SU644479A1

SU644479A1 - Arrangement for controlling motion of walking apparatus extremities

Info

Publication number: SU644479A1
Application number: SU762350825A
Authority: SU
Inventors: Виктор Григорьевич Остапчук; Виктор Семенович Гурфинкель; Анатолий Юльевич Шнейдер
Original assignee: Институт Проблем Передачи Информации Ан Ссср
Priority date: 1976-04-20
Filing date: 1976-04-20
Publication date: 1979-01-30

Description

1one

Изобретение относитс к области шагающих аппаратов, способных перемещать, в частности, больных, потер вших естественную возможность передвижени . Управление таким аппаратом осуществл етс oneратором посредством минимального числа управл ющих сигналов.The invention relates to the field of walking apparatus capable of moving, in particular, patients who have lost a natural possibility of movement. The control of such apparatus is carried out by one controller by means of a minimum number of control signals.

Известно устройство управлени движени ми конечностей шагаюпдего аппарата, содержащее пульт управлени , блоки независимого управлени движ;ением суставов конечностей, блоки синхронизации и коррекции , а также блокп датчиков углового перемещени суставов и рецепции опоры 1.A device for controlling the movements of the limbs of a pacing apparatus, comprising a control panel, blocks for independent control of the movement of the joints of the extremities, blocks of synchronization and correction, as well as a block of sensors for the angular movement of the joints and the reception of the support 1, is known.

Однако известное устройство не обеспечивает как одновременное, так и независимое регулирование типа походки и скорости движени аппарата и не поддерживает заданных оператором кинематических параметров движени .However, the known device does not provide both simultaneous and independent control of the type of gait and the speed of movement of the apparatus and does not support the kinematic parameters of movement set by the operator.

Целью насто щего нзобретени вл етс одновременное и независимое регулирование типа походки и скорости движени аппарата , а также сохранение заданных кинематических параметров движени .The purpose of the present invention is to simultaneously and independently control the type of gait and the speed of movement of the apparatus, as well as to preserve the specified kinematic parameters of the movement.

Указанна цель достигаетс тем, что устройство содержит блоки торможени и возбуждени , последовательно соединенные с блоками формировани последовательностей возбуждени и торможени , выходы This goal is achieved by the fact that the device contains braking and excitation units connected in series with the formation blocks of the excitation and braking sequences, outputs

которых соединены со входами блоков независимого управлени движени ми суставов конечностей, прнчем входы блоков торможени н возбуждени соединены с блоком датчиков рецепции опоры, а блок коррекции дополнительно имеет блок пам ти, соединенный с выходом блока датчиков реценции опоры, и блок вычислени скорости двнжени в фазе переноса конечности, св занной с блоками независимого управлени двил енн ми суставов конечностей и блоком пам ти.which are connected to the inputs of the independent control of the movements of the joints of the extremities, the inputs of the braking blocks and excitations are connected to the sensor unit of the support reception, and the correction unit additionally has a memory unit connected to the output of the sensor unit of reference measurement and the unit for calculating the velocity of movement in the phase of transfer limbs associated with blocks of independent control of two joints of the limbs and a memory unit.

На фиг. I показана возможность перехода от походки «трешками до «галопа, например , дл шестиногого аппарата; на фиг. 2 - блок-схема устройства зправлени движени ми конечностей шагающего аппарата.FIG. I shows the possibility of transition from gait "treshki to" canter, for example, for a six-legged apparatus; in fig. 2 is a block diagram of a device for controlling the movements of limbs of a walking apparatus.

Устройство содержит блоки 1 независимого управлени суставайи конечностей, на входы которых поступают сигналы с блоков 2 синхронизации, на входы которых поступают , в свою очередь, сигналы с блоков 3, 4 датчиков углового положени суставов и рецепции опоры соответственно; блоки 5, 6 торможени и возбуждени , на входы которых поступают сигналы с блоков 4 датчиков рецепции опоры, а выходы соединены со входами блоков 7, 8 формировани последовательностей возбуждени и торможени , причем выходы блоков 7 и 8 соедпнены со входами блоков 1; блок 9 коррекции, состо щий из последовательно соединенных блоков 10 сравнени , блоков И пам ти и блоков 12 вычислени скорости движени в фазе нереноса, выход которого соединен со входом блоков 1, нричем вторые входы блоков 10 и 12 соединены с выходом пульта 13 управлени , соединенного также со входами блоков 1, 7 и 8.The device contains blocks 1 of independent control of the arthritis of the extremities, the inputs of which receive signals from the synchronization blocks 2, the inputs of which receive, in turn, signals from the blocks 3, 4 sensors of the angular position of the joints and support reception, respectively; blocks 5, 6 of braking and excitation, the inputs of which receive signals from blocks of 4 sensors of the support reception, and the outputs are connected to the inputs of blocks 7, 8 of the formation of excitation and braking sequences, the outputs of blocks 7 and 8 are connected to the inputs of blocks 1; correction unit 9 consisting of series-connected comparison units 10, AND blocks and memory and motion speed calculation units 12 in the non-transfer phase, the output of which is connected to the input of blocks 1, and the second inputs of blocks 10 and 12 are connected to the output of the control panel 13 connected also with inputs of blocks 1, 7 and 8.

Устройство работает следующим образом . По сигналу с пульта 13 управлени формируютс необходимые последовательности возбзждени и торможени на блоках 5, 6. Причем вид последовательностей зависит как от числа конечностей, так и от заданных типов ноходок. Например, дл шестиногого аппарата с симметрично расположенными конечност ми и основными походками типа: «поочередна , когда в каждый момент времени переноситс одна конечность, а н ть остальных движутс в фазе опоры, «галоп, когда перенос тс одновременно две симметрично расположенных конечности, а остальные на опоре, и «трешка, когда перенос тс три конечности ,-можно выбрать последовательность возбуждени вида 1-2-3-4-5-6 и торможени 6-5-4-3-2-1, где 1,..6 - номера конечностей. Причем, номера конечност м могут быть нрисвоены, например, следующим образом: конечност м правой стороны - 1, 2, 3 в направлении движени аппарата и конечност м левой - 4, 5, 6. Далее на пульте 13 унравлени выбирают значени точек переднего а+ и заднего а выносов конечностей и скорости фазы нереноса . Определ ют необходимый тип походки и соответствующее ему значение скорости фазы опоры - УО.The device works as follows. According to the signal from the control panel 13, the necessary excitation and deceleration sequences are formed on blocks 5, 6. Moreover, the type of sequences depends both on the number of limbs and on the specified types of ports. For example, for a six-legged apparatus with symmetrically located limbs and main gaits of the type: "alternately when one limb is transferred at each moment of time, and the rest are moving in the support phase," canter, when the other two are symmetrically located limbs; on the support, and “treshka”, when three limbs are transferred, it is possible to choose the sequence of excitation of the form 1-2-3-4-5-6 and inhibition 6-5-4-3-2-1, where 1, .. 6 - numbers of limbs. Moreover, the numbers of the extremities can be assigned, for example, as follows: the extremities of the right side — 1, 2, 3 in the direction of movement of the apparatus and the extremities of the left — 4, 5, 6. Next, on the control panel of the 13th control, select the values of the front points a + and posterior limb outliers and speeds of the phase of transfer. Determine the necessary type of gait and the corresponding value of the speed of the support phase - PP.

Пусть в начальный момент времени параметры выбраны таким образом, что конечности движутс в режиме походки «трешками . Измен ют на пульте 13 скорость опоры (Уо) таким образом, чтобы она соответствовала новой скорости движени при походке «галоп (момент А на фиг. 1).Let the parameters be selected at the initial moment of time in such a way that the limbs move in the gait mode by "threes." The speed of the support (Wo) is changed on the remote control 13 in such a way that it corresponds to the new movement speed when the canter is walking (moment A in Fig. 1).

В этом случае конечность 1 продолжает двигатьс в фазе переноса и, дойд до точки а+, по сигналу с блока 3 датчиков углового положени или блока 4 датчиков рецепции опоры (при достижении поверхности ) изменит свою фазу на нротивоноложную , т. е. на опору, одновременно нодава сигнал на блок 6 возбуждени . С выхода данного блока сигнал через блок 7 форми- . ровани последовательности возбуждени ноступает на блокн 1 независимого управлени (т. е. на конечность 2), перевод ее в фазу переноса. Аналогичное взаимодействие производитс и дл конечностей 3-6. При этом, в момент временн t конечность 3 сместилась дальше точки а- на величину Алз. При этом текущее значение углового положенн с блоков 3 постунает на вход блоков 10 сравнени , где сравниваетс с программным значением, поступающим с iiyjifjTa 13. И если разность значений не равна нулю (как в данном случае), то она запоминаетс в блоках 11 и поступает на вход блоков 12 вычислени скорости движени в фазе переноса, где вычисл етс необходимое значение скорости дл поддержани заданной длины шага (увеличение крутизны на ветке а, фиг. 1). По окончанииIn this case, limb 1 continues to move in the transfer phase and, having reached the point a +, according to a signal from the block 3 of the angular position sensors or the block 4 of the support reception receptors (when reaching the surface) will change its phase to the opposite, i.e. at the same time the node signal to the block 6 excitation. From the output of this block, the signal through the block 7 forms. The excitation sequence arrives at block 1 of the independent control (i.e., limb 2), transferring it to the transfer phase. A similar interaction is made for limbs 3-6. At the same time, at the moment of time t, limb 3 shifted beyond point a- by the value of Alz. At the same time, the current value of the angular position from blocks 3 is sent to the input of comparison blocks 10, where it is compared with the program value received from iiyjifjTa 13. And if the difference of values is not zero (as in this case), it is stored in blocks 11 and received the input of the moving speed calculation units 12 in the transfer phase, where the required speed value is calculated to maintain the specified step length (increase in the slope on the a branch, fig. 1). At the end

фазы переноса сигнал с блока 4 обнул ет запомненное значение блока 11.The phase of the transfer signal from block 4 zeroed the memorized value of block 11.

Одновременно сигнал с конечности 5 (с выхода блока 4) постунает на вход блока 5 торможени и через блок 8 поступает наAt the same time, the signal from limb 5 (from the output of block 4) is sent to the input of block 5 of braking and through block 8 is fed to

вход блоков 1 (на конечность 4), перевод ее в режим фазы опоры (ветвь б). Спуст два цикла, движени конечности перевод т в режим походки «галоп с программными параметрами.the input of blocks 1 (on limb 4), transfer it to the support phase mode (branch b). After two cycles, the movements of the limb are shifted to the gait mode with program parameters.

Проверка работоспособности данного устройства ноказала, что оно позвол ет однопараметрически (изменением скорости фазы опоры - УО) осуществл ть нлавное изменение тина походки, а путем изменени The performance check of this device has shown that it allows one-parameter (changing the speed of the support phase - EO) to carry out a basic change in the gait of the walk, and by changing

скоростей фаз переноса и опоры, при посто нном соотношении между ними, измен ть скорость движени аппарата при заданном типе походки. Причем, изменение типа походки производитс при поддержаНИН заданных кинематических параметров движени . Указанные, отличи обеспечивают устройству простоту и эффективность управлени со стороны онератора и позвол ют рекомендовать дл включени в системуthe speeds of the phases of transfer and support, with a constant ratio between them, change the speed of movement of the apparatus for a given type of gait. Moreover, the change in the type of gait is carried out with the support of specified kinematic parameters of motion. These differences provide the device with simplicity and efficiency of control by the operator and allow to recommend for inclusion in the system

унравлени шагаюш,им аппаратом.Stepping the device.

Claims

1. A device for controlling the movements of the limbs of the walking apparatus, containing a control panel, a block of independent control of the movement of the joints of the limbs, a block of synchronization and correction, as well as blocks of sensors for angular displacement of the joints and the reception of the support, in order to simultaneously and independently control the type of gait and the speed of movement of the apparatus, it contains blocks of braking and excitation,

sequentially connected to the formation blocks of the excitation and braking sequences, the outputs of which are connected to the inputs of the independent control units by the movements of the joints of the extremities, and the inputs of the braking and excitation units are connected to the block of the support response sensors.

2. The device of claim 1, characterized in that, in order to preserve the specified kinematic motion parameters, the correction unit additionally has a memory unit connected to the output of the onori sensor unit, and a motion speed calculation unit in the non-transfer phase of the limb,

associated with blocks of independent control of the joints of the joints of the extremities and the memory unit.

Sources of information taken into account in the examination

“Tracked a .oc

S lfff3 x ff / 7Ofluf

1. V. A. Vasenin et al. “Layout of the walking apparatus and its control system Izv. USSR Academy of Sciences Technical Cybernetics, № 6, 1974, p. 65-69.

f,