DE2236969B2

DE2236969B2 - Motor brake circuit for a myoelectric pulse length modulated control circuit of a proportionally controlled electric motor operated artificial limb

Info

Publication number: DE2236969B2
Application number: DE2236969A
Authority: DE
Inventors: Viktor Wien Koszik
Original assignee: Viennatone Wien At GmbH
Current assignee: Viennatone Wien At GmbH
Priority date: 1971-07-30
Filing date: 1972-07-27
Publication date: 1981-04-02
Also published as: DE2236969C3; GB1360933A; AT314075B; DE2236969A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorbremsschaltung für eine myoelektrische impulslängenmodulierte Steuerschaltung eines porportional gesteuerten elektromotorisch betätigten Kunstgliedes, insbesondere einer Handprothese, in welcher die Myospannung verstärkt gleichgerichtet integriert und einer Sägezahn-Impulsspannung konstanter Impulsfolgefrequenz und Impulshöhe Oberlagert ist die überlagerte Spannung an den Eingang eines Rechteckimpulsgenerators angelegt ist um das Tastverhältnis der Rechteckgeneratorimpulse in Abhängigkeit von der Amplitude der abgenommenen Myospannung zu steuern und die Rechteckgeneratorimpulse zur Steuerung einer Schaltereinheit herangezogen sind, über welche ein Antriebsmotor impulsartig an eine Stromquelle angeschaltet ist wie sie aus der österreichischen Patentschrift 2 83 586 bekannt istThe invention relates to a motor brake circuit for a myoelectric pulse-length modulated control circuit of a proportionally controlled electric motor-operated artificial limb, in particular one Hand prosthesis, in which the myo-voltage is integrated increasingly rectified and a sawtooth pulse voltage of constant pulse repetition frequency and pulse height is superimposed on the superimposed voltage on the Input of a square-wave generator is applied to the duty cycle of the square-wave generator pulses in To control depending on the amplitude of the myo-voltage picked up and used the square-wave generator pulses to control a switch unit via which a drive motor is connected to a power source in a pulsed manner, as is known from Austrian patent specification 2 83 586

Um ein Nachlaufen des elektrischen Antriebsmotors nach Aufhören des Steuerbefehls zu vermeiden, sind bei sogenannten digitalen Steuerschaltungen für Kunstglieder Bremsschaltungen bekannt die durch Kurzschließen der Ankerwicklung des Gleichstrom-Antriebsmotors mit Permanenterregung eine Bremsung des Ankers auf elektrodynamischem Weg bewirken. Eine solche Bremsschaltung ist in der AT-PS 2 78 235 beschrieben.In order to prevent the electric drive motor from running after the control command has stopped, are at So-called digital control circuits for artificial limbs braking circuits are known which brake the armature by short-circuiting the armature winding of the direct current drive motor with permanent excitation effect in an electrodynamic way. Such a braking circuit is described in AT-PS 2 78 235.

Diese Art der Bremsung ist jedoch für Steuerschaltungen der eingangs angeführten Art nicht brauchbar, da bei impulslängenmodulierten Steuerschaltungen die Bremsung auch bei konstantem Tastverhältnis während jeder Impulslücke und nicht nur bei Verkleinerung als auch bei Vergrößerung des Tastverhältnisses derHowever, this type of braking cannot be used for control circuits of the type mentioned at the beginning. because in the case of pulse-length modulated control circuits the braking even with a constant pulse duty factor during every pulse gap and not only when reducing or increasing the duty cycle of the Rechteckgeneratorimpulse auf Grund einer Zunahme b?sw» Abnahme der Größe der Myospannung eintreten würde. Dadurch würden die Vorteile der impulslängenmodulierten Steuerschaltungen, insbesondere deren guter Wirkungsgrad verloren gehen,Square wave generator impulses occur due to an increase b? Sw »decrease in the magnitude of the myo-voltage would. This would take advantage of the pulse-length modulated control circuits, in particular their good efficiency is lost,

Aufgabe der Erfindung ist es eine Motorbremsschaltung für Steuerschaltungen der eingangs angeführten Art zu schaffen, bei welcher eine Bremsung nur wirksam wird, wenn eine Verminderung der abgenommenenThe object of the invention is an engine braking circuit for control circuits of the type mentioned above Art to create in which braking is only effective will when a decrease in the accepted

ίο Myospannung eintrittίο Myo-voltage occurs

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die impulslängenmodulierten Rechteckgeneratorimpulse über einen Verstärker einem Integrierglied zugeführt sind, dessen Ausgarigsspanming dem Mittelwert desThis is achieved according to the invention in that the pulse-length modulated square-wave generator pulses are fed to an integrator via an amplifier whose Ausgarigsspanming corresponds to the mean value of the

is Tastverhältnisses der Rechteckgeneratorimpulse proportional ist, die in einem folgenden Differenzierglied differenziert ist und einen weiteren Schalter der Schaltereinheit steuert, welcher die Ankerwicklung des Antriebsmotors impulsartig kurzschließtis the duty cycle of the square-wave generator pulses is proportional to that in a following differentiator is differentiated and controls another switch of the switch unit, which controls the armature winding of the The drive motor short-circuits in a pulsed manner

Bei einer bevorzugten Aüsführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der weitere Schalter ein nur auf Signale einer Polarität entsprechenden Sch weil wert schaltet Zweckmäßigerweise ist der weitere Schalter ein vorgespannter Transistor.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the further switch is only one on signals corresponding to one polarity Expediently, the further switch is a biased transistor.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erklärt werden. In den Zeichnungen zeigtThe invention will now be explained in more detail with reference to the drawings. In the drawings shows

Fig. 1 ein Blockschältbild einer Steuerschaltung und einer erfindungsgemäßen Motorbremsschaltung,Fig. 1 is a block diagram of a control circuit and an engine brake circuit according to the invention,

Fig.2 eine Ausführungsform einer Bremsschaltung gemäß F ig. 1.2 shows an embodiment of a braking circuit according to Fig. 1.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wird die Myospannung mittels Tastelektrode 1 z. B. am Ende des Öffnungsmuskels der Hand am Armstumpf abgenomIn the circuit shown in Fig. 1, the Myo voltage by means of probe electrode 1 z. B. abgenom at the end of the opening muscle of the hand on the arm stump men und durch einen Verstärker 2 verstärkt Die verstärkte Myospannung wird durch den Gleichrichter 3 gleichgerichtet und sodann durch das Integrierglied 4 integriert Die integrierte Spannung wird der von einem Sägezahn-Impulsgenerator 19 erzeugten Sägezahn-Immen and amplified by an amplifier 2 The The amplified myo voltage is rectified by the rectifier 3 and then by the integrating element 4 integrated The integrated voltage is the sawtooth Im generated by a sawtooth pulse generator 19 pulsspannung überlagert Die überlagerte Sägezahn-Im pulsspannung steuert einen Rechteck-Impulsgenerator 5, etwa einen Schmitt-Trigger, an dessen Ausgang Rechteckimpulse auftreten, deren Tastverhältnis proportional ist der Größe der von den Tastelektroden 1pulse voltage superimposed The superimposed sawtooth Im pulse voltage controls a square-wave pulse generator 5, such as a Schmitt trigger, at its output Square-wave pulses occur whose duty cycle is proportional to the size of the probe electrodes 1 abgenommenen myoelektrischen Spannung. Die Rechteckimpulse 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 derdecreased myoelectric voltage. The square-wave pulses control the switches 8, 9 of a switch unit 7, which place the armature winding of the drive motor 10 on a voltage source B + or the voltage source B + from the during the duration of the pulses Ankerwicklung abtrennen. Ein zweiter gleich aufgebauter Steuerkanal, welchem Myospannungen etwa vom Schließmuskel der Hand zugeführt werden, steuert einen weiteren Schalter 11,12 der Steuereinheit 7 durch welchen die Ankerwicklung des Antriebsmotors 10Cut off armature winding. A second, identically structured control channel, which myospotents from about Sphincter muscles are supplied to the hand, controls a further switch 11, 12 of the control unit 7 which the armature winding of the drive motor 10 kurzgeschlossen wird. Die beiden Steuerkanäle sind durch eine Sperre 18 gegenseitig verriegelt Die Bauteile des zweiten Steuerkanals sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, doch mit dem Zusatz a versehen. Eine solche Steuerschaltung ist beispielsweiseis short-circuited. The two control channels are mutually interlocked by a lock 18. The components of the second control channel are denoted by the same reference numerals, but with the addition a . Such a control circuit is, for example in der österreichischen Patentschrift 2 83 586 näher beschrieben.described in more detail in Austrian patent specification 2 83 586.

Mit 13 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Bremsschaltung beschrieben, welche aus der Serienverbindung eines Verstärkers 14, eines IntegrierWith 13 a block diagram of a brake circuit according to the invention is described, which from the Series connection of an amplifier 14, an integrator gliedes 15, eines Differenziergliedes 16 und eines Verstärkers 17 besteht Die Ausgänge der Rechteck-Impulsgeneratoren 5 und 5a sind über Entkopplungsdioden 20 an den Eingang des Verstärkers 14 angeschlossen.member 15, a differentiating member 16 and one Amplifier 17 consists of the outputs of the square-wave pulse generators 5 and 5a via decoupling diodes 20 is connected to the input of the amplifier 14.

Pie durpb den Verstärker 14 verstärkten pujssignale werden durch da* Integrierglied 15 inte^ griert Die Spannung am Ausgang des Integriergliedes 15 hat ejneiv Wert, welcher annähernd dem Mittelwert der vom Verstirker erhaltenen Hechteck-Impulssignaje entspricht Diese Spannung wird nun durch das Differenzierglied 16 differenziert. Ändert sich nun das Tastverhältnis am Ausgang des Rechteck-Impulsgenerators, tritt ani Ausgang des Differenziergliedes eine Spannung auf, welche der Änderung des Tastverhältnisses der Recbteck-Impulssignale proportional ist Die differenzierten Signale werden verstärkt und der Schaltereinheit 7 zur Steuerung des weiteren Schalters 11, 12 zugeführt, welcher die Ankerwicklung des Antriebsmotors 10 kurzschließt Der Verstärker 17 ist dabei entsprechend in Sperrich hing vorgespannt so daß er nur differenzierte Signale, die aber einem Schwellwert liegen, verstärkt Vorzugsweise wird als Verstärker 17 ein Transistor einer solchen Leitfähigkeitstype verwendet welcher bei einer Polarität der differenzierten Signale leitend schaltet, die bei Verkleinerung des Tastverhäitnisses am Eingang des Verstärkers auftritt Durch die Schaltung gemäß Fig. 1 wird erreicht, daß der Motor nur während einer sprunghaften Verkleinerung der Myospannung während der Impulslücken bremst, wogegen bei einer Vergrößerung oder einer langsamen Verkleinerung der abgenommenen Myospannung, die Bremse nicht anspricht The pulse signals amplified by the amplifier 14 are integrated by the integrating element 15.The voltage at the output of the integrating element 15 has a value which approximately corresponds to the mean value of the Hechteck pulse signal received from the amplifier.This voltage is now differentiated by the differentiating element 16. If the duty cycle at the output of the square-wave pulse generator changes, a voltage occurs at the output of the differentiating element which is proportional to the change in the duty cycle of the Recbteck pulse signals.The differentiated signals are amplified and fed to the switch unit 7 to control the further switch 11, 12 , which short-circuits the armature winding of the drive motor 10. The amplifier 17 is accordingly biased in blocking so that it only amplifies differentiated signals that are at a threshold value switches conductive, which occurs when the duty cycle at the input of the amplifier is reduced. The circuit according to FIG that of a slow reduction in the decreased myo-voltage, the brake does not respond

In F i g. 2 ist eine Ausführungsform der Bremsschaltung 13 in Fig. 1 gezeigt wobei der Transistor TX dem Verstärker 14, die Widerstände Al, Λ2 und derIn Fig. 2 shows an embodiment of the braking circuit 13 in FIG. 1, the transistor TX being the amplifier 14, the resistors A1, Λ2 and the

Kondenstor Cl dem Integrierglied 15, der Widerstand Λ3 und derKondensator C? dem Pifferenziergijied 16 und die Transistoren Ti «nd Γ3 dem Verstärker 17 entsprechen'Kondenstor Cl the integrator 15, the resistor Λ3 and the capacitor C? the differential 16 and the transistors Ti «nd Γ3 correspond to the amplifier 17 '

Die der Basis des Transistors Tl zugeführten Rechteck-Impulssignale werden verstärkt und durch die Elemente Ri, /?2 und Cl integriert Die am Punkt 21 auftretende Spannung, welche proportional dem Mittel« wert der Rechteck-Impulssignale ist, wird dem Differenzlerglied /?3, C2 zugeführt Die am Ausgang des Differenziergliedes und an der Basis des Transistors T2 liegende Spannung ist proportional der Änderung des Tastverhältnisses der Rechteck-Impulssignale. Bei Verkleinerung des Tastverhäitnisses liegt an der Basis des Transistors 7*2 eine positive bei Vergrößerung eine negative Spannung an, deren Größe vom Ausmaß der Änderung des Tastverhäitnisses 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 Rechteck-Impu'üignale der Fall ist Der Transistor TI ist ferner so stark in Sperrrichtung vorgespannt daß er erst bei differenzierten Signalen leitend schaltet die über einem vorgegebenen Schwellwert liegen. Wird der Transistor 7*2 leitend, wird auch der Transistor TZ leitend geschaltet The square-wave pulse signals fed to the base of the transistor T1 are amplified and integrated by the elements Ri, /? 2 and Cl. C2 supplied The voltage at the output of the differentiating element and at the base of transistor T2 is proportional to the change in the duty cycle of the square-wave pulse signals. When the duty cycle is reduced, a positive voltage is applied to the base of the transistor 7. this is only switched conducting when a positive voltage is applied to its base so what the rectangular Impu'üignale is the case, the transistor TI is further strongly biased in the reverse direction that it conductively switched on only when reduction of the duty cycle only when the differentiated signals, over a predetermined threshold. If the transistor 7 * 2 becomes conductive, the transistor TZ is also made conductive

Der Kollektorstrom des Transistors TZ wird nun zur Steuerung der Schaltereinheit 7 verwendet deren weiterer Schalter 11, 12 die Ankerwicklung des Antriebsmotors 10 kurzschließtThe collector current of the transistor TZ is now used to control the switch unit 7, the further switch 11, 12 of which short-circuits the armature winding of the drive motor 10

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patentansprüche;Claims;

U Motorbremsschaltung für eine myoelektrisch« impulsjängenmodulierte Steuerschaltung eines proportional gesteuerten elektromotorisch betätigten Kunstglied«*, insbesondere einer Handprothese, in welcher die Myospannung verstärkt, gleichgerichtet integriert und Sägezahn-Impulsspannung konstanter Impulsfolge-Frequenz und Impulshöhe überlagert ist, die überlagerte Spannung an den Eingang eines Rechteckimpulsgenerators angelegt ist, um das Tastverhältnis der Rechteckgeneratorinipulse in Abhängigkeit von der Amplitude der abgenommenen Myospannung zu steuern und die Rechteckgeneratorimpulse zur Steuerung einer Schaltereinheit herangezogen sind, über welche ein Antriebsmotor impulsartig an eine Stromquelle angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die impulslängenmodulierten Rechteckgeneratorimpulse über einen Verstärker (14) einem Integrierglied (15) zugeführt μκά, dessen Ausgangsspannung dem Mittelwert des Tastverhältnisses der Rechteckgcneratorimpulse proportional ist, die in einem folgenden Differenzierglied (16) differenziert ist und einen weiteren Schalter (11,12; T2) der Schaltereinheit (7) steuert, welcher die Ankerwicklung des Antriebsmotors (10) impulsartig kurzschließt.U Motor brake circuit for a myoelectrically "pulse-length-modulated control circuit of a proportionally controlled electromotive operated artificial limb" *, in particular a hand prosthesis, in which the myo voltage is amplified, integrated in a rectified manner and sawtooth pulse voltage of constant pulse repetition frequency and pulse height is superimposed, the superimposed voltage at the input of a square pulse generator is applied in order to control the pulse duty factor of the square-wave generatorinipulse as a function of the amplitude of the picked up myo-voltage and the square-wave generator pulses are used to control a switch unit via which a drive motor is connected to a power source in a pulsed manner, characterized in that the pulse-length-modulated square-wave generator pulses via an amplifier ( 14) an integrator (15) fed μκά, the output voltage of which is proportional to the mean value of the duty cycle of the square generator pulses, which follow in a ends differentiator (16) is differentiated and a further switch (11,12; T2) controls the switch unit (7), which short-circuits the armature winding of the drive motor (10) in a pulse-like manner.

2. Motorbremsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Schalter ein nur auf Signale einer Polarität mit einem entsprechenden Schwellwert schaltet2. Motor brake circuit according to claim 1, characterized in that the further switch is on only switches to signals of one polarity with a corresponding threshold value

3. Motorbrc^isschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Schalter ein vorgespannter Transistor (T2) ist3. Motorbrc ^ is circuit according to claim 2, characterized in that the further switch is a biased transistor (T2)