Протез предплечья с биоэлектрическим управлением двумя функциями. Биоуправляемые протезы плеча

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ на тему:

«Протез предплечья с биоэлектрическим управлением двумя функциями. Биоуправляемые протезы плеча »

МИНСК, 2008

Основные характеристики протеза с устройством обратной связи

Порог срабатывания системы управления движениями пальцев кисти 20—30 при нормальных климатических условиях на частоте входного сигнала 100 Гц, мкВ.

Скорость свободного перемещения пальцев кисти изменяется плавно при — плавном изменении величины управляющего сигнала

Пределы регулирования силы схвата - 30Н.

Минимальная величина изменения силы схвата 1 -1,5Н.

Время достижения силы схвата до величины 30 Н, не более 3 с.

Минимальная частота вибрации, соответствующая минимальной силе 2—3 схвата, Гц

Максимальная частота вибрации, соответствующая максимальной силе 40—50 схвата, Гц

Время работы вибратора после прекращения подачи управляющего сигнала, с 1,5—3 Время непрерывной работы протеза при условии, что число циклов сгибания-разгибания пальцев кисти не превышает 500 в день, за один цикл заряда-разряда блока питания, не менее 8 ч.

Потребляемый ток в покое, не более 22 мА.

Напряжение источника питания 12,5 В.

Протез предплечья с биоэлектрическим управлением двумя функциями

Вопрос о биоэлектрическом управлении двумя функциями протеза — сгибанием и разгибанием пальцев искусственной кисти и пронацией и супинацией гильзы предплечья (кисти) может быть решен различными способами. Один способ заключается в создании четырехканальной системы управления, в которой каждый канал обеспечивает независимое управление одним из указанных выше четырех движений двух механизмов (кисти и ротации гильзы предплечья) от четырех мышц культи предплечья. Это может быть сделано простым повторением обычной двухканальной системы управления одной функцией. Достоинствами такой системы являются относительная простота построения схемы и возможность одновременного и независимого управления двумя движениями в различных сочетаниях: сгибание пальцев с одновременной пронацией гильзы предплечья, сгибание пальцев с супинацией гильзы предплечья и т. д. Кроме того, такая система более полно соответствует управлению конечностью в норме. Однако эта система обладает рядом существенных недостатков, снижающих перспективность ее широкого практического применения. Основными из них являются трудность получения четырех независимых сигналов с мышц культи при большом разнообразии травм, и характера ампутации, существенное увеличение габаритных размеров, массы и стоимости системы управления.

Другой способ заключается в последовательном управлении четырьмя движениями исполнительных механизмов от биоэлектрических сигналов двух групп мышц культи — сгибателем и разгибателей кисти, как это имеет место в протезах с одной управляемой функцией. Достоинствами такого способа являются небольшие габаритные размеры и масса системы управления, относительная простота управления, достаточная надежность работы всей системы управления, возможность использования ограниченного числа мышц для управления несколькими движениями, простота тренировки мышц на раздельную и комбинационную посылку управляющих сигналов. Недостаток этого способа — невозможность выполнения одновременно двух движений. Суть способа последовательного управлении состоит в том, что система управления при определенных условиях подключается либо к приводу искусственной кисти, либо к приводу механизма ротации.

Переключение системы производится произвольно, по желанию больного. В общем случае подобная система управления может быть представлена блок-схемой (рис. 1).

Двухканальная система управления состоит из токосъемного устройства 1, предварительных усилителей 2, преобразователей 3, оконечных усилителей 4 с нагрузкой в виде реле 5, как это имеет место в системах релейного управления для протезов с одной управляемой функцией, описанных ранее. Здесь вводится лишь одно новое звено — переключающее устройство б, имеющее в нагрузке реле РЗ, с помощью которого система может быть соединена с одним из двух электродвигателей Ml или М2 приводов кисти или механизма ротации соответственно. В исходном состоянии система управления соединена, например, с приводом кисти и управление осуществляется так же, как и в протезах с одной функцией: сигналы с мышц-сгибателей кисти управляют сгибанием, а с мышц-разгибателей — разгибанием пальцев искусственной кисти. При подаче кратковременного и резкого сигнала с управляющей мышцы срабатывает переключающее устройство б и к системе управления через контакты реле РЗ подключается электродвигатель М2 привода ротации гильзы предплечья. Управление электродвигателем М2 осуществляется так же, как и двигателем Ml , от тех же управляющих мышц, по более медленным сокращением их, чем при переключении, причем полярность включения двигателя М2 выбирают такой, чтобы мышцы-сгибатели управляли пронацией, а мышцы-разгибатели—супинацией гильзы предплечья. Переключение системы снова на управление искусственной кистью производится повторной посылкой кратковременного резкого сигнала с управляющей мышцы, в результате чего переключающее устройство возвращается в исходное состояние, т. е. контакты реле РЗ подключают к системе управления электродвигатель <