SU1577784A1

SU1577784A1 - Устройство управлени двигательным аппаратом

Info

Publication number: SU1577784A1
Application number: SU884488091A
Authority: SU
Inventors: Людвиг Александрович Максименко
Original assignee: Л. И. Максименко
Priority date: 1988-08-11
Filing date: 1988-08-11
Publication date: 1990-07-15

Abstract

Изобретение относитс к медицине и может быть, в частности, использовано при конструировании шагающих аппаратов и при протезировании. Цель изобретени - повышение точности управлени координированными движени ми аппарата. Устройство управлени двигательным аппаратом содержит датчик 1, первый ждущий мультивибратор 2, первую дифференцирующую цепь с ограничителем 3, второй ждущий мультивибратор 4, первый эмиттерный повторитель 5, генератор 6 пилообразного напр жени , третий ждущий мультивибратор 7, первый усилитель 8, вторую дифференцирующую цепь с ограничителем 9, интегрирующую цепочку 10, второй усилитель 11, второй эмиттерный повторитель 12, импульсный усилитель 13, звено второго пор дка 14, усилитель мощности 15, интегратор 16 и исполнительное устройство с электроприводом 17 и стопой 18. Устройство может быть использовано дл управлени сгибанием стопы при протезировании, а также при конструировании искусственной стопы шагающих устройств. 3 ил.

Description

ел

Ч Ч

00

Фиг.1

Изобретение относитс к медицине и может быть, в частности, использовано при конструировании шагающих аппаратов и при протезировании.

Цель изобретени - повышение точности управлени координированными движени ми аппарата.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства управлени ; на фиг. 2 - формы импульсов , формируемых отдельными блоками устройства; на фиг. 3 - амплитудные характеристики интегратора.

Устройство управлени содержит датчик 1, первый ждущий мультивибратор 2, первую дифференцирующую цепь с ограничителем 3, второй ждущий мультивибратор 4, первый эмиттерный повторитель 5, генератор 6 пилообразного напр жени , третий ждущий мультивибратор 7, первый усилитель 8, вторую дифференцирующую цепь с ограничителем 9, интегрирующую цепочку 10, второй усилитель 11, второй эмиттерный повторитель 12, импульсный усилитель 13, звено второго пор дка с усилителем 14, усилитель 15 мощности, интегратор 16 в виде пропорционально-интегрирующего звена и исполнительное устройство с электроприводом 17, привод щим в движение стопу 18. Датчик 1 выполнен в виде магнита, который установлен на внутренней боковой стороне одной ноги, и катушки , установленной против магнита на другой ноге. Внутри катушки находитс сердечник из магнитного материала. Конструктивные элементы датчика 1 на чертежах не указаны.

Устройство управлени двигательным аппаратом работает следующим образом.

При движении левой ноги вперед миниатюрный магнит проходит в непосредственной близости от катушки и наводит в ее обмотке ЭДС в виде импульса 19 треугольной формы. При движении правой ноги вперед наводитс аналогична ЭДС, но в отрицательной пол рности. Только импульс положительной пол рности запускает первый ждущий мультивибратор 2, генерирующий пр моугольный импульс 20. Дифференцирующа цепь с ограничителем 3 дифференцирует этот импульс на два остроконечных импульса 21, ограничивает положительный импульс и пропускает только импульс 22 отрицательной пол рности. Этот импульс запускает второй ждущий мультивибратор 4, который генерирует импульс 23, задержанный на врем Т относительно импульса 19 дл задержки начала сгибани стопы. Проход первый эмиттерный повторитель 5, импульс 23 поступает на генератор 6 пилообразного напр жени в качестве питающего . Длительность импульса 24 пилообразного напр жени равна длительности импульса 23. Импульс 24 используетс в качестве запускающего напр жени третьего

ждущего мультивибратора 7, генерирующего частотно-модулированные импульсы 25. Одновременно импульс 24 генератора 6 пилообразного напр жени , через второй усили- тель 11 и второй эмиттерный повторитель

12поступает в качестве питающего напр жени на первый усилитель 8, с выхода которого снимаютс амплитудно-частотно- широтно-модулированные импульсы 26. Эти импульсы проход т через дифференцирующую цепочку с ограничителем 9, котора из амплитудно-частотно-широтно-модулированных импульсов 26 или показанных отдельно начальных импульсов 27 первого усилител 8 формирует треугольные импульсы 28, длительность которых пропорциональна амплитуде. Импульсы 28 после прохождени через интегрирующую цепочку 10 преобразуютс в импульсы 29, которые поступают на импульсный усилитель 13. На вход импульсного усилител 13 подаютс сигналы в виде импульсов с амплитудно- частотно-широтной модул цией вида 26. С выхода импульсного усилител 13 сигналы поступают в канал отрицательной обратной св зи, образованный звеном второго

5 пор дка 14 в виде последовательно соединенных пикового детектора, интегрирующей цепочки и регулируемого шунта (не обозначены). Посто нные времени звеньев канала отрицательной обратной св зи выбраны такими, что под действием единич0 ного импульса устройство формирует экспоненциальное напр жение,дл щеес 20 мс и затем угасающее к 300 мс. С выхода блока

13импульсные сигналы проход т через усилитель 15 мощности и поступают на интегратор 16, выполненный в виде последо5 вательно соединенных пикового детектора и пропорционально-интегрирующего звена (не обозначены). На интеграторе импульсы суммируютс и дискретные сигналы преобразовываютс в аналоговые. Напр жение

Q на интеграторе 16 зависит от амплитуды, частоты и длительности поступающих импульсов . Если в конце периода управл ющего дискретного сигнала 26 напр жение, частота и длительность импульсов имеют максимальное напр жение, а в начале пе5 риода, соответственно, минимальное напр - , жение, то сигнал на интеграторе 16 будет в точности соответствовать модулирующему сигналу. Поэтому напр жение на интеграторе 16 будет нарастать по пилообразному закону. Следовательно, сигнал на интегра0 торе 16 будет в точности соответствовать управл ющему сигналу. Тройной вид модул ции обеспечивает линейность амплитудной характеристики, показанной на графике 30. Это объ сн етс тем, что если бы на вход импульсного усилител 13 поступали бы

5

только частотно-модулированные импульсы 25, то нарастание напр жени на интеграторе 16, т.е. (o) проходило бы по

кривой ОА|Аз. Но за счет второго и третьего вида модул ции (амплитудного и широтного ) увеличение напр жени на интеграторе 16 происходит по пр мой ОА|Аг, т.е. входные импульсы U в начале периода имеют небольшую амплитуду и длительность UHUH и гшч и при суммировании не дают выпуклости, котора характерна дл экспоненты OA|A3. С выхода интегратора 16 напр жение поступает на исполнительное устройство с электроприводом 17, движени которого в точности воспроизвод т форму управл ющего сигнала. Это достигаетс комбинированным способом управлени . Так, если бы использовалс только один вид модул ции (частотный), то движени характеризовались бы нелинейными искажени ми. Искажени наиболее сильны на высоких частотах следовани импульсов, так как на этом участке (1-2) экспонента начинает заметно искривл тьс . Но за счет того, что в это врем повышаетс амплитуда и длительность входного сигнала Uex до UHaK и ,««, напр жение продолжает повышатьс и движени исполнительного устройства с электроприводом 17 будут проходить по пр мой. На низких частотах, наоборот, амплитуда входного сигнала ииич меньше, чем средн амплитуда Uv. Поэтому начальный участок не характеризуетс таким высоким напр жением . В итоге, без искажений будет воспроизводитьс форма управл ющего сигнала , а движени будут происходить с максимальным размахом.

Эффект от применени устройства управлени двигательным аппаратом состоит в том, что благодар применению в качестве управл ющего воздействи сигнала с тройным видом модул ции - амплитудно-частотно-широтным удалось расширить динамический диапазон работы двигательного аппарата, сделав размах движений отдельных звеньев конечности большим с приближением к форме сигнала управлени . Благодар охвату импульсного усилител 13 отрицательной обратной св зью в виде звена второго пор дка 14 повышаетс быстродействие устройства управлени за счет снижени посто нной времени системы. Это увеличивает скорость управлени движением . Кроме того, импульсный усилитель 13, охваченный отрицательной обратной св зью с звеном второго пор дка 14, вл етс форсирующим динамическим фазоопережаю- щим звеном, которое вл етс антиподом фазозапаздывающему звену пропорционально-интегрирующего устройства интегратрра 16. Это компенсирует запаздывание фазы и управл ющий сигнал поступает на исполнительное устройство с электроприводом 17 без фазового запаздывани . Этим достигаетс выполнение движений синхронно с управл ющим сигналом. За счет тройного вида модул ции резко повышаетс помехозащищенность всего устройства управлени , так как обща помехозащищенность равна произведению помехозащищенности отдельных видов модул ции.

Таким образом, описанное устройство управлени двигательным аппаратом обладает высокой помехозащищенностью, большим быстродействием, минимальными нелинейными искажени ми при большом амплитудном размахе движени и позвол ет осуществл ть движени синхронно с сигналом управлени без фазового запаздывани . Устройство управлени двигательным аппаратом максимально приближено к меха5 низмам управлени в живой природе. В частности, управление движением стопы осуществл етс регул торным аппаратом спинного мозга, основу которого составл ет механизм пресинаптического торможени - наиболее эффективный вид торможени в

0 центральной нервной системе. При активации чувствительных рецепторов стопы в спинной мозг поступают импульсы, модулированные по тройному закону: по амплитуде , по частоте и по длительности. Эти

5 импульсы активируют механизм пресинаптического торможени , направл ющий по центробежному нерву сигнал управлени к стопе. Нерв вл етс пропорционально-интегрирующим звеном. Така система управлени обладает большим быстродействием, повы0 шенной помехозащищенностью и позвол ет с большой точностью осуществл ть координированные движени .

Предлагаема система может быть использована дл управлени сгибанием стопы при конструировании искусственной стопы

5 шагающих устройств.

Claims

Формула изобретени

Устройство управлени двигательным

0 аппаратом, содержащее датчик, исполнительное устройство с электроприводом, два усилител , интегрирующую цепь и усилитель мощности, отличающеес тем, что, с целью повышени точности управлени координированными движени ми аппарата, в него

5 введены три ждущих мультивибратора, два эмиттерных повторител , генератор пилообразного напр жени , дифференцирующие цепь с ограничител ми, звено второго пор дка и интегратор, причем датчик, первый ждущий мультивибратор, перва дифферен0 цирующа цепь с ограничителем, второй ждущий мультивибратор, первый эмиттерный повторитель, генератор пилообразного напр жени , третий ждущий мультивибратор, первый усилитель, втора дифференцирую5 ща цепь с ограничителем, интегрирующа цепочка, импульсный усилитель, усилитель мощности, интегратор и исполнительное устройство с электроприводом соединены последовательно , а выход генератора пилообразного напр жени дополнительно соединен с вторым усилителем, который через второй эмиттерный повторителе соединен с

Л

Ь-г

Фиг. 2

первым усилителем, а выход импульсного усилител через звено второго пор дка соединен с входом импульсного усилител .

S

13

20 .21 ,21

/

23

27

./

28

29

фив.З