PL234977B1 - Control system of a prosthesis and the prosthetic system equipped with the prosthesis control system installed in the footwear - Google Patents
Control system of a prosthesis and the prosthetic system equipped with the prosthesis control system installed in the footwear Download PDFInfo
- Publication number
- PL234977B1 PL234977B1 PL423130A PL42313017A PL234977B1 PL 234977 B1 PL234977 B1 PL 234977B1 PL 423130 A PL423130 A PL 423130A PL 42313017 A PL42313017 A PL 42313017A PL 234977 B1 PL234977 B1 PL 234977B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- sensor
- sensors
- control system
- prosthetic device
- prosthesis
- Prior art date
Links
Landscapes
- Prostheses (AREA)
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Dziedzina technikiTechnical field
Wynalazek dotyczy modułowego systemu sterowania protezą kończyny górnej, w szczególności dłoni (przedramienia), zabudowanego w obuwiu.The invention relates to a modular control system for an upper limb prosthesis, in particular a hand (forearm), embedded in a shoe.
Stan technikiState of the art
Z amerykańskiego zgłoszenie patentowego US2017160793A1 znany jest układ sterowania rzeczywistością wirtualną za pomocą kontrolerów, w tym tych umieszczonych w obuwiu użytkownika systemu. Kontrola odbywa się za pomocą gestów (przesuw, toczenie, obrót stopą, naciski na wybrane obszary (cała stopa, pięta, krawędź zewnętrzna i wewnętrzna). Wynalazek dotyczy sterowania wirtualną rzeczywistością z jaką użytkownik styka się poprzez zestaw komputerowo-słuchawkowo-okularowy, ale opis nie wspomina o możliwości sterowania protezą lub innym urządzeniem zewnętrznym. Wymagane jest użycie maty, która przeniesie ruch do wirtualnej rzeczywistości.From the US patent application US2017160793A1, a virtual reality control system using controllers, including those located in the user's shoes of the system, is known. Control is done by means of gestures (sliding, rolling, foot rotation, pressure on selected areas (the entire foot, heel, outer and inner edge). The invention concerns the control of virtual reality that the user comes into contact with through a computer headset, but the description does not mention the ability to control a prosthesis or other external device, a mat is required to transfer the movement into virtual reality.
Z innego amerykańskiego zgłoszenia patentowego US 20100152619A1 znana jest wkładka do buta, która składa się z trzech warstw (przewodzący elastomer w środku otoczony przez dwie warstwy z podatnej folii okrywającej miedziane przewodniki). Układ zawiera moduł komunikacji bezprzewodowej, który przekazuje informacje do komputera i umożliwia sterowanie podczas treningu sportowego i monitorowania aplikacji, gier elektronicznych i systemów diagnostycznych. Wynalazek przewiduje także wykorzystanie czujników przyspieszenia dzięki czemu możliwe jest przejście w stan uśpienia i oszczędzanie energii - przydatne ze względu na użycie baterii pastylkowej CR2450. Przewiduje także możliwość ładowania akumulatora dzięki wykorzystaniu harvestingu - konwersji energii mechanicznej do elektrycznej przy wykorzystaniu zjawiska piezoelektrycznego. Zgłoszenie to nie przewiduje zastosowania opisanego układu do sterowania protezą.From another US patent application US 20100152619A1, an insole is known, which consists of three layers (a conductive elastomer in the middle surrounded by two layers of compliant foil covering the copper conductors). The system includes a wireless communication module that communicates information to the computer and allows control during sports training and monitoring of applications, electronic games and diagnostic systems. The invention also envisages the use of acceleration sensors, making it possible to go into sleep mode and save energy - useful due to the use of a CR2450 coin cell battery. It also provides for the possibility of charging the battery through the use of harvesting - the conversion of mechanical energy into electricity using the piezoelectric effect. This application does not provide for the use of the described system for controlling a prosthesis.
Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US4814661A znany jest system pomiaru i analizy sił powstających w trakcie chodu. Układ zawiera piezoelektryczne czujniki siły zamontowane we wkładce buta. Przewody od czujników są wyprowadzone bocznym kanalikiem w podeszwie na zewnątrz buta. Czujniki chronione są przez zastosowanie specjalnie profilowanej płytki, która stanowi część wkładki. W płytce możliwe jest zastosowanie ożebrowania, które dodatkowo wzmacnia konstrukcję i chroni czujniki. Niemniej jednak znaczna grubość wkładki i boczne wyjście w podeszwie obuwia ograniczają możliwości jego użycia (w butach płytkich, przy zetknięciu z wodą).The US patent application US4814661A discloses a system for measuring and analyzing the forces generated during gait. The system includes piezoelectric force sensors mounted in the sockliner. The cables from the sensors are led through the side channel in the sole to the outside of the shoe. The sensors are protected by the use of a specially profiled plate, which is part of the insert. It is possible to use ribbing in the board, which additionally strengthens the structure and protects the sensors. Nevertheless, the significant thickness of the insole and the side exit in the sole of the footwear limit the possibilities of its use (in shallow shoes, when it comes into contact with water).
Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO2016086259 znane jest urządzenie treningowe do nauki gry w golfa składające się z rękawicy lub buta, które posiadają jeden lub wiele czujników nacisku, wskazujących czy naciski na podłoże w przypadku czujnika w obuwiu są właściwe (tzn. czy odpowiednio przenoszony jest ciężar ciała). Czujniki siły osadzone są w obuwiu zbierając naciski ciała. Możliwe jest także zastosowanie dwóch elastycznych obwodów drukowanych (ePCB) rozdzielonych dwoma warstwami folii elektrostatycznej (Velostat). W przypadku buta dwa czujniki nacisku znajdują się pod pięta i w rejonie śródstopia. Cały sensor znajdujący się w obuwiu ma wyprowadzoną za pomocą ePCB na nos buta lub sznurowadła sygnalizację LED (za pomocą trzech kolorowych diod LED sterowanych za pomocą kontrolera sygnalizowane jest prawidłowe ustawienie ciała).From the international patent application WO2016086259, a training device for learning to play golf is known, consisting of a glove or a shoe, which has one or more pressure sensors, which indicate whether the ground pressures of the sensor in the shoe are correct (i.e. whether the body weight is properly transferred). ). Force sensors are embedded in the footwear, collecting body pressure. It is also possible to use two flexible printed circuits (ePCB) separated by two layers of electrostatic foil (Velostat). In the case of the shoe, two pressure sensors are located under the heel and in the metatarsal area. The entire sensor located in the shoe has LED signaling led by ePCB to the shoe's nose or laces (three colored LEDs controlled by the controller indicate the correct body positioning).
Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US2007246334A1 znany jest system protetyczny wyposażony w układ sterowania protezą (w tym również protezą ręki) zlokalizowany we wkładce/podeszwie obuwia, który zawiera 8-kanałowy kontroler oraz mikroprocesor. Rozwiązanie to jednak nie zapewnia możliwości przeniesienia samego układu sterowania i konektora łączącego z układem czujników i baterii poza obuwie.From the American patent application US2007246334A1 there is known a prosthetic system equipped with a prosthesis control system (including a prosthetic hand) located in the footbed / sole, which includes an 8-channel controller and a microprocessor. However, this solution does not provide the possibility of transferring the control system itself and the connector connecting with the system of sensors and batteries outside the shoes.
Z jeszcze innego amerykańskiego zgłoszenia patentowego US2003009308 znany jest układ składający się z czujników, w tym żyroskopów i rezystancyjnych czujników siły, zamontowany we wkładce obuwia. Dane z czujników rejestrowane są za pomocą mikrokontrolera, zapisywane w pamięci EEPROM / Flash i przesyłane do stacji bazowej za pośrednictwem nadajnika RFID. Następnie oprogramowanie wykorzystuje te dane w celu analizy i oceny chodu i aktywności pacjenta. Taka konstrukcja wykazuje wysoki stopień złożoności, wykorzystanie czujników wielu rodzajów, co może ograniczyć pole stosowania (np. możliwość zatopienia czujników w podeszwie), jak również niekorzystnie wpływać na cenę finalną produktu.From yet another US patent application US2003009308 there is known a system consisting of sensors, including gyroscopes and resistance force sensors, mounted in the footwear insole. Sensor data is recorded by a microcontroller, stored in EEPROM / Flash memory and sent to the base station via an RFID transmitter. The software then uses this data to analyze and evaluate the patient's gait and activity. Such a structure shows a high degree of complexity, the use of sensors of many types, which may limit the field of application (e.g. the possibility of embedding sensors in the sole), as well as adversely affect the final price of the product.
Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US20150351939A1 znany jest system kontroli protezy, którego zadaniem jest nadzorowanie prawidłowego ruchu protezy w oparciu o pomiar kąta obrotu. Układ przewiduje zastosowanie czujników wielu typów w wielu konfiguracjach, co podnosi koszt układu.From the US patent application US20150351939A1 there is known a prosthesis control system whose task is to monitor the correct movement of the prosthesis based on the measurement of the angle of rotation. The system provides for the use of sensors of many types in many configurations, which increases the cost of the system.
PL 234 977 B1PL 234 977 B1
Jednostka sterująca czujnikami i moduł komunikacyjny umieszczone są w obuwiu, co czyni układ nieprzenośnym między obuwiem lub wymaga dużych nakładów.The sensor control unit and the communication module are housed in the shoe, which makes the system non-transferable between the shoes or is very costly.
Z koreańskiego zgłoszenia patentowego KR20160084271A znana jest modułowa wkładka do obuwia, która zawiera układ czujników (co najmniej czujnik przyspieszenia), zasilania i bezprzewodowego przesyłu danych. Wykonana z elastycznego materiału, pokryta warstwą absorbującą pot i uniemożliwiającą poślizg. Sensor dla ochrony przed uszkodzeniami jest ukryty w twardej osłonie z tworzywa bądź metalu jak również zabezpieczony przed dostępem wody. Możliwe jest również opracowanie terminala do podłączenia zewnętrznego układu np. przez port USB. Cały układ zabudowany jest w podeszwie, co rzutuje na jego wymiary i potrzebę odpowiedniego zabezpieczenia.Korean patent application KR20160084271A discloses a modular footbed which includes an array of sensors (at least an acceleration sensor), power supply and wireless data transmission. Made of flexible material, covered with a layer that absorbs sweat and prevents slipping. For protection against damage, the sensor is hidden in a hard cover made of plastic or metal, as well as protected against water. It is also possible to develop a terminal for connecting an external system, e.g. via a USB port. The entire system is built into the sole, which affects its dimensions and the need for appropriate protection.
Znane systemy sterowania protezą lub ogólnie systemy sterowania umieszczone w obuwiu charakteryzują się obecnością co najmniej jednej z poniższych niekorzystnych cech: wysoką złożonością układu (mnogość sensorów), brakiem modularnej budowy, układem w całości zamontowany w obuwiu, potrzebą posiadania dodatkowych osłon dla czujników (przeciwko wilgoci i powstającym naprężeniom), znacznymi wymiarami (grubość wkładki), brakiem przenośności między obuwiem.Known denture control systems or, in general, control systems placed in shoes are characterized by the presence of at least one of the following disadvantages: high complexity of the system (a multitude of sensors), lack of modular structure, system fully mounted in the shoe, the need to have additional covers for sensors (against moisture stress), significant dimensions (thickness of the insole), lack of portability between the shoes.
Opis istoty wynalazkuDescription of the essence of the invention
Celem wynalazku jest zapewnienie modułowego rozwiązania, które wyeliminuje przynajmniej część wyżej opisanych niedogodności. Kolejnym celem wynalazku jest dostarczenie prostego rozwiązania do sterowania urządzeniem protetycznym, zapewniającego jednocześnie możliwość łatwego przeniesienia układu z jednego obuwia do innego.The object of the invention is to provide a modular solution which overcomes at least some of the above-described disadvantages. Another object of the invention is to provide a simple solution for controlling a prosthetic device, while allowing the system to be easily transferred from one shoe to another.
W pierwszym aspekcie przedmiotowy wynalazek dotyczy układu sterowania urządzeniem protetycznym, korzystnie protezą kończyny górnej. Układ posiada mikroprocesor oraz co najmniej jeden czujnik nacisku połączony z mikroprocesorem oraz przystosowany do zainstalowania w obuwiu w taki sposób, że nacisk na czujnik wywierany jest przez stopę użytkownika. Czujnik nacisku obejmuje warstwę elektroprzewodzącego elastomeru umieszczonego pomiędzy dwoma warstwami kontaktowymi wykonanymi z metalu, przy czym układ skonfigurowany jest w ten sposób, że pod wpływem przemieszczających się w wyniku nacisku na czujnik względem siebie warstw kontaktowych, mierzone jest przewodnictwo przez warstwę elastomeru, które jest funkcją odległości warstw kontaktowych.In a first aspect, the present invention relates to a control system for a prosthetic device, preferably an upper limb prosthesis. The system has a microprocessor and at least one pressure sensor connected to the microprocessor and adapted to be installed in the footwear such that the pressure on the sensor is exerted by the user's foot. The pressure sensor includes an electrically conductive elastomer layer sandwiched between two metal contact layers, the arrangement being configured such that the conductivity through the elastomer layer is measured as a function of the distance by the contact layers moving relative to each other by pressure on the sensor. contact layers.
Korzystnie, warstwa elastomeru ma grubość do 1 mm, a każda z warstw kontaktowych ma grubość do 0,5 mm, przy czym sumaryczna grubość wszystkich warstw nie przekracza 1,5 mm. Natomiast wymiar planarny czujnika nie przekracza 400 mm2.Preferably, the elastomer layer has a thickness of up to 1 mm, and each of the contact layers has a thickness of up to 0.5 mm, with the combined thickness of all the layers not exceeding 1.5 mm. However, the planar dimension of the sensor does not exceed 400 mm 2 .
Korzystnie, czujnik nacisku wyposażony jest w dwa przewody elektryczne, korzystnie wykonane w technice drukowanych obwodów elastycznych.Preferably, the pressure sensor is equipped with two electric wires, preferably made of printed flexible circuits.
Korzystnie, układ posiada złączki zaciskowe do połączenia z przewodami elastycznymi, elastyczną taśmą przewodów lub elastycznym obwodem drukowanym. Złączka zaciskowa składa się z dwóch ruchomych płyt usytuowanych równolegle względem siebie i przemieszczających się po prowadnicy zamocowanej prostopadle do jednej z płyt oraz przechodzącej przez otwór w drugiej płycie, przy czym od wewnątrz do jednej z płyt zamocowany jest element zaciskowy, korzystnie w postaci szczęk, który to element zaciskowy przechodzi przez przewody elastyczne i wchodzi w inny otwór w drugiej płycie dociskając przewody do powierzchni wewnętrznych płyt. Element zaciskowy wykonany jest z materiału przewodzącego, który zapewnia elektryczny kontakt z czujnikami lub baterią.Preferably, the system has compression fittings for connection to flexible conduits, a flexible conduit or a flexible printed circuit. The compression fitting consists of two movable plates arranged parallel to each other and moving along a guide fixed perpendicular to one of the plates and passing through an opening in the other plate, with a clamping element, preferably in the form of jaws, attached to one of the plates from the inside. the clamp element passes through the flexible conduits and enters another opening in the second plate pressing the conduits against the surfaces of the inner plates. The clamping element is made of a conductive material which provides electrical contact with the sensors or the battery.
Złączki zaciskowe mogą również posiadać wbudowany system do bezprzewodowej transmisji danych oraz dodatkowe złącze do podłączenia zasilania, np. baterii lub akumulatora.Compression fittings can also have a built-in system for wireless data transmission and an additional connector for power connection, e.g. battery or accumulator.
W jednym z praktycznych przykładów realizacji układ obejmuje od jednego do siedmiu czujników zainstalowanych w obuwiu, korzystnie mocowanych do obuwia za pomocą elastycznego kleju, np. gumy arabskiej.In one practical embodiment, the system comprises one to seven sensors installed in the footwear, preferably attached to the footwear with a flexible adhesive, such as gum arabic.
Korzystnie, czujniki przystosowane są do pracy w trybie analogowych czujników nacisku albo z użyciem dodatkowego układu wzmacniacza wyposażonego w wejścia cyfrowe.Preferably, the sensors are adapted to work in the mode of analog pressure sensors or with the use of an additional amplifier circuit equipped with digital inputs.
W drugim aspekcie wynalazek dotyczy systemu protetycznego do sterowania urządzeniem protetycznym, korzystnie protezą kończyny górnej. System obejmuje:In a second aspect, the invention relates to a prosthetic system for controlling a prosthetic device, preferably an upper limb prosthesis. The system includes:
sterowane elektroniczny urządzenie protetyczne, korzystnie protezę kończyny górnej;an electronic controlled prosthetic device, preferably an upper limb prosthesis;
jednostkę sterującą przystosowaną do wydawania rozkazów sterujących urządzeniem protetycznym na podstawie sygnałów wyjściowych otrzymanych z układu sterowania i zarejestrowanych przez czujniki nacisku; oraz wyżej opisany układ sterowania przystosowany do zainstalowania w obuwiu.a control unit adapted to command the control of the prosthetic device on the basis of output signals received from the control system and recorded by pressure sensors; and the above-described control system adapted to be installed in a shoe.
PL 234 977 B1PL 234 977 B1
Korzystnie, jednostka sterująca może być połączona przewodowo/bezprzewodowo z układem sterowania lub urządzeniem protetycznym. Alternatywnie jednostka sterująca może być również zintegrowana z układem sterowania lub urządzeniem protetycznym.Advantageously, the control unit can be wired / wireless connected to the control system or the prosthetic device. Alternatively, the control unit can also be integrated into a control system or prosthetic device.
Krótki opis rysunkówBrief description of the drawings
Wynalazek zostanie poniżej przedstawiony w korzystnym przykładzie wykonania, z odniesieniem do załączonych rysunków, na których:The invention will now be illustrated in a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings in which:
Fig. 1 - przedstawia przykładowy schemat rozmieszczenia czujników w widoku od dołu stopy.Fig. 1 - Shows an exemplary diagram of the arrangement of the sensors in the bottom view of the foot.
Fig. 2 - przedstawia schematyczne rozmieszczenie czujników w obuwiu w widoku bocznym.Fig. 2 - Shows the schematic arrangement of the sensors in the shoe in a side view.
Fig. 3 - przedstawia układ czujników z przewodami wyprowadzonymi na zewnątrz, do których podłączona jest złączką.Fig. 3 - shows an array of sensors with leads led out to which a connector is connected.
Fig. 4a i 4b - przedstawia budowę czujnika.Figures 4a and 4b show the construction of the sensor.
Fig. 5 - przedstawia schemat budowy czujnika z przewodami.Fig. 5 is a schematic diagram of the sensor with wires.
Fig. 6 - przedstawia schemat elektryczny układu z czujnikami przystosowanymi do pracy w trybie analogowym.Fig. 6 is a schematic diagram of a system with sensors adapted to operate in analog mode.
Fig. 7 - przedstawia schemat elektryczny układu z użyciem dodatkowego wzmacniacza wyposażonego w wejścia cyfrowe.Fig. 7 is a schematic diagram of the circuit using an additional amplifier with digital inputs.
Szczegółowy opis korzystnego przykładu wykonania wynalazkuDetailed description of a preferred embodiment of the invention
W jednym z korzystnych przykładów realizacji wynalazek dotyczy układu sterowania protezą ręki umożliwiający niskokosztową instalację w obuwiu pacjenta. Układ składa się z czujników nacisku 1 połączonych z mikroprocesorem. Czujniki nacisku 1 są wklejane przy pomocy elastycznego kleju (np.: guma arabska) do obuwia 5. Przykładowo jako czujniki nacisku 1 można zastosować czujniki tensometryczne, grafenowe, z polimerów przewodzących, piezoelektryczny, magnetoelastyczny, tensometryczny, indukcyjny, półprzewodnikowy, optyczny, hydrauliczny, membranowy lub kontaktronowy.In one preferred embodiment, the invention relates to a hand prosthesis control system allowing low cost installation in a patient's footwear. The system consists of pressure sensors 1 connected to a microprocessor. The pressure sensors 1 are glued to shoes with an elastic glue (e.g. gum arabic). membrane or reed switch.
Czujniki 1 rozmieszczone są wewnątrz obuwia 5 w sposób umożliwiający pacjentowi wywarcie nacisku na czujnik przez stopę 4. Czujniki 1 mogą być rozmieszczone pod lub nad palcem/palcami, pod piętą lub pod śródstopiem oraz dodatkowo odseparowane od stopy 4 za pomocą wkładki, ale mogą również bezpośrednio przylegać do stopy 4. Przykładowe rozmieszczenie czujników pokazano na fig. 1-3.The sensors 1 are arranged inside the footwear 5 in such a way that the patient can apply pressure to the sensor via the foot 4. The sensors 1 can be placed under or above the toe / toes, under the heel or under the metatarsus and additionally separated from the foot 4 by an insert, but they can also be directly rest against the foot 4. An exemplary arrangement of the sensors is shown in Figures 1-3.
Jak pokazano na fig. 5 czujnik nacisku 1 składa się z elektroprzewodzącego elastomeru 12 oraz dwóch warstw kontaktowych 12 wykonanych z metalu pomiędzy którymi umieszczony jest elastomerAs shown in Fig. 5, the pressure sensor 1 consists of an electrically conductive elastomer 12 and two contact layers 12 made of metal between which the elastomer is placed.
12, połączonymi w taki sposób, żeby zapewnić stabilną powierzchnię kontaktu. Korzystnie warstwy czujnika 1 mają płaskie powierzchnie. Warstwy kontaktowe 11 w wyniku nacisku wywartego przez stopę 4 przemieszczają się w osi prostopadłej do płaszczyzny elastomeru 12, a tym samym zbliżają i oddalają się od siebie w zależności od siły nacisku. Sumaryczna grubość trzech warstw 11, 12 nie przekracza 1,5 mm, z czego do 1 mm stanowi elastomer 12 i do 0,5 mm stanowią dwie warstwy kontaktowe 11, a wymiar planarny czujnika 1 nie przekracza 400 mm2. W czujnikach 1 mierzone jest przewodnictwo przez elastomer 12, które jest funkcją odległości metalowych kontaktów 11, które pod wpływem nacisku zbliżają się do siebie. Od każdego z czujników 1 odchodzą dwa przewody 13 wykonane w technice drukowanych obwodów elastycznych oraz złączki zaciskowe 3 do zaciśnięcia przewodów elastycznych12, connected in such a way as to provide a stable contact surface. Preferably, the sensor layers 1 have flat surfaces. The contact layers 11, as a result of the pressure exerted by the foot 4, move in an axis perpendicular to the plane of the elastomer 12, and thus come closer and apart depending on the pressure force. The total thickness of the three layers 11, 12 does not exceed 1.5 mm, of which up to 1 mm is made of elastomer 12 and up to 0.5 mm are two contact layers 11, and the planar dimension of the sensor 1 does not exceed 400 mm 2 . In the sensors 1, the conductivity through the elastomer 12 is measured, which is a function of the distance of the metal contacts 11 which move closer to each other under pressure. From each of the sensors 1 there are two wires 13 made in the technique of printed flexible circuits and compression fittings 3 for clamping the flexible wires
13, które umożliwiają odpięcie od czujników 1 oraz montaż w innym obuwiu. Złączka 3 może również służyć do łączenia elastycznej taśmy przewodów lub elastycznego obwodu drukowanego.13, which can be detached from sensors 1 and installed in other footwear. The connector 3 can also serve to connect a flexible strip of wires or a flexible printed circuit.
Złączka zaciskowa 3 została bliżej przedstawiona na fig. 4. Składa się ona z dwóch ruchomych płyt 31,32 usytuowanych równolegle względem siebie i przemieszczających się po prowadnicy 35 zamocowanej prostopadle do pierwszej płyty 31 oraz przechodzącej przez otwór 34 w drugiej płycie 32. Od wewnątrz do pierwszej płyty 31 zamocowany jest element zaciskowy 33 w postaci szczęk, które przebijają przewody elastyczne 13 i wchodzą w inny otwór 36 w drugiej płycie 32 dociskając jednocześnie przewody 13 do powierzchni wewnętrznych obu płyt 31,32. Element zaciskowy 33 wykonany jest z materiału przewodzącego, który zapewnia elektryczny kontakt z czujnikami 1 lub baterią 2. Złączka zaciskowa 3 blokowana jest w pozycji zaciśniętej przez element blokujący w postaci haka 34.The compression fitting 3 is shown in more detail in Fig. 4. It consists of two movable plates 31, 32 arranged parallel to each other and running on a guide 35 perpendicular to the first plate 31 and extending through the opening 34 in the second plate 32. From inside to the first plate 31 is fitted with a clamping member 33 in the form of jaws which pierce the flexible conduits 13 and enter another opening 36 in the second plate 32 while pressing the conduits 13 against the inner surfaces of both plates 31, 32. The clamping element 33 is made of a conductive material which provides electrical contact with the sensors 1 or the battery 2. The clamping element 3 is locked in the clamped position by a locking element in the form of a hook 34.
Złączka zaciskowa 3 może posiadać dodatkowo wbudowany system do bezprzewodowej transmisji umożliwiający komunikację z mikroprocesorem oraz dodatkowe złącze do podłączenia baterii 2, która zabudowana jest we wkładce buta 5, która stanowi dodatkową barierę między stopą 4 a czujnikami 1. Takie rozwiązanie pozwala na przenoszenie układu sterowania pomiędzy różnymi butami oraz prostą wymianę baterii 2 bez konieczności przeprogramowywania układu. Takie rozwiązanie pozwala również na zastosowanie czujników 1, które są najtańszym elementem układu oraz umożliwia indywidualne dopasowanie i rozłożenie czujników 1 przez użytkownika lub protetyka, a następnie podpięcie ich do układu sterowania.The clamping connector 3 may additionally have a built-in wireless transmission system enabling communication with the microprocessor and an additional connector for connecting the battery 2, which is built in the shoe insert 5, which is an additional barrier between the foot 4 and the sensors 1. This solution allows the control system to be transferred between different shoes and easy replacement of 2 batteries without reprogramming the system. This solution also allows the use of sensors 1, which are the cheapest element of the system, and allows individual adjustment and distribution of sensors 1 by the user or prosthetist, and then connecting them to the control system.
PL 234 977 B1PL 234 977 B1
Czujniki nacisku 1 wykonywane są oddzielnie i posiadają przewody 13 o nadmiernej długości, których nadmiar docina się po zamontowaniu w złączce zaciskowej 3. Bateria 2 zasilająca całość systemu wbudowana jest we wkładce, tak aby możliwa była wymiana bez konieczności ładowania. Układ może również posiadać parę akumulatorów, które użytkownik będzie ładował niezależnie, co pozwoli na niemal nieprzerwaną pracę urządzenia. Układ korzystnie posiada od jednego do siedmiu czujników 1, które mogę pracować w trybie analogowych czujników nacisku (ADC) lub z użyciem dodatkowego układu wzmacniacza wyposażonego w wejścia cyfrowe (GPIO) zgodnie z przedstawionymi schematami, odpowiednio na fig. 6 i 7.The pressure sensors 1 are made separately and have excessively long wires 13, the excess of which is cut after mounting in the clamp connector 3. The battery 2 powering the entire system is built into the insert so that it can be replaced without charging. The system may also have a pair of batteries that the user will charge independently, which will allow the device to operate almost continuously. The circuit preferably has one to seven sensors 1 that can be operated in analogue pressure sensor (ADC) mode or with an additional amplifier circuit equipped with digital inputs (GPIO) according to the schematics shown in Figures 6 and 7, respectively.
W innym korzystnym przykładzie realizacji wynalazku układ sterowania jest częścią systemu protetycznego do sterowania urządzeniem protetycznym.In another preferred embodiment of the invention, the control system is part of a prosthetic system for controlling the prosthetic device.
System posiada sterowane elektronicznie urządzenie protetyczne, np. protezę kończyny górnej (nie pokazano).The system includes an electronically controlled prosthetic device, such as an upper limb prosthesis (not shown).
Następnie system posiada wyżej opisany układ sterowania przystosowany do zainstalowania w obuwiu użytkownika 5 i posiadający co najmniej jeden czujnik nacisku 1, korzystnie od jednego do siedmiu.The system further comprises the above-described control system adapted to be installed in the user's footwear 5 and having at least one pressure sensor 1, preferably from one to seven.
W celu sterowania pracą całego systemu zastosowano jednostkę sterującą przystosowaną do wydawania rozkazów sterujących urządzeniem protetycznym na podstawie sygnałów wyjściowych otrzymanych z układu sterowania, które pochodzą z czujników nacisku 1. Jednostka sterująca może być połączona przewodowo/bezprzewodowo z układem sterowania lub urządzeniem protetycznym za pomocą doskonale znanych znawcy w stanie techniki środków. Ponadto, jednostka sterująca może być zintegrowana z układem sterowania lub urządzeniem protetycznym również znanymi środkami.In order to control the operation of the entire system, a control unit was used, adapted to give orders to control the prosthetic device on the basis of the output signals received from the control system, which come from the pressure sensors 1. The control unit can be wired / wireless connected to the control system or prosthetic device by means of well-known those skilled in the art of means. Moreover, the control unit can be integrated in a control system or a prosthetic device also by known means.
Użytkownik steruje protezą poprzez wywarcie nacisku na czujnik 1 umieszczony w obuwiu 5. Do danego czujnika 1 przypisane jest określone działanie realizowane przez protezę zgodnie z instrukcjami zapisanymi w pamięci jednostki sterującej. Przykładowo wywarcie nacisku na czujnik 1 umieszczony pod palcem spowoduje zaciśnięcie dłoni, a nacisk na czujnik 1 nad dużym palcem, jej otwarcie.The user controls the prosthesis by applying pressure to the sensor 1 located in the shoe 5. A specific action is assigned to a given sensor 1 to be performed by the prosthesis according to the instructions stored in the memory of the control unit. For example, applying pressure to the sensor 1 placed under the finger will cause the hand to clench, and pressing the sensor 1 above the big finger will open it.
W przypadku zastosowania podłączenia w konfiguracji cyfrowej (fig. 7) proteza wykonuje przypisany ruch w sposób zupełny, czyli np.: przy wciśnięciu czujnika 1 proteza zamyka się do momentu napotkania oporu o zadanej wartości sił lub momentu obrotowego. W przypadku zastosowania konfiguracji analogowej (fig. 6) proteza wykonuje przypisany ruch w sposób proporcjonalny do wywołanego nacisku, czyli np.: przy wciśnięciu czujnika 1 proteza zamyka się przez czas kiedy czujnik 1 jest wciśnięty i z prędkością proporcjonalną do siły (im mocniej wciśnięty przycisk tym szybsze zamykanie) aż do momentu napotkania oporu o zadanej wartości sił lub momentu obrotowego.In the case of using the connection in the digital configuration (Fig. 7), the prosthesis performs the assigned movement in a complete manner, i.e. when the sensor 1 is pressed, the prosthesis closes until it encounters resistance with a given value of forces or torque. In the case of using the analog configuration (Fig. 6), the prosthesis performs the assigned movement in a manner proportional to the pressure applied, i.e. when the sensor 1 is pressed, the prosthesis closes for the time when the sensor 1 is pressed and with a speed proportional to the force (the more the button is pressed, the faster closing) until a resistance of a given value of force or torque is encountered.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL423130A PL234977B1 (en) | 2017-10-11 | 2017-10-11 | Control system of a prosthesis and the prosthetic system equipped with the prosthesis control system installed in the footwear |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL423130A PL234977B1 (en) | 2017-10-11 | 2017-10-11 | Control system of a prosthesis and the prosthetic system equipped with the prosthesis control system installed in the footwear |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL423130A1 PL423130A1 (en) | 2019-04-23 |
| PL234977B1 true PL234977B1 (en) | 2020-05-18 |
Family
ID=66167896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL423130A PL234977B1 (en) | 2017-10-11 | 2017-10-11 | Control system of a prosthesis and the prosthetic system equipped with the prosthesis control system installed in the footwear |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL234977B1 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4814661A (en) * | 1986-05-23 | 1989-03-21 | Washington State University Research Foundation, Inc. | Systems for measurement and analysis of forces exerted during human locomotion |
| US20100152619A1 (en) * | 2008-12-16 | 2010-06-17 | 24/8 Llc | System, method, and computer-program product for measuring pressure points |
| WO2016014572A1 (en) * | 2014-07-25 | 2016-01-28 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | Acceleration-sensing electrochemical pressure sensor compositions |
| AU2015358282A1 (en) * | 2014-12-01 | 2017-06-08 | David NEVELL | Golf training device |
-
2017
- 2017-10-11 PL PL423130A patent/PL234977B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL423130A1 (en) | 2019-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7261282B2 (en) | Systems and methods for analyzing athletic activity | |
| US10729356B2 (en) | Foot-mounted sensor systems for tracking body movement | |
| KR101671602B1 (en) | Footwear having sensor system | |
| KR101968737B1 (en) | Footwear having sensor system | |
| US20150018721A1 (en) | Pressure monitoring shoe | |
| US10222283B2 (en) | Systems and methods of providing automated feedback to a user using a shoe insole assembly | |
| US20140033572A1 (en) | Footwear article with pressure sensor | |
| JP2023139028A (en) | Footwear with motorized lacing and gesture control | |
| KR20150048019A (en) | Multifunctional shoes employing piezoelectric sensor | |
| US9404817B2 (en) | Film-type pressure sensor E.G. for article of footwear | |
| JPS6232901A (en) | Ski boots | |
| WO2013182633A1 (en) | Pressure sensor, e.g. in sole for an article of footwear | |
| US20180199656A1 (en) | Device for avoiding excessive burdens on the human foot while walking and operating method therefor | |
| US10617171B2 (en) | Sports boot for the pursuit of ski sport | |
| CN108324280A (en) | Foot pressure detection device | |
| US11920996B2 (en) | Customizable pressure sensor array | |
| PL234977B1 (en) | Control system of a prosthesis and the prosthetic system equipped with the prosthesis control system installed in the footwear | |
| US8460218B2 (en) | Patient weight bearing monitor | |
| US20160345902A1 (en) | System to measure foot function | |
| CN215737202U (en) | Foot motion detection insole system | |
| CN113347899B (en) | Load sensing device for an article of footwear | |
| WO2009146525A1 (en) | Apparatus for monitoring parameters relating to a skater | |
| CN211961081U (en) | Shoe with chip arranged in sole | |
| CN113545562A (en) | Foot motion detection insole system | |
| CN211608370U (en) | Self-powered intelligent insole |