Устройство для исследования координации движений человека Советский патент 1978 года по МПК A61B5/10 

Изобретение относится к вопросам исспецований физиологии труда, спорта и медицины а именно к устройствам для исследования координации движения человека, например спортсменов-фехтовальщиков, больных после паралича или с травмой. Известны устройства данного назначения содержащие рабочий инструмент, например шпагу, мишень с концентрическими кольцами, реле, сигнальную лампу, переключатели, ре гистрирующий прибор и источник питания TlT Однако это устройство недостаггочно эффективно. С целью повышения эффективности исследований путем измерения обобщенных пространственно-временнщх значений степени коор динации движений человека предлагаемое устройство дополнительно имеет схему с двумя устойчивыми состояниями, блок преобразования временных интервалов в последовательность импульсов, блок преобразования последовательности импульсов в напряжение и его запоминания, блок преобразования напряжение-частота и первую схему И, сое диненные последовательно, блок преобразования пространственных значений во временные интервалы, вторую схему И, при этом блок преобразования пространственньгх значений во временные интервалы выполнен на ждущих релаксаторах, вход каждого из которых соединен с соответствукхцим кольцом мишени, а выходы их объединены и соецинены со Вторым входом схемы с двумя устойчивыми состояниями, первый вход которой через первый переключатель соединен с источником питания, с первым входом второй схемы И и вторым входом первой схемы И, блок преобразования временных интервалов в последовательность импульсов, входящий в предлагаемое устройство, состоит из последовательно соединенных автоколебательного генератора импульсов, формирователя импульсов и третьей схемы И, причем выход формирователя импульсов соединен со вторым входом второй схемы И. Выходы всех трех схем И соединены через третий переключатель со входом регистрирующего прибора, а выход схемы с двумя устойчивыми состояниями нагружен на обмотку реле, а рабочий инструмент и

сигнальная лампа через соответствующие нормально разомкнутые контакты реле соединены с источником питания.

Блок преобразования последовательноети импульсов :В напряжение и его aianoMHнания содержит генератор ступенчатого напряжения, выполненный по схеме последовательного двоичного счетчика на триггерах со счетным запуском, нагруженных на суммирующий делитель напряжения и чеоез второй переключатель соединенных с источником питания,

На фиг. I изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - показаны эпюры напряжения на выходах блоков и элементов предлагаемого устройства, где на оси координат - напряжение; на оси абсцисс Время,

В блок-схему устройства входят схема 1 с двумя устойчивыми состояниями, реле 2, блок 3 преобразования временных интервалов в последовательность импульсов, блок 4 преобразования последовательности импульсов в напряжение и его запоминание; блок 5 преобразования напряжение-частота схема И 6, регистрирующее устройство 7, рабочий инструмент 8, мшиень 9, сигналная лампа 10, блок И преобразования пространственных значений во временные интервалы, схема И 12, источник 13 питания, первый переключатель 14, второй переключатель 15, третий переключатель 16, перва пара контактов 17 реле 2, вторая пара контактов 18 реле 2j первое выхощюе гнездо 19, второе выходное гнездо 20,

Схема 1 выполнена но схеме триггера с двумя устойчивыми состояниями, первый Вход которого через нормально разомк нутые контакты переключателя 14 соединен с источником 13 питания,

Блок 3 включает в себя последовательно соединенные автоколебательный LC -генертор 21 импульсов, формирователь 22 импульсов, выполненный по схеме триггера Шмидта, выход которого соединен со вторым входом схемы И 23, Выход схемы I натружен на обмотку реле 2, подключенного к источнику 13 питания, а также соединен с первым входом схемы И 23, Выход схемы И 23 соединен со входом блока 4 преоб разования последовательности импульсов в напряжение и его запоминания, выполнен™ ного на последовательном двоичном счетчике Двоичные ячейки счетчика, выполненные на триггерах со счетным запуском, через нормально разомкнутые контакты переключателя 15 соединены с источником 13 питания. Выход блока 4 соединен со входом блока 5 преобразования напряжение-частота, выполненного по схеме симметричного

мультивибратора, Выхоц UGcneffiiero соединен с цервьм входом схемы И 6, Рабочий инструмент 8 через перЕую нормально разомкнутых конта5 тг Б 17 рол® 2 соединен с источниклм 13 патацва.

Блок 11 преобразовааяя прсзтраиственных значений во времен-ые интервалы содержит десять жд;т1Шл релаксаторой вьтолненных по схеме ждущего мультивибратора фантастронного типа. Вход каждого ждущего релаксатора через дифференцирующую

С цепь соединен с соответствующим кон™ центрическим металлическим кольцом МЕше- ни 9, а выхор 1 релаксаторов через разде- лителшые диоды объединены общей шиной, которая является выходом блока 11, подключенного ко второму входу схемы 1, а также ко вторым входам схем И 6,12, Выход схемы 6 через третий переключатель 16 соединен со входом регистрирующего устройства 7, вход которого соединен также через этот переключатель с выходом блока 3, и выходом схемы 12, первый вход которой соединен с выходом формирователя 22. импульсов. Выходы схем 23 и 12 соединены также с выходными гнездами 19 и 2О соответственно. Сигнальная лампа 10 соединена через вторую пару нормалыш разомкнутых контактов 18 реле 2 с источником, 13 питания.

В качестве регистрирующего прибора 7 используют десятичное пересчетное устройство с емкостью счета 10 тыс, импульсов, счетные декады которого обеспечивают скорость счета импульсов 2ОО кГц,

В зависимости от измерения пространственных и временных значений или обобщенных пространственно-временных значений координации движений пересчетное устройство 7 с помощью переключателя 16 подклю чают к выходу той или иной схемы И, т.е. схем 23, 6, 12, Для параллельного измерения временных и пространственных величин к выходным гнездам 19 и 20 подключают другие пересчетные устройства с емкостью счета не менее 2000 импульсов и скорость

«счета импульсов не менее 1 кГц, Реле 2 - электромагнитное реле с двумя парами переключающих контактов.

Мишень содержит 10 концентрических металлических колец, каждое из которых через дн(|4|еренцирующу1О цепь со входом соответствующего ждущего pe-j лаксатора блока 11 преобразования прост ранственных значений координации движений во временной интервал.

Радиус первого(центрального) концентрического кольца равен 0,5 см, второго 1 см, и т.д., цо 5 см - через О,5 см.

. Рабочий инструмент содержит подпружиненный шток, Пружнва штока предохраняет мишеяь от повреждения при касании штоком мишени Бо время пробы

В исхорном состоя.ии схемы И 23, 6, 12, закрыты, генератор 21 импупызов, настроенный на частоту 1 кГц { эта частота Выбрана для обеспечения регистрации времени и обобщенных ар остр анственн о-в ременных значений координации движений с точностью до нескольких миллисекунд),

генерирует чмпульсы.

При замыкании контактов переключателя 14 схема 1 с цвумя устойчивыми состояними переходит в другое состояние, Реле 2 срабатывает, его нормально разомкнутые контакты 17 и 18 замыкаются, шток рабочего инструмента подключается к источнику 13 питания, а сигнальная лампа 1О зажягаэтся, давая команду испытуемому

о начеле гфобы.

Одновременно открывается cxef/sa 23. Импульсы с генератора 21 через формиро.ватель 22 и схему И 23 проходят на Выходное гнездо 19 и переключатель 16, а также на вход первой ячейки блока 4 преобразования последовательности импульсов в напряжение и его запоминания (генератор ступенчатого напряжения). Начинается счет импульсов пересчетным устройством 7 (в случае, если пересчетиое устройство 7 с помощью переключателя 16 подключено к выходу схемы 6) или вторым пересчетным устройством, подключаемого к выходному гнезду 19, Количество импуль сов, зарегистрированное пересчетным устройством, численно равно времени коордчлации движений в миллисекундах,

На выходе блока 4 происходит линейное нарастание ступенчатого напряжения, Величина этого напряжения пропорцииналь- на времени координации овшкений. Длительность одной ступеньки - 1 мс, а их коли.чество определяется числом двоичных ячеек счетчика блока 4.

Предлагаемое устройство содержит 11 двоичных ячеек, что соотве-1т:тиует 1024 ступенькам. Через 1О24 мс все ячейки рчетчика заполне1уз1 - это время соответств вует максимальному времени координации

движений в одной пробе, котооое позволяет регистрировать предлагемое устройство.

Нарастающее ступенчатое напряжение на выходе блока 4 поступает на вход преобразователя 5 напряжение-частэта, который настраивают таким образом, чтобы линейное изменение напряжения на его входе вызывало линейное изменение частоть на выходе этого преобразователя в пределах ЗО- 1ОО кГц, при изменении времени коорцина- ции в пробах - ЗОО-1ООО мс (минимально

ц Мс(кснмальиое (время координации пвнжевий).

в момент касания испытуемого щтоком рабочего инструкгента 8 концентрических колец мЕйцени 9 происходит запуск Ж-дуще го релаксатора5 ооединенаого через дифферецирующую цепь о соответствующим колыюы мшдени. Кажкый ждущий релаксатор блока 11 преобразования пространственных величин координации движений во временной интервал таким образом настраивают, чтобы длительность импульса, генерируемого им, была пропорциональчЕ расстоянию ц&нного концентрического кольца от центра мишени, соединенного с соответствующим жйушим релаксатором.

Так например, ждушкй релаксатор, соединенный с первым (центральным) кольцг М; радиус которого 0,5 см, настраивают на длительность импульса 5 мс, второй релаксатор - 1О мс и т.д. - через 5 мс. Следовательно, длительность импульса, генерируемая ждущим релаксатором, соединенногс/ с наружным кольцом, 50 мс.

Импулъс со ждущих релаксаторов блока 11 через разделительные диоды пег-тупает в общую шину, Передцим фронтом этого импульса схема 1 возвращ.ается в исходное состояние, сигнальная лампа 10 гаснет, контакты 17 и 18 реле 2 размыкаются, схема И 23 закрывается. Блок 4 фиксируе напряжение, а блок. 5 генерирует импульсы, следующие с частотой. Прямо пропорционал ной времени координации движений в данной пробе.

В момент прихода 1 мпульса с блока 11 схемы 6 и 12 открываются. Через схему 6 и переключатель 16 ча вход пересчетного устройства проходят импульсы с блока 5. Число импульсов, проходящее через схему 6 пропорционально частоте импульсов, поступающих от блока 5, и длительности импульса с блока 11. Число импульсов, зарегистрированное пересчетным устройством числен Но равно произведению времени координации движений в миллисекундах на точность координации - в сантиметрах.

Через схему 12 с выхода формирователя 22 проходят, испульсы на входное гнездо 20 или через переключатель 16 на пересчетное устройство 7. Количество импульсов, зарегистрированное пересчетиым прибором, численно равно точности координации в миллиметрах ,

Пример. Время координации в данной пробе равно 1ООО мс, а точность координации 2О мм. При этом через схему И 23 от генератора 21 пройдет 1СОО импульсов, На схеме 4 после, запирания схемы И 23 установится напряжение, соотвеугствуюшее этому количеству импульсов, что изменяет частоту импульсов блока 5 цо 100 кГц, Длительность импульса на выходе блока 11-2О мс. Через схему 6 от блока S пройдет 2ООО импульсов, через схему 12 от генератора - 21-20 импульсов. Степень координации 2000 см/мс При повторных касаниях штоком рабо чего инструмента 8 концентрических колец мишени, в одной пробе, схема устройства остается в исходном состоянии, так как при окончании пробы (касании штоком рабочего инструмента 8 колец мишени) контакты 17 реле 2 отключают шток рабо - чего инструмента от источника питания, что исключает повторное срабатывание схе- мьи После окончания пробы и снятия показаний замыкают контакты переключателя 15 тем cajvibiM возвращая запоминаюшую схему блока 4 в иоходное состояние. Пример 2, В эксперименте участву 5 человек. Значения степени координации . (обобшенные пространственно-временные значения координации движений) у одного испытуемого определяют по среднему арифметическому из пяти проб (по полученным значениям точности и времени координации по следующей формуле: А Т +А Т -. А Т 1 1 п СК-..-, гдеСК степень координация, см/мс; А - точность координации (см) р одаой пробе; Т - время координации (мс) в одной пробе; П - количество проо. На обработку этих данных ручным способом затрачивают в среднем 15 мин. На обработку этих же даЕшых по готовым значениям степени координации (СК), полу ченных с помошью предлагаемого устройст ва, затрачивают 7,5 мин, т.е. время на об работку результатов проб сокращается на 7,5 мин. Регистрация координации движений чело века в пространственно-временных величинах позволяет объективно оценивать координацию движений. Предлагаемое устройство позволяет в несколько раз сократить . время на обработку временных и пространс венных значений координации движений для получения пространственно-временных значений координации движений. Формул изобретения 1. Устройство для исследования координ ции движений человека, содержащее рабочий инструментг например шпагу, мишень с концентрическими кольцами, релэ, сигнальную лампу, переключатели, регистрирующий гфибор и источник питания, отличающееся тем, что, с целыо повышения эффективности исследований путем измерения обобщенных пространственно-временных значений степени координации движений человека, оно дополнительно имеет схему с двумя устойчивыми сгютояниями, блок преобразования временных интервалов в последовательность импульсов, блок преобразования последоват€У1ьности импульсов в напряжение и его запоминания, блок преобразования напряжение-частота и первую схему И, соединенные последо- вателшо, блок преобразования пространственных значений во временные интервалы, вторую схему И, при этом блок преобразования пространственных значений во , временные интервалы выполнен на ждущих ре лаксаторах, вход каждого из которых соединен с соответствующим кольцом мишени, а выходы их объединены и соединены со Вторым входом схемы с двумя устойчивыми состояниями, первых вход которой через первый переключатель соединен с источником питания, с первым входом второй И и вторым входом первой схемы Ир блок преобразования временных интервалов в последовательность импульсов Выполнен из последовательно соеди- невных автоколебательного генератора импульсов, формирователя, импульсов и схе- мы И, причем выход формирователя импульсов соединен со вторым входом второй схемы И, выходы всех схем И соьдинены через третий переключатель со входом регистрирующего прибора, выход схемы с двумя устойчивыми состояниями нагружен на обмотку реле, а рабочий инструмент и сигнальная лампа через соответствующие нормалыю разомкнутые контакты реле соединены с источником питания. 2. Устройство по п. 1,от личающ ее с я тем, что, блок преобразования последовательности импульсов в напряжение и его запоминания содержит генератор ступенчатого напряжения, выполйенный по схеме последовательного двоичного счетчика на триггерах со счетным запуском, нагруженных на суммирующий делитель напряжения и через второй переключатель соединенных с источником питания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Авторское свидетельство СССР NO 401354 кл. А 61 В 5/10,0 1971.

CJ

««