Устройство для управления биоэлектрическими протезами Советский патент 1987 года по МПК A61F2/48 

Изобретение относится к медицине, а именно к протезированию и протезе- строению, и .может быть использовано в многофункциональных протезах верхних конечностей.

Целью изобретения является приб- , лижение движений многофункционального протеза к естественным путем ускорения процесса переключения исполнительных механизмов.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит двухканальный блок 1 выделения управляющих сигналов, включающий последовательно соединенные электроды 2 и 3 отведения биопотенциалов, установленные на управляющих мышцах культи инвалида, усилители 4 и 5 биопотенциалов и детекторы 6 и 7 разной полярности, которые выделяют огибающие биосигналов, детекторы выполнены, например, в виде диодно-емкостных интеграторов . Выходы детекторов подключены к входам сумматора 8, выполненного, например, на операционном усилителе типа 140 УД12 и подключенного к двух- канальному преобразователю 9. Преобразователь ,9 выполнен, например, на мультивибраторах, генерирующих импульсы с частотой, изменяющейся пропорционально амплитуде входного сигнала, и подключен через контакты 10 реле 11 блока 12 коммутации к блоку

13исполнительных механизмов, напри- мер электроприводов.

Устройство включает также блок

14выборки, состоящий из последовательно соединенных счетчика 15 и дешифратора 16. Дешифратор 16 соединен со счетными триггерами 17 блока 12 коммутации, которые подключены к обмоткам реле 11 блока 12 коммутации. Кроме того,- устройство содержит формирователь 18 командных импульсов, который включает блок распознавания командных сигналов, выполненный в виде линейного или углового блока 19 свето- 20 и фото- 21 диодов, и блок 22 формирования сигналов переключения.. В линейном блоке свето- и фотодиоды установлены, например, на расстоянии 0,5-1 см друг от друга, а в угловом блоке - по кругу с радиусом, например, 1,5-2 см, на расстоянии 10° друг от друга. Между свето- й фотодиодами закреплена тяга 23 перекрытия, механически связанная с

0

5

0

управляющим органом человека, например с штечом (в линейном) или с культей (в угловом блоке 19). Блок 22 формирования сигналов переключения включает усилители 24-26, соединенные со схемам 1 27-29 И соответственно, выходы которых; через формирователи 30-32, выполненные в виде ждущих мультивибраторов, соединены со схемой 33 ИЛИ. Кроме того, усилитель 24 подключен к схемам 28 и 29 И, а усилители 25 - к схеме 29. Фотодиоды 21 подключены к усилителям 24-26 соответственно, а выход схемы 33 ИЛИ соединен с входом счетчика 15 блока выборки и со считывающим входом блока счетных триггеров 17.

Кроме того, выход сумматора 8 соединен с входами инвертора 34 и схемы 35 КГШ блока 36 синхронизации, вклю- .чающего также схему 37 задержки. Выход инвертора 34 подключен к второму входу схемы 35 ИЛИ, выход которой

5 соединен с разрешаюгщ м входом дешифратора 16, а через схему 37 задержки - с установочным входом счетчика 15, к которому подключен также блок 38 установки в исходное состоя0 ние, выполненный, например, в виде .RC-цепочки. К выходам счетчика под- i ключен также сигнализатор 39 положения счетчика, выполненный в виде блока светодиодов, установленных в

5 удобном для инвалида месте, например на кисти протеза между первым и вторым пальцами. Питание устройства осуществляется от источника 40 постоянного напряжения. В описании при0 веден пример устройства, реализующего три пары движений: схват-раскры- тие пальцев кисти, сгибание-разгибание локтя, ротацию кисти. При необходимости увеличения количества

5 функций устанавливается соответствующее количество свето- и фотодиодов, формирователей и схем И.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания с блока 40 поступает импульс, устанавливающий счетчик; 15 в исходное состояние. Для подключения к системе управления того или иного исполнительного механизма инвалид перемещает тягу 23 перекрытия на определенное расстояние в зависимости от того, какой из исполнительных механизмов ему нужно подключить. При перемещении тяга 23

0

5

3

перекрытия постепенно выбирается из промежутка между свете- и фотодиодами, в результате чего световые потоки сначала с одного, а затем и с последующих нескольких светодиодов 20 (в зависимости от выбранного инвалидом расстояния) поочередно поступают на соответствующие фотодиоды 21, с выходов которых через усилители 24-26 соответственно сигналы поочередно передаются на схемы 27-29 И В зависимости от поступивших на их входы сигналов соответствующие схемы И срабатывают. Например, при срабатывании двух фотодиодов срабатывают усилители 24, 25 и схемы 27, ; 28 И, которые передают сигналы на формирователи 30 и 31 одиночных импульсов соответственно. По переднему фронту поступающих поочередно сигналов формирователи 30 и 31, представляющие собой ждущие мультивибраторы, также поочередно срабатьшают. Емпуяьсы сначала с выхода формирователя 30, а затем с вькода формирователя 31 поступают на вход счетчика 15 и устанавливают его в определенное состояние. В приведенном приме- ре счетчик устанавливается в состоя- ние 10 в двоичной системе счисле- НИН. Эта информация передается на дешифратор 16 и на сигнализатор 39, светодиоды которого подсвечиваются в зависимости от положения счетчика 15.. Ориентируясь на сигнализатор 39, инвалид определяет правильность набора кода в счетчик натяжением тяги 23 перекрытия. После этого устройство готово к управлению движением. Инвалид, сокращая одну из управляющих мьшц, передает биопотенциалы через электрода 2 и 3 на усилители 4, 5 и детекторы 6 и 7 разной полярности соответственно. Хотя сокращается одна управляющая мьшца, биопотенциалы меньшей амплитуды обычно наводятся и на мышце-антагонисте, поэтому с вьххода детекторов 6 и 7 сигналы в виде огибающих биопотенциалов разной полярности передаются в сумматор 8, где вычитаются, и на его выходе появляется сигнал в виде разностной огибающей биопотенциалов, полярность которой зависит от соотношения входных огибающих биопотенциалов. Этот сигнал через инвертор 34 или непосредственно поступает на соответствующий вход схемы 35 ИЛИ.

33331 , 4

С выхода схемы 35 HJIIi сигнал передается на считывающий вход дешифратора 16, который передает информацию,

с записанную в счетчике 15, на соответствующие счетные триггеры 17 блока коммутации. Триггеры срабатывают и передают сигнал на обмотки реле 11 блока 12 коммутации, контакты 10

10 которых подключают к преобразователю 9 соответствующие исполнительные механизмы, например механизм сгибания-разгибания локтя.

Одновременно с выхода сумматора

15 8 сигнал передается в двухканальный преобразователь 9, где превращается в серию импульсов с изменяющимися в соответствии с амплитудой входного сигнала длительностью и частотой.

20 При этом в зависимости от полярности сигнала с выхода сумматора 8 работает тот или иной канал преобразовате ля 9. Управляющие импульсы через контакты 10 реле 11 поступают на под25 ключенный, как описано вьш1е, электропривод, который управляет соответствующим исполнительным механизмом протеза, например механизмом сгибания локтя, т.е. подключение исполни-

30 тельного механизма к системе управления производится одновременно с приходом управляющего сигнала.

С выхода схемы 35 ИЛИ сигнал через схему 37 задержки поступает на

25 сбросовый (установочный) вход счетчика 15, которьш устанавливается в исходно е состояние. Однако управление выбранным, как описано вьш1е, исполнительным механизмом может прово40 диться по желанию инвалида до тех пор, пока он натяжением тяги 23 не передаст новьш сигнал на переключение, который установит счетчик 16 и, соответственно, триггеры 17 в необ45 ходимое состояние, одновременно контролируя положение 1счетчика 15 светодиодами сигнализатора 39.

Аналогично описанному выше прот исходит управление другим движением. 5Q Для этого натяжением тяги 23 на оп- ределенное расстояние в счетчик 15 производится набор кода, соответствующего этому движению, например при выборке тяги из промежутка между

gg первой парой свето- и фотодиодов . счетчик устанавливается в положение 1, а к системе управления подключается исполнительный механизм схва- та-раскрытия пальцев искусственной

кисти. Сокращением управляющих мышц осуществляют управление механизмом охвата-раскрытия пальцев.

Как видно, в процессе переключения (выбора) исполнительных механизмов протеза участвует формирователь 18 командных импульсов, включающий тягу перекрытия, блок свето- и фотодиодов, усилители с формирователями и логическими элементами и блок синхронизации. Посредством формирователя командных сигналов одним движением инвалид осуществляет набор кода в счетчик и сброс триггеров блока : коммутации в исходное состояние. Схема синхронизации при поступлении управляющего сигнала с мышц вырабатывает команду на подключение исполнительного механизма к системе управления и на сброс счетчика..При помощи блока сигнализации инвалид осуществляет контроль за величиной выборки тяги перекрытия из промежутка между свето- и фотодиодами формирователя командных сигналов.

Таким образом, благодаря замене в устройстве позиционного блока на линейный формирователь командных импульсов, который посредством линейных перемещений тяги выборки управляет набором кода в счетчик, и использований в устройстве блока контроля за набранным в счетчик кодом инвалид получает возможность осуществлять переключение исполнительных механизмов одним движением, натягивая тягу выборки на определенное расстояние, и тем самым экономить время на операцию выбора исполнительного механизма.

Формула изобретенияУстройство для управления биоэлект-.,- триггеров, а входы сигнализатора

45

рическими протезами, содержащее двух- канальный блок выделения биоэлектрического сигнала управления, каждый канал которого содержит последоваРед-актор А.Маковская Заказ 3860/5

Составитель В.Ваганов

Техред л. Сердюкова Корректор Л.Бескид

Тираж 594Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5

0

5

0

5

0

тельно соединенные электрод, уг пи- тель и детекторы, подключенный к соответствующему входу сумматора, выход которого подсоединен к преобразователю амплитуды сигналов в частоту, выходы которого через контакты реле блока коммутации, содержащего последовательно соединенные счетные триггеры и реле, подсоединены к блоку исполнительных механизмов, схему выборки, включающую последовательно соединенные счетчик и дешифратор, блок синхронизации, включающий последовательно соединенные инвертор, первый элемент ИЛИ, соединенный с дешифратором и схемой задержки, при этом выход сумматора подключен к инвертору и входу первого элемента ИЛИ, а сбросовый вход счетчика соединен с выходом схемы задержки и-с блоком установки в исходное состояние, отличающееся тем, что, с целью приближения движений многофункционального протеза к естественным, в нем установлен формирователь командных импульсов и сигнализатор положения счетчика, при этом формирователь командных импульсов включает блок светофотодиодов, между которыми установлена тяга перекрытия, и формирователь сигналов переключения, который содержит второй элемент ИЛИ, вход его через формирователи, логические эл ементы И и усилители связаны с выходами фотодиодов, первый из которых через первьй усилитель соединен с первыми входа- ми всех элементов И, второй - с вторыми входами второго и третьего элементов И, третий - с третьим входом третьего элемента И, при этом выход второго элемента ШШ соединен с входом счетчика и сбросовой шиной блока

триггеров, а входы сигнализатора

положения счетчика соединены с выходами счетчика, выходы дешифратора подключены к входам счетных триггеров .

Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - приближение движений многофункционального протеза к естественным. Устройство содержит двухканальный блок 1, включающий электроды 2, 3, усилители 4, 5 биопотенциалов и детекторы 6, 7. Преобразователь 9 выполнен на мультивибраторах и подключен через контакты 10 реле блока 12 коммутации к блоку 13 электроприводов. Устройство включает блок 14 выборки, состоящий из счетчика 15 и дешифратора 16. Формирователь 18 командных импульсов включает блок 19 свето- 20 и фото- 21 диодов и блок 22 формирования сигналов переключения . Фотодиоды 2 i подключены к усилителям 24-26, а выход схемы 33 ИЛИ соединен с входом счетчика 15 и со считывающим входом блока счетных триггеров 17. Сигнализатор 39 положения счетчика выполнен в виде блока светодиодов. При необходимости увеличения количества функций протеза устанавливают соответственное количество свето-,фотодиодов, формирователей и схем И. 1 ил. (О Од со со со со