Pierwszenstwo: Opublikowano: 29.VII.1969 (P 135 104) 15.VIII.1971 62636 KI. 30 d, 2 MKP A 61 f, 1/24 Wspóltwórcy wynalazku: Adam Morecki, Kazimierz Nazarczuk, Proniewicz Wlasciciel patentu: Politechnika Warszawska, Warszawa (Polsfka) Sztuczny miesien i Przedmiotem wynalazku jest sztuczny miesien przeznaczony do napedu i analogowego sterowania bioelektrycznego wieloczynnosciowych protez, apa¬ ratów ortopedycznych lub manipulatorów zaste¬ pujacych konczyny czlowieka.Znane dotychczas urzadzenia skladaja sie z trzech oddzielnych zespolów tj. silownika pneumatyczne¬ go oraz wzmacniacza mioipotencjalów i przetwor¬ nika elektropneumatycznego, które stanowia uklad sterujacy.Miopotencjaly odbierane za pomoca elektrod z miesni naturalnych sa wzmacniane we wzmacnia¬ czu miopotencjalów i zamieniane na sygnal pra¬ dowy, który steruje przetwornikiem elektropneu- matycznym.Sygnal wyjsciowy z przetwornika, w postaci cis¬ nienia powietrza doprowadzany jest do silownika, znanego jako sztuczny miesien pneumatyczny. Si¬ lownik napedza staw protezy lub aparatu ortope¬ dycznego. Wartosc sily rozwijanej przez silownik zalezy od cisnienia oraz od chwilowej dlugosci si¬ lownika.Przedstawiony powyzej uklad jest bardzo skom¬ plikowany, posiada duza liczbe przewodów lacza¬ cych oraz nie stwarza mozliwosci miniaturyzacyj- nych. Szczególna trudnosc stanowi tutaj „ miniatu¬ ryzacja znanych dotychczas przetworników elek- tropneumatycznych, w których sygnal elektryczny jest zamieniany na pneumatyczny za posrednictwem sily oddzialywania pola magnetycznego na cewke, przez która plynie prad stanowiacy sygnal wejscio¬ wy. Celem wynalazku jest opracowanie sztuczne¬ go miesnia, w którym nastapiloby polaczenie opi- 5 sanych wyzej zespolów w jedna calosc konstruk¬ cyjna.Wytyczone zadanie zostalo rozwiazane zgodnie z wynalazkiem przez wprowadzenie do sztucznego miesnia przetwornika elektropneumatycznego oraz io wzmacniacza miopotencjalów wraz z akumulato¬ rem. Ponadto w przetworniku elektropneumatycz- nym zastosowano opracowany zgodnie z wynalaz¬ kiem przetwornik elektrocisnieniowy z elemen¬ tem elektrotermicznym. Takie rozwiazanie ma prze- 15 wage nad znanymi urzadzeniami, gdyz pozwala uzyskac zwarta konstrukcje calosci urzadzenia, do którego z jednej strony doprowadza sie stale cis¬ nienie zasilania, a z drugiej dwoma przewodami elektrycznymi miopotencjaly pobierane z miesnia 20 w znany sposób.Ponadto dzieki zastosowaniu w przetworniku elektrocisnieniowym elementu elektrotermicznego zastapiono duzy i ciezki .zespól magnesu stalego WTaz z cewka elektryczna bardzo mala kaskada 25 pneumatyczna, co z jednej strony pozwolilo na zmniejszeniewymiarów i ciezaru przetwornika elek¬ tromagnetycznego, a ,z drugiej strony pozwolilo na usrednianie zmiennych sygnalów elektrycznych w urzadzeniu termicznym o okreslonej bezwladnosci 30 cieiplnej. Poza tym sam przetwornik elektrocisnie- 62 63662 636 nicwy jest nieczuly na wstrzasy i zmiany polo¬ zenia.Przedmiot wynalazku jest widoczny w przykla¬ dowym wykonaniu na rysunkach, na których Fig. 1 przedstawia w sposób ogólny budowe calego urza¬ dzenia, Fig. 2 — uklad sterujacy, a Fig. 3 — szcze¬ gólowa budowe przetwornika elektropneumatycz¬ nego. Przedstawiony na Fig. 1 sztuczny miesien sklada sie ze znanego silownika pneumatycznego w postaci rurki gumowej 1 z umieszczonymi wzdluz¬ nie w jej scianie nitkami i .nalozonymi na nia pierscieniami ograniczajacymi 16, która pod wply¬ wem ¦-doprowadzanego do jej wnetrza cisnienia skraca sie. Rurka ta jest zakonczona z obu jej stron znanymi zamknieciami skladajacymi sie kaz¬ de ze stozka 2, podkladki 4 i nakretki docisko¬ wej 5. We wnetrzu silownika przy jednym z tych zamkniec umieszczony jest uklad sterujacy 3 zas w pozostalej czesci silownika znajduja sie prze¬ wody pneumatyczne 12 i 13. Przy czym przewód 12, sluzacy do doprowadzenia cisnienia zasilania jest nasuniety z jednego konca na koncówke pneuma¬ tyczna 8 polaczona na stale z zewnetrzna koncówka pneumatyczna zasilania miesnia 6, a z drugiego konca z koncówka zasilajaca 10 przetwornika elek¬ tropneumatycznego.Drugi przewód 13 sluzacy do odpowietrzania urzadzenia laczy koncówke odpowietrzajaca 11 tego przetwornika poprzez koncówke pneumatyczna 7 z ujsciem do atmosfery. Koncówka wyjsciowa 9 przetwornika elektropneumatycznego jest bezpo¬ srednio skierowana do wnetrza silownika pneu¬ matycznego.Na Fig. 2 jest przedstawione rozmieszczenie ukladu sterujacego znajdujacego sie w oslonie 17 w. postaci tulei polaczonej konstrukcyjnie, na przy¬ klad za pomoca gwintu, ze stozkiem 2 zamkniecia silownika pneumatycznego. Wewnatrz tej tulei znajduja sie obok siebie w kolejnosci poczawszy od koncówek pneumatycznych: przetwornik elektro- pneumatyczny 18, akumulator lub inne zródlo energii elektrycznej 19 oraz wzmacniacz miopo¬ tencjalów 20, przy czym zródlo energii elektrycznej 19 jest polaczone elektrycznie ze wzmacniaczem miopotencjalów 20, który z kolei jest polaczony elektrycznie z przetwornikiem elektropneumatycz- nym 18. Uklad ten jest uszczelniany przy pomocy pierscieni uszczelniajacych 21. Ze wzmacniacza miopotencjalów 20 sa wyprowadzone na zewnatrz poprzez otwór w stozku 2 przewody elektryczne 14 i 15 polaczone z drugiej strony z czujnikami mio¬ potencjalów (elektrodami nie pokazanymi na rysun¬ ku).Dla doprowadzenia energii elektrycznej z zew¬ natrz w celu doladowywania akumulatora, lub za¬ silania urzadzenia w przypadku zewnetrznego zród¬ la energii elektrycznej, przez stozek 2 przeprowa¬ dzony jest przewód elektryczny 22.Wzmacniacz miopotencjalów jest znanym urza¬ dzeniem elektronicznym umieszczonym w niezalez¬ nej obudowie o wlasnosciach izolacyjnych z wyste¬ pujacym na zewnatrz latwo dostepnym pokretlem potencjometru 23 sluzacym do regulacji wzmocnie¬ nia w zaleznosci od opornosci skóry.Budowa przetwornika elektropneumatycznego jest przedstawiona na Fig. 3. Sklada sie on z przetwornika elektrocisnieniowego i znanego wzmacniacza cisnienia oraz znanego wzmacniacza 5 mocy. W ukladzie tym przetwornik elektrocisnie- niowy steruje wzmacniaczem cisnienia, a ten z kolei steruje wzmacniaczem mocy. Wedlug wynalazku przetwornik elektrocisnieniowy stanowi kaskade pneumatyczna z dlawieniem termicznym. W komo- 10 rze kaskadowej 38 znajdujacej sie pomiedzy kapi- larami 39 i 40 umieszczony jest element grzejny 41 w postaci spirali podlaczonej do koncówek elek¬ trycznych 42.Oslone spirali stanowi rurka szklana 44. Do kapi- 15 lary 39 doprowadzone jest cisnienie zasilania.Przetwornik elektrocisnieniowy jest podlaczony do znanego wzmacniacza cisnienia, który stanowi membrana 36 wraz z przyslomka 37 i dysza 35. 20 Wzmacniacz cisnienia jest z kolei podlaczony do znanego pneumatycznego wzmacniacza naocy.Wzmacniacz mocy stanowi zespól membran 27 i 28 polaczonych sztywnikiem 29 i pierscieniem zew¬ netrznym 33, oraz zespól kulek 24 wraz z gniazdem 25 odpowietrzajacym 27 i gniazdem zaislajacym 25.Korpus wzmacniacza mocy 32 oraz pierscien 33 sa umieszczone w obudowie 31 przetwornika elektro¬ pneumatycznego. 30 Dzialanie sztucznego miesnia jest nastepujace.Miopotencjaly odbierane z miesni za pomoca elektrod przyklejanych na skórze sa doprowadzo¬ ne przewodami 14 i 15 do wzmacniacza miopo¬ tencjalów 20. Sygnalem wyjsciowym ze wzmacnia- 35 cza miopotencjalów jest prad elektryczny, który doprowadzony do koncówek 42 podgrzewa element grzejny 41. Wzrost temperatury wyplywajacego z kaipilary 40 powietrza powoduje poprzez dlawienie termiczne) wzrost cisnienia kaskadowego w komo- 40 rze kaskadowej 38 pomiedzy kapilarami 39 i 40.Cisnienie kaskadowe z komory kaskadowej 38, proporcjonalne do sygnalu elektrycznego, oddzialy- wuje na membrane 36, która poprzez przyslonke 37 przymyka otwór w dyszy 35. Powoduje to wzrost 45 cisnienia w przestrzeni 30 zasilanej stalym cisnie¬ niem przez kapilare 34.W ten sposób otrzymujemy w komorze 30 zwiek¬ szony sygnal cisnieniowy, który steruje poprzez zespól membran 27 i 28, wzmacniaczem mocy. 50 Wzrost sygnalu cisnieniowego w komorze 30 powo¬ duje przemieszczenie bloku membran 28 i 27 w kierunku zespolu kulek 24 i przesuwa go otwiera¬ jac gniazdo 25. Dzieki temu powietrze zasilajace doprowadzone do koncówki zasilajacej 10 dostaje 55 sie do przetwornika i wyplywa zen przez koncówke wyjsciowa 9 do wnetrza silownika pneumatyczne¬ go powodujac jego skracanie. W stanie ustalonym - nastepuje zrównowazenie sil dzialajacych z obu stron na blok mebran 27 i 28. Zmniejszenie sygna- ,0 lu sterujacego w komorze 30 powoduje przesuniecie bloku membran w kierunku przeciwnym i przym¬ kniecie gniazda zasilajacego 25 oraz otwarcie gnia¬ zda odpowietrzajacego 26, przez które przedostaje sie powietrze wyplywajace z silownika do konców- G5 ki odpowietrzajacej 11.62 636 6 Urzadzenie wedlug wynalazku ma zastosowanie w budowie protez i manipulatorów. Poza tym sam przetwornik elektrocisnieniowy, wedlug wynalazku, maze byc wykorzystywany w róznych urzadzeniach automatycznej regulacji. PL