Устройство управления протезом нижней конечности

 

1; УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРОТЕЗОМ НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ, содержащее последовательно соединенные механический аккумулятор и блок механической передачи, а также исполнительный механизм с электроприводом и подключенные к его первым входам соответственно тактильный датчик и датчик накопленной аккумулятором энергии, вход кбторого соединен со вторым выходом механического аккумулятора, отличающееся тем, что, с целью повышения устойчивости ходьбы инвалида в усложненных условиях дороги, в него введены последовательно соединенные датчик бнопотенцналов, усилитель напряжения , выпрямитель, фильтр, первый компаратор и первый усилитель мощности , последовательно соединенные второй компаратор, счетный триггер и второй усилитель мощности, и механизм сцепления-расцепления, включенный между выходом исполнительного механизма и входом механического аккумулятора, причем первый вход второго компаратора соединен с выходом фильтра, вторые входы первого и второго компараторов соединены соответственно с первой и второй шинами опорных напряжений, а выходы первого и второго усилителей мощности соединены соответственно с третьими и четвертым вхосоответственно с третьим и четвертым входами исполнительного механизма. i 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электропривод исполнительного (Л механизма подключен к источнику питания через последовательно соединенные первый ключ и контакты первого , второго и третьего реле, второй ключ подключен параллельна контактам первого реле, третий ключ подключен параллельно контактам второго реле , а контакты четвертого реле подключены параллельно последовательно соединенным контактам первого и второго реле. 00

, SU„„1041108

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Д(д) A61 F 108

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

;; e,,.1 С

К с

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3387041,68-13 (22) 25.01.82 (46) 15.09.83. Бюл. № 34 (72) А. А. Жиляев, В. В. Коновалов, А. П. Кужекин и Я. С. Якобсон (71) Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт протезирования и протезостроения (53) 615.47 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 664650„кл. А 61 F 1 08, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР № 721092, кл. А 61 F 1/00, 1977. (54) (57) 1; УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ

ПРОТЕЗОМ НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ, содержащее последовательно соединенные механический аккумулятор и блок механической передачи, а также исполнительный механизм с электроприводом и подключенные к его первым входам соответственно тактильный датчик и датчик накопленной аккумулятором энергии, вход которого соединен со вторым выходом механического аккумулятора, отличающееся тем, что, с целью повышения устойчивости ходьбы ин-валида в усложненных условиях дороги, в него введены последовательно соединенные датчик биопотенциалов, усилитель напряжения, выпрямитель, фильтр, первый компаратор и первый усилитель мощности, последовательно соединенные второй компаратор, счетный триггер и второй усилитель мощности, и механизм сцепления- расцепления, включенный между выходом исполнительного механизма и входом механического аккумулятора, причем первый вход второго компаратора соединен с выходом фильтра, вторые входы первого и второго компараторов соединены соответственно с первой и второй шинами опорных напряжений, а выходы первого и второго усилителей мощности соединены соответственно с третьими и четвертым вхосоответственно с третьим и четвертым входами исполнительного механизма.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электропривод исполнительного механизма подключен к источнику пигания через последовательно соединенные первый ключ и контакты первого, второго и третьего реле, второй ключ подключен параллельно контактам первого реле, третий ключ подключен параллельно контактам второго реле, а контакты четвертого реле подключены параллельно последовательно соединенным контактам первого и второго реле.

1041108

15

25

Изобретение относится к медицине, а именно к протезированию и протезостроению, и касается протезов нижних конечностей.

Известен протез нижней конечности, содержащий электропривод, механический аккумулятор, механизм зарядки и периодической разрядки аккумулятора, гильзу бедра, коленный шарнир, гильзу голени, коленостопный шарнир, искусственную стопу.

Электропривод заряжает аккумулятор в течение 85-90% времени двойного шага, а в конце фазы опоры на протез аккумулятор, соединенный с искусственной стопой, осуществляет подошвенное сгибание стопы, . что обеспечивает активное отталкивание протезом от опоры (1) .

Однако пользование таким протезом затруднено, поскольку протез работает как автомат с заданным временем зарядки и периодической разрядки аккумулятора, и в нем отвутствует управление временем начала активного отталкивания протезом от опоры и не обеспечивается предупреждением случаев неправильного или несвоевременного срабатывания аккумулятора протеза, осуществляющего отталкивание.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство управления движениями конечностей экзоскелетона, которое содержит последовательно соединенные, механический аккумулятор и блок механической передачи, а также исполнительный механизм с электроприводом и подключенные к его входу тактильный датчик и датчик накопленной аккумулятором энергии, вход которого соединен с выходом механического аккумулятора. Кроме того, устройство содержит программирующий блок, элемент сравнения, тазобедренный шарнир, искусственную стопу и электромагнитные муфты (2j .

Однако известное устройство не обеспечивает активного отталкивания от опоры искусственной конечностью. Кроме того, в данном устройстве отсутствует управление таким параметром как время начала подачи энергии от аккумулятора в требуемый шарнир и не обеспечивается предупреждение случаев неправильного или несвоевременного срабатывания аккумулятора в усложненных условиях ходьбы, например, по неровной поверхности, скользкой дороге и т.п. Последнее объясняется тем, что тактильный датчик, подающий команду на подключение аккумулятора к требуемому шарниру, срабатывает по заданной программе только при снятии нагрузки с конечности независимо от условий ходьбы. Для того, чтобы организовать устойчивую ходьбу в усложненных условиях, инвалиду потребуется часто перестраивать программирующий блок, что значительно затрудняет пользоваЗо

55 ние таким устройством, так как не обеспечивает его оперативное управление.

Цель изобретения — повышение устойчивости ходьбы инвалида в усложненных условиях дороги.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство управления протезом нижней конечности, содержащее последовательно соединенные механический аккумулятор и блок механической передачи, а также первым двум входам соответственно тактильный датчик и датчик накопленной аккумулятором энергии, вход которого соединен со вторым выходом механического аккумулятора, введены последовательно соединенные датчик биопотенциалов, усилитель напряжения, выпрямитель, фильтр, первый компаратор и первый усилитель мощности, последовательно соединенные второй комнаратор, счетный триггер, второй усилитель мощности и механизм сцепления-расцепленИя, включенный между выходом исполнительного механизма и Входом механического аккумулятора, причем первый вход второго компаратора соединен с выходом фильтра, вторые входы первого и второго компаратора соединены . соответственно с первой и второй шинами опорных напряжений, а выходы первого и второго усилителей мощности соединены соответственно с третьим и четвертым входами исполнительного механизма.

Кроме того, электропривод исполнительного механизма подключен к источнику питания через последовательно соединенные первый ключ и контакты перьсго, второго и третьего реле, второй ключ подключен параллельно контактам первого реле, третий ключ подключен параллельно контактам второго реле, а контакты четвертого реле подключены параллельно последовательно соединенным контактам первого и второго реле.

При этом управляющий вход первого реле соединен с выходом первого усилителя мощности, управляющий вход второго реле — с выходом тактильного датчика, управляющий вход третьего реле — с выходом второго усилителя мощности, а управляющий вход четвертого реле — с выходом датчика накопленной аккумулятором энергии.

На фиг. 1 изображена структурная схема ус",.ойства управления протезом нижней конечности; на фиг. 2 — электрическая схема подключения электропривода исполнительного механизма к источнику питания.

Устройство содержит последовательно соединенные исполнительный механизм 1 с электроприводом 2, механизм 3 сце ленчярасцепления, механический аккумулятор

4 и олок 5 механической передачи, тактильный датчик 6 и датчик 7 накопленной аккумулятором энергии, подключенные соответ1041108 ственно к первым двум входам исполнительного механизма 1, последовательно соединенные датчик 8 биопотенциалов, усилитель.

9 напряжения, выпрямитель 10, фильтр 11, первый компаратор 12 и первый усилитель

13 мощности, последовательно соединенные второй компаратор 14, счетный триггер 15 и второй усилитель 16 мощности, причем вход датчика 7 накопленной аккумулятором энергии соединен со вторым выходом механического аккумулятора 4, первый вход второго компаратора 14 соединен с выходом фильтра 11, вторые входы первого компаратора 12 и второго компаратора 14 соединены соответственно с первой U< и второй Up шинами опорных напряжений, а выходы первого усилителя 13 мощно ти и второго усилителя 16 мощности соединены соответственно с третьим и четвертым входами исполнительного механизма 1.

Кроме того, электропривод 2 исполнительного механизма 1 подключен к источни- 20 ку питания 17 через последовательно соединенные первый ключ 18, контакты 19 первого реле, контакты 20 второго реле и контакты 21 третьего реле, второй ключ 22 подключен параллельно контактам 19 первого реле, третий ключ 23 подключен параллельно контактам 20 второго реле, а контакты 24 четвертого реле подключены параллельно после довательно соединенным контактам 19 первого реле и контактам 20 второго реле.

Устройство управления протезом нижней конечности работает следующим образом.

В зависимости от положения ключей 18, 22 и 23 исполнительного механизма 1 осуществляется один из следующих режимов управления протезом: автоматическое управление. биоэлектрическое управление, комбинированное управление, экстренное отключение электропривода 2, пассивный режим.

В первых четырех режимах, когда ключ

18 замкнут, обеспечивается активное отталкивание протезом от опоры. В течение

85-90О/р времени двойного шага электропривод 2 исполнительного механизма 1 заряжает механический аккумулятор 4. По достижении в аккумуляторе 4 заданного уровня накопленной энергии срабатывает датчик 7 накопленной в аккумуляторе энергии и размыкает контакты 24 четвертого реле.

Электропривод 2 при этом отключается от источника питания 17 и находится в этом состоянии до тех пор, пока цепь питания электропривода 2 не замкнется с помощью ключей 22 и 23 и контактов 19.и 20 первого и второго реле, причем от того, в какой комбинации эти элементы будут замкнуты, зависит режим работы устройства.

В режиме биоэлектрического управления, когда ключи 18 и 23 замкнуты, устройство работает следующим образом .

Сигнал с мышц культи инвалида снимается датчиком 8 биопотенциалов, усиливается усилителем 9 напряжения, выпрямляется выпрямителем 10, сглаживается фильтром 11 и подается на входы двух компараторов 12 и 14. На другие входы компараторов 12 и 14 подаются опорные напряжения 3 >,111. Во время ходьбы, а именно при опоре на протез, при достижении мышцами культи достаточного уровня активности, когда усиленное напряжение биопотенциалов превышает опорное напряжение U . выходной сигнал первого усилителя 13 мощности вызывает срабатывание первого реле, которое своими контактами 19 замыкает цепь питания электропривода 2. При этом срабатывает механизм сцепления-расцепления

3 и отключает аккумулятор 4 от электропривода 2. Аккумулятор 4 посредством блока

5 механической передачи производит активное оттадкивание протезом от опоры.

В режиме экстренного отключения электропривода 2, чтобы предупредить неправильное или несвоевременное срабатывание аккумулятора 4, предусмотрена блокировка включения электропривода 2, которая осуществляется при возрастании напряжения на выходе фильтра 11 до U>U . В этом случае срабатывает счетный триггер 15 и третье реле, что приводит к размыканию контактов 21 и отключению электропривода 2 от источника питания 17. В режиме экстренного отключения устройство находится до тех пор, пока инвалид повторно не напряжет мышцу, на которой укреплен датчик 8 биопотенциалов. При этом на выходе фильтра

11 появляется сигнал, превышающий опорное напряжение Uz Тогда счетный триггер

15 возвращается в свое перроначальное состояние и третье реле замыкает контакты

21.

В автоматическом режиме, когда первый ключ 18 и второй ключ 22 замкнуты, а третий ключ 23 разомкнут, включение и выключение электропривода 2, а следовательно, и отталкивание протезом от опоры осуществляется по команде тактильного датчика

6, выходной сигнал которого управляет работой второго реле, имеющего контакты 20. .В комбинированном режиме управления, когда ключ 18 замкнут, а ключи 22 и

23 разомкныты, включение электропривода

2 и активное отталкивание протезом от опо-. ры происходит только при одновременном замыкании контактов 19 и 20 первого и второго реле, управляемых выходными сигналами соответственно первого усилителя 13 мощности и тактильного датчика 6.

Для обеспечения пассивного режима работы протеза достаточно разомкнуть ключ

18.

Таким образом, использование в предлагаемом устройстве биоэлектрического управления временем начала активного от1041108

Составитель Э, Балуев

Редактор Н. Горват Техред И. Ререс Корректор А. Тяско

Заказ 4999/3 Тираж 713 Полни сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и от крытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 талкивания от опоры, а также предупреждение случаев несвоевременного или неправильного срабатывания, позволяет иывалиду, в зависимости от условий ходьбы. oneративно и уверенно управлять протезом, что значительно повышает устойчивость ходьбы, особенно в усложненных условиях дороги.