[发明专利]控制下肢矫形或假体关节的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用阻力装置控制下肢矫形或假体关节的方法，给所述阻力装置配置至少一个执行器，根据传感器数据通过所述执行器改变屈曲阻力和/或者伸展阻力，在使用关节的过程中通过关节提供状态信息。

背景技术

用于矫形器或者假肢的膝关节具有通过关节装置相互连接的上连接件和下连接件。通常将大腿残端或者大腿夹板的支托布置在上连接件上，将胫骨柄或者小腿夹板布置在下连接件上。在最为简单的情况下通过一个单轴关节将上连接件和下连接件相互连接使其可以摆动。这种装置仅在特殊情况下保证所需的效果，要么使用矫形器保证予以辅助，或者用于假肢之中保证自然的步态。

为了尽可能自然表现或支持各种步态阶段或者其它日常活动期间的不同要求，采用了可提供屈曲阻力和伸展阻力的阻力装置。通过屈曲阻力调整胫骨柄或小腿夹板在受力时相对于股骨柄或大腿夹板向后摆动的轻松程度。伸展阻力可限制胫骨柄或小腿夹板向前运动，此外还形成伸展限位。

例如现有技术DE102008008284A1公开了一种矫形膝关节，具有一个上部和一个可以摆动地布置在所述上部上的下部，将多个传感器分配给所述膝关节，例如屈曲角传感器、加速度传感器、倾斜传感器和/或者力传感器。根据传感器数据测定伸展限位。

DE102006021802A1描述了在屈曲方向利用可调阻尼控制被动假肢膝关节，从而调整具有上端连接构件和义足连接件的假肢装置，使之适应爬楼动作，一旦检测到低力矩抬起义足，就在抬起阶段将屈曲阻尼降低到适合在平面中行走的水平以下。可以根据膝角变化并且根据作用于小腿的轴向力提高屈曲阻尼。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制人工膝关节的方法，利用该方法可根据情况调整屈曲阻力和伸展阻力。按照本发明所述采用具有本发明权利要求1所述特征的一种方法，即可解决这一目的。相关从属权利要求所述均为本发明的有益实施方式和改进实施方式。

按照本发明所述利用阻力装置控制下肢的矫形或假肢关节的方法，给所述阻力装置配置至少一个执行器，通过所述执行器根据传感器数据改变屈曲阻力和/或者伸展阻力，在膝关节的使用过程中通过传感器提供状态信息，按照本发明所述，至少一个装置测定传感器数据，所述装置可用来检测至少

-两个力矩，或者

-一个力矩和一个力，或者

-两个力矩和一个力，或者

-两个力和一个力矩

通过数学运算将至少两个测定量的传感器数据相互关联，从而算出至少一个辅助变量，以该辅助变量为基础控制屈曲阻力和/或者伸展阻力。例如可以将传感器设计成膝力矩传感器或踝力矩传感器或者轴向负荷传感器，这些传感器可提供基本数据，可根据这些基本数据通过数学运算，例如加法、乘法、减法或除法，算出一个辅助变量。该辅助变量具有充分的说服力，从而可以据此算出阻力的调整量。该辅助变量能够以快速方式提供一个特征参数，无需花费很多运算时间，可通过该特征参数算出当前待调整的阻力作为目标值，并且相应控制执行器，以便达到所需的阻力。采用剪切力矩、剪切力、力或者距离作为辅助变量，例如可以测定作用于无法直接通过传感器接近的矫形器或假肢部位上的力和力矩作为辅助变量。传感器仅可测定直接作用的力或力矩，而通过计算辅助变量则可以考虑一个用来判定阻力调整且不必直接检测的变量。这样就能有更多方法来判断何时应在关节或假肢的何种运动状态下或者在哪一个位置中调整哪一个阻力。原则上可以同时确定多个辅助变量并且可将其用于进行控制。

例如可以将传感器布置在胫骨柄或小腿夹板上以及关节区域之中。辅助变量可以表达虚拟传感器形式的物理量，此外因为可根据力矩、力和人工关节的几何尺寸将其算出，因此可以测定某个力、力与基准点或基准高度之间的距离、某个基准高度中的剪切力矩或者剪切力作为辅助变量。可以测定某个力矢量与基准高度中某个轴线之间的距离、某个基准高度中的剪切力矩或者剪切力作为辅助变量。例如将力矩除以轴向力，即可算出地面反作用力矢量的距离。例如可采用至少一个用于检测力矩的装置(例如力矩传感器)来检测膝力矩，从而可在例如膝高度、也就是在膝关节轴线高度测定地面反作用力矢量的距离作为辅助变量。也可以测定与某个纵轴线之间的距离，例如可以测定与某个纵轴线上某个基准点之间的距离，所述纵轴线连接用来检测力矩的装置。例如在膝关节也就是在小腿部分上可以使用某个力矢量与下连接件纵轴线之间的距离。可通过用来检测两个力矩和一个力的至少一个装置的数据关系，测定某个基准位置中力矢量与关节连接件轴线之间的距离作为辅助变量。