[发明专利]半驱动式大腿假肢膝关节

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2008年6月16日、申请名称为“半驱动式大腿假肢膝关节”的美国临时申请61/132,217和申请日为2008年9月12日、申请名称为“半驱动式大腿假肢膝关节”的美国临时申请61/136,535的权益。

技术领域

本发明主要涉及假肢领域，更具体地，涉及控制附在截肢者的膝上残余下肢的假肢的动力和非动力操作。

背景技术

近年来，假肢领域取得了很大的进步。例如，现今不但各种各样的截肢者都能获得定制的合适假肢，而且假肢自身也可按使用目的进行定制。因此，为截肢者定做假肢，不仅包括大小尺寸的定制，还根据其他各种因素而有所不同，尤其出于截肢者将使用假肢设备进行的活动的类型。

涉及膝上假肢，需要建立对步态迈步期和步态站立期的控制。显然，步态迈步期控制需适应更广范围的活动，其潜在的活动种类甚至可因截肢者的年龄和活动层次的不同而不同。鉴于这一点，过去使用的是液体系统，因为液体具有能够实现相对恒定的运动的特性。然而，运动速度还可能需要具备变化，以及由此产生的对液体系统的适当控制。

发明内容

本发明涉及半驱动式膝上假肢系统，该系统本质为被动系统，在行走周期中，该系统只在移位时需要能量。总的来说，所述假肢包括小腿连接件、膝关节机构和大腿连接件，其中，小腿连接件适于连接至人造足，膝关节机构在远离人造足的位置连接至所述小腿连接件，大腿连接件适于附着在截肢者的膝上残余下肢。所述膝关节机构使所述大腿连接件和小腿连接件相对于彼此进行弯曲和伸展运动。根据本发明，所述假肢可在驱动模式或非驱动模式下进行操作。在驱动模式下，能量传递至与膝关节机构相连的扭矩发生器，使该扭矩发生器在大腿连接件和小腿连接件之间运动。在非驱动模式下，控制回路以非动力方式操作，使所述膝关节机构在阻力调节状态下操作。

根据本发明的一个优选实施例，电动机与电池电源相连，该电动机用于驱动液压阀，该液压阀为包括扭矩发生器的整个液压动力装置的一部分，该扭矩发生器用于调节所述膝关节机构。信号处理器根据从多个设置在膝上假肢上的传感器接收到的信号，来控制液压动力单元的操作，以建立驱动和非驱动模式。尽管传感器的分布、数量和类型可以有所不同，例如，一个优选实施例采用了步态站立传感器，其能够识别人造足接触支撑件表面（例如地面）的特定部位，同时，当所述人造足离开支撑表面后，基于人造足相对于截肢者的躯干的估测位置，信号处理器选择理想的步态迈步状态。为附加的控制目的，还可以使用用于感应膝关节角度、大腿角度和压力等其他传感器。如此一来，整个系统具有优势地比全驱动膝关节消耗更少的电能，这样，使用给定容量的电池，截肢者能行走更远。另外，本发明的膝上假肢通常小于全驱动的膝关节。进一步地，所述半驱动假肢膝关节减少了髋部扭矩和力，该髋部扭矩和力是截肢者必须通过在一个行走周期的有效部分中，有效地制造同步扭矩和动力从而物理施加的。并且，各传感器向信号处理器提供了输入，该输入有效地使截肢者的运动范围和类型最大化。

本发明的其他对象、特征和优点将通过以下对有限实施例的详细描述更加清晰体现，其中，同样的附图标记指的是各视图中相应的部件。

附图说明

结合附图阅读以下具体说明后，将更清楚地理解本发明的特征、各方面及优点，在所有附图中，同一附图标记指代同一部件，其中：

图1为根据本发明的第一实施例构建的半驱动假肢膝关节；

图2为本发明的第一液压阀回路的图解；

图3为图2的液压阀回路的图解，其中进一步包括第一止回阀；

图4为图3的液压阀回路的图解，其中进一步包括第二可控阀；

图5为图4的液压阀回路的图解，其中进一步包括第二止回阀；

图6为包括并联回路的液压阀回路的替代例的图解；

图7为包括驱动阀的液压阀回路的替代例的图解；

图8为图7的液压阀回路的图解，其中进一步包括第一止回阀；

图9为图8的液压阀回路的图解，其中进一步包括第二可控阀；

图10为图9的液压阀回路的图解，其中进一步包括第二止回阀；

图11为包括并联回路的液压阀回路的替代例的图解；

图12为包括三通阀的液压阀回路的替代例的图解；

图13示意了使用中的图12的液压阀回路的三通阀；

图14为图12的液压阀回路的图解，其中进一步包括一个第一止回阀；

图15示意了使用中的图14的液压阀回路的三通阀；

图16为包括蓄能器的液压阀回路替代例的图解；