Устройство для исследования и тренировки мышечных усилий Советский патент 1983 года по МПК A61B5/10 H02K49/00 G01R11/10 

Изобретет1е относится к медицинской технике, в частности, к психофизиологическим устройствам для исследований, диагностики нарушений и тренировки опти мальных мышечных усилий человека. Известно устройство, содержащее элемент, воспроизводящий движение реагиру щей части тела испытуемого, задатчик усилия, электромеханический блокиратор, препяочзтвуюший движению воспринимающего элемента, при приложении усилия, превьпдающего заданное С1 1. Однако дли тренировки начинающих операторов, а также для диагностики и лечения различного рода нарушений в функционировании неврологических больных, необходимы устройства для исследования и тренировки усилий, работающие по принципу гибкой обратной связи, вызывающей торможение перемещения рыча- га, пропорциональное отклонению усилия сжатия от оптимальной величины, воспринимаемого кожно-мышечным чувством испытуемого. Это будет вынуждать испыг туемого (оператора, больного) сознатель но или бессознательно стремиться к опти мальному усилию. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности явпя&гся устрой ство для исследования и тренировки мышечных усилий, содержащее тормозной механизм, механически соединенный с ; рукояткой, снаблсенной чувствительным элементом, последовательно соединенные датчик усилия, элемент сравнения к усилитель, выходы которого подключены к первому и второму входам тормозного механизма, а также блок пррграммирования, соединенный с вторым входом элемента сравнения, и регистратор, подключенный к выходу датчика усилий, причем выход чувствительного элемента под. ключей к входу датчика усилия С2 3 ; Однако это устройство обеспечивает исследование и тренировку оператора или неврологического больного на оптималь.ное мыщечное усшше только при ртвиомер ных перемещени51х органа управления. Это воэмояшо только при исследовании здорового человека. У неврологических больных, с нарушением двигательной функнни, как показал опыт, этого не удается обеспечить. Цель изобретения - расширение ;функциональных возможностей устройсгва путем обеспечения тренировки движений, осуществляемых с неравномерной скоростью. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для исследования и тренировки мышечных усилий, содержащем тормозной механизм, механически соединенный с рукояткой, снабженной чувствительным элементом, последовательно соединенные датчик усилия, элемент сравнения и усилитель, выходы которого подключены к первому и второму входам тормозного механизма, а также блок программирования, соединенный с вторым входом элемента сравнения, и регистрат, подключенный к выходу датчика усилий, причем выход чувствительного элемента подключен к входу датчика усилия, тормозной механизм вьшолнен электромагнитным и содержит ротор, механически соединенный с рукояткой и помещенный в ферромагнитную жидкость, статор, на по люсах которого установлены индуктивности, соединенные последовательно, .причем первая и последняя катушки соединены с первым и вторым входами тормозного механизма. На чертеже приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство для исследования и тренировки мьпиечных усилий содержит тормозной механизм 1, механически соединенный 5 рукояткой 2, снабженной чувствительным элементом 3, последовательно соедине)вмые датчик 4 усилия, элемент 5 сравнения и усилитель 6, выходы которого подключены к первому и второму входам тормозного механизма 1, а также блок 7 программирования, соединенный с вторым входом элемента 5 сравнения, и регистратор 8, подключенньШ к вьгходу датчика. 4 усилия, причем выход lyBCTвительногч) элемента 3, подключен к входу датчика усилия. Тормозной механизм 1 выполнен электромагнитным и содержит ротор 9, механически соединенный с рукояткой 2 и помещенный в ферромагнитную жидкость 1О, статор 11, на полюсах 12 которого установлены катушки 13 индуктивности, соединенные последовательно. Кроме того, первая и последняя катушки 13,индуктивности соединены с первым и вторым входами тормозного механизма 1. Устройство работает следующим образом. Предварительно экспериментатор с помощью блока 7 программирует для оператора величину к;ьш1ечного усилия сжатия рукоятки 2 органа ручного управления. Далее, оператору дается задание вьшолнить какой-либо элемент движения рукоятки 2. При вьшолнении onepaoxjpoM заданного элемента движения в чувствительном элементе 3 происходит изменение ВЫХОДНОГО) сигнала, обусловленного усилием сжатия оператором рукоятки 2. Датчик 4 усилия преобразует выходной сигнал, который поступает на регистратор 8 и на первый вход элемента 5 сравнения, на второй вход которой с выхода блока 7 поступает сигнал задания усилия сжатия. Схема сравнения вырабатывает сигнал рассогласования между текущим значением усилия сжатия рукоятки 2, поступающего с выхода датчика 4 усилия, н сигналом Задания, формируемого блоком 7. Сигнал рассогласования усиливается по напряжению и мощности усилителем 6, выход которого нагружен на тормозной механизм 1 развивающий мозной момент, пропоринональный сигналу рассогласования Так как тормознет механизм кинедлатачески связан с рукоятью 2, то оператор испыташает ко шомышечным чувством противодействуюийе усилие (тормозной момент) движению рукоятки 2 в сйучае, если Tejcyiiiee усилие сжатия рукоятки отличается по величине от сигнала задания. При равенстве текущего усилия сжатия и усилия задания тормозной момент исчезает, что соответ ствует достижению оператором оптимального усилия сжатия. Динамика поиска и достижения оператором оптимального усилия в процессе тренировки (путем многократного повторения заданного элемента движения) отображается регистратором 8.

В тормозном механизме устройства использован эффект возникновения сопротивления сдвигу в ферромагнитной жидкости при наложении на нее магнитного поля, создаваемого в зазоре между полюсами 12 статора 11 и полюсами ротора 9 и возбужцаемого J-OKOM, протекающим по катущкам 13 полюсов 12 статора. Величина тормозного момента изменяется пропорционально намагничивающему току, протекающему по обмоткам статора, и не зависит от скорости вращения ротора 9. В результате, оказываемое сопротивление вращенгао ротора линейно зависит от вязкости стабильной ферромаз нитной жидкости, которая в свою оч ередь является производной магнитногчэ поля обмотки воз гакдения..

Таким образом, тормозным механизмом предлагаемой кс«струк1Ши решается задача строго пропорционального возрастания величины тормозного момента соответственно величине отклонения усилия сжатия рукоятки органа ручного управления вне зависимости от скорости его пеЬемещения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И 1РЕНИРОВКИ МЫШЕЧНЫХ УСИЛИЙ, содержащее тормозной механиз механически соединенный с рукояткой, снабженной чувствительным элементом, последсйвательно соединенные датчик усилия, элемент сравнения и усилитель , выходы которого подключены к первому и второму входам тормозного механизма, а также блок программированкя, соединенный с вторым входом элемента сраи1ения, и регистратор, подключегшый к выходу датчика усилий, причем выход чувствительного элемента подключен к входу датчика усилия, отличаю щееея тем, что, с целью расширения функциональных возмошюстей путем обеспечения тренировки движений, осуществляемых с неравномерной скоростью, тормозной механизм выполнен электромагнитным и содержит ротор, механически соединенный с рукояткой и помещенный в ферромагнитную жидкость , статор, на полюсах которого устаi новлены катушки индуктивности, соеди(Л ненные последовательно, причем первая и последняя соединены с первым и вторым с: входами тормозного механизма. СП Ф