[发明专利]用于控制人造矫形外科或假肢关节的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制下肢的人造矫形或假肢关节的方法和设备，具有阻抗装置，给所述阻抗装置配置至少一个促动器，通过所述促动器根据传感器数据改变屈曲和/或伸张阻抗，其中，在使用关节期间通过传感器提供状态信息。

背景技术

用于矫形器或假肢的人造关节、特别是膝关节具有上连接件和下连接件，它们通过关节装置彼此连接。在膝关节的情况下在上连接件上设置用于大腿残肢或大腿轨的接收部，而在下连接件上设置小腿筒或小腿轨。在最简单的情况下，上连接件通过单轴铰链与下连接件可枢转地彼此连接。这种布置仅仅在特殊情况下足以确保期望的效果，例如在矫形器中采用的情况下确保支撑或者在假肢中采用的情况下确保自然的步态形成。

为了在一个步进的不同阶段期间或者在其他工作中尽可能自然地满足或支持不同的要求，设置阻抗装置，其提供屈曲阻抗或伸张阻抗。通过所述屈曲阻抗来调节：下连接件相对于上连接件在屈曲方向上能够以何种程度枢转。因此，在膝关节的情况下，通过所述屈曲阻抗来调节：小腿筒或小腿轨相对于大腿筒或大腿轨在施加力的情况下以何种程度向后挥动。伸张阻抗对小腿筒或小腿轨的前进运动进行制动并且可构成伸张止挡。在其他关节类型的情况下例如髋关节或踝关节的情况下，这种实施方式根据运动学状况也适用。

通过可调节的阻抗装置能够使得相应的屈曲阻抗和/或伸张阻抗适配于假肢装置或矫形器装置的使用者或者进入到不同的行走或运动状况，以便能够在条件改变的情况下提供适配的阻抗。

由DE 10 2008 008 284A1公开了一种矫形外科技术的膝关节，其具有上部件和可枢转地布置在上部件上的下部件，给其配置多个传感器，例如屈曲角度传感器、加速度传感器、斜率传感器和/或力传感器。伸张止挡根据求得的传感器数据来调节。

DE 10 2006 021 802A1描述了一种被动式假肢膝关节的控制，在伸展方向上具有可调节的阻尼以适配于假肢装置，所述假肢装置具有上侧的连接器件和通往人造脚的连接元件。与楼梯行走进行适配，其中，检测假肢脚的几乎无力矩的抬起并且将屈曲阻尼在抬起阶段中降低到一个对于在平面中行走合适的水平以下。屈曲阻尼可根据膝盖角度的变化并且根据作用在小腿上的轴向力升高。

DE 10 2007 053 389A1描述了一种用于控制具有至少一个自由度的下肢的矫形外科关节的方法，具有可调节的促动器以适配于矫形外科装置，所述矫形外科装置具有连接至肢体的上侧连接器件和相对于所述连接器件远中地铰接布置的矫形外科关节，在不同于在平面上行走的行走状态下。在此通过传感器检测该矫形外科装置的多个参数，将检测到的参数与判据(所述判据借助于多个参数和/或参数变化曲线求得并且存放在计算单元中)相比较并且选出一个判据，所述判据根据求得的参数或参数变化曲线是合适的。基于所选出的判据调节屈曲阻抗、运动范围、驱动力和/或其变化曲线以控制不同于在平面中行走的特殊功能。矫形外科装置在一部分在空间中的倾翻角度和/或矫形外科装置的一部分的倾翻角度改变的变化曲线可用作参数。

此外，由现有技术公开了所谓的制动膝关节，其中，在轴向负载升高时以机械方式提高屈曲和伸展阻抗。在最简单的情况下这通过以下方式实现，即，设置两个制动面，所述制动面通过地面反作用力彼此压紧。这种方案不能在用于具有被控阻抗装置的现代假肢膝关节的制动装置上采用。

已经发现，膝关节在站立时在行走期间或在站立期间提供高阻抗，其中，关节不被完全锁止。在膝关节完全伸直的情况下通过以下方式防止该关节的屈曲，即，力矢量处于关节轴线前面并且由此将膝关节压到伸张止挡中。一旦力矢量移动到关节轴线后面，则存在的危险是：关节支撑不住(弯曲)。因此需要在容易屈曲的位置值也提供升高的阻抗。关节在容易屈曲的位置中不完全锁止的优点是，关节的使用者还可以干预关节运动。如果使用者例如应在楼梯上行走并且失去平衡，则该使用者通过锁止的关节会不受控制地跌倒，而使用者借助于残肢力尚能够以高屈曲阻抗使关节屈曲并且从而避免跌倒的后果或者可完全防止跌倒。同样，站立期间的高阻尼简化了关节在狭小空间内的灵活操作或者坐下。

如果关节即使在没有被完全锁止的情况下提供高阻抗，则不能或者难于进行骑自行车活动，因为不仅必须克服脚踏的阻抗而且必须克服关节的阻抗。