Биоуправляемые протезы предплечья. Протез предплечья с устройством обратной связи

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ на тему:

«Биоуправляемые протезы предплечья. Протез предплечья с устройством обратной связи »

МИНСК, 2008

Наряду с проблемой создания высокоэффективных приводных устройств и изыскания соответствующих источников питания, удовлетворяющих современным требованиям по габаритам и энергоемкости, весьма важной является и проблема управления такими протезами. Управление протезами может осуществляться посредством электрических контактов (пли бесконтактных электронных устройств). В этих случаях инвалид осуществляет только управление, а силовые функции выполняют приводные устройства за счет внешнего источника энергии.

С физиологической точки зрения целесообразнее использовать управление, наиболее близкое к естественному. Наиболее физиологичным является биоэлектрическое управление, при котором управляющим сигналом служат электрические потенциалы, возникающие при сокращении мышц. Всякое сокращение (напряжение) скелетных мышц сопровождается появлением в них электрической активности. Интенсивность этой активности тем выше, чем сильнее сокращение мышцы. Биоэлектрические потенциалы мышц могут быть зарегистрированы с помощью электродов, вводимых внутрь мышцы или под кожу, или с помощью поверхностных электродов, накладываемых на кожу над соответствующими мышцами. В последнем случае регистрируются суммарные потенциалы многих мышечных волокон. При поверхностном отведении биоэлектрических потенциалов электромиограмма представляет собой сложный по амплитудному и частотному спектрам переменный электрический сигнал. Установлено, что в зависимости от степени сокращения мышц амплитуды биоэлектрических сигналов могут изменяться от нескольких микровольт до нескольких милливольт, а полоса частот составляет несколько сотен герц. Установлено также, что для управления протезами практически достаточными являются амплитуды биоэлектрического сигнала от 20— 30 мкВ и выше, а рабочий диапазон частот—100—400 Гц.Мощность биоэлектрического сигнала весьма мала, поэтому для практического использования ее необходимо усиливать. Для этого используются электронные усилители_, с помощью которых уровень биоэлектрического сигнала с мышц повышается до необходимой величины и преобразовывается в форму, пригодную для управления исполнительными органами протеза.Таким образом, биоэлектрическая система управления включает в себя токоотводящее (токосъемное) устройство, предварительный усилитель, преобразователь, оконечный усилитель, исполнительное устройство и источник питания.

В протезах с миотоническим управлением сгибанием и разгибанием пальцев искусственной кисти используется эффект увеличения периметра культи при сокращении ее мышц. При сокращении мышцы культи надавливают па специальный датчик, сигнал с которого через электронную систему управляет движением пальцев искусственной кисти, ротацией кисти.

В настоящее время серийно выпускаются различные конструкции протезов верхних конечностей с внешними источниками энергии. Это протезы предплечья и плеча, оснащенные электромеханическими приводами, с биоэлектрическим, электроконтактным и миотоническим видами управления; протезы плеча с электромеханическим приводом кисти, управляемым с помощью биопотенциалов мыши культи плеча, и тяговым управлением локтевым шарниром.

Биоуправляемые протезы предплечья

В практике протезно-ортопедической помощи больным после ампутации на уровне предплечья применяются следующие разновидности протезов с внешними источниками энергии: протезы с биоэлектрическим управлением и протезы с миотоническим управлением. Разработаны также протезы с биоэлектрической релейной и пропорциональной системами управления и устройством обратной связи по силе схвати, а также с биоэлектрическим управлением двумя функциями.

Протез предплечья со встроенной системой биоэлектрического управления. Протез предназначен для снабжения больных после ампутации на уровне предплечья не выше 6 см от локтевого сустава, с укорочением культи не менее 6 см по сравнению со здоровым предплечьем.

Протез состоит из следующих основных частей: кисти 9 (рис. 1 ) с электромеханическим приводом, гильзы предплечья 6, механизма пассивной ротации кисти 7, усилителей напряжения с токосъемным устройством 3, усилителя мощности 8. стабилизатора питания с электродом «Масса» 5, блока питания /, крепления протеза 4, косметической оболочки 2.

Кисть с электромеханическим приводом состоит из пластмассового корпуса 5 (рис. 2 ),. подвижных блоков II —IV пальцев 2 и

Рис.1 Протез предплечья со встроенной системой биоэлектрическогоуправления.

Рис. 2. Кисть с электромеханическим приводом.

I пальца, микроэлектродвигателя 9 с редуктором 8, системы рычагов 4, соединяющихползун винтовой пары 6 редуктора с пальцами кисти. Пальцы кисти вращаются вокругосей 7 и 3. При изменении направления вращении якоря электродвигателя движениепальцев кисти меняется на противоположное, так что, управляя вращением якоря, можновыполнять сгибание и разгибание пальцев.Изменение направления вращения якоря в данной конструкции осуществляется путем.Изменения полярности подводимого к электродвигателю напряжения от источника питания.

Привод механизма состоит из электродвигателя 1 (рис. 3), эластичной муфты 2,