液壓葉片式執(zhí)行器等，其中，加壓液流通過對移動表面的轉動而產生動力或扭矩。
[0020]電源205的例子包括但不限于電池、鎳金屬氫化物(NiMH)電池、鋰電池、堿性電池、可充電堿性電池、鋰離子電池和聚合物鋰離子電池等。
[0021]電動機202的例子包括但不限于電動機，其中電動機包括但不限于AC (交流)電動機、刷式DC (直流)電動機、無刷直流電動機、電子整流電動機(ECMs)、步進電動機以及其組合。
[0022]液壓泵201的例子包括但不限于齒輪泵、擺線泵、旋轉葉片式泵、螺桿泵、彎軸泵、軸向活塞泵、斜盤式泵、徑向活塞泵和蠕動泵等。
[0023]步態(tài)站立傳感器124的例子包括但不限于力傳感器、應變式力傳感器、壓電式力傳感器、力感電阻、偏轉基定位傳感器、編碼器、電位計、處于液壓流中的壓力傳感器以及其組合。
[0024]膝關節(jié)機構107的例子包括但不限于旋轉支點、四桿機構、滑面接頭、滾動元件接頭以及其組合。
[0025]所述信號處理器130包括以下一個或多個部件的組合:模擬設備；模擬計算機模塊；數(shù)字設備，包括但不限于小規(guī)模、中規(guī)模和大規(guī)模集成電路、專用集成電路、可編程門陣列、可編程邏輯陣列；機電繼電器、固態(tài)開關、MOSFET開關和數(shù)字計算模塊，其中，該數(shù)字計算模塊包括但不限于微型計算機、微處理器、微控制器和可編程邏輯控制器。在運行中，所述信號處理器130從各傳感器中收集信息，經計算后，對液壓回路的各部件發(fā)出其應當執(zhí)行任務的指令。
[0026]在本發(fā)明的一些實施例中，如圖1所示，半驅動式假肢膝關節(jié)100進一步包括膝關節(jié)角度傳感器120，該膝關節(jié)角度傳感器120輸出膝關節(jié)角度信號155，表示大腿連接件103和小腿連接件105之間的角度。膝關節(jié)角度傳感器120包括從以下一組設備中選出的一個元件或多個元件的組合:編碼器、數(shù)字編碼器、磁性編碼器、光學編碼器、電位計、LVDT和分解器。
[0027]在一些實施例中，如圖1所示，半驅動式假肢膝關節(jié)100進一步包括大腿角度傳感器122，該大腿角度傳感器122輸出大腿角度信號156，表示大腿連接件103的絕對角度。所述大腿角度傳感器122包括從以下一組設備中選出的一個元件或多個元件的組合:加速度計、陀螺儀、測斜儀、編碼器、電位計以及其組合。圖22表示本發(fā)明的一個實施例，其中，所述大腿角度傳感器122固定至大腿連接件103，且包含加速度計133和陀螺儀134。
[0028]在本發(fā)明的一些實施例中，半驅動式假肢膝關節(jié)100進一步包括表示扭矩發(fā)生器104中的扭矩或力的扭矩傳感器或力傳感器(詳細如下所述)。在本發(fā)明的一些實施例中，力傳感器安裝在線性扭矩發(fā)生器104的活塞上。在本發(fā)明的一些實施例中，用于半驅動式假肢膝關節(jié)100的力傳感器包括兩個壓力傳感器126和127，其用于測量扭矩發(fā)生器104兩側的液流壓力，如圖16所示。兩個壓力傳感器126和127測得的數(shù)據也表示扭矩發(fā)生器104上的力。
[0029]在一些實施例中，如圖1所示，步態(tài)站立傳感器124包括一個力-扭矩傳感器，該力-扭矩傳感器安裝在小腿連接件105上，用于測量矢狀面上的力和力矩。
[0030]在一些實施例中，如圖2所示，液壓閥回路204包括相互串聯(lián)的第一可控閥206和泵閥203，該第一可控閥206能夠將液流分為兩個方向。液壓泵201連接到串聯(lián)的第一可控閥206和泵閥203的兩個端口上。扭矩發(fā)生器104連接到第一可控閥206的兩個端口。在一些情況下，當半驅動式假肢膝關節(jié)100工作在在其驅動模式下時，第一可控閥206關閉。這使得整個液壓泵的輸出流流入扭矩發(fā)生器104。這進一步使得信號處理器130通過控制電動機202來控制扭矩發(fā)生器104。在驅動模式下向扭矩發(fā)生器104輸入能量，能夠控制膝關節(jié)機構107的活動，或向膝關節(jié)機構107上施加理想的扭矩。
[0031]當半驅動式假肢膝關節(jié)100在工作其非驅動模式下時，泵閥203完全關閉或部分關閉。當泵閥203完全關閉時，將不會有液流通過液壓泵201。通過使用信號處理器130，能夠調整第一可控閥206的開口大小，以適當調節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液體流動阻力。當泵閥203部分關閉時，可以只將扭矩發(fā)生器104中的液體流動阻力從零調節(jié)到泵閥203和液壓泵201中的液體流動阻力合并的大小。調節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液體流動阻力，能夠在行走周期的各階段中控制膝關節(jié)機構107對力和扭矩的阻力，同時使用的電能更少，因為電動機202在該非驅動模式下未消耗任何電能。
[0032]當半驅動式假肢膝關節(jié)100工作在功率再生模式下時，泵閥203不關閉，使得來自扭矩發(fā)生器104的液壓流的至少一部分能夠轉動液壓泵201，同時電動機控制器128向電動機202上施加非零電流，以阻擋液壓泵201中的液壓流。
[0033]為更清楚地理解液壓閥回路204的實施例，對其彎曲和伸展定義如下。當扭矩發(fā)生器104的活塞在圖2所示的箭頭131的方向上移動時，發(fā)生假肢膝關節(jié)100的彎曲。當扭矩發(fā)生器104的活塞在圖2所示的箭頭132的方向上移動時，發(fā)生假肢膝關節(jié)100的伸展。
[0034]在一些實施例中，如圖3所示，液壓閥回路204除其他部件外，還包括與第一可控閥206串聯(lián)安裝的第一止回閥207。這種實施例的工作類似于2所示的實施例的工作，不同之處在于，所述第一液壓可控閥206只在一個方向上調節(jié)扭矩發(fā)生器104中液流的阻力。對比圖2的實施例，這種實施例將扭矩發(fā)生器104中的液體流動阻力的范圍限制在彎曲方向，使其總是大于液壓泵201產生的液體流動阻力。進一步地，如果第一可控閥206打開，扭矩發(fā)生器104將可以自由伸展，且仍然能夠在扭矩發(fā)生器104的伸展方向上注入能量。與圖2的實施例類似，當半驅動式假肢膝關節(jié)100工作在其驅動模式下時，第一可控閥206關閉。這樣，信號處理器130通過控制電動機202來控制扭矩發(fā)生器104。在驅動模式下，向扭矩發(fā)生器104中輸入能量，能夠控制膝關節(jié)機構107的運動，或向膝關節(jié)機構107上施加理想的扭矩。
[0035]在一些實施例中，如圖4所示，液壓閥回路204除其他部件外，還包括第二可控閥208，該第二可控閥208與串聯(lián)安裝的第一可控閥206和第一止回閥207并聯(lián)安裝。通過使用信號處理器130，可以調節(jié)第一可控閥206和第二可控閥208的開口，以適當調節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液體流動阻力。這種實施例的操作類似于3中的實施例的操作，其不同之處在于，這種實施例不將扭矩發(fā)生器104中的液體流動阻力的范圍限制在彎曲方向上。當半驅動式假肢膝關節(jié)100工作在其驅動模式下時，第一可控閥206和第二可控閥208關閉。這使得信號處理器130通過控制電動機202來控制扭矩發(fā)生器104。在驅動模式下，向扭矩發(fā)生器104中輸入能量，能夠控制膝關節(jié)機構107的運動，或向膝關節(jié)機構107上施加理想的扭矩。
[0036]在一些實施例中，如圖5所示，液壓閥回路204包括第二止回閥209和第二可控閥208，二者彼此串聯(lián)，且與串聯(lián)安裝的第一可控閥206和第一止回閥207并聯(lián)安裝。這種實施例的工作類似于4所示的實施例的工作，其不同之處在于，如果第二可控閥208打開，則扭矩發(fā)生器104可以自由彎曲，且仍然能夠在扭矩發(fā)生器104的彎曲方向上注入能量。與圖4的實施例類似，當圖5的液壓閥回路204在工作其驅動模式下時，第一可控閥206和第二可控閥208關閉，以便控制膝關節(jié)機構107的運動，或向膝關節(jié)機構107上施加理想的扭矩。
[0037]第一可控閥206和第二可控閥208都包括任何能電動或手動調節(jié)閥口大小的閥或多個閥的組合。第一可控閥206和第二可控閥208的例子包括但不限于流量控制閥、壓力控制閥、驅動針型閥、電磁閥和雙位閥。
[0038]圖6顯示了液壓閥回路204的另一實施例。圖6所示的該液壓閥回路204的實施例與圖3所示的實施例相似，其不同之處在于，圖3中的第一止回閥207被并聯(lián)回路217替代。并聯(lián)回路217包括第一止回閥207和第一調節(jié)限制閥215，二者串聯(lián)安裝，且與串聯(lián)安裝的第二止回閥209和第二調整限制閥216并聯(lián)安裝。
[0039]在工作中，當半驅動式假肢膝關節(jié)100工作在其驅動模式下時，第一可控閥206關閉。這使得整個液壓泵的輸出流流入扭矩發(fā)生器104中。這進一步實現(xiàn)了信號處理器130通過控制電動機202來控制扭矩發(fā)生器104。在驅動模式下，向扭矩發(fā)生器104中輸入能量，能夠控制膝關節(jié)機構107的運動，或向膝關節(jié)機構107上施加理想的扭矩。當半驅動式假肢膝關節(jié)100工作在其非驅動模式下時，泵閥203關閉，從而沒有液流通過液壓泵201。通過使用信號處理器130，可以調整第一可控閥206的開口大小，以調節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液體流動阻力。調節(jié)限制閥215在扭矩發(fā)生器104的伸展方向上對液流提供阻力。調節(jié)限制閥216在扭矩發(fā)生器104的彎曲方向上對液流提供阻力。調節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液體流動阻力，能夠控制膝關節(jié)機構107對力和扭矩的阻力，同時使用的電能更少，因為電動機202在該非驅動模式下未消耗任何電能。
[0040]在一些實施例中，如圖7所示，液壓閥回路204包括第一可控閥206和執(zhí)行器閥214，該第一可控閥206能在兩個方向上控制液壓流，該執(zhí)行器閥214相互串聯(lián)。在本實施例中，扭矩發(fā)生器104連接到串聯(lián)連接的第一可控閥206和執(zhí)行器閥214的兩個自由端口。液壓泵201連接到第一可控閥206的兩個端口。
[0041]在工作中，當半驅動式假肢膝關節(jié)100工作在其驅動狀態(tài)下時，第一可控閥206關閉。這使得整個液壓泵的輸出流流入扭矩發(fā)生器104。這進一步使得信號處理器130通過控制電動機202來控制扭矩發(fā)生器104。在驅動模式下，向扭矩發(fā)生器104中輸入能量，能夠控制膝關節(jié)機構107的運動，或向膝關節(jié)機構107上施加理想的扭矩。當半驅動式假肢膝關節(jié)100工作在其非驅動模式下時，通過使用信號處理器130，可以調節(jié)執(zhí)行器閥214的開口，以調節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液體流動阻力。調節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液體流動阻力，能夠在行走周期的各階段中控制膝關節(jié)機構107對力和扭矩的阻力，同時使用的電能更少，因為電動機202在該非驅動模式下未消耗任何電能。
[0042]當半驅動式假肢膝關節(jié)100工作在功率再生模式下時，執(zhí)行器閥214不關閉，使得來自扭矩發(fā)生器104的液壓流的至少一部分轉動液壓泵201，同時電動機控制器128向電動機202施加非零電流，以阻擋液壓泵201中的液流。
[0043]在一些實施例中，如圖8所示，液壓閥回路204除其他部件外，還包括第一止回閥207，該第一止回閥207與第一可控閥206串聯(lián)安裝，使得液流只在一個方向上流動。對比圖7的實施例可看出，這種實施例將扭矩發(fā)生器104中的液體流動阻力限制在彎曲方向上，且使其總是大于液壓泵201產生的液體流動阻力。如果第一可控閥206打開，且仍能夠在扭矩發(fā)生器104的伸展方向輸入能量，這將進一步使扭矩發(fā)生器104自由伸展。當半驅動式假肢膝關節(jié)100工作在其驅動模式下時，第一可控閥206關閉。這樣，能夠控制膝關節(jié)機構107的運動，或向膝關節(jié)機構107上施加理想的扭矩。
[0044]在一些實施例中，如圖9所示，液壓閥回路204，除其他部件外，還包括第二可控閥208，其與串聯(lián)安裝的第一可控閥206和第一止回閥207并聯(lián)安裝。該實施例的工作類似于8所示的實施例的工作，不同之處在于該實施例不將扭矩發(fā)生器104中的液體流動阻力限制在彎曲方向，使其總是大于液壓泵201產生的流體阻力。在操作中，當圖9的液壓閥回路20