Устройство для управления биоэлектрическим протезом плеча

(19) 01) 504 А 61 Р 2/7 Щ ффффацаф 3 ЕЮЮЮ%"УфВСГ 1.;)й .ЯН Ю ГОСУДАРСТВЕННЫИ: КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Украинский научно-исследовательский институт протезирования;протезостроения, экспертизы и восстановления трудоспособности инвалидов(56) Авторское свидетельство СССРУ 822405, кл. А 61 Р 2/72, 1980,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРОТЕЗОМ ПЛЕЧА(57) Изобретение относится к медицинской технике, Цель изобретения -повышение быстродействия протеза,Устройство содержит блок 1 выделения управляющих сигналов, включающийэлектроды 2, 3, усилители 4, 5 биопотенциалов, Выходы схем 6, 7 выделения огибающих подключены к входамблока 8 преобразования, включающегосумматор 9. Формирователи 10, 11управляющего сигнала выполнены какждущие мультивибраторы. Формирователи 10, 11 соединены с усилителем12 мощности, который соединен с электроприводом 15 кисти, К второй пареконтактов реле 14 подключен электропривод 16 локтя, а к контактам реле13 подключен электропривод 17 ротаципредплечья. Для упрощения освоенияинвалидом системы управления протезом плеча алгоритм управления может быть представлен графически ввиде треугольника, в углах которыхсостояния системы управления соответствуют одному подключенному электроприводу. Переход из одного состоянияв следующее осуществляется только почасовой стрелке однократным одновременным напряжением мышц. 2 ил,1344351 45 50 55 Изобретение относится к медицине, точнее к протезированию и протезостроению, и может быть использовано в многофункциональных протезах предплечья и плеча.Целью изобретения является повышение быстродействия протеза путем уменьшения времени на выбор и подключение исполнительных механизмов,На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - мнемоническая схема алгоритма управления протезом плеча.Устройство содержит блок 1 выделения управляющих сигналов, включающий последовательно соединенные электроды 2, 3 отведения биопотенциалов, усилители 4, 5 биопотенциалов и схемы 6, 7 выделения огибащих, выполненные, например, в виде диодо-емкостных интеграторов. Выходы схем 6, 7 выделения огибающих подключены к входам блока 8 преобразования, включающего сумматор 9, выполненный, например, на операционном усилителе К 140 УД 12,подключенный к формирователям 10, 11 управляющего сигнала, выполненным как управляемые ждущие мультивибраторы, частота и длительность импульсов которых пропорциональна амплитуде входного сигнала, Формирователи 10, 11 соединены с мостовым оконечным каскадом - усилителем 12 мощности, который одним своим выходом через нормально замкнутые контакты реле 13 и нормально замкнутые контакты реле 14 соединен с первым исполнительным механизмом - электроприводом 15 кисти, К второй паре нормально разомкнутых контактов реле 14 подключен второй исполнительный механизм - электро-. привод 16,локтя, а к второй паре нормально разомкнутых контактов реле 13 подключен третий исполнительный механизм - электропривод 17 ротации предплечья, Второй выход усилителя 12 мощности соединен с общей точкой трех исполнительных механизмов 15, 16, 17 - электроприводов соответственно кисти, локтя, ротации предплечья, входящих в состав блока 18 исполнительных механизмов. Устройство включает также формирователи 19, 20 сигнала команды, выполненные, например, по схеме ждущих мультивибраторов с низким порогом срабатывания, соединенные свходами блока 21 подключения исполнительных механизмов, т.е. с входами двухвходового элемента И 23, вы 5ход которого соединен с первыми входами трехвходовых элементов И 23-27.Вторые входы трехвходовых элементовИ 23, 24 подключены к Я-выходу 3 К 10 триггера 26, второй вход трехвходового элемента И 25 подключен к Я-выходу триггера 26, Третьи входы трехвходовых элементов 23, 25 подключенк Ц-выходу,Ж-триггера 27, а третий15 вход трехвходового элемента И 24к Я-выходу триггера 27. Выход элемента И 23 соединен с К-входом ичерез линию 28 задержки с С-входомтриггера 27. Выход элемента И 24 со 20 единен с Л-входом и через линию 29задержки с С-входом триггера 27, а,также соединен с К-входом и черезлинию 30 задержки с С-входом триггера 26, Выход элемента И 25 соеди 25 нен с Л-входом и через линию 31 задержки с С-входом триггера 26. Бвходы триггеров 26 и 27 соединеныс формирователем 32 импульса положительной полярности, который соединенс источником 33 питания, Первый выход(Я) триггера 27 соединен с ключевымкаскадом 34 блока 35 коммутации, квходу второго ключевого каскада 36блока 35 коммутации подключен пер 35вый Я-выход триггера 26. Выходы ключевых каскадов 34, 36 подключены креле 14 и 13 соответственно блока 35коммутации,Устройство работает следующим об 4 О РазомПри включении питания на выходеформирователя 32 импульса положительной полярности формируется короткийимпульс положительной полярности, который, поступая на Я-входы триггеров 26 и 27, устанавливает их в состояние "1", При этом нормально замкнутыми контактами реле 14 и реле 13будет подключен электропривод 15 кисти. Поочередно сокращая управляющие мышцы, инвалид посылает биосигналы через электроды 2, 3, усилители4, 5 биопотенциалов, схемы 6, 7 выделения огибающих в сумматор 9, на выходе которого появляется разностьогибающихсигналов, которая в формирователях 10, 11 управляющих сигналовпреобразуется в серию импульсов, частота и длительность которых изменя 1344ется пропорционально амплитуде входного сигнала, Эти импульсы через усилитель 12 мощности и нормально замкнутые контакты реле 13, 14 передаются на исполнительный механизм -электропривод 15 кисти, которым осуществляется схват либо раскрытие кисти,Для упрощения освоения инвалидомсистемы управления протезом плеча .ал горитм управления может быть представлен графически в виде треугольника (фиг,2), в углах которого состояния системы управления соответствуют одному подключенному электроприводу, Войти в этот треугольниксостояний можно включением питания,при этом подключается электропривод кисти. Переход из данного состояния в следующее состояние осуществляется только по часовой стрелкеоднократным одновременным напряжением мышц. При необходимости переходаиз одного состояния в другое, минуяблизлежащее, требуется осуществить 25двукратное напряжение мышц. Для подключения электропривода 16локтя (после привода кисти) инвалидподает однократный сигнал от совмест-З 0ного напряжения управляющих мышц, Приэтом единичный сигнал со схемы И 23подается на К-вход триггера 27,опрокидывая его в состояние "О".При этом срабатывает ключевой каскад 3534 блока 35 коммутации, перебрасываяконтакты реле 14 и подключая темсамым электропривод 16 локтя. Управление движением привода 16 локтяосуществляется аналогично управлениюприводом кисти,1Для осуществления перехода с привода 16 локтя на привод 17 ротацииподается один одновременный сигнал 45"О") путем управления сигналом "1"с элемента И 24 по Л-входу триггера2 и К-входу триггера.26 изменяютсяна противоположные, Ключевой каскадотключает реле 14, а ключевой каскад 36 подает напряжение питанияна обмотку -реле 13, в результате под ключается привод 17 ротации, а цепьсвязи усилителя мощности с электроприводами 15, 16 кисти и локтя оказывается разомкнутой,351Для подключения привода 15 кистипосле привода 17 ротации необходимоднократный совместный сигнал от управляющих мышц. При подаче этогосигнала на выходе элемента И 25 появится сигнал "1", которым триггер26 по Л-входу устанавливается в состояние "1", Состояние "1" триггеров 26, 27 соответствует закрытымключевым каскадам 34, 36, т.е, на обмотки реле 14, 13 не подано напряжение, что означает, что нормальнозамкнутыми контактами реле 14 будетподключен электропривод 15 кисти,Ввиду того, что наиболее частопри работе искусственной руки необходимы движения: схват - раскрытиепальцев и сгибание - разгибаниелоктя, а затем - ротация предплечья,предлагаемым устройством они реализуются в указанной последовательности,Для подключения электропривода17 ротации (после привода кисти) необходимо двукратное одновременноенапряжение управляющих мышц. Приэтом однимоднократным сигналом триггер 27 будет установлен в положение"1" подается на 1-вход триггера 27,опрокидывая его в состояние "1", ина К-вход триггера 26, опрокидываяего в состояние "О". При этом ключевой каскад 34 не включен, а ключевойкаскад 36 блока коммутации включаетреле 13, контактами которого подключается электропривод 17 ротации, Управление ротацией предплечья осуществляется аналогично управлениюсхватом - раскрытием кисти,Для подключения привода 15 кисти после привода 16 локтя необходимо подать два одновременных сигнала отуправляющих мышц. Первым импульсом с выхода элемента И 22 получим сигнал "1" на выходе элемента И 24, этот сигнал по 3-входу триггера 27 перебросит его в состояние "1", а по К-входу этот же сигнал перебросит триггер 26 в состояние "О". Вторым импульсом со схемы И 22 через элемент И 25 по Л-входу триггер 26 будет установлен в состояние " 1", Таким образом, состояние триггеров будет: триггер 27 - "1", триггер 26 - "1" (это соответствует закрытым ключевымкаскадам 34 36), и нормально замкнутымв контактами реле 14 и реле 13 будет подключен электропривод 15 кисти.Для осуществления перехода с привода 17 ротации на привод 16 локтя необходимо также подать два одновременных сигнала с управляющих мышц, Первым сигналом "1" с выхода элемента И 25 триггер 26 по 3-входу будет 10 переброшен в состояние "1", триггер 27 останется в прежнем состоянии. Следующим импульсом с элемента И 22 будет получен импульс "1" на выходе элемента И 23, который подается на 15 К-вход триггера 27 и перебрасывает его в состояние "О". Состояние триггера 26 не изменяется, оставаясь н 11-м20В результате триггер 27 находится в состоянии "О", т,е, включен ключевой каскад 34 и контактами реле 14 подключен привод 16 локтя, а триггер 26 находится в состоянии "1" и реле 13 не включено (контакты его нормально замкнуты)ф о р м у л а изобретенияУстройство для управления биоэлек 30 трическим протезом плеча, содержащее блок выделения управляющих сигналов, включающий Последовательно соединенные электроды отведения биопотенциалов, усилители биопотенциалов, схе-, 35 мы выделения огибающих, выходы кото-. рых подключены к входам сумматора, подключенного к формирователям управляющего сигнала, соединенным с усилителем мощности, который через блок 40 коммутации, состоящий из последовательно соединенных ключей и реле, соединен с блоком исполнительных механизмов, а также формирователи командных сигналов, соединенные с выходами схем выделения огибающих, источник питания, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышениябыстродействия протеза путем сокраще-ния времени на выбор и подключениеисполнительных механизмов, в нем установлень 1 два ЛК-триггера и три трехвходовых элемента И, один двухвходовой элемент И, четыре линии задержкии формирователь импульса положитель -ной полярности,при этом выходы формирователей командных сигналов соединены с входами первого двухвходового элемента И, выход которого подключен к первым входам трехвходовыхэлементов И, Я-входы ЗК-триггеровчерез формирователь импульса положительной полярности связаны с источником питания, Я-выход первого ЛКтриггера соединен с вторыми входамипервого и второго трехвходовых элементов И и с первым ключом блокакоммутации, Ц-выход первого ЕК-триггера подключен к второму входу третьего трехвходовогО элемента И,выход второго ЕК-триггера. соединенс третьими входами первого и третьего трехвходовых элементов И и с вторым ключом блока коммутации, а Я-выход его подключен к третьему входувторого трехвходового элемента И,выход первого трехвходового элемента И соединен с К-входом и черезпервую линию задержки с С-входомвторого триггера, выход второго трехвходового элемента И соединен с 3 входом и через вторую линию задержки с С-входом второго ЕК-триггераа также с К-входом и через третьюлинию задержки с С-входом первогоЕК-триггера, выход третьего трехвходового элемента И подключен кЛ-входу и через четвертую схему задержки к С-входу первого ЕК-триггера.11344351 Ломоте Рюмку л 7 ажигг и/РЯОЮюМ Составитель В.ВагановТехред А,Кравчук Корректор С. Чер Редактор М.Келем Тирак 594 ударственн изобретени ва, Ж,каз 487 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ухгород, ул.Проектная НИИПИ Гпо делам 035, Мо Подписноомитета СССРткрытийкая наб., д. 4/5 оиуш