Устройство для управления биоэлектрическим протезом Советский патент 1987 года по МПК A61F2/72 

Изобретение относится к медицине, а именно к протезированию и протезо- строению, и может быть использовано для управления многофункциональными протезами верхних .конечностей.

Целью изобретения является повышение быстродействия управления протезом.

На чертеже приведена блок-схема устройства для управления биоэлектрическим протезом.

Устройство для управления биоэлектрическим протезом содержит два идентичных канала 1, 2 выделения управ- лякяцих сигналов, включающих последовательно соединенные электроды 3 съема биосигналов, усилители 4 биопотенциалов, детекторы 5, выполненные в виде .интеграторов,

Выходы детекторов 5 соединены с соответствующими входами сумматора 6, выполненного, например,, на операционном усилителе типа 140УД12 с инвертирующим входом, Выходы сумматора 6 подключены к импульсному преобразователю 7/ выполненному, например, на мультивибраторах и соединенному с усилителем 8 мощности, выполненному по мостовой схеме. Один выход усилителя 8 подсоединен к контактной группе реле 9 блока 10 коммутации, выполненному в виде двух реле. Коммутирующие выходы реле 9 подключены к электроприводу 11 сгибания-разгибания локтя блока исполнительных механизмов 12 и к контактной группе реле 1 3 блока 10 коммутации. Коммутирующие выходы реле I 3 соединены с электроприводами 14 и 15 схвата-раскрытия паль цев искусственной кисти и ее ротации соответственно,

Второй выход усилителя 8 мощности подключен к другим входам электроприводов 11, 14 и 15, Вход первого формирователя 16 соединен с кнопочным ключом 17, Кроме того, выходы детекторов 5 подключены соответственно к второму и третьему формирователям 18

и 19, выполненным, например, по схеме 50 управляющие импульсы поступают на

ждущих мультивибраторов с низким порогом срабатывания. Выходы этих формирователей соединены с входами элемента И 20, выход которого подключей к счетному входу первого триг- 14,15, Движение этих электроприводов

гера 21, а через первый элемент ИПИ 22 к установочному входу второго триггера 23, Выходы первого и второго счетных триггеров 21 и 23 .соедиосуществляется в том или ином направлении, в зависимости от преобладания сигнала с той или иной управляющей мышцы. Например, при по.дключе10

нены соответственно с обмотками реле 13 и 9 блока 10 коммутации. Установочные входы обоих счетных триггеров 21 и 23 через первый и второй элементы ИЛИ 22 и 24 связаны с блоком 25 сброса счетных триггеров, выполненным, например, в виде формирователя прямоугольного импульса подключенного к источнику 26 постоянного напряжения, Первый и второй элементы ИЛИ 22 и 24 введены для исключения ложных срабатываний счетных триггеров 21 и 23,

Устройство для управления биоэлек 5 трическим протезом работает следующим образом, .

При включении источника 26 питания блок 25 сброса формирует сигнал в виде прямоугольного импульса, ко20 торый, поступая через первый и второй элементы ИЛИ 22 и 24 на установочные входы счетных триггеров 21 и 23, устанавливает их в состояние О, При этом контакты реле 9 и 13 находятся

2 в нормально замкнутом состоянии, К усилителю 8 мощности подключается электропривод 14 схвата-раскрытия искусственной кисти. Устройство готово к выполнению этого движения,

30 Поочередно сокращая управляющие мьшнды, инвалид посылает тем самым биоэлектрические сигналы через электроды 3, предварительные усилители 4 и детекторы 5 в сумматор 6, где усиленные биосигналы с двух мышц, преобразованные детекторами 5 в огибающие, сравниваются .по амплитуде и суммируются, Т, к, один из входов сумматора 6 инвертирующий, на том или ином вы- 40 ходе его, в зависимости от преобладания того или иного из сравниваемых сигналов, появляется сигнал в виде разности огибающих биосигналов. Этот сигнал передается в импульсный пре45 образователь 7, где преобразуется в серию импульсов, частота и длительность которых изменяются в зависимости от амплитуды входного сигнала, С выхода импульсного преобразователя 7

35

усилитель 8 мощности, выполненный по схеме моста, в диагональ которого через контакты реле 9 и 13 подключаются поочередно электроприводы 11,

осуществляется в том или ином направлении, в зависимости от преобладания сигнала с той или иной управляющей мышцы. Например, при по.дключеНИИ нормально замкнутыми контактами реле 9 И 13 электропривода 14 осуществляется схват или раскрытие пальц искусственной кисти.

При изменении движения на управлние ротацией искусственной кисти инвалид одновременно сокращает обе управляющие мышцы, в результате чего биосигналы с них передаются через электроды 3, усилители 4 и детекторы 5 на второй и третий формирователи .18 и 19, где преобразуются в прямоугольные импульсы и поступают на входы элемента И 20, с выхода кото- рого управляющий сигнал передается на счетный вход первого триггера 21 и через первый элемент ИЛИ 22 -- на. установочный вход второго триггера 23. Последний остается в исходном состоянии, а первый срабатывает. Контакты реле 9 остаются в нормально замкнутом положении, а реле 13 срабатывает, в-результате чего контакты его подключают электропривод 15 ротации.

Управление электроприводом 15 ротации проводится от поочередного сокращения управляющих мышц, как описано вьгазе при управлении схватом

раскрытием пальцев кисти.

При изменении движения, например, на сгибание-разгибание локтя инвалид подает сигнал на кнопочный ключ 17, например,, нажимая на него торцом культи. Через первый формирователь 1 импульсов прямоугольный сигнал передается через второй элемент ИЛИ 24 на установочный вход первого триггера 21 и на счетный вход второго триггера 23. Первый из них не изменяет сигнала на реле 13, а второй, посылая сигнал на реле 9, изменяет его состояние, в результате чего его контакты подключают к усилителю 8 мощности электропривод 11 сгибания- разгибания локтя блока исполнительных механизмов 2.

Управление электроприводом 15 сгибания-разгибания локтя проводится от биосигналов управляющих мышц аналогично описанному выше: так же, как и при управлении схватом-раскрытием пальцев искусственной кисти, инвалид посылает биосигналы, поочередно сокращая управляющие мьшщы.

I

При переходе на управление схватом-раскрытием пальцев искусственной кисти , например, с ротации кисти ин

Q 5 0 5

0

0

5

5

0

валид снова посылает одноразовые сигналы, одновременно сокращая управляющие мьш1цы на второй и третий формирователи 18 и 19, элемент И 20 срабатывает и передает сигналы на счетный и установочный входы триггеров 21 и 23, опрокидывая первый триггер 21 в О и устанавливая второй триггер 23 в исходное состояние О. Реле 13 переключает контакты, подключая к усилителю 8 мощности электропривод 14 искусственной кисти.

Переход на управление схватом- раскрьТ гием пальцев кисти с управления сгибанием-разгибанием локтя проводится инвалидом нажатием на кнопочный ключ 17, в результате чего второй счетный триггер 23 опрокидывается, а первый триггер 21 устанавливается в исходное состояние. Реле 9 и 13 срабатывают, переключая контакты, тем самым подключая к усилителю 8 мощности электропривод 14 искусственной кисти,

При переключении движения с электропривода 15 ротации на электропривод 11 локтя необходимо осуществить одноразовое нажатие на кнопочный ключ 17. При этом сигналом, поступ-а- ющим на счетный вход второго триггера 23, подается сигнал на реле 9, которое переключает контакты на электропривод 11 сгибания-разгибания локтя, соединяя его с усилителем В мощности. Реле 13 при этом устанавлива- ется в исходное состояние. Сокращая поочередно управляющие-мьшцы, инвалид проводит управление электроприводом 11 локтя.

При переключении движения с элек- , тропривода 11 локтя на -электропривод 15 ротации необходимо осуществить посылку биосигналов одновременным сокращением управляющих мышц. При этом сигналом, поступающим на счетный вход первого триггера 21, подается команда на реле 13, которое переключает контакты на электропривод 15,

Сигналом, поступающим на установочный вход второго триггера 23, реле 9 устанавливается в исходное состояние и его контакты переключаются на контактную группу реле 13, подключая тем самым электропривод 15 ротации кисти к усилителю 8 мощности. Сгибая поочередно управляющие мьшгцы, инвалид проводит управление ротацией кисти.

Управление многофункциональным биоэлектрическим протезом осуществляется инвалидом в два этапа; вначале выбор нужного исполнительного механизма, затем - управление им, От того, как построена система управления, какие управляющие сигналы требуется подавать инвалиду, зависит качество выполняемого протезом движения и утомляемость инвалида

Как видно, переключение, любого движения на ротацию, а также с ротации на кисть требует одноразового сокращения управляющих мышц; переключение любого движения на локтевой механизм а также с локтя на кисть требует нажатия на кнопочный ключ. Это действие не является сложным для инвалида и не вызывает утомления при управлении протезом.

Таким образом, устройство для управления биоэлектрическим протезом з счет схемного соединения двух счетных триггеров с каналами выделения биосигналов, с каналом выделения позиционного сигнала и с блоком установки в исходное состояние (блок сброса), а также за счет схемного соединения контактных элементов блока коммутации позволяет реализовать подключение трех исполнительных механизмов к системе управления одноразовыми движениями: нажатием на кнопочный ключ или одновременным сок- ращением управляющих мышц или включением источника питания, тем самым сокращается время на переключение исполнительных механизмов, т,е, сокращается время на реализацию движений, что приближает управление искусствен ной конечностью к естественному, чем повьшается функциональность биоэлектрического протеза. По результатам сравнительных испытаний установлено, что время на выполнение операций, по сравнению с прототипом, сокращается в 2 раза. Таким образом, движения протеза оказываются более приближенными к естественным. Это позволяет проводить более полную реабилитацию инвалидов, Кроме того, инвалид более четко дифференцирует сигналы на переключение исполнительных механизмов, т,к. посылает их от разных источников, это облегчает ему процесс управления протезом. Все это позволяет повысить функциональность протеза, приблизить управление им к

естественному, следовательно, повышать уровень социапьно-трудовой реабилитации инвалидов с ампутациями верхних конечностей,

Формула изобретения

Устройство для управления биоэлек- трическим протезом, содержащее двух- канальный блок съема и выделения биоэлектрических сигналов, .каждый канал которого состоит из последовательно соединенных электрода, предварительного усилителя и детектора, последовательно подключенные сумматор и импульсный преобразователь, а также блок коммутации, блок исполнительных механизмов, блок сброса, блок

счетных триггеров, первый элемент ИЛИ, первый формирователь импульсов и кнопочный ключ, причем выходы детекторов соединены с соответствующими входами сумматора, кнопочный

ключ связан с первым формирователем импульсов, выходы счетных триггеров подключены к входам блока коммутации, отличающееся тем, что, с целью повьшения быстродействия управления протезом, оно дополнительно содержит усилитель мощности, выполненный по мо.стовой схеме, элемент И, второй и третий формирователь импульсов, второй элемент ИЛИ, входы сумматора подключены к соответствующим входам второго и третьего формирователей импульсов, выходы которых через элемент И соединены с первым входом первого счетного триггера и с

первым входом первого элемента ИЛИ,

первый формирователь импульсов подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и к первому входу второго счетного триггера, блок сброса соединей с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ,, выходы каждого из которых подключены к вторым входам соответствующего счетного триггера, выходы которых соединены с соответствующими реле блока коммутации, две контактные группы которых соединены между собой и с одними выводами исполнительных механизмов, другие выводы которых через усилитель мощнос.ти подключены к импульсному преобразователю, другой выход усилителя мощности соединен с контактной группой второго реле блока коммутации.

Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - повышение быстродействия управления протезом, Устройство содержит каналы 1, 2 выделения управляющих сигналов, включающих электроды 3 съема биосигналов, усилители 4 биопотенциалов, детекторы 5. Выходы детекторов 5 соединены с входами сумматора 6. Выходы сумматора 6 подключены к импульсному преобразователю 7, соединенному с усш1ителем 8 мощности. Коммутирующие входы реле 9 подключены к электроприводу 11 сгибания-разгибания локтя блока исполнительных механизмов 12 и к контактной группе реле 13 блока 10 коммутации. Коммутирующие выходы реле 13 соединены с электроприводами 14 и 15 схвата-раскрытия пальцев искусственной кисти и ее ротации. Установочные входы счетных триггеров 21 и 23 через первый и второй элементы ИЛИ 22 и 24 связаны с блоком 25 сброса счетных триггеров, подключенным к источнику 26 постоянного напряжения. Элементы 22 и 24 введены для исключения ложных срабатываний счетных триггеров 21 и 23, 1 ил. е сл о