DE1566364A1 - Elektropneumatischer Umformer - Google Patents

Description

Dr.. Ing. Otto Stürner

Dr. Friedrich E. Mayer Pforzheim, den 4.Augusi;

Pforzheim, juliÄWr-Str. 13 Or.

Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek ten
behoeve van de Volksgezondheid,
Juliana van Stolberglaan
Haag./ Niederlande

Elektropneumatxscher Umformer ί

ι_ j

' I

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung. welche mit einem elektrischen Fühler, einem vom Fühler gesteuerten Elektrofluidumumformer und einem vom Umformer mit dem Fluidum gesteuerten Steuerorgan versehen ist. . ;

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung steuert der Fühler über einen Kodenumformer einen Motor, der mit seiner »i/ellc an ein pneumatisches Relais angekuppelt ist, dessen Gasausgangsdruck dem vom Fühler gemessenen elektrischen </ert proportional ist und'wobei der genannte Gasdruck auf ein Membran einwirkt j das ein Ventil,-, mittels welches ein Stron in einer Leitung reguliert'wird, steuert.

Die Erfindung bezweckt die Hernteilung einer Steuervorrichtung für Kunstglieder. Die bekannte Vorrichtung hat den für diesen Zweck wichtigen Nachteil cinos zu hohen Energieverbrauchs und ausserdem, daοs din Anwendung eines Motors mit der dazugehörigen Apparatur das

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BAD ORIGINAL

Gewicht zu gross macht.

Die Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler eine Körperelektrode ist, die über einen Verstärker, einen oinstellbnrcn· Niveaudrempel und einen Impulsformer an ein elektrisches Ventil, als Umformer, elektrische Impulse von einer konstanten Dauer abgeben kann, sodass das Ventil v/ahrend jedes Impulses oder Impulsteiles geöffnet ist und eine dem vom Fühler festgestellten Impuls gleiche oder proportionale Menge an Fluidum durchlassen kann.

Das Steuerorgan kann z.B. aus einem Kolben in einem Zylinder bestehen, der von der durchgulassenon Fluidummenge versetzt wird, wobei diese Versetsung dann z.B. mechanisch auf das Kunstglied übertragen werden kann, das dann eine der genannten Versetzung proportionale Bewegung ausfuhrt.

Ein Glied wird im allgemeinen von einem oder mehreren Beug-jmuskeln und Streckmuskeln, die eine zwischen ungefähr 200 bis ungefähr 5000 Impulsen pro Sekunde variierende Anzahl rcyographischc-r Impulse abgehen, kommandiert.

Die Bewegung des Kolbens wird für die eine Muskelart der Bewegung für die andere Muskelart entgegengesetzt sein müssen. Für die eine Bewegung wird ein Fluidum aus eim.m fieservoir über das dazugehörige Ventil zum Kolbenraum zugelassen werden, während für die andere Bewegung das Fluidum sich aus lern genannten Raum über das zu dieser Bewegung gehörige Ventil entlädt. .

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BAD

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Schemas eines Ausführungsbeispiele und von einigen Diagrammen näher erörtert.

Fig. 1 zeigt ein Elockschema des Ausführungsbeispiels; Fig. 2 zeigt Diagramme von Signalen für eine Anzahl Punkte im Blockschcma;

Fig. 3 zeigt den ausführlicher ausgearbeiteten elektronischen Teil des Schemas.

Im Blockschcir.enteil I der Figur 1 bezeichnen 1 und 2 Körperelektrode, dio in dor Länge des kontrollierenden Muskels z.B. auf einem Beugemuskfl, auf der Haut angebracht sind, und die durch die Ha.ut einen in der Zeit stark variierenden Spannungsverlauf abnehmen.

Beide Körperelt-ktroden 1 und 2 sind nötig, damit äusserr· Störsignale mittels eines Differential verstärkt rs 3 se viel wie ir:Ö£lich unterdrückt werden.

Es wurde gefunden dass das anscheinend sehr unrogelmässig aussehende von den Kufkeln abgegebene und aus ve-rrtärktc-n icyögraphischen Impulsen

bestehende Si^nil ηκ; Ausgang a des Differtintialverstarkers 3 (siehe Diagrams A) aur dirjkton Steuerung von Kunstgliedcrn vc-rwendet werden kann, wenn nur dafür gesorgt wird, dass die Signale danc-benliegendcr Muskeln soviel wie möglich unterdrückt werden.

Hierzu ist im Ansführungsbeispiol ein Glt-ichrichtc-r 4 und ein einstellbarer Niveaudrcirpel 5 vorgesehen, welche die ursprüngliche Zahl

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-Jf-

der myographischen Impulse auf z.B. ungefähr die Hälfte zurückbringen können im Punkt b, welche dann hauptsächlich vom kontrollierenden Muskel herkommen (siehe Diagramm B).

liin differenzierendes Netzwerk 6 macht aus den genannten Impulsen B, Impulse von der im Diagramm C gezeigten Form.

uer Acht teiler 7 ttilt die pro Sekunde auftretende Anzahl Impulse dor Form C bis auf eine Zahl, die vom Ventil 10 verarbeitet werden kann Diagramm D).

Kin Impulsformer 8 macht aus den Impulsen der Form D, Impulse der Form E mit einer konstanten Impulsbreite von nahezu 3 Millisekunden.

Ein iinorgic-verstärker 9 öffnet bei jod'-m ankommenden Impuls ein Ventil

10. _ /

Aur, d irr. Druck/r--- f äss 12 wird während j ο de 3 Impulses eine Gto te· M>:-nge Fluidurr. über dit Leitung 11 in den Raum über dem Kolben 13 in don Zylinder ^k gebracht, ber b<-yagto Kaum wird somit sozusagen mit gl"ich<rr. Schlägen, deren Anzahl pro Zeiteinheit variiert aufgepumpt.

Dur -Kolben 13 ruht auf einen zusarr.raendruckbaron Flui dumkisexn 15 in; LyIindr;r ¹^ a:f.

De-r Blockscher.en + fril II der Figur 1 für <ii'. Steuervorrichtung für den Str*-ckisusk-.-l ist d-:r. T-.-il I für d-;n Eeug-'.-rcuskel gl-.'ich, weshalb analoge El'T'-nt^i 5Γι"".ο,: nuir.'-ri'.rt rind.

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Das Ventil 16 in der Leitung 17 reagiert nun auf die aus den Signalen • des Streckmuskels gewonnenen Impulse, sodass der Kolben 13 sich als Folge des vom Fluidumkissen 15 ausgeübten Gegendruckes aufwärts versetzt. ".".■■■'

An der Stange 18 kann ein Kunstglied befestigt werden.

- Im obenstehend beschriebenen Äusführungsbeispiel sind die Elemente vorzugsweise in solcher .\/eise gekuppelt, dass die Ventile TO und 16 nicht gleichzeitig offer stehen können.

Das aus myographischen Impulsen bestehende Signal ist im Diagramm A einigermassen idealisiert dargestellt.

In Wirklichkeit umfasst dieses Signal eine Anzahl zwischenliegender Wendepunkte. Diese niendepunkte können vom kontrollierenden Muskel herrühren· . -.

Um alle diese Punkte feststellen zu können ist es erwünscht dem Differentialverstärker 3 einen Differentiator folgen zu lassen. Das Ausgangssignal des Differentiators wird nun vorzugsweise direkt dem Niveaudrompcl 5 angeboten,wodurch wiederum ein Signal der im Diagramm B gezeigten Form, aber mit mehr Information, erhalten wird.

Im Ausführungsbeispiel· folgt dem Differentialverstarker 3 ein Gleich-

- ■' '■■■ "■■■■■■. ^: -.■■"■"■■.. ■ " ι

richter Ji und diesem letzteren folgt wieder ein Niveaudrempel 5·

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Dieser Drempel 5 hat ein einstellbares Niveau, das geringer ist als der halbe maximum Spitzen - zu - Spitzenwert des myographischen Signals, Verfügt man über einen Niveaudrempel mit einem Einsteliniveau, das z.B. zwischen dem halben und dem ganzen Spitze - zu - Spitzenwert des myographischen Signals liegt, so ist der Gleichrichter k überflüssig.

Fig. 3 zeigt die elektronische Schaltung des Blockscheraenteils I bzw. II der Figur I in ausgearbeiteter Form.

Als zusätzliche Elemente sind ein Differentiator 19, Gin Tiefpassfilter 20 und ein Verstärker 21 vorgesehen.

Der Gleichrichter k ist in dieser Schaltung überflüssig.

Die Teiler 7 konnten in dieser Schaltung ebenfalls fortgelassen werden, weil der Erfinder ein sehr schnelles Ventil 10 bzw. 16 verwendet, das e.r speziell zu diesem Zweck hergestellt hat.

Das Solenoid 96 im Energieverstärk.r 9 bedient dieses Ventil 10 bzw. 16.

Untenstehend folgt eine Tabelle der .Verte der angewandten Elemente.

Kondensatoren.

22, 23, 53 - 0,8 Mikrofarads

43 10000 I-iikromikr ο farads

kk 2200 " " "

50, 59 0,22 Mikrofarads

0 09819/0102 sad original ../?

Kondensatoren»	.71,	81	37	■»_■
51
65,			58, 90
76
82		■ ■ ■ erstände.	62, 67, 8'»
86	25
»Vid	27,
24-,	29	-
26,	33,
28,
32,	*5.
39	47
μ,
42,
46
52	'80
55	70
56,
57,	74
6i
68
73
75
78

25 Mikrofarads 10 Mikrofarads 0,33 Mikrofarads 120 Mikronikrofarads 47 "

tt Il

1	M	Ohms
0,22	M	Il
0,56	M	ti
56	K	Il
33	K	Il
10	K	Il
47	K	Il
39	K	ti
680		1:
22	K	1 »
	K	Il
6,8	K	If
1	K	Il
2,7	K	Il
20	K	»
27	K	Il
5,6	K	!I
6c	K	It
O.18	V	!1

variabel

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Widerstände.

89 0,1 M Ohms -

92. O,if? H »

rf

Transistoren

30, 31, '35, 36 Interim; lall, BFY 23

49, 5^, 64, 69, 79, 87, 91,94- 2 N 3707

95 * MM 2711

Diodes

kO ' ί Η 6, 2 AZ

h6 1 N 3712

72 OA 85

83 · SFD 108

85, 93 OA 202

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Claims (2)

Pate η t a η s ρ r ü c h e.

1. Steuervorrichtung, welcho mit einem elektrischen Fühler, einem vom Füh.1 or güs heuerten Elektrofluidumumformer und einem vom Umformer mit dem Fluidum gesteuerten Steuerorgan versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler eir. "'.'··-.. '---!.--ktrcc].-. ist, die über einen Verstärker, einen einstellbaren Niveaudreaipel und einen Impulsformer an ein elektrisches Ventil, als Umformer, elektrische Impulse von einer konstanten Dauer abgeben kann, sodass* das Ventil während jedes Impulses oder Impulsteiles geöffnet ist und eine dem vom Fühler festgestellten Impuls gleiche oder proportionale Menge an Fluidum durchlassen kann.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem einstellbaren Drerapel und dem Impulsformer eine Anzahl Zweiteiler geschaltet ist. . ■■■

3_? Steuervorrichtung nach xlnspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, . ÖHss zwischen dem Verstärker und dem einstellbaren Drempel ein Differentiator geschaltet ist»

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