Протез плеча с тремя управляемыми функциями. Ортопедический аппарат на верхнюю конечность (стр. 2 из 2)

Подача па вход Вх2 системы управления быстро нарастающего кратковременного сигнала с трицепса вызывает срабатывание переключающего устройства 7 и включенного в его нагрузку реле Р4. Через контакты реле Р4 в этом случае к системе управления подключается электродвигатель МЗ привода ротации предплечья. Относительно медленно нарастающими сигналами поочередно с бицепса и трицепса можно управлять движениями пронации и супинации предплечья. Повторная подача переключающего сигнала с трицепса возвращает переключающее устройство 7 и реле Р4 в исходное состояние, в результате чего к системе управления снова подключается электродвигатель M1 привода кисти.

Если необходимо перейти на управление приводом ротации, а система управления переключена на привод локтя, т. е. сработало переключающее устройство 6, то надо подать с трицепса быстро нарастающий сигнал на вход Вх2 системы управления. В этом случае срабатывает переключающее устройство 7, которое через контакты реле Р4 присоединяет к системе управления электродвигатель МЗ привода ротации кисти. Переключающий сигнал с бицепса возвращает систему управления на электродвигатель М2 привода локтя. Таким образом, быстро нарастающими по величине сигналами с управляющих мышц можно подключать к системе управления один из трех электродвигателей приводом кисти, локтевого механизма и механизма ротации гильзы предплечья по максимально простому и экономичному коду, не требующему сколько-нибудь значительной психологической нагрузки от человека.

В качестве блока питания в данном протезе может быть использована батарея аккумуляторов ЮЦНК-0,45, как и в других протезах верхних конечностей с электроприводами.

Основные характеристики протеза: масса, кг, не более 2.

Сила схвата на концах пальцев кисти, Н 20 Угол сгибания и разгибания в локтевомшарнире, град 125. Максимальный момент, развиваемый приводом локтевого механизма, Н-см 640

Данный протез может быть оснащен и биоэлектрической системой пропорционального управления, как и в протезах предплечья. Схема последовательного управления с использованием переключающего устройства остается прежней.

Ортопедический аппарат на верхнюю конечность

Аппарат предназначен для снабжения инвалидов с вялым параличом верхней конечности при отсутствии активного сгибания и разгибания пальцев кисти и локтевого сустава. Конструкция аппарата состоит из следующих основных частей: кистедержателя 1 (рис. 5) с электромеханическим приводом б, гильзы предплечья 2, гильзы плеча 10, электромеханического привода 5 локтевого шарнира 3 с замком, наплечника 11, крепления 4, токосъемного устройства 9, системы управления 7, двух источников питания 8.

Кистедержатель состоит из рычагов 2 и 5 (рис. 6), соответствующих I, II и III пальцам; планки 3 и шины 4. Элементы 2, 3, 4 и 5 образуют механизм антипараллелограмма, неподвижным основанием которого является опорная шина 4. На рычагах 2 н 5 укреплены полукольца 1, охватывающие фаланги пальцев. К рычагам и опорной шине кистедержателя кнопками прикреплены ремешки, фиксирующие кисть и пальцы в кистсдержателе. Шарниры рычагов расположены соосно с суставами I, II и III пальцев по принципу кинематического подобия.

Электромеханический привод кистедержателя такой же, как в протезах кистей. Ползун редуктора привода с помощью тяги шарнирно соединен с рычажной системой кистедержателя. Гильзы предплечья и плеча шарнирно соединены между собой механизмом локтя с замком в виде зубчатого сектора и защелки. На гильзе плеча установлен электромеханический привод локтя, состоящий из трех ступеней зубчатых колес и выходной винтовой пары. Ползун винтовой пары шарнирно соединен тягой с гильзой предплечья. При выключенном замке механизма локтевого шарнира привод позволяет осуществлять активное сгибание и разгибание в локтевом суставе. Электронная система управления, как и в протезах с биоэлектрическим управлением, состоит из токоотводящих электродов, усилителя, преобразователя биоэлектрических сигналов, отводимых с паретичных мышц, и источника питания.

Биоэлектрические сигналы паретичных мышц отличаются от сигналов усеченных в результате ампутации мышц и от сигналов мышц в норме. Если биоэлектрические сигналы с усеченных или нормальных мышц имеют непрерывный характер, то сигналы паретичных мышц носят явно выраженный импульсный характер, причем чем выше степень пареза, тем отчетливее он проявляется.

Рис. 5. Ортопедический аппарат на верхнюю конечность с биоэлектрическим управлением.

Рис. 6. Кистедержатель.

Рис. 7. Блок-схема системы биоэлектрического управления ортопедическим аппаратом.

Зависимость параметров биоэлектрического сигнала паретичных мышц от степени напряжения (сокращения) последних сложна. При небольших напряжениях мышц растет сначала амплитуда, а затем с увеличением напряжения растет частота следования их при относительно постоянной амплитуде.

В связи с этим для управления механизмами аппарата выбран частотный способ биоэлектрического управления. Соответственно этому и строится система управления. Отводимый с мышц сигнал поверхностными электродами 1 (рис. 7) усиливается по амплитуде в усилителе напряжения 2 и поступает в блок частотного выделения информации 3. Если амплитуда импульсов биоэлектрического сигнала превышает порог срабатывания, блок 3 отвечает прямоугольными импульсами определенной амплитуды и длительности. Далее эти импульсы сглаживаются фильтром 4 и усиливаются по мощности в усилителе 5, в нагрузку которого включено реле. Порог срабатывания этого реле определяется числом импульсов в единицу времени, вызывающих срабатывание блока 3.

При срабатывании реле электродвигатель привода подключается к источнику питания. Срабатывание реле во втором канале обеспечивает подключение этого же двигателя к источнику питания в противоположной полярности. Таким образом, двухканальное управление обеспечивает реверсивную работу исполнительного механизма. При подаче сигнала на входы обоих каналов системы управления одновременно срабатывает переключающее устройство 6 и переключает систему управления на другой электродвигатель, как это имеет место и в протезах с двумя управляемыми функциями. Для перехода с управления локтевым механизмом на управление кистедержателем необходимо снова подать на входы системы управления одновременно сигналы с обеих управляющих мышц. В этом случае переключающее устройство снова переключится, но уже в исходное состояние, и реле РЗ возвратится также в исходное положение, а его контакты отключат от системы управления электродвигатель М2 и присоединят к ней электродвигатель Ml.

Питание системы управления, включая и электродвигатели приводов, осуществляется от двух источников. Электронная часть, т. е. усилительные каналы и переключающее устройство питаются от одной батареи аккумуляторов, а электродвигатели Mlи М2 вместе с реле Р1 и Р2 от другой батареи пли от сетевого источника питания. Сетевой источник питания представляет собой обычный двухполупериодный выпрямитель с П- образным индуктивно-емкостным сглаживающим фильтром, питающийся от электроосветительной сети через понижающий трансформатор. Снабжение системы управления двумя источниками питания нацелено на то, чтобы обеспечить дневной расход электроэнергии при пользовании аппаратом в бытовых или производственных условиях.

Основные технические характеристики аппарата

Масса без узла управления и источников питания, не более 1,5 кг

Масса груза, поднимаемого при сгибании в локте, не менее 0,5 кг

Сила схвата, развиваемая кистедержателем, не менее 5 Н

Номинальное напряжение аккумуляторной батареи, не более 15,5 В.

Номинальное напряжение сетевого источника питания 12В.

ЛИТЕРАТУРА

1. Белова А.Н. Нейрореабилитация .-М. Антидор, 2000 г. – 568с.

2. Прикладная лазерная медицина. Под ред. Х.П. Берлиена, Г.И. Мюллера.- М.: Интерэкспорт, 2007г.

3. Александровский А.А. Компьютеризованная кардиология. Саранск; "Красный Октябрь" 2005: 197.

4. Разработка и постановка медицинских изделий на производство. Государственный стандарт Республики БеларусьСТБ 1019-2000.

5. Штарк М.Б., Скок А.Б. Применение электроэнцефалографического биоуправления в клинической практике. М. - 2004 г

6. Боголюбов В.М., Пономаренко Г.Н. Общая физиотерапия. М.,СПб.: СЛП, 2008.

7. Ультрафиолетовое излучение в профилактике инфекционных заболеваний./ А.Л. Вассерман, М.Г. Шандала, В. Г.Юзбашев. М. 2003г.