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

Изобретение относится к медицине, точнее к протезированию и протезо- строению, и может быть использовано в многофункциональных протезах предплечья и плеча.

Целью изобретения является повышение быстродействия протеза путем уменьшения времени на выбор и подключение исполнительных механизмов.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - мнемоническая алгоритма управления протезом плеча.

Устройство содержит блок 1 вьще- ления упра1вляющих сигналов, включающий последовательно соединенные электроды 2, 3 отведения биопотен- одалов, усилители 4, 5 биопотенциалов и схемы 6, 7 вьщеления оги- бащих, выполненные, например, в виде диодо-емкостных интеграторов. Выходы схем 6, 7 выделения огибающих подключены к входам блока 8 преобразования, включающего сумматор 9, выполненный, например, на операционном усилителе К140УД12,подключенный к формирователям 10, 11 управляющего сигнала, вьшолненным как управляемые ждущие мультивибраторы, частота и длительность импульсов которьк пропорциональна амплитуде входного сигнала. Формирователи 10, 11 соединены с мостовым оконечным каскадом - усилителем 12 мощности, который одним своим выходом через нормально замкнутые контакты реле 13 и нормально замкнутые контакты реле 14 соединен с перв ым исполнительным механизмом - электроприводом 15 кисти. К второй паре нормально разомкнутых контактов реле 14 подключен второй исполнительный механизм - электрод- привод 16 локтя, а к второй паре нормально разомкнутых контактов реле 1 3 подключен третий исполнительный механизм - электропривод 17 ротации предплечья. Второй выход усилителя 12 мощности соединен с общей точкой трех исполнительных механизмов 15, 16, 17 - электроприводов соответственно кисти, локтя, ротации предплечья, входящих в состав блока 18 исполнительных механизмов.

Устройство включает также формирователи 19, 20 сигнала команды, выполненные, например, по схеме ждущих мультивибраторов с низким порогом срабатывания, соединенные с входами блока 21 подключения исполнительных механизмов, т.е. с входами двухвходового элемента И 23, выход которого соединен с первыми входами трехвходовых элементов И 23-2/. Вторые входы трехвходовых элементов И 23, 24 подключены к р-выходу JK- триггера 26, второй вход трехвходо- вого элемента И 25 подключен к Q-вы- ходу триггера 26. Третьи входы трехвходовых элементов 23, 25 подключен к Q-выхбду JK-триггера 27, а третий

вход трехвходового элемента И 24 - к Q-выходу триггера 27. Выход элемента И 23 соединен с К-входом и через линию 28 задержки с С-входом триггера 27. Выход элемента И 24 со- единен с J-входом и через линию 29 задержки с С-входом триггера 27, а также соединен с К-входом и через линию 30 задержки с С-входом триггера 26. Выход элемента И 25 соединен с J-входом и через,линию 31 задержки с.С-входом триггера 26. S- входы триггеров 26 и 27 соединены с формирователем 32 импульса положительной полярности, который соединен

с источником 33 питания. Первый выход (Q) триггера 27 соединен с ключевым каскадом 34 блока 35 коммутации, к входу второго ключевого каскада 36 блока 35 коммутации подключен пер- вьй Q-выход триггера 26. Выходы ключевых каскадов 34, 36 подключены к реле 14 и 13 соответственно блока 35 коммутации.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания на выходе формирователя 32 импульса положительной полярности формируется короткий импульс положительной полярности, который, поступая на S-входы триггеров 26 и 27, устанавливает их в состояние 1. При этом нормально замкнутыми контактами реле 14 и реле 13 будет подключен электропривод 15 кисти. Поочередно сокращая управляющие мьшцы, инвалид посылает биосигналы через электроды 2, 3, усилители 4, 5 биопотенциалов, схемы 6, 7 выделения огибающих в сумматор 9, на выходе которого появляется разность огибающих сигналов, которая в формирователях 10j 11 управляющих сигналов преобразуется в серию импульсов, частота и длительность которых изменяется пропорционально амплитуде входного сигнала. Эти импульсы через усилитель 12 мощности и нормально замкнутые контакты реле 13, 14 передаются на исполнительный механизм - электропривод 15 кисти, которым осуществляется схват либо раскрытие кисти.

Для упрощения освоения инвалидом

Для подключения привода 15 кисти после привода 17 ротации необходим однократный совместный сигнал от управляющих мышц. При подаче этого сигнала на выходе элемента И 25 появится сигнал 1, которым триггер 26 по J-входу устанавливается в состояние 1. Состояние 1 триггеров 26, 27 соответствует закрытым

системы управления протезом плеча .ал-Ю ключевым каскадам 34, 36, т.е. на обмотки реле 14, 13 не подано напряжение, что означает, что нормально замкнутыми контактами реле 14 будет подключен электропривод 15 кисти.

горитм управления может быть представлен графически в виде треугольника (фиг.2), в углах которого состояния системы управления соответствуют одному подключенному электроприводу. Войти в этот треугольник состояний можно включением питания, при этом подключается электропривод кисти. Переход из данного состояния в следующее состояние осуществляется только по часовой стрелке однократньш одновременным напряжением мьшц. При необходимости перехода из одного состояния в другое, минуя близлежащее, требуется осуществить двукратное напряжение мышц.

25 обходимо двукратное одновременное напряжение управляющих мышц. При этом одним однократным сигналом триггер 27 будет установлен в положение О, а триггер 26 остается в состоДля подключения электропривода 16 локтя (после привода кисти) инвалид ,, подает однократный сигнал от совмест- О янии 1 . Вторьм импульсом с элемен- ного напряжения управляющих мышц. При 22 через элемент И 24 сигнал этом единичный сигнал со схемы И 23 подается на К-вход триггера 27, опрокидывая его в состояние О. При этом срабатывает ключевой каскад 35 в состояние О. При этом ключе- 34 блока 35 коммутации, перебрасывая ° каскад 34 не включен, а ключевой

1 подается на J-вход триггера 27, опрокидывая его в состояние 1, и на К-вход триггера 26, опрокидывая

каскад 36 блока коммутации включает реле 13, контактами которого подключается электропривод 17 ротации. Уп- 40 равлениё ротацией предплечья осуществляется аналогично управлению схватом - раскрытием кисти.

контакты реле 14 и подключая тем самым электропривод 16 локтя. Управление движением привода 16 локтя осуществляется аналогично управлению

приводом кисти. 1

Для осуществления перехода с привода 16 локтя на привод 17 ротации подается один одновременный сигнал с управляющих мьш1ц. Состояния триггеров (триггер 26 находился в состоянии 1, а триггер 27 - в состоянии О) путем управления сигналом 1 с элемента И 24 по J-входу триггера 27 и К-входу триггера.26 изменяются на противоположные. Ключевой каскад отключает реле 14, а ключевой каскад 36 подает напряжение питания

на обмотку .реле 13, в результате под-55 И 25 по J-входу триггер 26 будет ус- ключается привод 17 ротации, а цепь тановлен в состояние 1. Таким об- связи усилителя мощности с электро- разом, состояние триггеров будет: приводами 15, 16 кисти-и локтя оказывается разомкнутой.

триггер 27 - 1, триггер 26 - 1 (это соответствует закрытым ключевым

Для подключения привода 15 кисти после привода 17 ротации необходим однократный совместный сигнал от управляющих мышц. При подаче этого сигнала на выходе элемента И 25 появится сигнал 1, которым триггер 26 по J-входу устанавливается в состояние 1. Состояние 1 триггеров 26, 27 соответствует закрытым

ключевым каскадам 34, 36, т.е. на об

мотки реле 14, 13 не подано напряжение, что означает, что нормально замкнутыми контактами реле 14 будет подключен электропривод 15 кисти.

Ввиду того, что наиболее часто При работе искусственной руки необходимы движения: схват - раскрытие пальцев и сгибание - разгибание локтя, а затем - ротация предплечья,

предлагаемым устройством они реализуются в указанной последовательности.

Для подключения электропривода 17 ротации (после привода кисти) необходимо двукратное одновременное напряжение управляющих мышц. При этом одним однократным сигналом триггер 27 будет установлен в положение О, а триггер 26 остается в состо,, янии 1 . Вторьм импульсом с элемен- 22 через элемент И 24 сигнал в состояние О. При этом ключе- ° каскад 34 не включен, а ключевой

,, янии 1 . Вторьм импульсом с элемен- 22 через элемент И 24 сигнал в состояние О. При этом ключе- ° каскад 34 не включен, а ключевой

1 подается на J-вход триггера 27, опрокидывая его в состояние 1, и на К-вход триггера 26, опрокидывая

,, О янии 1 . Вторьм импульсом с элемен- 22 через элемент И 24 сигнал 35 в состояние О. При этом ключе- ° каскад 34 не включен, а ключевой

каскад 36 блока коммутации включает реле 13, контактами которого подключается электропривод 17 ротации. Уп- 40 равлениё ротацией предплечья осуществляется аналогично управлению схватом - раскрытием кисти.

Для подключения привода 15 кисти 45 после привода 16 локтя необходимо подать два одновременных сигнала от управляющих мьш1ц. Первым импульсом с выхода элемента И 22 получим сигнал 1 на выходе элемента И 24, этот 50 сигнал по J-входу триггера 27 перебросит его в состояние 1, а по К-входу этот же сигнал перебросит триггер 26 в состояние О. Вторым импульсом со схемы И 22 через элемент

И 25 по J-входу триггер 26 будет ус- тановлен в состояние 1. Таким об- разом, состояние триггеров будет:

триггер 27 - 1, триггер 26 - 1 (это соответствует закрытым ключевым

каскадам 34j 36), и нормально замкнутыми контактами реле 14 и реле 13 будет подключен электропривод 15 кисти.

Для осуществления перехода с привода 17 ротации на привод 16 локтя не обходимо также подать два одновременных сигнала с управляющих мышц. Первым сигналом 1 с выхода элемента И 25 триггер 26 по J-входу будет переброшен в состояние триггер 27 останется в прежнем состоянии. Следующим импульсом с элемента И 22 будет получен импульс 1 на выходе элемента И 23, который подается на К-вход триггера 27 и перебрасывает его в состояние О, Состояние триггера 26 не изменяется, оставаясь

,.

1

В результате триггер 27 находится

в состоянии О, т.е, включен ключевой каскад 34 и контактами реле 14 подключен привод 16 локтя, а триггер 26 находится в состоянии 1 и реле 13 не включено (контакты его нормально замкнуты).

Формула изобретени

Устройство для управления биоэлек трическим протезом плеча, содержащее блок вьщеления управляющих сигналов, включающий Последовательно соединенные электроды отведения биопотенциалов, усилители биопотенциалов, схемы выделения огибающих, выходы кото-, рых подключены к входам сумматора, подключенного к формирователям управляющего сигнала,соединенным с усилителем мощности, которьй через блок коммутации, состоящий из после- довательно соединенных ключей и реле, соединен с блоком исполнительных механизмов, а также формирователи командных сигналов, соединенные с выхо

5

0

дами схем выделения огибающих, источник питания, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия протеза путем сокращения времени на выбор и подключение исполнительных механизмов, в нем установлены два JK-триггера и три трех- входовых элемента И, один двухвходо- вой элемент И, четыре линии задержки

O и формирователь импульса положительной полярности при этом выходы формирователей командных сигналов соединены с входами первого двухвходо- вого элемента И, выход которого под5 ключен к первым входам трехвходовых элементов И, S-входы JK-триггеров через формирователь импульса положительной полярности связаны с источником питания, Q-выход первого JK0 триггера соединен с вторыми входами первого и второго трехвходовых элементов И и с первым ключом блока коммутации, Q-выход первого ZK-триг- гера подключен к второму входу тре5 тьего трехвходового элемента И, Q- выход второго ZK-триггера соединен с третьими входами первого и третьего трехвходовых элементов И и с вторым ключом блока коммутации, а Q-вы0 ход его подключен к третьему входу второго трехвходового элемента И, выход первого трехвходового элемента И соединен с К-входом и через первую линию задержки с С-входом второго триггера, выход второго трехвходового элемента И соединен с J- входом и через вторую линию задерл - ки с С-входом второго ZK-триггера, , а также с К-входом и через третью линию задержки с С-входом первого ZK-триггера, выход третьего трехвходового элемента И подключен к J-входу и через четвертую схему задержки к С-входу первого ZK-триггера,

OMomtt

flff/rTCft t//r

Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - повышение быстродействия протеза. Устройство содержит блок 1 вьщеле- ния управляющих сигналов, включающий электроды 2, 3, усилители 4, 5 био- потенци лов. Выходы схем 6, 7 выделения огибающих подключены к входам блока 8 преобразования, включающего сумматор 9. Формирователи 10, 11 управляющего сигнала вьшолнены как ждущие мультивибраторы. Формирователи 10, 11 соединены с усилителем 12мощности, который соединен с электроприводом 15 кисти. К второй паре контактов реле 14 подключен электропривод 16 локтя, а к контактам реле 13подключен электропривод 17 ротации предплечья. Для упрощения освоения инвалидом системы управления протезом плеча алгоритм управления может быть представлен графически в виде треугольника, в углах которых состояния системы управления соответствуют одному подключенному электроприводу. Переход из одного состояния в следующее осуществляется только по часовой стрелке однократным одновременным напряжением мышц. 2 ил. (Л фиг .J

l/CfTTffv f/ff /7U/rrOffCfJt

Редактор М.Келемеш

Составитель В.Баганов

Техред А.Кравчук Корректор С.Черни

Заказ 4870/5 Тираж 594Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

г

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

Фиг2