SU1344350A1 - Искусственна стопа - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к медицинской технике Цель изобретени  приближение характера ходьбы искусственной стопы к естественному. Синхронизацию работы устройства обеспечивают светодиод 1, фотодиод 2, пер- вьш усилитель 3, первый 4 и второй 10 ждущие мультивибраторы, перва  5 и втора  8 дифференцирующие цепочки, первый 6, второй 9 ограничители и триггер 1, В управлении работой стопы участвуют третий ждущий м шьтивибра- тор 11. ВТОРОЙ усилитель 12, канал 13 (Л 00 4 N со СП ю Фиг.1

Description

отрицательной обратной св зи и усилитель 14 мощности. Конструкци  стопы 15 состоит из верхней возвратной пружины 16, сердечника 17 из немагнитного материала, железного сердечника 18, верхней 19 и нижней 20 направл ющих , соленоида 21, штока 22 голени 23, шарнира 24 привода, шарнира 25 голеностопного сустава, стопы 26,

1

Изобретение отйоситс  к медицине и может быть, в частности, испоЛьзо- вано в протезировании при конструировании искусственных протезов ног человека и в конструкци х шагаюпщх аппаратов .

Цель изобретени  - приближение характера ходьбы искусственной стопы к естественному.

На фиг.1 изображена блок-схема искусственной стопы и схематически показаны устройство стопы и принцип ее работы; на фиг.2 - эпюры напр жений с выхода блоков устройства -при движении ноги вперед и назад в пределах одного- периода} на фиг.З - график процесса демпфировани  колебаний стопы в конце отталкивани  при выполнении движений.

Устройство состоит из светодиода 1 (фиг.1), фотодиода 2, первого усилител  3, первого ждущего мультивибратора 4, первой дифференцирующей цепочки 5, первого ограничител  6, триггера 7, второй дифференцирующей цепочки 8, второго ограничител  9, второго ждущего мультивибратора 10.

Перечисленные элементы обеспечивают синхронизацию работы устройства.

Далее устройство состоит из трет тьего ждущего мультивибратора 11, второго усилител  12, канала 13 отрицательной обратной св зи и усилител  14 мощности. Эти элементы участвуют в управлении работой искусственной стопы 15. Конструкци  искусственной стопы 15 состоит из верхней возвратной пружины 16, сердечника 17 из немагнитного материала, железного сердечника 18, верхней направл ющей

опорной площадки 27, нижней возвратной пружины 28, верхней 29 и нижней 30 опоры, Светодиод 1 и фотодиод 2 укреплены на противоположных сторонах ног напротив друг друга. При этом в . момент сближени  ступней ног световой поток светодиода 1 попадает на фотодиод 2. 3 ил„

19, нижней направл ющей 20, соленоида 21, штока 22 голени-корпуса 23, шарнира 24 привода, шарнира 25 голеностопного сустава,собственно стопы 26, опорной площадки 27, нижней воз вратной пружины 28, верхней опоры 29 и нижней опоры 30. Канал 13 отрицательной обратной св зи состоит из

последовательно включенного пикового детектора, усилител  и интегрирующей цепочки. Усилитель 12 имеет два входа с блоков 11 и 43, соедин юш;иес  через разв зывающие резисторы на базе транзистора усилител  12, работающего в режиме класса С. Светодиод 1 и фотодиод 2 укреплены на противопо- ложных сторонах ног напротив.друг друга с таким расчетом, чтобы световой поток светодиода 1 попадал на фотодиод 2 в момент сближени  ступеней противоположных ног.

I

Искусственна  стопа работает следующим образом.

При движении в момент прохождени  обеих ног вертикального положени  световой луч светодиада 1 попадает на фотодиод 2, на выходе которого возникает ЭДС в виде импульса 31 (фиг.1 и 2), которьй усиливаетс  усилителем 3. Усиленный импульс 31 поступает на запуск первого ждущего мультивибратора 4, с выхода которого снимаетс  импульс 32 пр моугольной

формы. Длительность импульса регулируетс . После прохождени  первой дифференцирующей цепочки 5 пр моугольный импульс 32 дифференцируетс  на два остроконечных импульса 33 положительной и отрицательной пол рности. Первьй ограничитель 6 пропускает

только импульсы 34 отрицательной пол рности , которые поступают на .запус триггера 7, с выхода которого снимаютс  импульсы пр моугольной формы 35 После прохождени  через вторую диф- ференцирующую цепочку 8 импульсы 35 раздел ютс  на импульсы 36 положительной и отрицательной пол рности. Второй ограничитель 9 пропускает только импульсы 37 положительной по- л рности. Эти импульсы запускают второй ждущий мультивибратор 10, с выхода которого снимаетс  пр моугольньй импульс 38 регулируемой длительности Этот широкий импульс 38 поступает в качестве напр жени  питани  на третий ждущий мультивибратор 11, генерирующий серию коротких импульсов 39, количество которых при неизменной частоте определ етс  длительностью широкого импульса 38. Сери  коротких импульсов 39 проходит через усилител 12 и поступает с его выхода на последовательно соединенные пиковый детектор, усилитель и интегрирующую цепочку канала 13 отрицательной обратной св зи и одновременно с выхода усилител  12 поступает на усилитель 14 мощности. Одновременно с выхода блока 13 сигналы поступают на вход усилител  12. Блок 13 с усилителем

12замыкают канал отрицательной обратной св зи. Блок 13 под действием пришедшего первого импульса генери- рует экспоненциальное напр жение, нарастающее по экспоненте к 20 мс и

угасающее также по экспоненте к

I

ЗОО мс. Пол рность этого двухкомпонентного напр жени  противоположна

пол рности импульса, поступающего

на вход блока 12 от блока 11, Блок

13 вл етс  колебательным звеном. С выхода блока 12 за счет -действи  отрицательной обратной св зи, образованной колебательным звеном блока 13, снимаетс  импульсное напр жение 41, переходной процесс которого носит колебательно-затухающий режим. Колебательно-затухающий режим получаетс  за счет колебательного процесса суммировани  двухкомпонентных экспонент, формируемых блоком 13. Каждьй пришедший импульс вызывает

свое двухкомпонентное экспоненциаль- ное напр жение, пропорциональное амплитуде вызвавшего его импульса, поступающего в канал отрицательной обратной св зи. Экспоненты суммируют

с 10 J5 20

35

40

0

с  и поступают с выхода блока 13 на блок 12. После усилени  усилителем 14 мощности усиленные импульсы типа 41 с колебательно-затухающим переходным процессом поступают на обмотку соленоида 21.

Сгибание стопы происходит следующим образом.

Под действием пришедшего импульсного напр жени  вида 41 соленоид 21 создает магнитное поле. Под действием магнитного пол  железный сердечник 18 вт гиваетс  внутрь соленоида. Железный сердечник жестко св зан со штоком 22, который перемещаетс  вдоль направл юш их 19 и 20. При этом преодолеваетс  сопротивление пружин 16 и 28. Немагнитный сердечник 17 сделан несколько большего диаметра, чем щток 22, дл  того, чтобы пружина 16 при сжатии упиралась на верхнюю часть немагнитного сердечника 17 и не изгибалась . Движение штока 22 вверх приводит к сгибанию механизма стопы 26 относительно голеностопного шарнира 25. Дальнейшее движение штока 22 вверх приводит к отталкиванию стопы от земли 27. Опоры 29 и 21 укреплены непосредственно на голени 23. Свобод ному перемещению стопы способствует ;Шарнирное соединение 24 штока 22 со стопой 26. I

Устройство предназначено дл  конструировани  искусственной стопы одной ноги (левой или правой). Поэтому устройство управлени  движением стопы реагирует только на импульс Назад 31, которьй образуетс  при движении ноги вперед и в момент прохождени  ногой вертикального положени . От импульса Вперед 31 устройство управлени  не срабатывает благодар  режиму работы триггера 7. Короткие импульсы 39 управлени  формируютс  с задержкой относительно импульса .Назад, необходимой дл  постановки ноги на опору после прохождени  вертикального положени  при движении ноги вперед. В момент постановки ноги на опору (или чуть позже) на соленоид поступают короткие ршпульсы 40, вызыва  ее сгибание . Задержка начала сгибани  регулируетс  длительностью импульса 32, а продолжительность сгибани  р гулиру- етс  длительностью импульса 38. Опти- мальньй режим сгибани  подбираетс  частотой следовани  коротких импульсов 39, их длительностью и амплитудои . Следующее сгибание стопы происходит после по влени  очередного импульса Назад 31 и т,д. каждый раз после по влени  очередного импульса Назад. Разгибание стопы осущест- вл етс  после прекращени  серии коротких импульсов 40. Гашение упругих колебаний стопы в конце процесса сгибани  нагл дно иллюстрирует фиг.З. Если бы сигнал управлени  подавалс  на обмотку соленоида в виде немодули- рованных импульсов 39 (фиг.2), то .переходной процесс сгибани  стопы проходил бы по инерции по колебательно- затухающему режиму 41, т.е. стопа работала бы в режиме перерегулировани  .и движени  бьши бы прыгающими. Однако из-за того, что на привод подаетс  модулированный сигнал вида 40 с огибающей 42, то в момент положительного20 верхней и нижней направл ющих, солевыброса 41 сгибани  стопы управл ющий сигнал 40, уменьшаетс  по амплитуде, предотвраща  перерегулирование, А в момент следующей за положительной

полуволной (+) отрицательной полувол- 25 нал пружина соединена с сердечником ной (-) сгибающа  управл ющего сигна- из немагнитного материала, который ла с отрицательной пол рности (-) переходит в положительную пол рность (+), компенсиру  вторичное перерегулирование Огибающие кривых 41 и 42 30 наход тс  в противофазе в виде зеркальных отображений,Поэтому движени 

ноида, штока, причем выход второго усилител  соединен с усилителем мощности , к выходу которого подключена обмотка соленоида, верхн   возвратсоединен со штоком, шток соединен с железным с ердечником, свободно перемещающимс  внутри соленоида, а

железньи сердечник через продолжение штока соедине.н с нижним концом шарни ра привода, сердечник из немагнитного материала и нижн   часть штока свободно пере мешдютс  в вертикальном направлении вдоль направл ющих, шарнир , включающий спиральную пружину, соедин ет голеностоп. со штоком.

и происход т плавно

зобретени 

стопа, содержаща  п,. амортизатор и

35

К„Маза h,,Bnefled - К,,

железньи серде штока соедине.н ра привода, се ного материала свободно направлении вд нир, включающи соедин ет голе

IIIIIIII

электромеханический привод, отличающа с  тем, что, с целью приближени  характера ходьбы искусст7 венной стопы к естественному путем исключени  колебаний стопы, в нее введен синхронизатор в виде последовательно соединенных светодиода, фотодиода , первого усилител , ждущего мультивибратора, блока дифференцировани , первого ограничител , триггера , второго блока дифференцировани , второго ограничител , второго и третьего ждущих мультивибраторов, второго усилител , охваченного отрицательной обратной св зью, и усилител  мощност-и, электромеханическа  стопа выполнена в виде верхней возвратной пружины, сердечника из немагнитного материала, железного сердечника.

нал пружина соединена с сердечником из немагнитного материала, который

ноида, штока, причем выход второго усилител  соединен с усилителем мощности , к выходу которого подключена обмотка соленоида, верхн   возвратнал пружина соединена с сердечником из немагнитного материала, который

соединен со штоком, шток соединен с железным с ердечником, свободно перемещающимс  внутри соленоида, а

25 нал пружина соединена с сердечником из немагнитного материала, который 30

35

Bnefled - К,,

железньи сердечник через продолжение штока соедине.н с нижним концом шарнира привода, сердечник из немагнитного материала и нижн   часть штока свободно пере мешдютс  в вертикальном направлении вдоль направл ющих, шарнир , включающий спиральную пружину, соедин ет голеностоп. со штоком.

и

Редактор М. Келемеш

Составитель В. Баганов

Техред А.Кравчук Корректор С.Черни

Заказ 4870/5 Тираж 594Подписное

ВНИЩИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Фт.5

Claims (1)

1. Формула изобретения Искусственная стопа, содержащая пружины, сердечника из немагнитного материала, железного сердечника, верхней и нижней направляющих, соленоида, штока, причем выход второго усилителя соединен с усилителем мощности, к выходу которого подключена обмотка соленоида, верхняя возвратная пружина соединена с сердечником из немагнитного материала, который соединен со штоком, шток соединен с железным сердечником, свободно перемещающимся внутри соленоида, а

   30 железный сердечник через продолжение штока соединен с нижним концом шарнира привода, сердечник из немагнитного материала и нижняя часть штока свободно перемещаются в вертикальном 35 направлении вдоль направляющих, шарнир, включающий спиральную пружину,

   ...................——. Разёиаание СгиЗоние стопы I Стопы

   IIIIIIIIIIIIIIII ____Ш«

   4-0

   Фи?. 3