SE448813B - Elmotordriven protes, speciellt handprotes - Google Patents

Description

448 813 krökta banan för muttern 18 kring pivotmonteringen 24 för tumelementet 4.

När elmotorn l energimatas för att rotera axeln 2 i en riktning, som driver muttern 18 mot motorn, förflyttas finger- och tumdrivande hävarmarna 20, 22 kring sina pi- votpunkter 24 och 25 och âvägabringar därvid en slutnings- rörelse hos fingrar och tumme. Det är underförstått att de fingermanövrerande hävarmarna 22 vrides av lagren l9, som tjänar som drivtappar.

Handen öppnas genom att omkasta elmotorns rotationsrikt- ning. som yfisas j_ fig¿ 2A,2B är handens och drívenhetens arbetande delar belägna mellan de två chassisidoplattorna 26, som är fästade vid förskjutna lägen på en handledsplatta 27.

Finger- och tumpivotmonteringarna 24, 25 hålles på plats av huvudförsedda skruvar 28.

Drivenheten vrides kring pivottappen 23, varvid denna tapp 23 innefattar spindellager monterade på var och en av chassisidoplattorna. Spindellagren sträcker sig in i två integrala urborrningar i drivenheten.

Kontrollkretsen visad i bifogade fig. 3 har utvecklats sär- skilt för att åstadkomma kontinuerlig, variabel hastighets- kontroll för protesen driven av en elmotor enligt fig. l - 2, men det är underförstått att systemet och delarna därav kán användas, eventuellt med modifikationer, för många and- ra användningsområden. Kretsen är anordnad för att reglera det aktuella läget hos gripelementen 4 och 5.

Kretsen arbetar enligt principen för “sluten slinga", var- vid ett personellt manövrerbart omvandlar- eller transduk- tororgan kan varieras eller inställas för att välja önskat l0 l5 20 25 30 35 448 813 "läge" hos den mekaniska handen, d.v.s. välja det önskade avståndet mellan den mekaniska handens gripelement. Ett andra transduktororgan (eller feedback-transduktororgan) avkänner handens verkliga läge, och detta transduktor- organ varieras automatiskt allteftersom handen "rör sig", d.v.s. när gripelementen närmar sig varandra eller av- lägsnar sig från varandra. Handen rör sig sålunda till dess att den uppnår det avsedda läget. Transduktororganen är vanligen separata transduktorer men kan bilda två de- lar av en enda transduktor.

Kretsen inkluderar såsom transduktororgan två induktans- spolar Ll och L2 båda uppvisande variabel induktans. De kan innefatta ferro- eller ferritkärnor, som är rörliga inuti ledningar. Induktansspolens Ll induktans kan varieras personligen av den mekaniska handens användare för att väl- ja ett önskat läge för handen, samtidigt som induktansen för induktansspolen L2 varierar automatiskt allteftersom handen förflyttas, varvid det föreligger en mekanisk led mellan den handmanövrerande motorn M och induktansspolen.

För varje läge hos den mekaniska handen finnes sålunda ett motsvarande unikt värde för induktansspolens L2 induktans.

Induktansspolarna Ll och Lz är seriekopplade med varandra i en resonanskrets inkluderande en fastlagd kapacitans så att genom att variera den totala induktansen av de tvâ in- duktansspolarna, så ändras frekvensen hos denna resonans- krets. Resonanskretsens kondensator visas icke, men är in- förlivad med en oscillatorkrets 100. Genom att följaktligen personligen variera induktansen hos induktansspolen Ll så modulerar arbetsfrekvensen uttaget från oscillatorkretsen 100, varvid en reduktion av induktansspolens Ll induktans ökar utgångsfrekvensen från oscillatorkretsen och vice versa. Uttaget från oscillatorn 100 matas vid ledningen 101 till en demodulator 102 (som nedan beskrives mer i de- talj) i vilken signalen demoduleras för att alstra en ut- gångsspänning, som är representativ för summan av induk- 10 20 25 30 448 813 tansspolarnas Ll och L2 induktanser.

Denna utgångsspänning från demodulatorn matas via en led- ning 103 till en likströmsförstärkare 104, som jämför spän- ningsuttaget från demodulatorn 102 med en referensspän- ning matad till förstärkaren 104 via en ledning 105. Om induktansen från induktansspolarna Ll och L2 är lika med ett visst, förutbestämt värde, så blir utgångsspänningen från demodulatorn på ledningen 103 lika med referensspän- ningen på ledningen 105, vilket resulterar i att icke nå- got uttag sker från förstärkaren 104. Summorna av induk- tanserna kommer att vara lika med detta förutbestämda vär- de när de valda lägena för handen är desamma som de verkli- ga. Om emellertid suman av induktanserna är högre eller lägre än detta förutbestämda värde, kommer utgångsspänning- en på ledningen 103 att bli högre eller lägre än referens- spänningen. Denna skillnad i spänningar förstärkes och ma- tas via ledningen 106 från anordningen 104 både till en pulsbreddmodulator 108 (via en fullvågslikriktare 108) och även till en komparator 109. Ändamålet med anordningen 108 är att alstra ett pulståg, för att driva den mekaniska handens motor M. Om uttaget från demodulatorn 102 (på ledningen 103) befinner sig vid ett spänningsvärde, som är mycket högre eller lägre än re- ferensspänningen på ledningen 105, så kommer uttaget från förstärkaren 104 att vara en stark signal och den kommer att bringa pulsbredderna, avgivna från anordningen 108, att ökas i syfte att driva motorn M vid hög hastighet; och om spänningsdifferensen på ledningarna 103 och 105 är liten, så kommer signalen på ledningen 106 att bli svagare och kommer att bringa anordningen 108 att emittera motordriv- pulser med reducerad bredd i syfte att driva motorn M med låg hastighet. Likriktaren 107 tillförsäkrar om att signa- len matad till anordningen 108 har riktig polaritet. 10 20 25 30 448 815 Komparatorn 109 jämför spänningen på ledningen 106 med en referensspänning på ledningen 110 och avkänner sålunda, i själva verket, huruvida spänningen på ledningen 103 är högre eller lägre än referensspänningen på ledningen 105.

Uttaget från komparatorn bestämmer motorns M drivriktning, varvid reglering av motorriktningen uppnås medelst AND- grindar lll och 112. Båda AND-grindarna mottar ett av sina intag från pulsbreddmodulatorn 108 med hjälp av ledningen 113. Grinden 112 mottar ett andra intag direkt från utta- get från komparatorn 109 på ledningen 114, under det att grinden lll mottar ett intag från komparatorn via en växel- riktare 115.

Det är underförstått att den riktning, i vilken motorn M drives, beror på vilken av grindarna lll och 112 som är verksam, och detta i sin tur kommer att bero på uttaget från komparatorn 109. Detta senare uttag i sin tur beror på signalen från demodulatorn 102. Båda AND-grindarna kan också motta ett ytterligare intag, trots att endast intaget till grinden 112 på ledningen 116 visas. Syftet med dessa ytterligare intag förklaras i det följande.

Driften av den mekaniska handen enligt den slutna slingans princip beskrives i det följande. Om man antar att summan av induktanserna är lika med det ovan nämnda förutbestämda värdet. I detta fall är uttagsspänningen, matad från demo- dulatorn 102 till anordningen 104, lika med referensspän- ningen matad till anordningen 104, resulterande i att nâ- got uttag inte ges från anordningen 104 varför motorn M inte drives. Om å andra sidan användaren önskar öppna eller sluta handen så manövrerar han induktansspolen Ll för att ändra dess induktans och väljer därvid ett nytt läge för den mekaniska handen, Genom att förändra induktansspolens Ll induktans så ändrar användaren frekvensuttaget från os- cillatorn 100. Detta kommer att bringa spänningsuttaget från demodulatorn 102 att ändras till ett värde liggande 10 l5 20 25 30 448 815 över eller under referensspänningen, som matas till för- stärkaren lO4. Härigenom alstras en utgångssignal på led- ningen 106. Styrkan hos signalen på denna ledning 106 be- ror på hur mycket användaren har ändrat induktansspolens Ll induktans och signalens polaritet kommer att bero av om användaren ökat eller minskat induktansen. Anordningen lO8 alstrar sedan ett pulståg, som driver motorn. Drivriktning- V en, reglerad av komparatorn 109 och grindarna lll och 112 beror på huruvida användaren ökat eller minskat induktans- spolens Ll induktans. När motorn M driver den mekaniska handen i riktning mot dess valda läge ändrar den mekaniska leden mellan motorn M och induktansspolen L2 L2:s induk- tans i avsikt att återställa summan av induktanserna till det nämnda, förutbestämda värdet.

Under motorns M initialrörelse kommer signalen på ledningen 106 att vara tämligen stark, och pulserna drivande motorn kommer att vara mycket breda i syfte att driva motorn täm- ligen snabbt, men när summan av induktanserna från induk- tansspolarna Ll och L2 närmar sig det förutbestämda värdet, så kommer signalen på ledningen 106 att bli svagare och bredden hos pulserna drivande motorn kommer att bli sma- lare i syfte att driva motorn långsammare. Rörelsen hos motor och hand kommer effektivt att upphöra när induktan- sernas summa är lika med det förutbestämda värdet, och vid vilken tidpunkt handen nått sitt önskade läge.

Det ovan beskrivna systemet kan icke endast användas för att driva en mekanisk hand, utan också för fjärrsystem, mätande läget med adekvat exakthet.

Det är möjligt att modifiera kretsen till att arbeta enligt "öppna slingans" princip. I ett öppet sling-system så kom- mer användaren personligen att manövrera en kontrollanord- ning för att energimata den handdrivande motorn, och mo- W torn kommer fortsatt att arbeta så länge som kontrollen 10 l5 20 25 30 44-8 813 7 hålles påverkad av användaren. I syfte att modifiera kret- sen för öppen slingdrift, krävs endast att man ersätter induktansspolen L2 (som kan anses som en feed-back-induk- tansspole) med en kort krets och avlägsnar den mekaniska leden. I detta fall kan kärnan hos induktansspolen Ll för- flyttas på ett sätt för att sluta eller öppna handen.

Vinsten med öppen slinga måste reduceras för att åstad- komma en användbar reglering.

För att driva motorn M är det önskvärt att använda ett drivpaket 118 mellan AND-grindarna och motorn, varvid driv- paketet tjänar till att förstärka pulserna från anordning- en 108.

Om transduktororganen innefattar resistorer i stället för induktansspolar, liknar anordningen den enligt fig. 3, men blir något enklare. Fig. 4 visar endast den del av en resistiv transduktorkrets, som skiljer sig från kretsen en- ligt fig. 3. I fig. 4 är två varierbara resistorer (poten- tiometrar) Rl och R2 kopplade i serie tvärsöver en kon- gtrollspänning. Oscillatorn 100 och demodulatorn 102 enligt fig. 3 användes ej i kretsen enligt fig. 4, och i stället är ledningen 103, som matar likströmsförstärkaren 104 kopplad till en punkt l50 mellan resistorerna Rl och R2.

Kretsen arbetar på samma sätt som kretsen enligt fig. 3, d.v.s. genom att användaren personligen varierar resistan- sen hos Rl, varvid användaren ändrar spänningen vid punk- ten 150, vilken spänning jämföres med en referensspänning medelst likströmsförstärkaren 104. Den mekaniska handens drivmotor M kommer sedan att driva gripelementen 4 och 5 och resistansen hos feed-back-resistorn R2 kommer att änd- ras på ett sätt för att återställa spänningen vid punkten 150 till värdet för referensspänningen.

Det är möjligt att använda kondensatorer som transduktorer i stället för induktansspolar eller resistorer, som visas i kretsen illustrerad i fig. 5.

Claims (3)

15 20 25 30 35 448 815 PATENTKRAV

1. Protes, innefattande ett par gripdelar (4,5) manövrerade av sväng- bart lagrade manöverarmar (20,22), drivna av en kraftenhet som inne- fattar en reverserbar elmotor (1), vilken uppvisar en drivaxel (Z) och vid vilken manöverarmarna (20,22) är anslutna till drivaxeln (2) medelst en mutter (18), vilken är gängad på drivaxeln så att rotation hos driv- axeln (2) medför att muttern (18) och det område av en av manöverarmarna (20), som är förbunden med den kommer att röra sig axiellt utmed axeln (2) i båda riktningarna, k ä n n e t e c k n a d därav, att kraften- heten är anordnad för svängbar rörelse kring en svängaxel (23), som sträcker sig tvärs mot drivaxeln (2) så att axeln (2) tillåts att följa en bågformig bana hos muttern (18) kring axeln för svängbar förbindelse (ZÅ) mellan sagda manöverarm (20) och dess resp. gripdel (H).

2. Protes enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den svängbara lagringen (23) för kraftenheten omfattar axeltappar, som uppbärs av två chassiplåtar (26), vilka är anordnade en på vardera sidan om kraftenheten och att de två sidoplåtarna (26) är fästa vid en hand- ledsdel (27) i relativt varandra förskjutna ställen.

3. Protes enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att manöverarmen (22) för den andra gripdelen (5) uppvisar en slits (21) i vilken ingriper ett stift (19) på muttern (18) för den andra gripdelens (5) svängning så att stiftet kommer att förflyttas axiellt i förhållande till drivaxeln (2) med muttern roterande på axeln. Ä. Protes enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att motorn (M i fig. 3) regleras av ett servosystem med första och andra varierbara transduktorer bildade av två induktansspolar (L}, Lz), två resistorer (R1, R2) eller två kondensatorer (C1,C2), varvid den första transduktorn 2 (L1, R1, C1) är personligen varierbar för att åstadkomma energimatning av motorn (M) i syfte att förflytta den rörliga delen (4), varvid värdet på vilket den första varierbara transduktorn (LI, R1,C1) är inställd, bestämmer ett önskat läge till vilket den rörliga delen skall förflyttas, och att den andra transduktorn (L2,R2,C2) är drivande kopplad till den rörliga delen (H) så att den andra induk- tansspolen (L2,R2,C2) varieras när den rörliga delen (Ä) förflyttas, varjämte dessa två transduktorer utgör en del av en kontrollkrets med sluten slinga, vilken, som.svar på en förändring I värdet hns den personligt varíerbara transduktorn driver motorn på sätt för att variera värdet hos den andra transduktorn l syfte att söka återställa summan av dessa transduktorersvärden till ett förutbestämt värde.