Узел управления биоэлектрических протезов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„3245308 А1 (5g 4 А 61 Р 2/54

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1,, „

К АBTOPGHÎMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1О 7Z (21) 3770563/28-14 (22) 11.07.84 (46) 23.07.86. Бюл. и 27 (71) Центральный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт протезирования и протезостроения (72) В.М.Бернштейн (53) 6 15.475(088.8) (56) Плиско Г.P. Полян Е.П., Савельев Л.А., Ковалев М.А. Системы ,пропорционального биоэлектрического управления многофункциональными протезами верхних конечностей. В кн.:

Протезирование и протезостроение.

Вып. 53, N.: ЦНИИПП, 1980, с. 93-99.

Bottomtey А.Н. Муо-e electr ic

control powered prostheses. Journal

Bon Surgery, 1965, V. 47В, No.3, 411 — 415. (54) (57) УЗЕЛ УПРАВЛЕНИЯ БИОЗЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОТЕЗОВ, содержащий два канала управления, каждый из которых содержит последовательно соединенные усилитель, выпрямитель и сглаживающий фильтр, подключенные к входам элемента выделения разности сигналов, и два диода, включенных с различными направлениями пропускания тока, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в каждый канал управления между сглаживающим фильтром и элементом выделения разности сигналов дополнительно введен элемент вычисления степени 1/п, а к каждому из диодов подключен элемент возведения в степень п, где 1(п(3.

5308 2 го ее сокращения составляет 10,20Х от активности управляющей мышцы.

В таблице в качестве примера приводятся стносительные значения отношения сигнал-помеха у отдельных испытуемых при п=1 (разностный способ управления) и п=2 и 3.

При испьгганиях используют электроды и усилители биопотенциалов с по10 вышенной помехозащищенностью аналогичные тем, которые используются в системах с биоэлектрическим управпением. Источником помех являются

3 124

Изобретение относится к медицин— ской технике и может быть использова. но в системах биоэлектрического управления протезами верхних конеч— ностей.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости.

На чертеже приведена структурная схема узла управления биоэлектрических протезов.

Узел управления имеет два канала, содержащие соответственно два усилителя 1 и 2, два детектора, состоя1цие из выпрямителей 3 и 4 и сглаживающих фильтров 5 и 6, два элемента 7 и 8 вычисления степени 1/и, элемент 9 выделения разности сигналов, диоды 10 и 11, выделяющие сигналы положительной и отрицательной полярности, и элементы 12 и 13 возведения в сте— пень п.

Узел управления биоэлектрических протезов работает следующим образом.

Сигналы двух мышц усиливаются в усилителях 1 и 2, выпрямляются в выпрямителях 3 и 4, усредняются в сглаживающих фильтрах 5 и 6, претерпевают нелинейное преобразование в элементах 7 и 8 вычисления степени 1/и, причем п)1, в элементе 9 выделяется положительная составляющая сигнала, в другом диоде 11 — отрицательная составляющая, в элементах 12 и 13 сигнал возводится в степень и.

Положительный эффект предлагаемого преобразования объясняются неравенстVC

C„ l

И1 при

И)4 ° V)V 7 1 vс н1 1т7 С Ст

/C., V

1 ) 1т1

1/,/ 1

1 где — отношение сигнал-помеха; — сигналы управления; Ч,„,V сигналы помехи.

171 ) П1

Эффективность преобразования возрастает также с увеличением способ— ности оператора сознатепьно дифференцировать сигналы мьпиц-антаг онис— тов. В большинстве случаев после непродолжительной тренировки сиг нал мышцы-антагониста от непропзвольноколлекторные сетевые эл -ктродвигате— ни. При определении величины помехоустойчивости (отношение сигнал-помеха) учитываются пиковые значения помехи, сигнал мышцы-антагониста принят равным 20Х

2п В таблице приводится отношение помехо.устойчивости различного преобразования сигнала и помехоустойчивости раздельного управления. Сигнал на выходе каналов управления обозначен

25 /1 и, причем l 1 . При этом прет образования при n=2 и 3 соответствуют

Таким образом, помехоустойчивость по критерию отношения сигнал-помеха повысилась по сравнению с аналогом (V).

1 в 3-5 раз при п=2 и 4-14 раз при и= — 3, а по сравнению с (2j в 2,32,7 раза при п=2 и 2,9-7,7 раз при и = 3.

Эффективность предлагаемого узла тем выше, чем больше и. Величина и ограничивается техническими сложностями в реализации предлагаемого преобразования. При n=2 и 3 с учетом требований к точности преобразования н системе биоэлектрического управления протезом (вычисление сте45 пени 1/п, извлечение корня и возведение в степень п) можно обеспечить за счет нелинейных характеристик полупроводниковых приборов. Как показали проведенные измерения, для практической реализации нелинейного

50 преобразования сигнала в случае извлечения квадратного корня и возведения в квадрат достаточную точность обеспечивает использование нелинейности характеристик германиевых пи одоп . 1245308

Помехоустойчивость при регистрации сигнала

Испытуемые

V, V — V / /7

V3 уЗ

2,94

3,85

1,32

Б-н

4,55

12,5

1,79

P-ов

1,24

2,57

Г-н

5 0

14,29

1,85

Ч-ий

1,52

С-ий

3,13

6,67

1,70

3,45

1,19

К-а

4,55

1,79

12,5

К-а

3,37

1,53

7,97

Средние данные

Составитель М. Пластинин

Редактор С.Патрушева Техред И.Попович Корректор Е. Сирохман б

Заказ 3935/2 Тираж 660 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Производственно-полиграфическое предприятие, r.Ужгород, ул.Прое ктная. 4