CZ23634U1 - Senzorový systém - Google Patents

Description

Senzorový systém

Oblast techniky

Zařízení je určeno k lékařským aplikacím pro exoprotetické náhrady a asistivní robotické manipulátory. Předmětem předkládaného řešení je mobilní senzorový systém tvořený skupinami bloků dvojic infračervených teplotních a ultrazvukových dálkoměmých senzorů pro identifikaci živých objektů a mechanických překážek bránících v pohybu protetické náhrady. Zařízení umožňuje identifikovat druhy objektů, rozpoznat živé a neživé objekty a hrozby kolizních stavů. Dosavadní stav techniky

Dosud navrhované a užívané senzorové systémy v oblasti exoprotetických náhrad a asistivních robotických manipulátorů využívají především kamerového systému sestávajícího z jedné kamery či sad kamer, které poskytují informace pro obsluhu či kontrolní systém robotického manipulátoru. Pro detekci situace v okolí manipulátorů se také používají dálkoměmé senzory pro měření vzdálenosti robotického manipulátoru od překážek v okolí manipulátoru, které brání pohybu manipulátoru. Na manipulátorech se také používají systémy na principu kapacitních senzorů, které dle odchylek v elektrickém poli kolem paže vyhodnocují situaci v okolí manipulátoru. Pro předcházení kolizních stavů se k detekci překážek v okolí manipulátorů využívá i laserových sítí a infračervených závor. Průmyslové manipulátory mívají jen nezbytně nutné senzory fungujících jako koncová Čidla a navigační majáky.

V současnosti exoprotetické náhrady a asistivní robotické manipulátory využívají přímého ovládání uživatelem. Přímého řízení uživatelem je využíváno také k předcházení kolizních stavů a detekci překážek. Exoprotetické náhrady a asistivní robotické manipulátory nevyužívají takového senzorového systému, který by umožňoval rozpoznat hrozbu kolizního stavu dle předpokladu, zda-li se jedná o živý či neživý objekt, a v jaké vzdálenosti se vzhledem k pohybujícímu se asistivnímu robotickému manipulátoru nebo exoprotetické náhradě objekt nachází. Výrazným nedostatkem je rozměmost instalovaných senzorových systémů, a problémem je také ergonomicky a funkčně implementovat senzorový systém na asistivní robotický manipulátor nebo exoprotetickou náhradu.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky řeší mobilní senzorový systém, jehož význam spočívá ve vhodné kombinaci senzorů a jejich umístění na exoprotetické náhradě Či asistivním robotickém manipulátoru. Systém je založen na infračervených teplotních senzorech určených k detekci infračerveného spektra okolí exoprotetické náhrady nebo asistivního robotického manipulátoru, a na dálkoměmých senzorech poskytujících informaci o vzdálenosti objektů v okolí exoprotetické náhrady nebo asistivního robotického manipulátoru. Rozmístění senzorů je dáno konstrukcí exoprotetické náhrady nebo asistivního robotického manipulátoru, na níž je systém implementován následovně:

1) Senzorový systém je tvořen bloky senzorů (BLOK 1 a BLOK 2). Každý blok senzorů je tvořen čtyřmi infračervenými teplotními senzory (TPA1 až TPA4 a TPA5 až TPA8) a čtyřmi ultrazvukovými dálkoměmými senzory (USR1 až USR4 a USR5 až USR8). Každý blok tvoří čtyři dvojice infračervených teplotních a ultrazvukových dálkoměmých senzorů. Každá senzorová dvojice je tvořena jedním infračerveným teplotním senzorem a jedním ultrazvukovým dálkoměrnýtn senzorem. Infračervený teplotní a ultrazvukový dálkoměmý senzor jsou v jedné senzorové dvojici shodně směrovány. Jednotlivé dvojice senzorů jsou v rámci bloku uspořádány do na sebe kolmých směrů, tj. osy hlavních směrů senzorů jednotlivých dvojic svírají navzájem úhel 90° či 180° v rovině kolmé na podélnou (nejdelší) osu každého segmentu exoprotetické náhrady nebo asistivního robotického manipulátoru.

- 1 CZ 23634 Ul

2) Jednotlivé bloky senzorů jsou pevně fixovány na dynamicky nej aktivnějších částech segmentů exoprotetické náhrady nebo asistivního robotického manipulátoru, vždy minimálně v 70 % délky jednotlivých segmentů, a dovoluje-li konstrukční provedení, tak i dále v pohybově aktivnějších oblastech těchto segmentů.

3) Počet bloků senzorů senzorového systému je roven počtu hlavních mechanických segmentů konstrukce exoprotetické náhrady nebo asistivního robotického manipulátoru.

4) Senzorový systém exoprotetické náhrady homí končetiny je tvořen dvěma senzorovými bloky BLOK. 1 a BLOK 2. BLOK 1 je tvořen čtyřmi dvojicemi senzorů TPA1 až TPA4 a USR1 až USR4. BLOK 2 je tvořen čtyřmi dvojicemi senzorů TPA5 až TPA8 a USR5 až USR8. Každá z io dvojic je umístěna v 25 % obvodové délky daného umístění na segmentu exoprotetické náhrady, tedy obvodové délky brachia a antebrachia. Jednotlivé dvojice senzorů jsou orientovány do dvou na sebe kolmých rovin, tedy do směrů superior, inferior a anterior, posterior.

BLOK 1 a BLOK 2 jsou propojeny s mobilním mikropočítačem sběru dat (MCU) z TPA1 až TPA8 aUSRl až USR8. MCU vytváří kombinovanou teplotní mapu s informací o vzdálenosti is jednotlivých objektů v okolí exoprotetické náhrady nebo asistivního robotického manipulátoru.

MCU z naměřených dat určí, zda-li se jedná o živý či neživý objekt, a zda-li dochází k hrozbě kolizního stavu.

Objasnění obrázků na výkresech

Senzorový systém dle tohoto technického řešení, bude podrobněji popsán na přiložených obráz20 cích, kde na Obr. 1 je vyobrazeno bočním pohledem schéma rozmístění bloků senzorů na hlavních mechanických segmentech asistivního robotického manipulátoru odpovídajícího kinematickému modelu anatomického uspořádání homí končetiny: segment SI - manus, segment S2 - antebrachium, segment S3 - brachium, segment S4 - cingulum membri superioris, nosná konstrukce

S5 - sóma. Na segmentu S2 je umístěn BLOK 1. Na segmentu S3 je umístěn BLOK 2. Ňa Obr. 2 25 je uvedeno schéma mechatronického modelu znázorňující usazení senzorového systému s infračervenými teplotními senzory TPA1 až TPA8 a ultrazvukovými dálkomémými senzory USR1 až

USR8 na exoprotetické náhradě homí končetiny.

Příklad uskutečnění technického řešení

Senzorový systém získává informace o teplotě a o vzdálenosti okolních objektů. Senzorový sys30 tém implementovaný na exoprotetické náhradě homí končetiny sestává dle Obr. 1 z BLOK 1 čtyř dvojic infračervených teplotních senzorů TPA1 až TPA4 a ultrazvukových dálkoměrných senzorů USR1 až USR4 umístěného na segmentu S2 exoprotetické náhrady homí končetiny, z BLOK čtyř dvojic infračervených teplotních senzorů TPA5 až TPA8 a ultrazvukových dálkoměrných senzorů USR5 až USR8 umístěného v blízkosti segmentu S3 exoprotetické náhrady homí končetiny. Dále exoprotetická náhrada homí končetiny sestává ze segmentů Sl. S4 a S5 nosné konstrukce paže. BLOK 1 je umístěn v 70 % (distální směr) délky segmentu S2. BLOK 2 je umístěn v 70 % (distální směr) délky segmentu S3. Každá ze čtyř dvojic BLOK 1 ie umístěna v 25 % obvodové délky S2. Každá ze čtyř dvojic BLOK 2 ie umístěna v 25 % obvodové délky S3. Jednotlivé senzorové dvojice jsou orientovány do dvou na sebe kolmých rovin, dvojice senzorů jsou tedy orientovány ve směrech superior, inferior a anterior, posterior. BLOK 1 a BLOK 2 na dvou hlavních mechanických segmentech paže S2 a S3 reprezentují dva inerciální kartézské souřadné systémy. Schéma mechatronického modelu Obr. 2 znázorňuje mechanickou část konstrukce exoprotetické náhrady homí končetiny Sl až S5, MCU a jeho částí určených k získávání a zpracování BLOK 1 a BLOK 2. MCU rozeznává živé a neživé objekty a hrozby kolizních stavů na základě získaných dat.

Senzorový systém je primárně určen k implementaci na exoprotetické náhrady a asistivní robotické manipulátory.

-2CZ 23634 Ul

Průmyslová využitelnost

Mobilní senzorový systém s infračervenými teplotními a ultrazvukovými dálkoměmými senzory pro identifikaci živých a neživých objektů a hrozeb kolizních stavů exoprotetické náhrady a asistivního robotického manipulátoru nalezne použití v řízení exoprotetických náhrad a asistivních robotických manipulátorů. Zařízení je určeno k lékařským aplikacím v oblasti protetických a asistivních technologií s možnostmi využití v nemocnicích, ordinacích, léčebnách, lázních, armádě a podobně.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Senzorový systém, vyznačující se tím, že je tvořen senzorovými bloky (BLOK io 1 a BLOK 2) umístěnými na segmentech (S2 a S3) exoprotetické náhrady nebo asistivního robotického manipulátoru, přičemž senzorové bloky (BLOK 1 a BLOK 2) jsou tvořeny senzorovými dvojicemi infračervených teplotních a ultrazvukových dálkoměmých senzorů.
2. 2. Senzorový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že jednotlivé infračervené teplotní senzory (TPA1 až TPA8) a ultrazvukové dálkoměmé senzory (LSR1 až USR8)

   15 jsou v senzorové dvojici shodně směrovány.
3. 3. Senzorový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že jednotlivé senzorové dvojice jsou v rámci bloků (BLOK 1 a BLOK 2) uspořádány po obvodech segmentů (S2 a S3) exoprotetické náhrady nebo asistivního robotického manipulátoru.
4. 4. Senzorový systém podle nároků 1 a 3, vyznačující se tím, že jsou senzorové 20 bloky (BLOK 1 a BLOK 2) propojeny s mobilním mikropočítačem (MCU).