Устройство для управления многофункциональным протезом

 

Изобретение относится к области медицины, точнее к протезированию и протезостроению. Цель изобретения - упрощение управления протезом для инвалидов с высокими уровнями ампутации верхних конечностей. Устройство для управления многофункциональным протезом содержит блок переключения исполнительных механизмов 1 с контактным блоком 8, связанным с блоком коммутации, блок управления 2, информационный блок, включающий генератор 22 и блок исполнительных механизмов 25, связанный с блоком коммутации и с блоком управления 2. Блок переключения 1 включает электропривод выбора исполнительного механизма 3, редуктор которого связан с контактным блоком 8, кнопку 10 выбора исполнительного механизма, соединенную с полюсом источника 5 питания и с блоком реверса 12, входом триггера 6 и инвертором 16, подключенным к первому 15 и второму 21 элементам И. Выход триггера 6 подключен к релейному каскаду 14, контакты реле которого соединены с полюсом источника питания и с шиной питания блока реверса, выходы которого соединены с электроприводом выбора исполнительного механизма 25. Контакт исходного положения контактного блока механически связан с второй кнопкой 10, выход которой соединен с входом триггера. Нулевой контакт контактного блока соединен через второй инвертор с первым 15 элементом И, выход которого через третий инвертор соединен с первыми входами счетных триггеров 18. Блок управления 2 выполнен в виде двухконтактного выключателя 29, первый контакт которого подключен к RC-цепочке 34 и к первым входам третьего и четвертого элементов И и второго элемента ИЛИ. Второй контакт двухконтактного выключателя 29 через делитель подключен к вторым входам одного из элементов И и элемента ИЛИ, выход которого через усилитель мощности и релейный каскад связан с шиной питания релейного блока, входящего в блок переключения. Выход третьего элемента И через второй инвертор связан с вторым входом четвертого элемента И и с первым генератором импульсов, а выход четвертого элемента И через третий инвертор подключен к второму генератору импульсов. Выходы генераторов соединены с усилителем мощности, связанным с исполнительными механизмами. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (511 4 А 61 F 2/72

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4295413/28-14 (22) 10.08.87 (46) 30.04.89, Бюл. ¹- 16 (71) Украинский научно-исследовательский институт протезирования, протезостроения, экспертизы и восстановления трудоспособности инвалидов (72) В.II.Чернышев, Г.В.Красюк, Л.Л.Цымбал и Е.А.Яровой (53) 615,477(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР .

¹ 326955, кл. А 61 I" 1/06, !979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ПРОТЕЗОМ (57) Изобретение относится к области медицины, точнее к протезированию и протезостроению, Цель изобретения упрощение управления протезом для инвалидов с высокими уровнями ампутации верхних конечностей. Устройство для управления многофункциональным протезом содержит блок переключения исполнительных механизмов 1 с контактным блоком 8, связанным с блоком

„„SU„„1475653 Д1 коммутации, блок управления 2, информационный блок, включающий генератор

22 и блок исполнительных механизмов

25, связанный с блоком коммутации и с блоком управления 2. Блок переклю-. чения 1 включает электропривсд выбора исполнительного механизма 3, редуктор которого связан с контактным блоком 8, кнопку 10 выбора исполнительного механизма, соединенную с полюсом источника 5 питания и с блоком реверса 12, входом триггера 6 и инвертором 16, подключенным к первому

15 и второму 21 элементам И. Выход триггера 6 подключен к релейному каскаду 14, контакты реле которого соединены с полюсом источника питания и с шиной питания блока реверса, выходы которого соединены с электроприводом выбора исполнительного механиз— ма 25. Контакт исходного положения контактного блока механически связан второй кнопкой 10, выход которой соединен с входом триггера 6, Нулевой

1475653 контакт контактного блока соединен через второй инвертор с первым 15 элементом И, выход которого через третий инвертор соединен с первыми входами счетных триггеров 18.. Блок управления 2 выполнен в виде двухконтактного выключателя 29, первый контакт которого подключен к RC-цепочке 34 и к первым входам третьего и четвертого элементов И и второго элемента ИЛИ 33. Второй контакт двухконтактного выключателя 29 через делитель подключен к вторым входам одного из элементов И и элемента ИЛИ, Изобретение относится к медицинской технике, а именно к области протезирования и протезостроения, и может быть использовано в многофункциональных протезах верхних конечностей.

Цель изобретения — упрощение управления протезом для инвалида с вы" сокими уровнями ампутации верхних конечностей.

На фиг.l представлена блок-схема переключения исполнительных механизмов; на фиг.2 — блок-схема блока управления исполнительными механизмами; на фиг.3 — контактный блок привода переключения; на фиг.4 — блок реверса; на фиг.5 - усилитель мощности.

Устройство содержит блок 1 переключения исполнительных механизмов (фиг.l) и блок 2 управления ими (фиг.2}.

Блок 1 переключения исполнительных механизмов включает электропривод 3 переключения исполнительных механизмов, редуктор 4 которого механически связан с кнопкой 5 начального состояния, подключенной к источнику 6 питания и к первому входу триггера 7. На редукторе 4 электропривода 3 переключения установлен движок 8 (фиг.3) контактного блока 9, связанный с источником 6 питания и контактирующий с контактами 10 "0n" закрепленными на основании 11 например на текстолитовой планке. выход которого через усилитель мощности и релейный каскад 42 связан с шиной питания релейного блока, входящего в блок переключения. Выход третьего элемента И через второй инвертор связан с вторым входом четвертого элемента И и с первым генерато= ром импульсов, а выход четвертого элемента И через третий инвертор подключен к второму генератору импульсов 38. Выходы генераторов соединены с усилителем мощности, связанным с исполнительными механизмами. 3 ил, 2

Электропривод 3 может быть выполнен на основе шагового двигателя, замыкающего последовательно контакты

"0"-"n" выбора исполнительных меха5 низмов. Кнопка 12 (фиг.l) выбора исполнительного механизма подключена ко второму входу триггера 7, к первому инвертору 13, ко входу блока

14 реверса (фиг.4) и через согласую 0 щий резистор 15 — к полюсу источни" ка питания. Выход триггера 7 подключен к релейному каскаду 16, контакты реле которого соединяют полюс источника 6 питания с шиной питания бло15 ка 14 реверса.

Выход инвертора 13 соединен с пер- вым входом первого элемента 17 И. Нулевой контакт контактного блока 9 через второй инвертор 18 подключен ко второму входу элемента 17 И, выход которого через третий ннвертор 19 подключен к первым входам счетных триггеров блока 20 счетных триггеров-.

Вторые входы счетных триггеров соеди-. нены соответственно с "1"- "n" контактами контактного блока 9, которые подключены также ко входам элемента

21 ИЛИ и к первым входам блока 22

"1"-"и" элементов И.

Выход первого инвертора 13, а также выход элемента 21 ИЛИ соединены со входами второго элемента 23 И, выход которого подключен к генератору 24 частоты, выход которого соеди35 нен со вторыми входами блока 22 элементов И, выходы которых подключены

1475653 к блоку 25 "1"-"n" датчиков положения, выполненных в виде вибрационных датчиков или в виде электродатчиков, установленных на теле инвалида в удобном для него месте. Выход третье5 го инвертора 19 подключен ко вторым входам блока 20 "1" — "и" счетных триггеров, выходы которых подключены соответственнок к "1"-"и" релейным

1О каскадам блока 26, контакты реле которых подключены соответственно к исполнительным механизмам блока 27

"1"-"n" исполнительных механизмов (фиг.5). !

Блок 14 реверса (фиг.4) содержит двухкаскадный усилитель на транзис, торах 28 и 29, нагрузкой которого является реле 30, контакты которого соединены с полюсами источника 6 питания и с электроприводом 3. Аналогично построены релейные каскады 16,44 и блока 26.

Блок 2 управления исполнительными механизмами (фиг.2) содержит двухкон-25 тактный выключатель 31 на три положения и блок 32 реверса, который вклю. чает первый и второй элементы 33, 34

И и элемент 35 ИГИ, первые входы ко- торых через времязадающую RC-цепочку

36 соединены с первым контактом выключателя 31, замыкающий контакт которого соединен с источником 6 питания.

Второй контакт выключателя 31 через. делитель 37 подключен ко второму входу элемента 34 И и ко второму входу элемента 35 ИЛИ. Выходы элементов 33, 34 И через инверторы 38 и 39 подключены соответственно к генераторам 40 и 41, выходы которых соединены с уси- 40 лителем 42 мощности (фиг,5 ), выполненным по мостовой схеме. Выход инвертора 39 подключен ко второму входу элемента 33 И, а выход элемента

35 ИЛИ подключен ко второму усилите- 45 лю 43 мощности, нагрузкой которого является реле 44, контакты которого соединяют полюс источника питания с шинами питания всех реле блока 26 реле (фиг.1). В диагональ мостовой схемы усилителя 42 мощности (фиг.5) через контакты реле блока 26 подключены соответственные электроприводы блока 27 исполнительных механизмов.

Устройство работает следующим об.разом.

В исходном состоянии при включенном питании движок 8 контактного блока 9 находится в исходном, выключенном состоянии, кнопка 5 замкнута, исполнительные механизмы 27 в блоке

2 управления отключены. Контакты реле 16 разомкнуты. При нажатии на кнопку 12 выбора исполнительного механизма сигнал передается на триггер 7, который опрокидывается, в результате реле 16 срабатывает и питание передается на блок 14 реверса, ключевой каскад которого также срабатывает. Контакты реле 30 (фиг.4) подключают электропривоц 3 переключения к источнику питания. Двигатель электропривода 3 приводится в движение и редуктор 4 его начинает перемещать по контактам блока 9 (фиг.3) движок 8, который находился в исходном состоянии. При этом кнопка 5 размыкается, а движок 8 перемещается на "нулевой" контакт блока 9, при замыкании которого через инвертор 18 на первый элемент 17 И поступает сигнал. Кроме того, сигнал от нажатой кнопки 12 выбора исполнительного механизма через инвертор

13 также поступает на второй вход элемента 17 И, который срабатывает и затем через инвертор 19 передает.ся на входы счетных триггеров, которйе устанавливаются в исходное состояние.

При прохождении движка 8 через контакты "1" †"п" блока 9 сигналы поочередно пе1(едаются на элемент 21

ИЛИ, на входы соответственных триггеров "1" †"n" блока 20 счетных триггеров и на входы элементов "1"-"и"

И блока 22. С выхода элемента 21 ИЛИ сигналы передаются на элемент 23 И, на второй вход которого поступает сигнал с инвертора 13. Элемент 23 И срабатывает и передает сигналы на генератор 24 звуковой частоты, с выхода которого сигналы передаются на вторые входы элементов "1"-"n" И блока 22, которые поочередно по мере поступления сигналов с контактного блока 9 срабатывают и передают сигналы на информационные датчики

"1"-"и" блока 25 датчиков положения, которые в виде вибрационных сигналов

1 или электроимпульсов передаются на тело инвалида, информируя его о прохождении сигналов на подключение исполнительных механизмов. Например, первое положение контактного блока 9 подключает механизм "схватка-раскрытие кисти, второе — ротации кисти, 1475653 третье — "сгибания-разгибания" локтя, четвертое — "отведения-приведения" плеча и т.д, При получении информации о подключении нужного исполни5 тельного механизма инвалид прекращает нажатие кнопки 12 выбора исполнительного механизма. При этом соответственный счетный триггер нз блока 20 устанавливается в единичное состоя- 10 ние.и передает сигнал на соответственный релейный каскад блока 26. Ключевой каскад блока 14 реверса (фиг.4) прекращает подачу сигнала на реле 30. ,Контакты его возвращаются в исходное 16 состояние„ переключая электропривод

3 на противоположные полюса источника 6 питания. Редуктор 4 электропривода 3 возвращается в исходное начальное состояние, сбрасывая при 20

11 Il этом в 0 состояние соответственные триггеры блока 20, кнопка 5 замыкается и передает сигнал на триггер 7, который срабатывает . С его выхода сигнал передается на р елейный каскад 26

1 6 . Реле каскада срабатывает и е го контакты отключ ают шину питания блока 1 4 реверса, подготавливая его т ем самым к следующему циклу работы . Процес с подготовки подключения исполни- 30 тельного механизма к блоку 2 управления закончен .

При воздействии н а двухконт актный выключатель 3 1 слабым нажатием сохр анившей ся культи или другого органа, либо слабым натяжением тяги, ср абатыв ае т его первый контакт и на первы е входы элементов 33, 3 4 И и 35

ИЛИ блока 3 2 реверса передаются си гналы . При этом элемент 3 4 И не ср аб а- 40 тыв ает . С его выхода низкий по тенциал передается через ин в ер тор 39 н а второй вход элемента 3 3 И, который через инве рт ор 3 8 передает сигнал н а генератор 40 импульсов, а с е го выхо- 45 да — н а первую диагональ усилителя

42 мощности, - выполненного по мосто -. вой схеме, Одновременно с выхода элемента 35 ИЛИ сигнал передается на второй усилитель 43 мощности и релей - 50 ный каскад 44, реле которого сраб атывает и контакты е го подключают пит ание к блоку 2 6 р елейных каскадов .

Н а вход одно го из них в соответствии с выбранным исполнительным механизмом по сту п ает сигнал с выбранного счетного триггера блока 20 счетных триггеров . Реле этого блока ср аб атывает и е го контакты подключают выбранный из блока 27 исполнительный механизм протеза в диагональ мостовой схемы усилителя 42 мощности, Исполнительный механизм начинает выполнять движение, например, при подключении первого исполнительного механизма — схват кистью. Для выполнения противоположного «движения исполнительного механизма протеза — раскрытия кисти, инвалид осуществляет более сильное (натяжение) нажатие на двухконтактный выключатель 31. При этом сигналы поступают на первые входы элементов 33,34 И 35 ИЛИ и на делитель 37. В результате элемент 34

И срабатывает и с инвертора 39 на элемент 33 И поступает сигнал запрета, а на генератор 41 — запускающий его сигнал, который передается на второй вход усилителя 42 мощности, выполненного по мостовок схеме, т.е. на вторую его диагональ ° Двигатель исполнительного механизма кз блока

27 работает в противоположном нап.равлении, осуществляя раскрытие кисти.

Аналогичным образом инвалид осуществляет выбор другого исполнительного . механизма и реализацию движения им.

Устройство упрощает управление многофункциональным протезом верхней конечности, что особенно важно для инвалидов с высокими уровнями ампутации или с вычленением плеча, так как механизирует процесс выбора исполнительного органа. Выбор исполнительного механизма и реализация движения им сводится для инвалида к нажатию на две кнопки, установленные в удобном для него месте. При этом первой кнопкой 12 инвалид осуществляет выбор исполнительного механизма протеза, ориентируясь на вибро- или электросигналы датчиков. Реверс исполнительного механизма электропривода 3 осуществляется автоматически без участия инвалида. Реализаций прямого и обратного движения выбранного исполнительного органа осуществляется более слабым и более сильным нажатием на второй кнопочный выключатель 31.

Таким образом, устройство упрощает для инвалида процесс управления многофункциональным протезом, так как за счет механизации процесса выбора исполнительного органа управле1475653 ние многофункциональным протезом сводится к нажатию на две кнопки. Это позволяет повысить уровень реабилитации наиболее сложных для протези5 рования инвалидов с высокими уровнями ампутации верхней конечности или с вычленением плеча.

Ф о р м у л а и з о б.р е т е н и я )p

Устройство для управления многофункциональным протезом, содержащее блок переключения исполнительных механизмов с контактным блоком, связанным с блоком коммутации, блок управления, информационный блок, включающий генератор и датчик обратной связи и блок исполнительных механизмов, связанный с блоком коммутации и блоком управления, и источник питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения управления протезом для инвалида с высокими уровнями ампутации верхних конечностей, в нем блок переключения исполнительных ме25 ханизмов выполнен в виде электропривода выбора исполнительного механизма, редуктор которого связан с контактным блоком, кнопки выбора исполнительного механизма, соединенной с источником питания, с блоком реверса, входом триггера и инвертором, подключенным к первому и второму элементам

И, причем выход триггера подключен к релейному каскаду, контакты реле 35 которого соединены с источником питания и с шиной питания блока реверса выходы которого соединены с электроприводом выбора исполнительного механизма, а контакт исходного поло- 40 жения контактного блока механически связан с второй кнопкой, соединенной с входом триггера, нулевой контакт контактного блока соединен через второй инвертор с первым элементом И, выход которого через третий инвертор соединен с первыми входами счетных триггеров, первый и последующие контакты подключены к вторым входам соответственных счетных триггеров, к первым входам соответственных элементов И, соединенных с соответственными информационными датчиками, и.к входам элемента ИЛИ, подключенного к второму входу второго элемента И, выход которого соединен с генератором звуковой частоты, подключенным к вторым входам элементов И, выходы счетных триггеров подключены к релейным каскадам, а блок управления выполнен в виде двухконтактного выключателя, первый контакт которого подключен к

RC-цепочке и первым входам двух элементов И и элемента ИЛИ, второй контакт через делитель подключен к второму входу одного иэ элементов И и элемента ИЛИ, выход которого через первый усилитель мощности и релейный каскад связан с шиной питания релейного блока, входящего в блок переключения, выход третьего элемента И через инвертор связан с вторым входом четвертого элемента И и с первым reнератором импульсов, а выход четвертого элемента И через инвертор подключен к второму генератору импульсов, выходы генераторов соединены с вторым усилителем мощности, связанным с исполнительными механизмами.

1475653 с(ори ип

Фиг. Ю

g9ug. 5

Составитель А.Новиков

Техред М.Ходанич Корректор M- Васильева

Редактор Н.Горват

Заказ 2098/8 Тираж 644 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101