Биоуправляемые протезы предплечья. Протез предплечья с устройством обратной связи

Такое крепление освобождает от дополнительных устройств для удержания протеза на культе. По-видимому, неспадающей гильзе из-за ее преимуществ следует отдавать предпочтение при изготовлении протезов предплечья, так как опыт показывает, что она успешно может быть использована в большинстве случаев протезирования.

Механизм пассивной ротации кисти служит дли подвижного и разъемного соединения к

исти с гильзой предплечья и позволяет пассивно устанавливать в нужном положении кисть при пользовании протезом. Механизм состоит из двух пластмассовых колец, одно из которых имеет углубления, распределенные неравномерно по внутреннему краю, и соединяется с гильзой предплечья. Другое кольцо имеет выступы по наружному краю, точно соответствующие углублениям в первом кольце, и соединяется с корпусом кисти.

Рис 4. Блок-схема управления протезом.

При соединении гильзы с кистью кольцо с выступами заводится в кольцо с углублениями и поворачивается в нем на пол-оборота. Благодаря неравномерности расположения по окружности колец выступов н углублении, кисть прочно и в то же время подвижно с неко­торым трением соединяется с гильзой предплечья, позволяя осуществлять пассивные пронацию и супинацию кисти.

Усилители напряжения 3 (см. рис. 1), усилитель мощности 8, стабилизатор питания с электродом «Масса» 5 образуют двухканальную электронную систему управления. Система управления предназначена для усиления мощности биоэлектрических потен­циалов, отводимых мышц культи поверхностными электродами, соединенными со входами системы. Управление протезом поясняется блок-схемой (рис. 4). При напряжении (сокращении) одной из групп мышц культи предплечья биоэлектрический сигнал с этих мышц отводится одной из пар электродов 1 токоотводящего устройства и подается на вход одного из каналов системы управления. Сигнал в усилителе напряжения 2 усиливается по амплитуде. Усиленный сигнал вы­прямляется и сглаживается в активном детекторе 3, а затем усиливается по току в усилителе мощности 4. Таким образом, при сокращении управляющих мышц, т. с. при подаче на вход усилителя биоэлектрического сигнала определенной амплитуды выходное реле 5 в нагрузке усилителя мощности 4 данного канала срабатывает и подключает через своп контакты электродвигатель б привода кисти к источнику питания. Пальцы кисти, связанные с приводом, совершают при этом движение, например, сгибание. Прекращение подачи сигнала, т. е. расслабление управляющих мышц, вызывает остановку и фиксацию пальцев в данном положении. Подача биоэлектрического сигнала на вход второго канала усилителя, т. е. сокращение мышцы-антагониста, вызывает соответственно срабатывание выходного реле этого канала, и электродвигатель привода кисти подключается к источнику питания в противоположной полярности, что обусловливает вращение вала в противоположном направлении, следовательно, пальцы кисти в этом случае будут разгибаться.

Таким образом, подавая попеременно на входы каналов системы управления био­электрические сигналы величиной выше порога срабатывания, можно управлять движением пальцев кисти протеза в ключевом режиме, т.е. по принципу включено-выключено. Блок питания представляет собой батарею из 10 последовательно соединенных аккумуляторов типа ЦНК-0,45. Номинальное напряжение батареи составляет 12,5 В. Блок питания соединяется с усилителем биопотенциалов посредством гибкого кабеля и электрического двухштыревого разъема и при ношении протеза размещается в карманах одежды или на поясе инвалида.

Косметическая оболочка (перчатка) на кисть изготовляется в основном из вспененного поливинилхлорида по специальным формам. Масса протеза (без усилится и блока питания) составляет в среднем 0,8-0,9 кг, масса усилителя —0,12 кг , масса блока питания —0,32 кг; габаритные размеры—138x78x18 мм. Сила схвата на концах пальцев искусственной кисти — не менее 20 Н.

Протез предплечья с устройством обратной связи

Протез предназначен для больных после ампутации предплечья на уровне, не превышающем 6 см от локтевого сустава. Укорочение предплечья должно быть не менее 7,5 см по сравнению с нормой. Таким образом, протез может быть назначен больным с культей предплечья на уровне средней трети.

Особенностью данной конструкции протеза является возможность управления скоростью перемещения пальцев искусственной кисти и величиной силы схвата. Управление скоростью перемещении н силой схвата осуществляется изменением амплитуды биоэлектрического сигнала, подаваемого па вход системы управлении, т. с. изменением степени сокращении (напряжения) управляющих мышц культи. Скорость перемещения пальцев кисти находится в прямой зависимости от степени напряжения мышц культи, а сила схвата — от времени подачи (продолжительности) управляющего сигнала на вход системы управления. Протез состоит из следующих основных узлов: кисти 9 (рис. 5) с электромеханическим приводом, усилителя мощности с преобразователем и узлом обратной связи 8, электромагнитного вибратора 7, гильзы предплечья б, электрода «Масса» 5, усилителей напряжения 4, распределительной коробки 3, соединительного кабеля 2, блока питания 1, датчика давления 10. Принцип действия протеза с устройством обратной связи существенно отличается от принципа действия описанных ранее протезов, в которых система управления работает в ключевом режиме. Управление протезом может быть пояснено с помощью блок-схемы (рис. 6). Биоэлектрические сигналы отводятся с помощью поверхностных электродов 1 с мышц культи, предварительно усиливаются по амплитуде в усилителях 2 напряжения, детектируются и усиливаются по току в интеграторах 3, затем преобразовываются частотно-импульсным преобразователем 4 в последовательность прямоугольных импульсов, изменяющихся по длительности и частоте пропорционально амплитуде отводимого с мышц управляющего сигнала. Далее преобразованный сигнал поступает в усилитель мощности 5, в нагрузке которого через коммутаторы б включен электродвигатель привода кисти 7. При сокращении управляющей мышцы, например сгибателей кисти, биоэлектрический сигнал через усилитель 2 и интегратор 3 одного из каналов вызывает первоначально срабатывание коммутатора б в данном канале системы, в результате чего электродвигатель 7 привода подключается к усилителю мощности 5, а затем срабатывает преобразователь 4 и через усилитель мощности сигнал вызывает сгибание пальцев искусственной кисти.

Рис. 5 Протез предплечья с блоком обратной связи.

Рис. 6. Блок-схема управления протезом с устройством обратной связи.

Аналогично работает и второй канал, управляющий разгибанием пальцев кисти от мышц-разгибателей. Плавно изменяя амплитуду сигнала с мышцы, можно плавно изменять скорость движения пальцев кисти. Система обратной связи состоит из датчика давления 8, расположенного в 1 пальце кисти, усилителя 9, усиливающего сигналы датчика давления, звена 10, ограничивающего время работы преобразователя 11, преобразующего непрерывный сигнал датчика в импульсные дискретные сигналы, усилителя мощности 12 и электромагнитного вибратора 13, сердечник которого при надетом протезе касается кожи культи. При схвате предмет воздействует на датчик, который изменяет свое электрическое сопротивление при сдавливании и воздействует в свою очередь па преобразователь 11, генерирующий прямоугольные импульсы, частота следования которых прямо пропорциональна силе, действующей па датчик.

 Скачать реферат