Технические
науки / 6.Электротехника и радиоэлектроника
к.т.н.
Чернышев В.П., к.т.н. Высоцкая Е.В., Чернышев А.А.,
н.с. Порван А.П., Чернышев С.А.
Харьковский национальный университет
радиоэлектроники, Украина
Протез предплечья на расщепленную
культю
Утрата верхней конечности лишает больного широких функциональных
возможностей, столь необходимых для трудовых процессов и повседневных трудовых
действий. Поэтому обеспечение условий для компенсации утраченных больным
функций является важной социальной задачей протезирования.
Для повышения функциональности культи предплечья, хирург Крукенберг предложил операцию расщепление, в результате которой формировались две бранши: локтевая и лучевая. Используя физиологические особенность функционирования бранш расщепленной культи, были разработаны различные протезы на расщепленную культю [1-4].
В настоящее время широкое применение в практике протезирования нашли различные протезы предплечья и плеча с биоэлектрическим управлением, но для людей с расщепленной культей, такой протез не подходит. Для таких инвалидов нами был разработан протез, в системе управления которого в качестве датчиков управления применены оптронные пары.
На рисунке 1 представлен общий вид
предлагаемого протеза.
Рисунок 1 – Протез предплечья на расщепленную культю
На рисунке 2 представлена функциональная схема системы управления предложенным протезом.
Рисунок 2 – Функциональная схема системы управления протезом предплечья на расщепленную культю
Протез содержит искусственную кисть 1 с
электроприводом 2 схвата-раскрытия пальцев 3 и рычажной системой 4,
присоединенную к гильзе 5 предплечья, связанную с приемной гильзой 6, в которой
размещена локтевая бранша 7. В гильзе 5 предплечья закреплен кронштейн 8, на
котором посредством втулки 9 шарнирно установлен рычаг 10 25 лучевой бранши 11 с элементом ее захвата
в виде кольца 12, а также размещена система 13 управления, состоящая из
датчиков схвата и раскрытия пальцев 3, выполненных в виде одноименных
оптронов 14 и 15, например, типа АОД111А с отражающими пластинами 16 и 17,
закрепленными на рычаге 10 против оптронов 14 и 15, зафиксированных внутри
гильзы предплечья 5 на стойке 18. В систему 13 управления также входят
последовательно присоединенные к управляющим элементам 19-и 20 оптронов 14 и
15 через делители 21 и 22 балансный усилитель 23, выходы которого через
соответствующие импульсные преобразователи 24 и 25, выполненные в виде
мультивибраторов, соединены с входами мостового усилителя 26 мощности,
в диагональ которого включен электропривод 2 схвата-раскрытия пальцев 3
искусственной кисти 1.
Питание системы 13 управления и электропривода 2 осуществляется от источника 27 питания через кабель 28 и микропереключатели схвата 29 к раскрытия 30, подключенные к шинам питания (не показаны) оптронов 14 и 15, соответственно. Контакты 31 и 32 микропереключателей 29 и 30, закрепленных внутри гильзы 5 предплечья посредством элементов 33 фиксации, соединены с пружиной 34, закрепленной на рычаге 10. отражающие пластины 16 и 17 перемещаются относительно оптронов 14 и 15 движением рычага 10 с кольцом 12 с помощью лучевой бранши 11, подвижной относительно локтевой бранши 7, зафиксированной ложементом 35 в приемной гильзе 6, являющейся продолжением гильзы 5 предплечья.
Протез работает следующим образом: при включении источника питания 27 вся система 13 управления остается отключенной, рычаг 10 находится в среднем нейтральном положении. При нажатии лучевой бранши 11, входящей в кольцо 12, на рычаг 10 последний поворачивается по втулке 9 и пружиной 34 включается один из микропереключателей 29 и 30, при этом запитывается один из оптронов 14 или 15 и система 13 управления. Отражающая пластина 16 или 17 перемещается в сторону включенного соответственно оптрона 14 или 15 и изменяет его внутреннее сопротивление. Полученный изменяющийся сигнал передается на вход балансного усилителя 23, а затем – на электропривод 2 схвата - раскрытия пальцев 3 искусственной кисти 1, приводя ее пальцы 3 в движение. Рычажный механизм 4 искусственной кисти 1 реализует схват или раскрытие пальцев 3. При дальнейшем перемещении рычага 10 отражающая пластина 16 или 17 приближается к окну соответствующего оптрону 14 или 15, сигнал увеличивается и скорость перемещения пальцев 3 искусственной кисти 1 возрастает. При возвращении рычага 10 в исходное положение, а с ним и соответствующей отражающей пластины 16 или 17,движение пальцев 3 прекращается. Один из работавших микропереключателей 29 и 30 отключает питание системы 13 управления и соответственно электропривода 2 искусственной кисти 1. при движении лучевой бранши 11 в другом направлении пружиной 34 рычага 10 включается другой переключатель 29 или 30 и оптрон 14 или 15. система 13 управления обрабатывает сигнал, управляющий противоположным движением пальцев 3 со скоростью, пропорциональной перемещению соответствующей отражающей пластины 16 или 17. После выполнения движения и возврата рычага 10 в исходное положение, включающий микропереключатель 29 или 30 отключает источник 27 питания. Система управления 13 позволяет осуществить одну пару движений с пропорциональным управлением скоростью их выполнения.
Описанный протез
позволяет инвалиду, используя приобретенные навыки движения лучевой 11 и локтевой 7 бранши расщепленной культи
предплечья 36, производить пропорциональное бесконтактное управление движениями
схвата и раскрытия искусственной кисти
1 и за счет повышения точности этого
управления, обусловленной приложением минимальных управляющих усилий лучевой
бранши 11 значительно уменьшаются компенсаторные движения. При этом также
исключается влияние внешних электромагнитных полей на управляющий сигнал, а
значит, устраняются искажения сигнала и возможные ошибки в выполнении движений
протезом, что повышает надежность его работы. Отключение питания после
выполнения движений позволяет уменьшить общее энергопотребление протеза, не
ухудшая его характеристик.
Таким образом, предложенный протез исключает компенсаторные движения путем уменьшения усилия и повышения точности отработки бесконтактных управляющих движений лучевой бранши.
Литература:
1. А.с.№ 1724210, Чернышев В.П., Зарубный С.С., Богдан А.В.. Протез предплечья на культю по Крукенбергу. SU 1724210 A1/А61 F2/56.- Выд. 07.04.92, бюл. №13.- 4с
2. А.с. № 1724209, Чернышев В.П., Зарудный С.С., Богдан А.В., Черняковскиий В.Л. Протез предплечья на расщепленную культю. SU 1724209 A1/ A61F2/56. – Выд. 07.04.91, бюл. №13. – 5 c.
3. А.с. № 1627172, Чернышев В.П., Яровой Е.А., Зарудный С.С. Протез верхней конечности. SU 1627172 A1/ A61F2/56. – Выд. 15.02.91, бюл. №6. – 4 c
4. Основы протезирования: науч. пособие / Г.В. Красюк, М.Т. Кавалько, В.П. Чернышев, В.В. Семенец и др. – Харьков: ХТУРЭ, 2000. – 330 с.
ІI Международной научно-практической конференции
«Наука и образование – 2010/2011»
Срок подачи: 25.12.2010
Сроки проведения: 27.12.2010 – 05.01.2011
Место издания: Publishing House “Education and Science” s.r.o. (Чехия, Прага)
Оргкомитет планирует размещать доклады на Web-странице по адресу:
Факс: 8 (056) 234 29 61, 35 78 19, (056)370 13 13 (Украина)
Устименко Екатерина Владимировна, info@rusnauka.com