[發明專利]帶動力的下肢矯形器及其操作方法

有效

• 申請號: 201380039769.8
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN104684509B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 提姆·斯威夫特;亞當-布萊恩·佐斯;凱瑟琳·斯特拉塞爾;馬修·羅莎;荷梅勇·卡扎若尼;迪倫-米勒·費爾班克斯;密涅瓦-瓦蘇德萬·皮萊;米克拉斯·施瓦茲;布拉姆-吉爾伯特-安東·蘭布雷希特;塞巴斯蒂安·克魯澤
• 申請（專利權）人: 艾克索仿生技術公司;加利福尼亞大學董事會
• 主分類號: A61F2/68
• 分類號: A61F2/68
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司44224
• 代理人: 黎艷,何沖

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年5月24日提交的名稱為“POWERED?LOWER?EXTREMITY?ORTHOTIC?AND?METHOD?OF?OPERATION”的第13/480,160號美國專利申請的優先權，該第13/480,160號美國專利申請是2009年6月16日提交的名稱為“SEMI-ACTUATED?TRANSFEMORAL?PROSTHETIC?KNEE”的第12/457,573號美國專利申請的部分繼續申請，該第12/457,573號美國專利申請要求2008年6月16日提交的名稱為“SEMI-ACTUATED?TRANSFEMORAL?PROSTHETIC?KNEE”的第61/132,217號美國臨時申請和2008年9月12日提交的名稱為“SEMI-ACTUATED?TRANSFEMORAL?PROSTHETIC?KNEE”的第61/136,535號美國臨時申請的優先權。

技術領域

本發明通常涉及人造足的軌跡控制。本發明詳述了假肢的發展，同時轉化某些發展到人體外骨骼領域中，該人體外骨骼為穿戴在仍然保留有肢體的用戶身上的矯正裝置。特別地，這些人體外骨骼由具有癱瘓的肢體的個體所使用，并因此需要具備很像在假肢情況下的關節活動恢復的能力。

背景技術

近年來，假肢領域取得了很大的進步。例如，現今不但各種各樣的截肢者都能獲得定制的合適假肢，而且假肢自身也可按使用目的進行定制。因此，為截肢者定做假肢，不僅包括大小尺寸的定制，還根據其他各種因素而有所不同，尤其出于截肢者將使用假肢設備進行的活動的類型。

涉及膝上假肢，需要建立對步態邁步期和步態站立期的控制。顯然，步態邁步期控制需適應更廣范圍的活動，其潛在的活動種類甚至可因截肢者的年齡和活動層次的不同而不同。鑒于這一點，過去使用的是液體系統，因為液體具有能夠實現相對恒定的運動的特性。然而，運動速度還可能需要具備變化，以及由此產生的對液體系統的適當控制。此外，人們認為假肢領域中的發展的某種特性可以有力地轉化到其他矯形領域，特別是人體外骨骼。

發明內容

本發明涉及帶動力的下肢矯形器，其工作類似于膝上假肢。根據本發明的一個方面，公開了一種半驅動式膝上假肢系統，該系統本質為被動系統，在行走周期中，該系統只在移位時需要能量。總的來說，所述假肢包括小腿連接件、膝關節機構和大腿連接件，其中，小腿連接件適于連接至人造足，膝關節機構在遠離人造足的位置連接至所述小腿連接件，大腿連接件適于附著在截肢者的膝上殘余下肢。所述膝關節機構使所述大腿連接件和小腿連接件相對于彼此進行彎曲和伸展運動。根據本發明，所述假肢可在驅動模式或非驅動模式下進行操作。在驅動模式下，能量傳遞至與膝關節機構相連的扭矩發生器，使該扭矩發生器在大腿連接件和小腿連接件之間運動。在非驅動模式下，控制回路以非動力方式操作，使所述膝關節機構在阻力調節狀態下操作。

根據本發明的一個優選實施例，電動機與電池電源相連，該電動機用于驅動液壓閥，該液壓閥為包括扭矩發生器的整個液壓動力裝置的一部分，該扭矩發生器用于調節所述膝關節機構。信號處理器根據從多個設置在膝上假肢上的傳感器接收到的信號，來控制液壓動力單元的操作，以建立驅動和非驅動模式。盡管傳感器的分布、數量和類型可以有所不同，例如，一個優選實施例采用了步態站立傳感器，其能夠識別人造足接觸支撐件表面（例如地面）的特定部位，同時，當所述人造足離開支撐表面后，基于人造足相對于截肢者的軀干的估測位置，信號處理器選擇理想的步態邁步狀態。為額外的控制目的，還可以使用膝關節角度、大腿角度、壓力和其他傳感器。

采用這種設置，整個系統有利地比全驅動膝關節消耗更少的電能，這樣，使用給定容量的電池，截肢者能行走更遠。另外，本發明的膝上假肢通常小于全驅動的膝關節。進一步地，所述半驅動假肢膝關節減少了髖部扭矩和動力，該髖部扭矩和動力是截肢者必須通過在一個行走周期的有效部分中，有效地制造同步扭矩和動力從而物理施加的。并且，各傳感器向信號處理器提供了輸入，該輸入有效地使截肢者的運動范圍和類型最大化。

本發明的假肢膝關節還通過以下方式控制：在步態邁步期間，不管假肢關于地面的方向，允許腳，或更具體地，腳尖，跟蹤穿過與地面相符的空間的軌跡，而不是簡單地重復膝關節運動。這是通過測量用戶的大腿的角度，并且使用測量值得到描述確定的軌跡所必需的當前膝關節角度來完成的。根據整個發明，除了使用假肢的用戶，本技術還可以應用于其他矯形設備，特別是人體外骨骼。