Узел управления биоэлектрических протезов Советский патент 1986 года по МПК A61F2/54 

112

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в системах биоэлектрического управления протезами верхних конечностей .

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости.

На чертеже приведена структурная схема узла управления биоэлектрических протезов.

Узел управления имеет два канала, содержащие соответственно два усилителя 1 и 2, два детектора, состояп;ие из выпрямителей 3 и 4 и сглаживающих фильтров 5 и 6, два элемента 7 и 8 вычисления степени 1/п, элемент 9 выделения разности сигналов, диоды 10 и 11, выделяющие сигналы положительной и отрицательной полярности, и элементы 12 и 13 йозведения в степень п.

Узел управления биоэлектрических протезов работает следуюп им образом.

Сигналы двух мьшд усиливаются в усилителях 1 и 2, выпрямляются в выпрямителях 3 и 4, усредняются в сглазкивающик фильтрах 5 и 6, претер певают нелинейное преобразование 8 элементах 7 и 8 вычисления сте- 1ени 1/п, причем nSd, в элемент е 9 выделяется положительная составляющая сигнала, в другом диоде 11 - отрицательная составляющая, в элементах 12 и 13 сигнал возводится в степень п.

Положительный эффект предлагаемого преобразования объясняются неравенством:

При

V,

.где l - отношение сигнал-помеха; , сигналы управления; f сигналы помехи.

Эффективность преобразования возрастает также с увеличением способности оператора сознательно дифференцировать сигналы мыпщ-антагонис- тов. В большинстве случаев после непродолжительной тренировки сигнал мьшцы-антагониста от непроизвольж.)3082

го ее сокращения составтЕяет 10,20% от активности управляющей мышцы. ,

В таблице в качестве примера приводятся относительные значения отно- 5 шения сигнал-помеха у отдельных испытуемых при (разностный способ управления) и и 3.

При испьгганиях используют электроды и усилители биопотенциалов с по- 0 вышенной помехозащищенностью аналогичные тем, которые используются в системах с биоэлектрическим управ- пением. Источником помех являются коллекторные сетевые электродвигате- 15 пи. При определении величины помехоустойчивости (отношение сигнал-помеха) учитываются пиковые значения помехи, сигнал мышцы-антагониста принят равным 20%.

В таблице приводится отношение помехоустойчивости различного преобразования сигнала и помехоустойчивости раздельного управления. Сигнал на выходе каналов управления обозначен У, и V , причем . При этом преобразования при и 3 соответствуют

20

25

ili V

Z

и

1

,

Таким образом, помехоустойчивость по критерию отношения сигнал-помеха- повысилась по сравнению с аналогом (V). в 3-5 раз при и 4-14 раз при , а по сравнению с 2J в 2,3- 2,7 раза при и 2,9-7,7 раз при п 3,

Эффективность предлагаемого узла тем выше, чем больше п. Величина п ограничивается техническими сложностями в реализации предлагаемого преобразования. При и 3 с учетом требований к точности преобразования в системе биоэлектрического управления протезом (вычисление степени 1/п, извлечение корня и возведение в степень п) можно обеспечить за счет нелинейных характеристик полупроводниковых приборов. Как показали проведенные измерения, для практической реализации нелинейного преобразования сигнала в случае извлечения квадратного корня и возве- цйния в квадрат достаточную точность обеспечивает использование нелинейности характеристик г ерманиевых диодов.