DE2354885A1

DE2354885A1 - MYOELECTRIC CONTROL CIRCUIT

Info

Publication number: DE2354885A1
Application number: DE19732354885
Authority: DE
Inventors: Erich Foltyn
Original assignee: VIENNATONE HOERGERAETE
Current assignee: VIENNATONE HOERGERAETE
Priority date: 1972-11-08
Filing date: 1973-11-02
Publication date: 1974-05-09
Also published as: AT323317B

Description

Myoelektrische Steuerschaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine myoelektrische Steuerschaltung für Impulslangenmodulierte propQrtional gesteuerte elektromotorisch betätigte Kunstgliedetr, insbesondere Handprothesen, in Welcher die Myospannung verstärkt gleichgerichtet und einer Sägezahnspannung konstanter Frequenz überlagert wird, die Summenspannung an den-Eingang eines Impulsgenerators angelegt wird, um das Tastverhältnis der Generatprimpulse in Abhängigkeit von der Stärke der abgenommenen. Myospannung zu variieren und die Generatorimpulse zur Steuerung einer Schaltereinheit, etwa eines Schalttransistors, herangezogen werden, über welche der Antriebsmotor impulsartig an eine Stromquelle gelegt wird. Myoelectric Control Circuit The invention relates to a myoelectric control circuit for pulse-length modulated proportional controlled Electrically operated artificial limbs, in particular hand prostheses, in which the myo voltage is more rectified and a sawtooth voltage is more constant Frequency is superimposed on the total voltage at the input of a pulse generator is applied to the duty cycle of the generator pulses dependent on on the strength of the declined. Myo voltage to vary and the generator pulses used to control a switch unit, such as a switching transistor via which the drive motor is applied to a power source in a pulsed manner.

eine solche Schaltung hat jedoch den Nachteil, daß die Drehmomenten-Drehzahlkennlinie der aus Antriebsmotor und Steuerschaltung gebildeten Einheit relativ steil ist, d.h., daß die Drehzahl des Antriebsmotors sehr lastabhängig ist und bei stärkerer Belastung stark absinkt. Die gewünschte Abhängig keit der Drehzahl des Antriebsmotors mit der Größe der vom Muskel abgenommenen myoelektrischen Spannung ist daher bei dieser Schaltung bei größerer Belastung des Antriebsmotors nicht mehr gegeben. Ferner besitzt diese bekannte Schaltung einen relativ schlechten wirkungsgrad. However, such a circuit has the disadvantage that the torque-speed characteristic the unit formed by the drive motor and control circuit is relatively steep, i.e. that the speed of the drive motor is very load-dependent and at higher speeds Load drops sharply. The desired dependency of the speed of the drive motor with the magnitude of the myoelectric voltage decreased by the muscle is therefore at this circuit is no longer given when the drive motor is under greater load. Further this known circuit has a relatively poor efficiency.

A,utRb,e der Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten Schaltung zu beseitigen. A, utRb, e of the invention is to address these disadvantages of the known circuit to eliminate.

Dies wird erfindungsgemäß bei einer myoelektrischen Steuerschaltung der eingangs angeführten Art dadurch erreicht, daß eine dem Strom des Antriebsmotors proportionale Spannung dem Eingang des Impulsgenerators und/oder eine der Motorspannung proportionale Spannung dem Impulsgenerator als Vorspannung zuführbar ist. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß zwischen der Schaltereinheit und dem Motor ein Meßwiderstand in Serie eingeschaltet ist und die beiden Klemmen des Meßwiderstandes an die Eingänge eines Differenzverstärkers angeschlossen sind, wobei der Ausgang des Di£ferenzverstärkers, gege,benenfalls über einen Summenverstärker, mit dem Eingang des Impulsgenerators verbunden ist. According to the invention, this is applied to a myoelectric control circuit of the type mentioned achieved in that one of the current of the drive motor proportional voltage to the input of the pulse generator and / or one of the motor voltage proportional voltage can be fed to the pulse generator as a bias voltage. A preferred one Embodiment of the invention is that between the switch unit and the engine a measuring resistor is connected in series and the two Terminals of the measuring resistor connected to the inputs of a differential amplifier where the output of the differential amplifier, if necessary via a summing amplifier, is connected to the input of the pulse generator.

Kommt es zu einer stärkeren Belastung des Antriebsmotors und damit zu einer Erhöhung des Motorstromes, wird die Steuerspannung am Eingang des Impulsgenerators um einen vom Motorstrom abhängigen Betrag angehoben und/oder die Vorspannung des Impulsgenerators angehoben und damit das' Tastverhältnis des Impulsgenerators vergrößert, so daß eine andernfalls eintretende Drehzahlverminderung wieder kompensiert und ein annähernd proportionales Verhältnis zwischen myoelektrischer Spannung und Motordrehzahl hergestellt wird. Der dem Motor zugeführte Strom besitzt eine relativ hohe welligkeit. Um den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen wird nun gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Serie zwischen der Schaltereinheit und der Motorwicklung eine Glättungsdrossel eingeschaltet, wobei die der Schaltereinheit zugewandte Klemme der-Drossel über eine Diode -an Bezugspotential (Masse) geschaltet ist. If there is a greater load on the drive motor and thus the control voltage at the input of the pulse generator increases the motor current increased by an amount dependent on the motor current and / or the bias of the Pulse generator raised and thus the 'duty cycle of the pulse generator increased, so that an otherwise occurring speed reduction is compensated again and an approximately proportional relationship between myoelectric voltage and engine speed will be produced. The current fed to the motor has a relatively high ripple. In order to increase the efficiency of the engine, according to a preferred embodiment the invention in series between the switch unit and the motor winding a smoothing choke switched on, with the terminal of the throttle facing the switch unit over a diode is connected to reference potential (ground).

Die Erfindung wird nun noch unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschnoben, in welcher ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. The invention will now be further described with reference to the drawings Beschnoben, in which an embodiment of the invention is shown.

In, der Schaltung gemäß Zeichnung ist der Motor M über einen Meßwiderstand RM, eine Glättungsdrossel L und den ßmitter-Kollektorpfad eines' Schalttransistors T1 an eine Betriebsspannung (+12V) angeschlossen. Die Basis des Schalttransistors T1 liegt an einem Ausgang der Steuerschaltung STS, welche den Schalttransistor T1 in Abhängigkeit von den dem Eingang der Steuerschaltung zugeführten Signalen leitend schaltet. In, the circuit according to the drawing is the motor M above a measuring resistor RM, a smoothing choke L and the ßmitter collector path of a ' Switching transistor T1 connected to an operating voltage (+ 12V). The basis of the Switching transistor T1 is connected to an output of the control circuit STS, which the Switching transistor T1 depending on the input of the control circuit supplied Signals conductive.

Die Steuerschaltung STS besteht aus einem aus zwei Transistoren T2,T3 gebildeten Schmitt-Trigger. Die Emitterelektroden der-Transis.toren T2,T3 sind untereinander verbunden und über den Kollektor-Emitterpfad eines Transistors T4 an Masse geführt. Zwischen dem Emitter des Schalttransistors T1 ~und Masse ist die Serienverbindung eines Widerstandes R3 und eines als Diode geschalteten Transistors T5 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors T5 ist mit der Basis des Transistors T4 verbunden. Durch die Transistoren T4 und T5 wird der Emitterstrom der Transistoren T2 und T3 des Schmitt-Triggers gegenüber Spannungsschwanlcungen stabilisiert. Der KoDektor des Transistors T3 ist einerseits über den Widerstand R4 an die Basis des Transistors T- u-nd anderseits über den Widerstand R7 an die Betriebsspannung gelegt. Der Kollektor des Transistors T2 ist einerseits über den Widerstand R6 an die Betriebs spannung und anderseits direkt an die Basis eines Treibertransistors T3 gelegt, dessen Emitter mit der Basis des Schalttransistors T und über den Widerstand R5 mit der Betriebsspannung verbunden ist. Die Kollektoren des Schalttransistors T1 und des Treibertransistors T3 sind miteinander verbunden. Parallel zum Sromkreis' des Motors liegt .ein Gjättungskondensator C1 und der Spannungsteiler R87 R9 dessen Abgriff mit der Basis des Transistors T3 verbunden ist. Parallel zum Widerstand R9 liegt ein weiterer- Glättungs,kondensator C2. Die Steuerschaltung wird in bekannter Weise durch Sägezahnimpulse angesteuert, deren Pegel entsprechend der Größe der am Muskelrest abgenommenen und sodann gleichgerichteten myoelektrischen Spannung verändert wird, so daß das Tastverhältnis der Ausgangssignale der Steuerschaltung STS und des Schalttransistors von der abgenommenen -myoelektrischen Spannu-ng abhängt. Zur Glättung des dem Motor zugeführten Stromes ist die Glättungsdrossel L vorgesehen, wobei die dem Transistor T1 zugewandte Klemme. The control circuit STS consists of one of two transistors T2, T3 formed Schmitt trigger. The emitter electrodes of the Transis.toren T2, T3 are with each other connected and routed to ground via the collector-emitter path of a transistor T4. The series connection is between the emitter of the switching transistor T1 ~ and ground a resistor R3 and a transistor T5 connected as a diode. The collector of the transistor T5 is connected to the base of the transistor T4. Through the transistors T4 and T5, the emitter current of the transistors T2 and T3 of the Schmitt trigger stabilized against voltage fluctuations. The KoDektor of the transistor T3 is on the one hand via the resistor R4 to the base of the transistor T- and, on the other hand, connected to the operating voltage via resistor R7. The collector the transistor T2 is on the one hand through the resistor R6 to the operating voltage and on the other hand placed directly to the base of a driver transistor T3, the emitter of which with the base of the switching transistor T and through resistor R5 is connected to the operating voltage. The collectors of the switching transistor T1 and the driver transistor T3 are connected to each other. Parallel to the circuit ' of the motor is .ein smoothing capacitor C1 and the voltage divider R87 R9 Tap is connected to the base of the transistor T3. Parallel to the resistance R9 is another smoothing capacitor C2. The control circuit is known in Way controlled by sawtooth pulses, the level of which corresponds to the size of the Myoelectric voltage taken from the muscle remnant and then rectified is changed so that the duty cycle of the output signals of the control circuit STS and the switching transistor depends on the removed -myoelectric voltage. The smoothing choke L is provided to smooth the current supplied to the motor, the terminal facing the transistor T1.

der Drossel L über eine Diode an Masse angeschlossen ist.the inductor L is connected to ground via a diode.

Die beiden Klemmen des Meßwiderstandes RM sind an die Eingänge eines Differenzverstärkers V2 gelegt, dessen Ausgangsspannung über die Regelschleife Re zur gleichgerichteten myoelektrischen Spannung addiert wird und diese Spannung zusammen mit der Sägezahnspannung über einen Summenverstärker V1 dem Eingang E der Steuerschaltung STS zugeführt wird.The two terminals of the measuring resistor RM are connected to the inputs of one Differential amplifier V2 placed, whose output voltage through the control loop Re is added to the rectified myoelectric voltage and this voltage together with the sawtooth voltage via a summation amplifier V1 to the input E of the control circuit STS is supplied.

Kommt es nun auf Grund einer Belastung des Motors M zu einem Absinken der Drehzahl, so wird auf Grund des erhöhten Spannungsabfalles am Meßwiderstand RM der Gleichspannungspegel am Eingang der Steuerschaltung erhöht und damit das Tastverhältnis des Schmitt-Triggers und damit auch des Schalttransistors T1 erhöht, so daß durch erhöhte Stromzufuhr die Drehzahl des Motors M wieder entsprechend angehoben wird. Bei Belastung des Motors steigt auch die Spannung am Spannungsteiler R8,Rg an, sodaß dem Transistor T3 des Schmitt-Triggers eine erhöhte Vorspannung zugeführt wird,. die enfalls das Tastverhältnis des Schmitt-Triggers entsprechend erhöht. If there is now a drop due to a load on the motor M. the speed, so is due to the increased Voltage drop the DC voltage level at the input of the control circuit increases at the measuring resistor RM and thus the duty cycle of the Schmitt trigger and thus also of the switching transistor T1 increased, so that the speed of the motor M again correspondingly by increased power supply is raised. When the motor is loaded, the voltage on the voltage divider also increases R8, Rg on, so that the transistor T3 of the Schmitt trigger has an increased bias is supplied. which also corresponds to the duty cycle of the Schmitt trigger elevated.

Insgesamt wird somit eine proportionale Steuerung auch bei stärkerer Belastung des Antriebsmotors und ein guter Wirkungsgrad der gesamten Schaltung erzielt. Overall, a proportional control is thus achieved even with a stronger one Load of the drive motor and a good efficiency of the entire circuit achieved.

Claims

P a t e n t a n 5 p r # ü c h e

1.) Myoelectric control circuit for pulse & length modulated proportionally controlled electric motor operated artificial limbs, especially hand prostheses, in which the myo voltage amplified, rectified and a sawtooth voltage constant frequency is superimposed, the sum voltage at the input of a, for example executed as a Schmitt trigger Impuisge generator is applied to the duty cycle of the generator impulses depending on the strength of the decreased myo voltage to vary and the generator pulses to control a switch unit ',, about a switching transistor are used, via which the drive motor is pulsed is applied to a current source, characterized in that one of the current of the Drive motor (M) proportional voltage to the input, the pulse generator and / or a voltage proportional to the motor voltage to the pulse generator as a bias voltage is feedable.

2. Myoelectric control circuit according to claim 1, characterized in that that in series between the switch unit (T1) and the motor (M) a measuring resistor () is switched on and the two terminals of the measuring resistor (RM) to the inputs of a differential amplifier (V2) are connected, the output of the differential amplifier, if necessary via a summing amplifier (V1), with the input of the Pulse generator connected is.

3. Myoelectric control circuit according to claim 1 or 2, characterized characterized in that a voltage divider is connected in parallel to the motor circuit is, whose tap to the base of a transistor (T3) as a pulse generator serving Schmitt trigger (T2, T3) is connected.

4. Myoelectric control circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that in series between the switch unit (T1) and the motor winding a smoothing choke (1;) is switched on, the switch unit '(Tj) facing clamp of the choke (L) via a diode () to reference potential (ground) is switched.