Протез предплечья с устройством обратной связи

Материалы / Биоуправляемые протезы предплечья. Протез предплечья с устройством обратной связи / 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.

Прямоугольные импульсы снова усиливаются по мощности и приводят в действие электромагнитный вибратор 13, включенный в качестве нагрузки Ц, усилителе 12. Колебания сердечника вибратора воспринимаются человеком через кожу культи, и по частоте вибрации сердечника определяется сила схвата на концах пальцев искусственной кисти. Чтобы у человека не возникала адаптация к вибрационному раздражению культи, информация о силе схвата поступает не постоянно, а через звено 10, которое ограничивает по времени вибрационное раздражение. Установлено, что промежуток времени, равный 1,5—3 с, достаточен для распознавания величины силы схвата.