Разработка системы передачи сенсорной информации для протеза стопы с обратной связью
Белосельский П.Д., Грачёв Д.А., Казаринова А.С., Сибирцев Н.А., Астахов С.В.
Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва
Ключевые слова: обратная связь, протез стопы, серводвигатель, вибромотор, тензодатчик, инструментальный усилитель.
Аннотация. В рамках данной работы исследуется способ передачи сенсорной информации от протеза стопы к пациенту. Разработана система передачи сенсорной обратной связи, преобразующая механическое воздействие на протез в тактильные сигналы, передаваемые пациенту. Создана принципиальная схема управления, включающая инструментальный усилитель на базе LM324, тензодатчик, серводвигатель. Для устранения акустических шумов, выявленных в ходе первичных экспериментов, серводвигатель был заменен на вибромотор. Проведены эксперименты по изменению уровня сигнала, подаваемого на вибромотор, при варьировании силы механического воздействия на тензодатчик. Установлена линейная зависимость между выходным сигналом тензодатчика и величиной механической нагрузки. Зафиксированное в ходе исследования время отклика системы 20 мкс свидетельствует о высоком быстродействии разработанной системы. Предложенный метод обеспечивает эффективную адаптацию пациентов к протезу за счет тактильной обратной связи. Разработанная система передачи сенсорной информации по обратной связи может быть использована при создании адаптивных протезных систем с тактильной обратной связью.
Development of a sensory information transmission system for a foot prosthesis with feedback
Beloselsky P.D., Grachev D.A., Kazarinova A.S., Sibirtsev N.A., Astakhov S.V.
National Research University “Moscow Power Engineering Institute”, Moscow
Keywords: feedback, prosthesis foot, servomotor, vibration motor, strain gage, instrumental amplifier.
Abstract. This work investigates a method for transmitting sensory information from a foot prosthesis to a patient. A sensory feedback transmission system has been developed that converts mechanical action on the prosthesis into tactile signals transmitted to the patient. A control circuit diagram has been created that includes an instrumentation amplifier based on LM324, a strain gauge, and a servomotor. To eliminate acoustic noise detected during the initial experiments, the servomotor was replaced with a vibration motor. Experiments were conducted to change the signal level supplied to the vibration motor while varying the force of mechanical action on the strain gauge. A linear relationship was established between the output signal of the strain gauge and the magnitude of the mechanical load. The system response time of 20 μs recorded during the study indicates the high response speed of the developed system. The proposed method ensures effective patient adaptation to the prosthesis due to tactile feedback. The developed system for transmitting sensory information via feedback can be used to create adaptive prosthetic systems with tactile feedback.