DE2236969C3 - Motor brake circuit for a myoelectric pulse length modulated control circuit of a proportionally controlled electric motor operated artificial limb - Google Patents

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

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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 überlagert 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 ist.The invention relates to a motor braking circuit for a myoelectric pulse-length modulated control circuit a proportional controlled electric motor operated artificial limb, in particular one Hand prosthesis, in which the myo-voltage is amplified, rectified, integrated and a sawtooth pulse voltage constant pulse repetition frequency and pulse height is superimposed, the superimposed voltage on the Input of a square-wave generator is applied to the duty cycle of the square-wave generator pulses in Control depending on 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 pulsed to a Power source is switched on, 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 known by short-circuiting the armature winding of the direct current drive motor with permanent excitation brakes the armature 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 der Rechteckgeneratorimpulse auf Grund einer Zunahme bzw. Abnahme der Größe der Myospannung eintreten würde. Dadurch würden die Vorteile der tmpulslängenmodulierten Steuerschaltungen, insbesondere deren guter Wirkungsgrad verloren gehen.However, 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 Square-wave generator pulses occur due to an increase or decrease in the magnitude of the myo-voltage would. This would take advantage of the pulse-length modulated Control circuits, especially their good efficiency, are lost.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Motorbremsscha!- tung für Steuerschaltungen der eingangs angeführten Art zu schaffen, bei welcher eine Bremsung nur wirksam wird, wenn eine Verminderung der abgenommenen Myospannung eintrittThe object of the invention is a motor brake circuit for control circuits of the type mentioned at the outset To create a way in which braking is only effective if there is a reduction in the amount removed Myo-voltage occurs

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die impulslängenmodulierten Rechteckgeneratorimpulse über einen Verstärker einem Integrierglied zugeführt sind, dessen Ausgangsspannung dem Mittelwert des 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 kurzschließtAccording to the invention, this is achieved in that the pulse-length-modulated square-wave generator pulses are fed via an amplifier to an integrator, the output voltage of which corresponds to the mean value of the The pulse duty factor of the square wave generator pulses is proportional to that in a subsequent differentiating element is differentiated and another switch of the switch unit controls which the armature winding of the The drive motor short-circuits in a pulsed manner

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der weitere Schalter ein nur auf Signale einer Polarität entsprechenden Schwellwert 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 switches to signals of a threshold value corresponding to a polarity. The further switch is expediently 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

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung und einer erfindungsgemäßen Motorbremsschaltung,F i g. 1 is a block diagram of a control circuit and a motor 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 F i g. 1 gezeigten Schaltung wird die Myospannung mittels Tastelektrode 1 z. B. am Ende des Öffnungsmuskels der Hand am Armstumpf abgenommen 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-Impulsspannung überlagert Die überlagerte Sägezahn-Impulsspannung steuert einen Rechteck-Impulsgenerator 5, etwa einen Schmitt-Trigger, an dessen Ausgang Rechteckimpulse auftreten, deren Tastverhältnis proportional ist der Größe der von den Tastelektroden 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 der Ankerwicklung abtrennen. Ein zweiter gleich aufgebau-'er 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 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 beispielsweise in der österreichischen Patentschrift 2 83 586 näher beschrieben.In the case of the in FIG. 1 the circuit shown is the myo voltage by means of probe electrode 1 z. B. removed at the end of the opening muscle of the hand on the arm stump and amplified by an amplifier 2. The amplified myo voltage is rectified by the rectifier 3 and then integrated by the integrating element 4 The integrated voltage is superimposed on the sawtooth pulse voltage generated by a sawtooth pulse generator 19 The superimposed sawtooth pulse voltage controls a square-wave pulse generator 5, such as a Schmitt trigger, at the output of which square-wave pulses occur, the duty cycle of which is proportional to the size of the myoelectric voltage picked up by the probe electrodes 1. The square-wave pulses control the switches 8, 9 of a switch unit 7, which connect the armature winding of the drive motor 10 to a voltage source B + or disconnect the voltage source B + from the armature winding for the duration of the pulses. A second, identically constructed control channel, to which myo-voltages are supplied, for example from the sphincter muscle, controls a further switch 11, 12 of the control unit 7, by means of which the armature winding of the drive motor 10 is 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 described in more detail in Austrian patent specification 2,83,586, for example.

Mit 13 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Bremsschaltung beschrieben, welche aus der Serienverbindung eines Verstärkers 14, eines Integriergliedes 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.With 13 a block diagram of a brake circuit according to the invention is described, which from the Series connection of an amplifier 14, an integrating element 15, a differentiating element 16 and one Amplifier 17 consists. The outputs of the square-wave pulse generators 5 and 5a are via decoupling diodes 20 is connected to the input of the amplifier 14.

Die durch den Verstärker 14 verstärkten Rechteck-Jmpulssignale werden durch das Integrierglied 15 integriert Die Spannung am Ausgang des Integriergliedes 15 hat einen Wert, welcher annähernd dem Mittelwert der vom Verstärker erhaltenen Rechteck-Impuissignale entspricht Diese Spannung wird nun durch das Differenzierglied 16 differenziert Ändert sich nun das Tastverhältnis am Ausgang des Rechteck-Impulsgenerators, tritt am Ausgang des Differenziergliedes eine Spannung auf, welche der Änderung des Tastverhältnisses der Rechteck-Impuissignale 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 Sperrichtung vorgespannt, so daß er nur differenzierte Signale, die über einem Schwellwert liegen, verstärkt Vorzugsweise wird als Verstärker 17 ein Transistor einer solchen Leitfähigkeitstype verwendet, welcher bei einer Polarität der differenzier- 2" ten Signale leitend schaltet die bei Verkleinerung des Tastverhältnisses am Eingang des Verstärkers auftritt Durch die Schaltung gemäß F i g. 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 ansprichtThe square wave pulse signals amplified by the amplifier 14 are integrated by the integrator 15. 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 This voltage is now differentiated by the differentiating element 16. This changes now Duty cycle at the output of the square-wave pulse generator occurs at the output of the differentiating element Voltage which is proportional to the change in the duty cycle of the square-wave pulse signals differentiated signals are amplified and 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 biased accordingly in the blocking direction, so that it only amplifies differentiated signals which are above a threshold value. The amplifier is preferably used 17 a transistor of such a conductivity type is used which, with a polarity of the differentiating 2 " th signals conductive, which occurs when the pulse duty factor is reduced at the input of the amplifier The circuit according to FIG. 1 it is achieved that the engine only during a sudden reduction in size the myo-voltage slows down during the pulse gaps, whereas with an enlargement or a slow reduction of the decreased myo-voltage, the brake does not respond

In Fig.2 ist eine Ausführungsform der Bremsschaltung 13 in F i g. 1 gezeigt, wobei der Transistor Ti dem Verstärker 14, die Widerstände Al, R2 und der Kondensator Ci dem Integrierglied 15, der Widerstand R 3 und der Kondensator C2 dem Differenzierglied 16 und die Transistoren T2 und 73 dem Verstärker 17 entsprechen.In Figure 2, an embodiment of the braking circuit 13 in F i g. 1, the transistor Ti to the amplifier 14, the resistors Al, R 2 and the capacitor Ci to the integrator 15, the resistor R 3 and the capacitor C2 to the differentiator 16 and the transistors T2 and 73 to the amplifier 17.

Die der Basis des Transistors Tl zugeführten Rechteck-Impuissignale werden verstärkt und durch die Elemente R1, R 2 und Cl integriert Die am Punkt 21 auftretende Spannung, welche proportional dem Mittelwert der Rechteck-Impuissignale ist, wird dem Differenzierglied /?3, C2 zugeführt Die am Ausgang des Differenziergliedes und an der Basis des Transistors 7"2 liegende Spannung ist proportional der Änderung des Tastverhältnisses der Rechteck-Impuissignale. Bei Verkleinerung des Tastverhältnisses liegt an der Basis des Transistors 7"2 eine positive bei Vergrößerung eine negative Spannung an, deren Größe vom 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 Rechteck-Impuissignale der Fall ist. Der Transistor T2 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 7*3 leitend geschaltetThe square-wave pulse signals fed to the base of the transistor T1 are amplified and integrated by the elements R 1, R 2 and Cl. The voltage occurring at point 21, which is proportional to the mean value of the square-wave pulse signals, is fed to the differentiating element /? 3, C2 The voltage at the output of the differentiating element and at the base of the transistor 7 "2 is proportional to the change in the duty cycle of the square-wave pulse signals Size depends on the extent of the change in the duty cycle. Since the transistor T2 is an npn transistor, it is only switched on when a positive voltage is applied to its base, which is only the case when the duty cycle of the square-wave signals is reduced. The transistor T2 is further so strongly biased in the reverse direction that it only turns on when there are differentiated signals which are above a predetermined threshold value. If the transistor 7 "2 becomes conductive, the transistor 7 * 3 is also turned on

Der Kollektorstrom des Transistors 7"3 wird nun zur Steuerung der SchaJtereinheit 7 verwendet deren weiterer Schalter 11, 12 die Ankerwicklung des Antriebsmotors 10 kurzschließtThe collector current of the transistor 7 "3 is now used to control the switch unit 7 Another switch 11, 12 short-circuits the armature winding of the drive motor 10

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (3)

Patentansprüche;Claims; 1. Motorbremsschaltung für eine myoelektrische impulslängenmodulierte Steuerscnaltung eines proportional gesteuerten elektromotorisch betätigten s Kunstgliedes, 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 ι ο 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, dadurch gekennzeichnet, daß die impulslängenmottulierten Rechteckgeneratorimpulse über einen Verstärker (14) einem Integrierglied (15) zugeführt sind, dessen Ausgangsspannung dem Mittelwert des Tastverhältnisses der Rechteckgeneratorimpulse proportional ist, die in einem folgenden Differenzierglied (16) differenziert ist und einen weiteren Schalter (11,12; 72) der Schaltereinheit (7) steuert, welcher die Ankerwicklung des Antriebsmotors (10) impulsartig kurzschließt 1. Motor brake circuit for a myoelectric 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 train frequency and pulse height is superimposed, the superimposed voltage at the input ι ο one Square-wave pulse generator is applied to control the duty cycle of the square-wave generator pulses depending on the amplitude of the myo-voltage picked up 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 muted square-wave generator pulses are via an amplifier (14) are fed to an integrator (15), the output voltage of which is proportional to the mean value of the pulse duty factor of the square-wave generator pulses, which in ei Nem following differentiator (16) is differentiated and a further switch (11,12; 72) 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 schaltet.2. 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. Motorbremsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da3 der weitere Schalter ein vorgespannter Transistor (T2) ist3. Motor brake circuit according to claim 2, characterized in that the further switch is a biased transistor (T2) 3535
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