PL159249B1 - Uklad sterowania bioelektrycznego silnikiem elektrycznym protezy reki PL - Google Patents

Abstract

1 . Uklad sterowania bioelektrycznego sil­ nikiem elektrycznym protezy reki wyposazony w elementy pobierajace sygnaly z miesni oraz silnik elektryczny napedzajacy proteze, zna­ mienny tym, ze posiada dwie niezalezne, powierzchniowe elektrody (1 i 2) pobierajace prady biologiczne z miesni inwalidy, które sa polaczone z wejsciami dwóch wzmacniaczy (3 i 4) zas wyjscie wzmacniaczy (3 i 4) sa polaczone przez generator (5), mostkowy stopien steru­ jacy (6) i odlacznik doplywu energii (8) z silni­ kiem (7) zasilanym z baterii elektrycznej, natomiast odlacznik (8) jest polaczony z czuj­ nikiem kontaktronowym (10) wwspóldzialaja- cym z silnikiem (7) i magnesem stalym (9). PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ sterowania bioelektrycznego silnikiem elektrycznym protezy ręki. Wynalazek znajduje zastosowanie w technice medycznej.

Znane są i stosowane w technice medycznej protezy ręki ludzkiej, zastępujące inwalidom, bardziej lub mniej skutecznie, utraconą kończynę górną. Protezy takie, sterowane za pomocą bioprądów wytwarzanych przez mięśnie inwalidy, napędzane są albo silnikiem elektrycznym, bądź też systemem pneumatycznym lub hydraulicznym, jednak funkcjonalność ich jest znacznie ograniczona w stosunku do funkcji spełnianych przez rękę naturalną.

Znane układy sterowania silnikiem elektrycznym protezy ręki charakteryzują się niską efektywnością wykorzystania energii, spowodowaną brakiem elementów automatycznie hamujących lub wyłączających sinik w momentach niekorzystnych, gdy utrzymujące się napięcie mięści inwalidy powoduje generowanie sygnału bioelektrycznego, zaś ruch protezy nie jest pożądany, przykładowo w krańcowych sytuacjach zamknięcia lub całkowitego otwarcia chwytu. Znane układy nie pozwalają również na uwzględnienie wpływu sił sprężystości pokrycia kosmetycznego protezy na prędkość ruchu, zwłaszcza w czasie chwytania. Układy takie nie umożlwiają zmiany prędkości obrotowej slnika w zależności od narastania napięcia sygnału bioelektrycznego, pobieranego z mięśni inwalidy. Powoduje to powstawanie w układzie strat energii elektrycznej oraz nieproporcjonalność prędkości obrotowej silnika w stosunku do wielkości napięcia wejściowego.

Układ sterowania bioelektrycznego silnikiem elektrycznym protezy ręki według wynalazku posiada dwie niezależne powierzchniowe elektrody. Sygnały bioelektryczne, pobierane z mięśni inwalidy przez te elektrody są doprowadzane do wejść dwóch wzmacniaczy, a po wzmocnieniu są przekazywane do generatora regulującego prędkość obrotową silnika, a następnie poprzez mostkowy stopień sterujący i odłącznik dopływu energii, do silnika zasilanego z baterii elektrycznej. Odłącznik dopływu energii jest połączony jednocześnie z czujnikiem kontaktronowym, który współdziała z silnikiem i magnesem stałym, oraz pętlą sprzężenia zwrotnego z generatorem i mostkowym stopniem sterującym.

Układ według wynalazku powoduje automatyczne odłączenie silnika w momencie zaciśnięcia chwytu protezy lub jego maksymalnego otwarcia. Zasilanie silnika posiada przebieg prostokątny o stałej częstotliwości i zmiennym współczynniku wypełnienia, a dostarczanie energii odbywa się impulsowo. Sinik jest hamowany elektrodynamicznie poprzez zwieranie w tych częściach przebiegu zasilającego, w których dopływ energii jest odcięty. Układ uwzględnia wpływ sił sprężystości pokrycia kosmetycznego palców protezy na prędkość ruchu ręki, zwłaszcza w momencie zamykania chwytu, która to zaleta, znana z systemów automatyki przemysłowej nie była dotychczas stosowana w bioelektornice przy napędach protez. Połączenie generatora, regulującego prędkość

159 249 obrotową sinika, pętlą sprzężenia zwrotnego z mostkowym stopniem sterującym, stanowi układ regulacji współczynnika wypełnienia, uwzględniający siłę elektromotoryczną pozostającą w' silniku przy hamowaniu, co minimalizuje straty energii i przyczynia się do proporcjonalności sterowania.

Układ sterowania bioelektrycznego silnikiem elektrycznym protezy ręki według wynalazku jest pokaz.any w przykładzie wykonania na rysunku.

Sygnały bioelektryczne powstające na skórze ręki inwalidy w momencie napinania mięśni, są pobierane przez dwie niezależne, powierzchniowe elektrody 1 i 2, połączone odpowiednio z wejściami dwóch wzmacniaczy 3 i 4 i są doprowadzone do wejść generatora 5, mostkowego stopnia sterującego 6, odłącznika odpływu energii 8 i silnika 7 zasilanego z baterii elektrycznej. Odłącznik 8 jest połączony z czujnikiem kontaktronowym 10 współdziałającym z silnikiem 7 i magnesem stałym 9, zaś sygnał wyjściowy odłącznika 8 jest doprowadzony do generatora 5 i mostkowego stopnia sterującego 6, przy czym generator 5 jest połączony pętlą sprzężenia zwrotnego z mostkowym stopniem sterującym 6.

Układ zawiera dwa identyczne wzmacniacze sygnałów bioelektrycznych 3 i 4, wyposażne w indywidualne regulatory czułości. Pojawienie się napięcia na wejściu któregokolwiek wzmacniacza powoduje zadziałanie odłącznika 8 sterującego dopływem energii z baterii elektrycznej do pozostałych elementów układu, kontrolujących pracę sinika, to jest generatora 5 oraz mostkowego stopnia sterującego 6. Wartość napięcia na wyjściu elektrody 1 lub 2 decyduje jednocześnie o wartości współczynnika wypełnienia przebiegu, zasilającego sinik 7, a tym samym o prędkości ruchu protezy. Mostkowy stopień sterujący 6 zapewnia wzmocnienie oraz ustala kierunek obrotów silnika 7 w zależności od tego, która z elektrod jest uaktywniona, lub też która z nich generuje sygnał o większej amplitudzie. Obroty silnika 7 i związanego z nim magnesu stałego 9 powodują cykliczne zwieranie czujnika kontaktronowego 10. Zanik impulsów na tym czi^uniku wskazuje na zahamowanie silnika 7, spowodowane pełnym otwarciem lub zaciśnięciem chwytu protezy, co za pośrednictwem odłącznika 8 skutkuje zamknięciem dopływu energii do generatora 5 i mostkowego stopnia sterującego 6. Ponowne włączenie dopływu energii może nastąpić dopiero po uprzednim zaniku napięcia na wyjściach elektrod sterujących 1 i 2, czyli zwolnienia napięcia mięśni inwalidy.

159 249

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 5000 zł.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ sterowania bioelektrycznego silnikiem elektrycznym protezy ręki wyposażony w elementy pobierające sygnały z mięśni oraz silnik elektryczny napędzający protezę, znamienny tym, że posiada dwie niezależne, powierzchniowe elektrody (1 i 2) pobierające prądy biologiczne z mięśni inwalidy, które są połączone z wejściami dwóch wzmacniaczy (3 i 4) zaś wyjście wzmacniaczy (3 i 4) są połączone przez generator (5), mostkowy stopień sterujący (6) i odłącznik dopływu energii (8) z sinikiem (7) zasilanym z baterii elektrycznej, natomiast odłącznik (8) jest połączony z czujnikiem kontaktronowym (10) wwspółdziałającym z silnikiem (7) i magnesem stałym (9).
2. 2. Układ sterowania bioelektrycznego według zastrz. 1, znamienny tym, że odłącznik dopływu energii (8) jest połączony pętlą sprzężenia zwrotnego z generatorem (5) i mostkowym stopniem sterującym (6).