вызывая ее сгибание. Задержка начала сгибания регулируется длительностью импульса 32, а продолжительность сгибания регулируется длительностью импульса 38. Оптимальный режим сгибания подбирается частотой следования коротких импульсов 39, их длительностью и амплиту1344350 Разаибцное Жэин стодР Стет 5 Ю40 дой. Следующее сгибание стопы происходит после появления очередного импульса "Назад" 31 и т,д. каждый раз после появления очередного импульса "Назад", Разгибание стопы осуществляется после прекращения серии коротких импульсов 40. Гашение упругих колебаний стопы в конце процесса сгибания наглядно иллюстрирует фиг.3. Если бы сигнал управления подавался 1 О на обмотку соленоида в виде немодулированных импульсов 39 (фиг.2), то переходной процесс сгибания стопы проходил бы по инерции по колебательно- затухающему режиму 41, т.е. стопа ра ботала бы в режиме перерегулирования .и движения были бы прыгающими. Однако из-за того, что на привод подается модулированный сигнал вида 4 О с огибающей 42, то в момент положительного 20 выброса 41 сгибания стопы управляющий сигнал 40, уменьшается по амплитуде, предотвращая перерегулирование, А в момент следующей за положительной полуволной (+) отрицательной полувол ной (-) сгибающая управляющего сигнала с отрицательной полярности (-) переходит в положительную полярность (+), компенсируя вторичное перерегулирование. Огибающие кривых 41 и 42 30 находятся в противофазе в виде зеркальных отображений.,Поэтому движения стопы при сгибании происходят плавно по кривой 43. Формула изобретенияИскусственная стопа, содержащая корпус, голеностоп, амортизатор игг МЮСР1 электромеханический привод, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью приближения характера ходьбы искусст-, венной стопы к естественному путем исключения колебаний стопы, в нее введен синхронизатор в виде последовательно соединенных светодиода, фотодиода, первого усилителя, ждущего мультивибратора блока дифференцирования, первого ограничителя, триггера, второго блока дифференцирования, второго ограничителя, второго и третьего ждущих мультивибраторов, второго усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, и усилителя мощности, электромеханическая стопа выполнена в виде верхней возвратной пружины, сердечника из немагнитного материала, железного сердечника, верхней и нижней направляющих, соленоида, штока, причем выход второго усилителя соединен с усилителем мощности, к выходу которого подключена обмотка соленоида, верхняя возвратная пружина соединена с сердечником из немагнитного материала, который соединен со штоком, шток соединен с железным сердечником, свободно перемещающимся внутри соленоида, а железный сердечник через продолжение штока соединен с нижним концом шарнира привода, сердечник из немагнитного материала и нижняя часть штока свободно перемещаются в вертикальном направлении вдоль направляющих, шарнир включающий спиральную пружину, соединяет голеностоп. со штоком,оРсн Производственно-полиграфическое п город ти оектная,Заказ 4870/5 ВНИИЦИ Государств по делам изобр 113035, Москва, Ж анов Корректор С.Черн Тираж 594нного комитета СССРтений и открытий5, Раушскан наб., д