Устройство управления движениями конечностей шагающего аппарата

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1i ц 644479

Саюз Фвветваи

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.04.76 (21) 2350825/28-13 с присоединением заявки № (51) М. Krr.

А 61G 5/00//

В 62D 57/02

Гост цаРстееннмй комитет (23) 11риоритет (53) УДК 615.471 (088,8) (43) Опубликовано 30.01.79. Бюллетень ¹ 4 (45) Дата опубликования описания 30.01.79 со денни изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Ф

В. Г. Остапчук, В. С. Гурфинкель и А. Ю. Шнейдер

I (71) Заявитель

Институт проблем передачи информации АН СС (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ

КОНЕЧНОСТЕЙ ШАГАЮЩЕГО АППАРАТА

Изобретение относится к области шагающих аппаратов, способных перемещать, в частности, больных, потерявших естественную возможность передвижения. Управление таким аппаратом осуществляется оператором посредством минимального числа управляющих сигналов.

Известно устройство управления движениями конечностей шагающего аппарата, содержащее пульт управления, блоки неза- 10 висимого управления движением суставов конечностей, блоки синхронизации и коррекции, а также блоки датчиков углового перемещения суставов и рецепции опоры (1).

Однако известное устройство не обеспе- 15 чивает как одновременное, так и независимое регулирование типа походки и скорости движения аппарата и не поддерживает заданных оператором кинематических параметров движения. 20

Целью настоящего изобретения является одновременное и независимое регулирование типа походки и скорости движения аппарата, а также сохранение заданных кинематических параметров движения. 25

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит блоки торможения и возбуждения, последовательно соединенные с блоками формирования последовательностей возбуждения и торможения, выходы 30 которых соединены со входами блоков независимого управления движениями суставов конечностей, причем входы блоков торможения и возбуждения соединены с блоком датчиков рецепции опоры, а блок коррекции дополнительно имеет блок памяти, соединенный с выходом блока датчиков рецепции опоры, и блок вычисления скорости движения в фазе переноса конечности, связанной с блоками независимого управления движениями суставов конечностей и блоком памяти.

На фиг. 1 показана возможность перехода от походки «трешками» до «галопа», например, для шестиногого аппарата; на фиг.

2 — блок-схема устройства управления движениями конечностей шагающего аппарата.

Устройство содержит блоки 1 независимого управления суставайи конечностей, на входы которь:х поступают сигналы с блоков

2 синхронизации, на входы которых поступают, в свою очередь, сигналы с блоков 3, 4 датчиков углового положения суставов и рецепции опоры соответственно; блоки 5, 6 торможения и возбуждения, на входы которых поступают сигналы с блоков 4 датчиков рецепции опоры, а выходы соединены со входа.лп блоков 7, 8 формирования последовательностей возбуждения и торможения, причем выходы блоков 7 и 8 соедпне644479

3 ны со входами блоков 1; блок 9 коррекции, состоящий из последовательно соединенных блоков 10 сравнения, блоков 11 памяти и блоков 12 вычисления скорости движения в фазе переноса, выход которого соединен со входом блоков 1, причем вторые входы блоков 10 и 12 соединены с выходом пульта 13 управления, соединенного также со входами блоков 1, 7 и 8.

Устройство работает следующим образом. По сигналу с пульта 13 управления формируются необходимые последовательности возбуждения и торможения на блоках 5, б. Причем вид последовательностей зависит как от числа конечностей, так и от заданных типов походок. Например, для шестиногого аппарата с симметрично расположенными конечностями и основными походками типа: «поочередная», когда в каждый момент времени переносится одна конечность, а пять остальных движутся в фазе опоры, «галоп», когда переносятся одновременно две симметрично расположенных конечности, а остальные на опоре, и

«трешка», когда переносятся три конечности, — можно выбрать последовательность возбуждения вида 1 — 2 — 3 4 5 — б и торможения 6 — 5 4 3 — 2 — 1, где 1 ... 6 — номера конечностей. Причем, номера конечностям могут быть присвоены, например, следующим образом: конечностям правой стороны — 1, 2, 3 в направлении движения аппарата и конечностям левой — 4, 5, 6. Далее на пульте 13 управления выбирают значения точек переднего а+ и заднего а — выносов конечностей и скорости фазы переноса. Определяют необходимый тип походки и соответствующее ему значение скорости фазы опоры — V,.

Пусть в начальный момент времени параметры выбраны таким образом, что конечности движутся в режиме походки «трешками». Изменяют на пульте 13 скорость опоры (,) таким образом, чтобы она соответствовала новой скорости движения при походке «галоп» (момент Л на фиг. 1).

В этом случае конечность 1 продо", êàåò двигаться в фазе переноса и, дойдя до точки а+, по сигналу с блока 3 датчиков углового положения или блока 4 датчиков рецепции опоры (прп достижении поверхности) изменит свою фазу на противоположную, т. е. на опору, одновременно подавая сигнал па блок б возбуждения. С выхода данного блока сигнал через блок 7 формирования последовательности возбуждения поступает на блоки 1 независимого управления (т. е. на конечность 2), переводя ее в фазу переноса. Лналогичное взаимодействие производится и для конечностей

3 — 6. При этом, в момент времсни 1, конечность 3 сместилась дальше точки а — на величину Лх . При этом текущее значение углового положения с блоков 3 поступает на вход блоков 10 сравнения, где сравнивает4 ся с программным значением, поступающим с пульта 13. И если разность значений не равна пулю (как в дап IQM случае), то она запоминается в блоках 11 и поступает на вход блоков 12 вычисления скорости движения в фазе переноса, где вычисляется необходимое значение скорости для поддержания заданной длины шага (увеличение крутизны на ветке а, фиг. 1). По окончании фазы переноса сигнал с блока 4 обнуляет запомненное значение блока 11.

Одновременно сигнал с конечности 5 (с выхода блока 4) поступает на вход блока 5 торможения и через блок 8 поступает на вход блоков 1 (на конечность 4), переводя ее в режим фазы опоры (ветвь б). Спустя два цикла, движения конечности переводят в режим походки «галоп» с программными параметрами.

Проверка работоспособности данного устройства показала, что оно позволяет однопараметрически (изменением скорости фазы опоры — V ) осуществлять плавное изменение типа походки, а путем изменения скоростей фаз переноса и опоры, при постоянном соотношении мегкду ними, изменять скорость движения аппарата при заданном типе походки. Причем, изменение типа походки производится при поддержании заданных кипематических параметров движения. Указанные отличия обеспечивают устройству простоту и эффективность управления со стороны оператора и позволяют рекомендовать для включения в систему управления шага|ощим аппаратом.

Формула изобретения

1. Устройство управления движениями конечностей шагающего аппарата, содержащее пульт управления, блоки независимого управления движением суставов конечностей, блоки синхронизации и коррекции, а также блоки датчиков углового перемещения суставов и рецепции опоры, о т л и ч а ющсеся тем, что, с целью одновременного и независимого регулирования типа походки и скорости движения аппарата, оно содср >кит блоки тор м ожени я и возбуждения, последовательно соединенные с блоками формирования последовательностей возбуждения и торможения, выходы которых соединены с входами блоков независимого управления движениями суставов конечностей, причем входы блоков торможения и возбуждения соединены с блоком датчиков рецепции опоры.

2. Устройство по п. 1, отлич а ющееся тем, что, с целью сохранения заданных кинематических параметров движения, блок коррекции дополнительно имеет блок памяти, соединенный с выходом блока датчиков рецепции опоры, п блок вычисления скорости движения в фазе переноса конечности, связанный с блоками независимого управ644479

5 д фалд anu sr

Составитель С. Малютина

Редактор Н. Грязнова Техрсд С. Антипенко Корректор Л. Орлова

Заказ 2470/5 Изд. № 101 Тираж 680 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 ления движениями суставов конечностей и блоком памяти.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. В. А. Васенин и др. «Макет шагающего аппарата и его система управления» Изв.

АН СССР Техническая кибернетика, № 6, 1974, с. 65 — 69.