用于控制人造矯形器或假肢膝關(guān)節(jié)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于控制人造矯形器或假肢膝關(guān)節(jié)的方法，小腿組件被布置在所 述人造矯形器或假肢膝關(guān)節(jié)上并且阻力裝置被配屬于所述人造矯形器或假肢膝關(guān)節(jié)，在所 述阻力裝置中，屈曲阻力根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)被改變，所述傳感器數(shù)據(jù)在所述矯形器或假肢膝 關(guān)節(jié)的使用過程中通過至少一個傳感器被求取。
【背景技術(shù)】
[0002] 假肢或矯形器膝關(guān)節(jié)代替或者支持天然膝關(guān)節(jié)的功能。為了達到所述人造膝關(guān)節(jié) 盡可能最佳的功能性，市場上存在眾多結(jié)構(gòu)，運些結(jié)構(gòu)影響膝關(guān)節(jié)在站立階段和邁步階段 過程中的表現(xiàn)。已知機電膝關(guān)節(jié)，在運些機電膝關(guān)節(jié)中，運動情況通過多個不同傳感器來檢 測并且阻力裝置基于傳感器數(shù)據(jù)被控制，屈曲阻力或伸展阻力通過所述阻力裝置變化。根 本問題在于，可能的運動情況的龐大數(shù)量很難歸納成簡單的規(guī)則。因此，采用所謂的狀態(tài)機 器控制致動器和制動器，所述狀態(tài)機器極為復(fù)雜并構(gòu)成很多不同的活動。運里的缺點在于 長的研發(fā)時間和昂貴構(gòu)件的使用。
[0003] 文獻EP 1 237 513 Bl設(shè)及一種代替肢體的存在或功能的由至少兩個通過人造關(guān) 節(jié)彼此連接的部件和控制裝置組成的支持裝置。所述支持裝置包括傳感器，所述傳感器檢 測參照與所述關(guān)節(jié)連接的部件的重力線的傾斜角度并且與所述控制裝置禪合。所述控制裝 置運樣地布置，從而使得它基于由所述傳感器傳送的傾斜角度數(shù)據(jù)影響所述關(guān)節(jié)。在一種 設(shè)計方案中，所述傾斜角度傳感器作為假肢膝關(guān)節(jié)被布置在管腿上，為了補充數(shù)據(jù)情況，可 在小腿上布置第二傳感器。
[0004] 文獻DE 10 2008 027 639 Al設(shè)及一種用于支持組織膝關(guān)節(jié)的矯形器關(guān)節(jié)，具有 關(guān)節(jié)上部和關(guān)節(jié)下部，所述關(guān)節(jié)上部和所述關(guān)節(jié)下部可彎曲地彼此連接。設(shè)置用于所述矯 形器關(guān)節(jié)在任意位置自動解鎖和鎖定的封閉元件，同樣設(shè)置用于所述封閉元件的操縱元件 和用于檢測所述解鎖和鎖定用的相關(guān)信息的傳感器器件。同樣設(shè)有用于分析處理已檢測的 信息和用于將運些信息傳送至用于所述操縱元件的控制和/或調(diào)節(jié)單元的分析處理單元。 所述傳感器器件具有來自傾斜傳感器、轉(zhuǎn)動角傳感器、加速度傳感器或巧螺儀組的至少兩 個傳感器用于感應(yīng)信息，所述至少兩個傳感器描述人的運動和/或靜止狀態(tài)?？蒞選擇同類 的兩個傳感器或者不同類型的各一個傳感器。運些傳感器被布置在組織關(guān)節(jié)、尤其是膝關(guān) 節(jié)下游。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于控制人造矯形器或假肢膝關(guān)節(jié)的方法，借助該 方法能夠使用少的控制成本達到可靠的運動表現(xiàn)。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過具有獨立權(quán)利要求特征的方法得W解決。本發(fā)明有利的 設(shè)計方案和改進方案在從屬權(quán)利要求、說明書W及附圖中公開。
[0007] 所述用于控制人造矯形器或假肢膝關(guān)節(jié)的方法，小腿組件被布置在所述人造矯形 器或假肢膝關(guān)節(jié)上并且阻力裝置被配屬于所述人造矯形器或假肢膝關(guān)節(jié)，在所述阻力裝置 中，屈曲阻力根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)被改變，所述傳感器數(shù)據(jù)在所述矯形器或假肢膝關(guān)節(jié)的使用 過程中通過至少一個傳感器被求取，設(shè)置的是，所述小腿組件的線性加速度被求取到，并 且，在超過所述小腿組件線性加速度的臨界值時，所述屈曲阻力被改變(尤其是被減少）。借 助所介紹的方法，可W僅通過簡單的傳感器實現(xiàn)膝關(guān)節(jié)(所述膝關(guān)節(jié)被理解成不僅矯形器 膝關(guān)節(jié)而且假肢膝關(guān)節(jié)）的控制，而無須進行昂貴和易受影響的力測量。通過運種方式，尤 其是DMS應(yīng)用程式的使用變得多余。
[0008] 本發(fā)明的一改進方案設(shè)置，假肢或矯形器的伸展的步態(tài)位置借助假肢或矯形器膝 關(guān)節(jié)被求取，并且，當存在所述伸展的步態(tài)位置時，所述屈曲阻力被減少。當所述膝角度為 0°或者所述膝關(guān)節(jié)稍屈曲時（即具有在±5°范圍內(nèi)的屈曲角度時），存在所述伸展的步態(tài)位 置。如果存在所述伸展的步態(tài)位置，可認為，所述膝關(guān)節(jié)的使用者處于站立末期（起步階 段），從而能夠進行阻力減少。
[0009] 為了探測到站立末期，還能夠求取所述小腿組件的絕對角度，并且，在超過針對所 述小腿組件的絕對角度預(yù)先求取到的臨界值時，減少所述屈曲阻力。通過所述小腿組件相 對于豎直線的傾斜角度，可推導(dǎo)出有關(guān)步態(tài)中各階段的說服力十足的論斷，從而使得所述 絕對角度是改變(尤其是減少)所述屈曲阻力用的良好指示。
[0010] 所述小腿組件的絕對角度能夠由大腿組件的絕對角度和已知的（譬如測得的）膝 角度求取到，或者直接借助慣性角度傳感器被測量，所述慣性角度傳感器被固定在所述小 腿組件上。
[0011] 此外可設(shè)置，所述膝角度還通過膝角度傳感器被求取，并且，當超過膝角度臨界值 時，屈曲阻力被減少，因為所述膝角度允許有關(guān)腿或假肢的伸展狀態(tài)進而有關(guān)步態(tài)周期內(nèi) 相應(yīng)階段的結(jié)論。所述膝角度也能夠由大腿和小腿的慣性角度被求取。
[0012] 如果存在多個特征參量(譬如，超過小腿組件絕對角度的臨界值、低于膝角度臨界 值、和低于小腿組件加速度的臨界值），則能夠W較高可靠性地認為，所述屈曲阻力應(yīng)被改 變(尤其是被減少），W實現(xiàn)邁步階段激活。借助所介紹的方法，可W僅通過簡單的傳感器實 現(xiàn)膝關(guān)節(jié)的可靠控制。
[0013] 大多數(shù)微處理器控制的假肢和矯形器系統(tǒng)采用借助應(yīng)變儀的力和力矩測量用W 控制，其中，從站立階段中高屈曲阻力進入邁步階段中低屈曲阻力的切換(并且反之亦然） 是膝關(guān)節(jié)安全的決定性方面。運種切換也被稱為邁步階段激活（Schwungphasen-化eischal化ng)。除了算出腳踩高度中的彎曲力矩或者算出膝力矩，為了激活邁步階段，必 須超過由應(yīng)變儀算出的值的闊值。此外，通常只有從一定的向前傾斜開始才實現(xiàn)邁步階段 激活，從而使得W小步伐的行走變得困難。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的方法設(shè)置，僅使用膝角度傳感器和慣性傳感器用于膝關(guān)節(jié)的控制， 從所述膝角度傳感器和慣性傳感器的數(shù)據(jù)能夠算出必要的參量或輔助參量。通過所述慣性 傳感器求取到所述小腿組件的絕對角度，即所述小腿組件縱向延伸相對于豎直線的傾斜。 所述絕對角度必須超過最小參量，W探測所述小腿組件的向前傾斜，即在向前行走方向上 的傾斜。只有從向前傾斜的一定角度開始才能認為，應(yīng)當進行向前方向上的步伐。通過膝角 度傳感器求取到膝角度。如果低于膝角度的臨界值，則運是一個信號，表示用戶處于站立末 期（terminale Stan化base)，從而展現(xiàn)所述邁步階段的激活進而所述屈曲阻力的減少。此 夕h所述小腿組件的加速度被求取。如果低于加速度臨界值，則可認為，足組件(譬如足板或 假肢足）仍處于地面上，從而確保病人處于步態(tài)的站立末期和從而能夠進行屈曲阻力的減 少。
[0015] 本發(fā)明的一改進方案設(shè)置，膝角速度被求取，并且，只有當超過膝角速度臨界值 時，所述屈曲阻力才被減少。應(yīng)存在最小膝角速度，因為否則可能存在如下站立情況:在所 述站立情況中，可能所述屈曲阻力的減少是不被期望的。通過小的或相對小的膝角速度附 加地確保病人處于向前運動時站立末期。
[0016] 能夠計算出或者通過傳感器(譬如由巧螺儀的傳感器數(shù)據(jù))檢測出所述小腿組件 的角速度。將所述角速度的計算出或檢測出的值與臨界值進行比較，并且，只有當所述角速 度低于臨界值時，所述屈曲阻力才被減少。
[0017] 有利地確定或者測得所述小腿組件在足底水平上的線性加速度并且將其用作控 制基礎(chǔ)，足底水平上的加速度由W下參量得出：加速度傳感器位置上(譬如在膝關(guān)節(jié)軸線W 下）的線性加速度，所述小腿組件的角度加速度(作為巧螺儀信號的一階導(dǎo)數(shù)），W及加速度 傳感器相對于足上(譬如前足上)參考位置的位置矢量。通過足底水平的線性加速度得出有 關(guān)足(或者說足部分)與地面之間的運動學(xué)接觸條件、或者有關(guān)運動動態(tài)的論斷，并且能夠 求取到病人處于步態(tài)的哪個階段。如果沒有或者僅有很小的線性加速度，則足仍處于站立 階段，所述足也被理解為假肢足或矯形器的足部，如果此外不再發(fā)生任何豎直加速度，則結(jié) 束安放階段，從而能夠通過線性加速度得出有關(guān)腿的定向和定位的論斷。由加速度也能夠 求取到相應(yīng)的速度，所述相應(yīng)的速度同樣能夠W相應(yīng)的方式和方法用于控制。
[0018]本發(fā)明的一改進方案設(shè)置，當所述小腿組件存在過伸(Hyperextension)時，所述 屈曲阻力被減少，即，過伸是那些被用作用于改變屈曲阻力的控制方法的基礎(chǔ)參