Устройство для управления коленным механизмом протеза бедра Советский патент 1987 года по МПК A61F2/70 

соединен с входом элемента 11 КПИ-НЕ, а через инвертор 12 - с входом элемента 13 ИЛИ-НЕ. Выход второго формирователя 6 через инвертор 14 соединен с вторым входом элемента 11 ИЛИ-НЕ. Первый выход D-триггера 15 через ключевой усилитель 16 мощ1

Изобретение относится к медицине, а именно к протезированию, и может быть использовано в протезах бедра с внешним источником энергии.

Целью изобретения является приб- лижение ходьбы на протезе к естественной путем обеспечения углового перемещения коленного шарнира по фазам шага.

На чертеже показана функциональ- ная схема устройства.

Устройство для управления коленным шарниром протеза содержит датчик 1 углового перемещения коленного шарнира, датчик 2 углового перемеще- ния стопы, установленный на пяточной области. Датчики 1 и 2 выполнены, например, в виде нормально разомкнутых микрокнопок и подключены к фильт рам 3 и 4 соответственно, выполнен- ным в виде КС-цепочек, и к формирователям 5, 6 импульсов, выполненным, например, в виде триггеров Шмитта по типовой схеме на инверторах 7, 8 и 9, 10. Выход первого формирователя 5 соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 11, а через инвертор 12 - с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 13. Выход Второго формирователя 6 через инвертор 14 соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 11, с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 13 и R-входом D-триггера 15. Первый выход D-триггера 15 через ключевой усилитель 16 мощности .выполненный на транзисторах 17 и 18, включенных по с:Кеме Дармингтона, соединен с электроприводом 19, -приводящим в действие фиксатор коленного шарнира 2D, а .второй выход D-триггера 15 подключен к третьему входу третьего элемента ИЛИ-НЕ 11.

Устройство работает следующим образом.

ности, выполненный на транзисторах 17, 18, соединен с злектропри.водс:м 19, приводящим в действие фиксатор коленного шарнира 20, Устройство позволяет фиксировать коленньв шарнир, сохраняя его подкосоустойчи- вость. 1 ил.

;,

0 5 Ю

5

В исходном состоянии при обесточенном электроприводе 19 коленный шарнир зафиксирован замком исполнительного механизма. При включении питания, полной опоре на стопу и вьшрямленном колене датчики 1 и 2 разомкнуты. Б начале движения фаза переката на стопе начинается с отрыва , колено при этом выпрямлено. В результате датчик 2 замыкается, датчик 1 -разомкнут. Сигнал с датчика 2 передается на формирователь 6, где преобразуется в прямоугольный импульс, который через инвертор 14 поступает на R-вход D-триггера 15, т.е. на Q-выходе его на время замыкания датчика 2 держится потенциал логической единицы. В результате этого ключевой усилитель 16 мощности включается и передает сигнал на электропривод 19 который приводит в действие замок исполнительного механизма. Коленный шарнир выводится из состояния фиксации и получает угловую подвижность, т.е. с фазы переката голень начина.ет сгибаться относительно бедра, как и у здоровой конечности. При этом датчик 1 на некоторый угол сохраняет разомкнутое положение, поэтому на опорном входе элемента ИЛИ-НЕ 11 положительным потенциалом с инвертора 14 держится потенциал логической единицы, на первом его входе положительным потенциалом с формирователя 5 также держится потенциал логической единицы, а на третьем - потенциалом с выхода D- триггера 15 держится потенциал логического нуля. В то же время на первом входе элемента ИЛИ-НЕ 13 отрицательным потенциалом с инвертора 12 держится потенциал логического нуля, а положительным потенциалом с инверто-

3

pa 14 на втором его входе держится потенциал логической единицы, т.е. на С и S-входы D-триггера 15 сигналы не поступают.

По достижении коленным узлом некоторого угла замыкается датчик 1 колена. Это приводит к появлению на первом входе элемента ИЛИ-НЕ 11 потенциала логического нуля, а на первом входе элемента ИЛИ-НЕ 13 - потенциала логической единицы. Поскольку на вторых входах элементов 1 и 13 с инвертора 14 держится потенциал единицы, то изменений в состоянии исполнительного механизма не происходит, т.е. электропривод 19 удерживает коленный шарнир в расфик сированном положении, сохраняя угловую подвижность и в фазу переноса конечности. Поэтому датчик 1 в результате выпрямления колена снова размыкается. На первом входе элемента 11 снова появляется логическая единица, а на первом входе элемента 13 - логический нуль. Состояние системы на изменяется, т.е. коленный шарнир остается расфиксированным.

При касании пяткой опоры размыкается датчик 2. На второй вход элемента 11 и на R-вход триггера 15 поступают потенциалы логического нуля, но в начальный момент состояние триггера 15 не изменяется. Коленный шарнир угловую подвижность не теряет и начинает подгибаться. Снова срабатывает датчик 1 колена. На первом входе элемента 11 появляется потенциал логического нуля, покольку на двух остальных его входах держатся такие же сигналы, на его выходе появляется потенциал логической единицы, которая, поступая на Б-ВХОД триггера 15, опрокидывает ег На Q-выходе появляется потенциал логического нуля, который, запирая ключевой усилитель 16 мощности, обепечивает электропривод 19, что приводит к срабатыванию фиксатора коленого шарнира 20 и запиранию коленного механизма. На Q-выходе триггера 15 появляется потенциал логической единицы, который передается на третий вход элемента ИЛИ-НЕ 13 и устанавливает его в О, поступающий на S-вход триггера 15.

В то же время от срабатывания дачика 1 колена на первом входе элемета 13 появляется пот енциал логическ

единицы, а на его выходе появляется логический нуль.

Если при опоре на пятку происходит выпpя ffleниe колена и срабатывание датчика 1, то на первый вход элемента 13 поступает логический нуль, который вместе с логическим нулем на втором входе дает на выходе элемента 13 логическую единицу. По переднему фронту этой единицы триггер 15 опрокидывается , и на Q-выходе появляется логическая единица, которая вызывает срабатывание электропривода 19

5 и расфиксацию коленного механизма.

Коленньш механизм заперт при опоре на пятку и появлении угла в коле.ч- ном шарнире и разомкнут при отрыве пятки или опоре на пятку и выпрям0 ленном коленном шарнире. Реакция устройства управления на появление угла в коленном шарнире при опоре стопы на пятку обеспечивает безопасность ходьбы инвалида, так как при этом

5 обеспечивается фиксация коленного шарнира.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет в нужные моменты фиксировать коленный шарнир, сохраняя

0 его подкосоустойчивость, а при переходе из фазы опоры в фазу переносу, начинающуюся отрывом пятки от опоры, обеспечивает угловую подвижность в коленном шарнире, сохраняя естественg ность движения, так как компенсаторные движения инвалида при этом отсутствуют.

Формула изобретения

Устройство для управления коленным механизмом протеза бедра, включающее датчик углового перемещения стопы и механизм управления фиксатором, о т- л и чающееся тем, что, с целью приближения ходьбы на протезе к естественной путем обеспечения углового перемещения коленного шарнира по фазам шага, оно дополнительно содержит два формирователя импульсов, два фильтра, D-триггер, соединенный через ключевой усилитель мощности с электроприводом механизма управления фиксатором, и датчик углового перемещения шарнира, который через последовательно соединенные первый формирователь импульсов и инвертор подключен к входу элемента ИЛН-НЕ, выход первого формирователя подключен к

1333333°

входу второго элемента ИЛИ-НЕ, выходвходу D-триггера, а выход второго

которого соединен с S-входом D-элемента ИЛИ-НЕ соединен с С-входом

триггера, датчик стопы при этом че-D-триггера, второй выход которого

рез второй формирователь импульсовподключен к третьему входу первого

соединен с вторым инвертором, выходэлемента ИЛИ-НЕ, первый и второй

которого подключен к второму входуфильтры соединены с выходами датчиперврго элемента ИЛИ-НЕ, к второмуков перемещения коленного сустава

входу второго элемента ИЛИ-НЕ и к R-соответственно.

Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - приближение ходьбы на протезе к естественной. Устройство содержит датчик 1 углового перемещения коленного шарнира, датчик 2 углового перемещения стопы. Датчики 1, 2 подключены к фильтрам 3, 4 и к формирователям 5, 6 импульсов, выполненным в виде триггеров Шмитта на инверторах 7-10. Выход первого формирователя 5 с (Л со со со со со со IS