DE2236969A1 - MYOELECTRIC CONTROL CIRCUIT - Google Patents

MYOELECTRIC CONTROL CIRCUIT

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Description

Myoelektrische Steuerschaltung Die Erfindung betrifft eine-myoelektrische Steuerschaltung für impulslä.ngenmodulierte proportional gesteuerte elektromotorisch betätigte Kunstglieder, insbesondere Handprothesen, in welcher die Myospannung verstärkt, integriert und einer Impulsspannung konstanter Frequenz und Impulsdauer Uberlagert wird, die überlagerte Spannung an den Eingang eines Impulsgenerators angelegt ist, wn das Tastverhältnis der Generatorimpulse in Abhängigkeit von der Stärke der abgenommenen Myospannung zu steuern und die Generatorimpulse zur Steuerung einer Schaltereinheit herangezogen werden, über welche der Antriebsmotor impulsartig an eine Stromctuelle gelegt ist. Myoelectric Control Circuit The invention relates to a myoelectric control circuit Control circuit for pulse length modulated proportionally controlled electromotive actuated artificial limbs, especially hand prostheses, in which the myo-tension intensifies, integrated and superimposed on a pulse voltage of constant frequency and pulse duration the superimposed voltage is applied to the input of a pulse generator, wn is the pulse duty factor of the generator pulses as a function of the strength of the received To control myo voltage and the generator pulses to control a switch unit can be used over which the Drive motor on impulsively a current current is laid.

Um ein Nachlaufen des elektrischen Antriebsmotors nach Aufhören des Steuerbefehis zu vermeiden, sind bei sogenannten digitalen Steuerschaltungen für runstglieder Bremsschaltungen bekannt, die durch Kurzschließen der Ankerwicklung des Gleichstrom-Antriebsmotors mit Permanent erregung eine Bremsung des Ankers auf elektrodynamischen Weg bewirken. To prevent the electric drive motor from running after the Control commands are to be avoided in so-called digital control circuits for Articulated braking circuits known by short-circuiting the armature winding of the DC drive motor with permanent excitation a braking of the armature cause electrodynamic path.

Eine solche Art der Bremsung ist jedoch für Steuerschaltungen der eingangs angeführten Art nicht brauchen bar, dabei impulsla'#ngen-moldulierten Steuerschaltung/die Bremsung während jeder Impulslücke und sowohl bei Verkleinerung als auch bei Vergrößerung des Tastverhältnisses der Generatorimpulse auf Grund einer Zunahme bzw. Abnahme der Größe der Myospannung eintreten würde. Dadurch würden jedoch die Vorteile der impulslängenmodulierten Steuerschaltungen, insbesondere deren guter Wirkungsgrad verloren gehen. However, such a type of braking is for control circuits of The type mentioned at the beginning do not need bar, thereby pulse length-molded control circuit / the Braking during each pulse gap and both when decreasing and when increasing of the pulse duty factor of the generator pulses due to an increase or decrease the magnitude of the myo-voltage would occur. However, this would take advantage of the pulse-length modulated control circuits, especially their good efficiency get lost.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung der eingangs angeführten Art zu schaffen, bei welcher eine Bremsung nur wirksam wird, wenn eine sprunghafte Verminderung der abgenommenen Myospannung eintritt. The object of the invention is to provide a circuit of the type mentioned at the beginning To create a way in which braking only becomes effective when sudden Reduction of the decreased myo-voltage occurs.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Generatorimpulse gegebenfalls über einen Verstärker einem Integrierglied zugeführt sind, an dessen Ausgang eine Spannung erhalten wird, dessen Mittelwert im wesentlichen dem Tastverhältnis der Generatorimpulse proportional ist, und Mr Ausgang des Integriergliedes am Eingang eines Differenziergliedes liegt und die am Ausgang des Differenziergliedes erhaltene Spannung einer weitere Schaltereinheit steuert, welche die Ankerwicklung des Antriebsmotors impulsartig kurzschließt. Bei eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß nur eine über einen vorgegebenen Schwellwert liegende und eine vorgegebene Polarität aufweisende Spannung am Ausgang des Differenziergliedes der weiteren Schaltereinheit zugeführt ist. Zweckmäßigerweise ist der Ausgang des Differenziergliedes an die Basis eines Transistors einer solchen Leitfähigkeitstype angeschlossen, welche bei Anliegen einer Spannung der vorgegebenen Polarität an der Basis den Transistor leitend schaltet. Der vorgegebene Schwellwert kann dabei durch entsprechende Vorspannung des Transistors in Sperrichtung eingestellt werden. This is achieved according to the invention in that the generator pulses are optionally fed to an integrator via an amplifier, to which Output a voltage is obtained, the mean value of which is essentially to the Duty cycle of the generator pulses is proportional, and Mr output of the integrator at the input of a differentiating element and that at the output of the differentiating element voltage obtained controls another switch unit, which controls the armature winding of the drive motor short-circuits in a pulsed manner. In a preferred embodiment the invention provides that only one lying above a predetermined threshold value and a voltage having a predetermined polarity at the output of the differentiating element is fed to the further switch unit. Appropriately, the output of the Differentiator to the base of a transistor of such conductivity type connected, which when a voltage of the specified polarity is applied the base turns the transistor on. The specified threshold value can thereby can be set by biasing the transistor accordingly in the reverse direction.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erklärt werden, in welcher Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung und Fig. 2 eine Ausführungsform einer Bremsschaltung gemäß Fig. 1 zeigt. The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings will be explained, in which Fig. 1 is a block diagram of a control circuit according to the invention and FIG. 2 shows an embodiment of a braking circuit according to FIG.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Steuerschaltung wird die Myospannung mittels Tastelektroden 1 etwa am Ende des Öffnungsmuskel der Hand am Armstumpf abgenommen und durch einen Verstärker 2 verstärkt. Die verstärkte Myospannung wird durch den Gleichrichter 3 gleiche richtet und sodann durch das Integrierglied 4 integriert. In the control circuit shown in Fig. 1, the myo voltage removed by means of tactile electrodes 1 approximately at the end of the opening muscle of the hand on the arm stump and amplified by an amplifier 2. The reinforced Myovolt is rectified by the rectifier 3 and then by the integrator 4 integrated.

Die integrierte Spannung wird der von einem S~gezahngenerator 20 erzeugten Sägespannung überlagert. Die überlagerte 5 Sägespannung steuert einen Rechteckgenerato/, etwa einen Schnitt-Trigger, an desse Ausgang Rechtecksimpulse auf treten, deren Tastverhältnis proportional ist de#r Größe der von den Tastelektroden abgenommenen myoelektrischen Spannung. Die Rechtecksimpulse steuern die Schalter 8,9 einer Schaltereinheit 7, welche die Ankerwicklung des Antriebsmotors 10 während der Dauer der Impulse an eine Spannungsquelle B+ legen bzw. die Spannungsquelle B+ von der Ankerwicklung abrennen. Ein zweiter gleich aufgebauter Steuerkanal, welchem Myospannungen etwa vom Schließmuskel der Hand zugeführt werden, steuert die Schalter 11, 12, durch welche der Ankerwicklung eine Spannung umgekehrter Polarität zugeführt wird. Die beiden Steuerkanäle sind durch eine Sperre 18 gegenseitig'verriegelt. Die Bauteile des zweiten Steuerkanales sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, doch mit dem Zusatz a versehen.The integrated voltage becomes that generated by a saw tooth generator 20 Saw voltage superimposed. The superimposed 5 saw voltage controls a square generator, for example a cut trigger, whose output square-wave pulses occur The duty cycle is proportional to the size of the sensor electrodes myoelectric voltage. The square-wave pulses control the switches 8, 9 of a switch unit 7, which the armature winding of the drive motor 10 during the duration of the pulses to a voltage source B + or the voltage source B + from the armature winding run off. A second, identically constructed control channel, which myo-voltages, for example are supplied by the sphincter of the hand, controls the switches 11, 12, through which the armature winding is supplied with a voltage of opposite polarity. the Both control channels are mutually locked by a lock 18. The components of the second control channel are denoted by the same reference numerals, but with the addition a.

Eine solche Steuerschaltung ist beispielsweise in der österreichischen Patentschrift Nr. 283.586 näher beschrieben.Such a control circuit is for example in the Austrian No. 283,586.

Mit 13 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Bremsschaltung beschrieben, welche aus der Serienverbindung eines Verstärkers 14, eines Integrie¢iedes 15, eines Differenziergliedes 16 und eines Versterkers 17 besteht. Der Ausgang des Rechteckgenerators 5 ist an den Eingang des Verstärkers 14 angeschlosseu. Die durch den Verstärker 14 verstärkten Rechteckssignale werden durch das Integrierglied 15 integriert. Die Spannung am Aus° gang des Integriergliedes 15 hat einen Wert, welcher annähernd dem Mittelwert der vom Verstärker erhaltenen Rechteckssignale entspricht. Diese Spannung wird nun durch das Di£ferenzierglied 16 differenziert. anders sich nun das Tastverhältnis am Ausgang des Rechteckgeneratorss tritt am Ausgang des Differenziergliedes eine Spannung au£ welche im wesentlichen der Änderung des Tastverhältnisses der Rechteckssignale proportional ist. Die differenzierten Signale werden verstärkt und der Schaltereinheit 7 zur Steuerung der Schalter 9, 11 zugeführt, welche die Ankerwicklung des Antriebsmotors kurzschließen. Der Verstärker 17 ist dabei entsprechend in Sperrichtung vorgespannt, daß er nur differenzierte Signale, die über einen Schwellwert liegen, verstärkt. Vorzugsweise wird als Verstärker 17 ein Transistor einer solchen Leitfähigkeitstype verwendet9 welcher bei einer Polarität der differenzierten Signale leitend schaltet, die bei Verkleinerung des Tastserhältn nisses am Eingang des Verstärkers auftritt0 Durch die so Schaltung gemäß Fig. 1 wird somit erreicht,/daß der Motor nur während einer sprunghaften Verkleinerung der Myospan nung während der Impulslchew bremst wogegen bei einer Vergrößerung oder einer langsamen Verkleinerung der abgenommenen Myospannung, die Bremse nicht anspricht. At 13 is a block diagram of a brake circuit according to the invention described, which consists of the series connection of an amplifier 14, an Integrie ¢ iedes 15, a differentiating element 16 and an amplifier 17. The output of the square wave generator 5 is connected to the input of the amplifier 14. The square-wave signals amplified by the amplifier 14 are processed by the integrator 15 integrated. The voltage at the output of the integrator 15 has a value which is approximately the mean value of the square wave signals received from the amplifier is equivalent to. This voltage is now differentiated by the differentiating element 16. differently now the duty cycle at the output of the square wave generator occurs at the output of the differentiating element a voltage which essentially corresponds to the change in the Duty cycle of the square wave signals is proportional. The differentiated signals are amplified and fed to the switch unit 7 for controlling the switches 9, 11, which short-circuit the armature winding of the drive motor. The amplifier 17 is biased accordingly in the reverse direction so that it only receives differentiated signals, which are above a threshold value, amplified. The amplifier 17 a transistor of such conductivity type is used9 which is one polarity the differentiated signals that are switched on when the button is reduced niss occurs at the input of the amplifier 0 Due to the circuit according to FIG. 1 is thus achieved / that the engine only during a sudden reduction in size the myospan nation during the impulse lechew slows down whereas with an enlargement or a slow downsizing of the decreased myovoltage, the Brake does not respond.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Bremsschaltung 13 in Fig. 1 gezeigt, wobei der Transistor T1 dem Verstärker 14, die Widerstände R1, R2 und der Kondensator C1 dem Integrierglied 15,der Widerstand R3 und der Kondensator C2 dem Differenzierglied 16 und die Transistoren T2 und 3 deo Verstärker 17 entsprechen. In Fig. 2, an embodiment of the braking circuit 13 in Fig. 1, transistor T1 to amplifier 14, resistors R1, R2 and the capacitor C1 to the integrator 15, the resistor R3 and the capacitor C2 the differentiator 16 and the transistors T2 and 3 deo amplifier 17 correspond.

Die der Basis des Transistors T1 zugeführten Rechteckssignale werden von diesem verstärkt und durch die Elemente R1, R2 und C1 integriert. Die am Punkt 18 auftretende Spannung, welche im wesentlichen proportional ist dem Mittelwert der Rechteckssignale, wird dem Differenzierglied R3, C2 zugeführt. Die am Ausgang des Differenziergliedes und an der Basis des Transistors T2 liegende Spannung ist im wesentlichen proportional der Anderung des Tastverhältnisses der Rechteckssignale. Bei Verkleinerung des Tastverhältnisses liegt an der Basis des Transistors T2 eine positive bei Vergrößerung eine negative Spannung an, deren Größe von Ausmaß der Änderung des Tastverhältnisses abhängt. Da der Transistor T2 ein npn-Transistor ist, wird dieser nur leitend geschaltet, wenn eine positive Spannung an seiner Basis liegt, was also nur bei Verkleinerung des Tastverhältnisses der Reehteckssignale der Fall ist. Der Transistor T2 ist ferner so stark in Sperrichtung vorgespannt, daß er ert bei differenzierten Signalen leitend schaltet, die riber einen vorgegebenen ScEIwellvert liegen. Wird der Transistor T2 leitend, wird uch der Transistor T3 leitend geschaltet. The square wave signals applied to the base of the transistor T1 are reinforced by this and integrated by the elements R1, R2 and C1. The on point 18 occurring voltage, which is essentially proportional to the mean value of the square-wave signals is fed to the differentiating element R3, C2. The one at the exit of the differentiating element and at the base of the transistor T2 is the voltage essentially proportional to the change in the duty cycle of the square wave signals. When the pulse duty factor is reduced, there is a at the base of the transistor T2 positive with enlargement a negative voltage, the size of which depends on the extent of the Change in the duty cycle depends. Since the transistor T2 is an npn transistor is, this is only switched on if there is a positive voltage at its base lies, which is only when the pulse duty factor of the rectangular signals is reduced the case is. The transistor T2 is also so strongly reverse biased that that it switches to the conductive state for differentiated signals that are transmitted via a given signal ScEIwellvert lie. If the transistor T2 becomes conductive, the transistor T3 also becomes switched conductive.

Der Kollektorstrom des Transistors T3 wird nun zur Steuerung der Schaltereinheit verwendet, die die Ankerwicklung des Antriebsmotors kurzschließt.The collector current of the transistor T3 is now used to control the switch unit used, which short-circuits the armature winding of the drive motor.

Claims (4)

P a t e n t a n s p r ü c he : P a t e n t a n s p r ü c he: Myoeiektrische Steuerschaltung für impulslängenmodulierte proportional gesteuerte elektromotorisch betätigte Kunstglieder, insbesondere Handprothesen, in welcher die Myospannung verstärkt, integriert und einer Impulsspannung konstanter Frequenz und Impulsdauer überlagert wird, die überlagerte Spannung an den Eingang eines Impulsgenerators angelegt ist, um das Tastverhältnis der Generatorimpulse in Abhängigkeit von der Stärke der abgenommenen Myospannung zu steuern und die Generatorimpulse zur Steuerung einer Schaltereinheit herangezogen werden, über welche der Antriebsmotor impulsartig an eine Stromquelle gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatorimpulse gegebenfalls über einen Verstärker einem Integrierglied zugeführt sind, an dessen Ausgang eine Spannung erhalten wird, dessen Mittelwert im wesentlichen dem Tastverhältnis der Generatorimpulse proportional ist, und der Ausgang des Integriergliedes am Eingang eines Differenziergliedes liegt und die am Ausgang des Differenziergliedes erhaltene Spannung einer weitere Schaltereinheit steuert, welche die Ankerwicklung des Antriebsmotors impulsartig kurzschließt. Myoelectric control circuit for pulse length modulated proportional controlled electric motor-operated artificial limbs, in particular hand prostheses, in which the myo-voltage amplified, integrated and a pulse voltage more constant Frequency and pulse duration are superimposed, the superimposed voltage at the input a pulse generator is applied to the duty cycle of the generator pulses depending on the strength of the removed myo-voltage and to control the generator impulses can be used to control a switch unit via which the drive motor is applied in a pulsed manner to a power source, characterized in that the generator pulses are optionally fed to an integrator via an amplifier, to which Output a voltage is obtained, the mean value of which is essentially the duty cycle the generator pulse is proportional, and the output of the integrator at the input of a differentiating element and the one obtained at the output of the differentiating element The voltage of another switch unit controls the armature winding of the drive motor short-circuits in a pulsed manner. 2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine über einen vorgegebenen Schwellvert liegende und eine vorgegebene Polarität aufweisende Spannung am Ausgang des Differenziergliedes der weiteren Schaltereinheit zugeführt ist.2. Control circuit according to claim 1, characterized in that only a polarity above a given threshold and a given polarity having voltage at the output of the differentiating element of the further switch unit is fed. 3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Differenziergliedes an die Basis eines Transistors einer solchen Leitfähigkeitstype angeschlossen ist, welche bei Anliegen einer Spannung der vorgegebenen Polarität an der Basis den Transistor leitend schaltet.3. Control circuit according to claim 2, characterized in that the Output of the differentiating element to the base of a transistor of such a conductivity type is connected, which when a voltage of the specified polarity is applied turns the transistor on at the base. 4. Steuerschaltung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Schweilwert durch entsprechende Vorspannung des Transistors in Sperrichtung eingestellt ist.4. Control circuit according to claim 2 and 3, characterized in that that the predetermined welding value is achieved by appropriate biasing of the transistor is set in the blocking direction.
DE2236969A 1971-07-30 1972-07-27 Motor brake circuit for a myoelectric pulse length modulated control circuit of a proportionally controlled electric motor operated artificial limb Expired DE2236969C3 (en)

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