[发明专利]矫形脚件以及用于控制人造脚的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矫形脚件，具有一小腿连接件、一起踝关节作用的旋 转铰链，借助该旋转铰链，人造脚的脚件可在背屈方向和跖屈方向上可转 动地与该连接件连接；具有一影响绕该旋转铰链的旋转运动的阻尼装置； 具有一用于识别人造脚动作的动作状态的传感器装置并具有一与该传感器 装置连接的控制装置，该控制装置控制所述阻尼装置。本发明还涉及一种 用于控制这种矫形脚件的方法。

背景技术

已知，呈人造脚或脚矫形器形式的矫形脚件的控制应满足许多要求， 以便假肢佩戴者在行走过程中能够安全地使用人造脚并实现尽可能自然的 运动过程。例如希望，在行走过程中当脚跟着地时能够控制脚件落到支承 面上并且控制沿着前脚掌的滚动，假肢佩戴者的身体略微抬起。真脚在摆 动期间导致背屈，由此达到腿长缩短从而达到更容易的摆动。此外为了用 人造脚安全站稳还需要脚件与小腿连接件之间的角度有高度稳定性。但人 造脚的起踝关节作用的旋转铰链的对此有意义的闭锁应可调整，以使假肢 佩戴者能够以放松姿态站立在倾斜地面上或者站立具有较高后跟的鞋子 上。

例如通过US 2005/0197717 A1已知，在行走周期过程中通过一个双螺 杆电机形式的执行器来控制踝角度。在此使用有助于通过确定的弹力实现 近似于自然步态的脚件。使用持续受驱动的电机形式的执行器需要给人造 关节供应大量电能。为此假肢佩戴者必须携带高性能的电池，该电池由于 必须高容量而体积大并且沉重。

此外已知，为了实施部分方面的控制，仅控制脚件相对于连接件的旋 转运动的阻尼。US 7,029,500 B2为此设置了一种特殊的旋转铰链作为人造 脚的踝关节，其中利用一种磁流变液体来影响阻尼，其方式是，施加磁场 可使液体从低粘度变为高粘度，从而使阻尼从低阻尼变为高阻尼。这样达 到，将行走过程中自动出现的背屈或跖屈锁定并且保持一定时间。还可达 到，在坐时将该关节放松以调整跖屈，如真脚在坐时所进行的那样。

通过US 2002/0138153 A1还知道，为了调整站立在倾斜地面上时的静 止角度或者针对与人造脚共同使用的鞋的不同后跟高度进行调整，使用一 个液压装置，在该液压装置中，液体在跖屈过程中从一个储液器流入另一 个储液器，而在背屈时向相反方向流动。在两个储液器之间的连接管路中 装入一个电磁线圈，它控制作为液压液使用的磁流变液体的粘度，从而可 以使阻尼从第一阻尼水平转换到第二阻尼水平。为了完成所提出的控制任 务，在此使用一个斜度传感器用于检测小腿件相对于铅垂线的倾斜并使用 一个触地传感器。触地传感器指示人造脚由于落在地面上而受到地面反作 用力。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种开始所述类型的矫形脚件，它能够被这 样控制：使得能够比迄今通过仅被动控制对围绕踝关节的运动的阻尼更加 满足对矫形脚件性能的要求。

根据本发明，提出一种矫形脚件，具有一个小腿连接件；具有一个起 踝关节作用的旋转铰链，借助该旋转铰链，脚件在背屈方向和跖屈方向上 可转动地与所述连接件连接；具有一个影响围绕旋转铰链的旋转运动的阻 尼装置；具有一个用来识别矫形脚件动作状态的传感器装置并具有一个与 传感器装置连接的控制装置，该控制装置控制所述阻尼装置；其中，传感 器装置具有一个测量连接件与脚件之间角度的踝角度传感器、一个以铅垂 线为参照的绝对角度传感器和一个用于确定踝关节上的转矩或者引起踝关 节上的转矩的力的力矩传感器。

根据本发明，对于开头所述类型的矫形脚件，该任务这样解决：传感 器装置具有一个测量连接件和脚件之间角度的踝角度传感器、一个以铅垂 线为参照的绝对角度传感器和一个用于确定踝关节上的转矩或者引起踝关 节上的转矩的力的力矩传感器。

已经表明，仅使用三种类型传感器就能不仅在行走周期中而且在站立 期间以希望的方式通过对踝关节运动的阻尼的影响来实现对人造脚的控 制。如下所述，仅需少量传感器信号就足以清楚地得知脚的不同动作状态 并且这样调整脚：使得它能够模仿健康的真脚在行走周期中的运动并且在 站立期间仍能够获得稳定的站立感觉，即使在倾斜地面上或者具有不同的 后跟高度。此外表明，按照本发明设置的传感器的信号还足以可靠地控制 日常行走情况，如上、下楼梯和上、下坡以及倒走。