1或外骨骼的其他部分的非接觸距離傳感器地直接測(cè)量的潛在地313，在要么在地面313上要么離開地面313的支撐腿318上的點(diǎn)，或者在軀干320上的點(diǎn)。
[0093]額外的實(shí)施例也可以使用沒(méi)有嚴(yán)格定義在水平軸315或垂直軸314中而是定義為它們二者固定的一些組合的笛卡爾約束。一個(gè)例子如圖39所示，其中，控制水平維度330和垂直維度331，以致它們之間存在固定比率，其將導(dǎo)致腳尖保持在虛線路徑332上。將該路徑約束與膝關(guān)節(jié)角度312軌跡組合將提供兩種約束，從而能夠計(jì)算余下的同時(shí)滿足兩個(gè)約束的擺動(dòng)腿關(guān)節(jié)角度。當(dāng)然，這只是幾乎有無(wú)限多個(gè)可以定義的關(guān)系中的一個(gè)例子。
[0094]本發(fā)明還可以擴(kuò)展到使用多于兩個(gè)約束或少于兩個(gè)約束，并且只要那些約束中的一個(gè)為笛卡爾約束的實(shí)施例中。例如，相同的方法擴(kuò)展到只具有一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的關(guān)節(jié)，如膝關(guān)節(jié)306，的系統(tǒng)中，該計(jì)算機(jī)控制的關(guān)節(jié)試圖滿足維持地面接觸點(diǎn)的離地高度311的單一約束。在這樣的場(chǎng)景中，該系統(tǒng)必須具有至少與打算滿足的所需約束的數(shù)量一樣多的可控制的自由度。因此，只具有一個(gè)可控制的膝關(guān)節(jié)306的系統(tǒng)不可能同時(shí)滿足所需的地面接觸X323和Y311的約束，因?yàn)樵撓到y(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)沒(méi)有提供可以解決保障滿足系統(tǒng)上的兩個(gè)約束的設(shè)置。類似的，該方法可以應(yīng)用到具有對(duì)于兩個(gè)約束的系統(tǒng)中，只要該系統(tǒng)存在比所需約束的數(shù)量更多的可控制的自由度。這樣的一個(gè)實(shí)施例為，在矢狀平面中具有可控制的髖關(guān)節(jié)308和膝關(guān)節(jié)306并且在正面圖具有可控制的髖關(guān)節(jié)333的系統(tǒng)，其力求滿足三個(gè)約束。這個(gè)系統(tǒng)的一組約束的例子可以是地面接觸Y坐標(biāo)、髖關(guān)節(jié)角度316，以及地面接觸點(diǎn)334的正平面偏移，如圖40所示。這些約束是一組有效的約束，因?yàn)樗鼈優(yōu)橥耆薅嗽撓到y(tǒng)的所需幾何結(jié)構(gòu)的三個(gè)獨(dú)立的約束。
[0095]本發(fā)明的另一組實(shí)施例調(diào)整髖308和膝306的運(yùn)動(dòng)以便實(shí)現(xiàn)所需的腳運(yùn)動(dòng)，其中，約束的改變貫穿整個(gè)腳步。一個(gè)在約束間移動(dòng)并確定邁步狀態(tài)的階段的方法為使用有限的狀態(tài)機(jī)。這些實(shí)施例允許系統(tǒng)根據(jù)在腳步過(guò)程中腳是如何前進(jìn)的完成不同步驟。這些方法可以使用全部在前面的本發(fā)明的實(shí)施例中提出的相同約束。在典型的應(yīng)用中，當(dāng)這些約束使用在狀態(tài)機(jī)實(shí)施例中，這些約束為約束軌跡的形式，采用關(guān)于通過(guò)腳步的時(shí)間定義。
[0096]在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)根據(jù)邁步的狀態(tài)的不同約束，使用單一有限狀態(tài)機(jī)來(lái)定義邁步的狀態(tài)，如圖41所示。在第一狀態(tài)340，擺動(dòng)腿310正打算彎曲并準(zhǔn)備擺動(dòng)。這可以用相對(duì)于支撐腿318上的點(diǎn)的腳尖X坐標(biāo)323和擺動(dòng)膝關(guān)節(jié)角度312軌跡的約束來(lái)定義。到下一個(gè)狀態(tài)343的轉(zhuǎn)移可以用多種方式定義，但是在這個(gè)例子中，轉(zhuǎn)移發(fā)生在預(yù)定的膝關(guān)節(jié)角度312閾值。在第二狀態(tài)341，擺動(dòng)腿310通過(guò)最小的空隙階段向腳301前進(jìn)。這種運(yùn)動(dòng)可以使用相對(duì)于支撐腿318的腳尖X坐標(biāo)323和腳尖Y坐標(biāo)(在X、y空間中的簡(jiǎn)單路徑)的約束定義。在完成最小的空隙階段后，該狀態(tài)根據(jù)相對(duì)于支撐腿318上的點(diǎn)一組腳尖X坐標(biāo)323，轉(zhuǎn)到下一個(gè)狀態(tài)344。在第三狀態(tài)345，使用相對(duì)于支撐腿上的點(diǎn)的腳后跟X坐標(biāo)和膝關(guān)節(jié)角度312軌跡的約束，擺動(dòng)腿310為腳跟著地做準(zhǔn)備。上述過(guò)程可以擴(kuò)展到本發(fā)明更復(fù)雜的實(shí)施例中，這些實(shí)施例結(jié)合了更多的狀態(tài)，以便在任意一個(gè)時(shí)間更好地孤立腳301所需的行為，如圖42所示。
[0097]以上結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，應(yīng)當(dāng)理解為，能夠在不脫離本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出各種改進(jìn)和修正。通常，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)僅受權(quán)利要求所述范圍的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種控制帶動(dòng)力的下肢矯形器的方法，所述下肢矯形器具有至少一條帶有至少兩個(gè)執(zhí)行器的腿，所述至少兩個(gè)執(zhí)行器被配置為由信號(hào)處理器控制并連接到人的下肢，所述方法包括: 當(dāng)所述至少一條腿沒(méi)有接觸地面時(shí)，控制位于所述矯形器的所述至少一條腿上的參考點(diǎn)的軌跡，使其遵循由至少一個(gè)笛卡爾坐標(biāo)限定的預(yù)定軌跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在水平軸中測(cè)量所述笛卡爾坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在垂直軸中測(cè)量所述笛卡爾坐標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在不完全水平或垂直的軸中測(cè)量所述笛卡爾坐標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)垂直笛卡爾坐標(biāo)和膝關(guān)節(jié)角度坐標(biāo)限定所述軌跡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)垂直笛卡爾坐標(biāo)和髖關(guān)節(jié)角度坐標(biāo)限定所述軌跡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)水平笛卡爾坐標(biāo)和膝關(guān)節(jié)角度坐標(biāo)限定所述軌跡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)水平笛卡爾坐標(biāo)和髖關(guān)節(jié)角度坐標(biāo)限定所述軌跡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:測(cè)量所述參考點(diǎn)相對(duì)于一軀干連接件的軌跡，所述軀干連接件被配置為將所述矯形器連接至人的骨盆或軀干部位。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，相對(duì)于絕對(duì)參考系測(cè)量所述參考點(diǎn)的所述軌跡。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，相對(duì)于所述地面測(cè)量所述參考點(diǎn)的所述軌跡。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該方法還包括:根據(jù)與所述地面接觸的所述矯形器的第二腿的方位，估計(jì)所述參考點(diǎn)的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，從帶有非接觸式傳感器的所述地面直接測(cè)量所述參考點(diǎn)的高度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:在單一的步態(tài)周期內(nèi)切換用于限定所述軌跡的坐標(biāo)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括保持一狀態(tài)機(jī)以便在所述坐標(biāo)中切換。
16.一種人工腿設(shè)備，配置為連接到人的下肢，該人工腿設(shè)備包括: 人工足，該人工足具有足尖和足跟； 小腿連接件，該小腿連接件連接到所述人工足； 大腿連接件，該大腿連接件配置為連接到人； 膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，該膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)連接所述大腿連接件和所述小腿連接件，并使所述大腿連接件和所述小腿連接件能夠相對(duì)于彼此進(jìn)行彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)； 扭矩發(fā)生器，該扭矩發(fā)生器配置為在所述大腿連接件和所述小腿連接件之間生成扭矩； 膝關(guān)節(jié)角度傳感器，該膝關(guān)節(jié)角度傳感器產(chǎn)生表示所述小腿連接件和大腿連接件之間的角度的膝關(guān)節(jié)角度信號(hào)； 站立傳感器，該站立傳感器配置為識(shí)別所述人工足的哪一部分與地面接觸； 電源，該電源配置為提供電能；以及 信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器連接到所述電源、所述扭矩發(fā)生器、所述膝關(guān)節(jié)角度傳感器和所述站立傳感器，其中，所述信號(hào)處理器接收來(lái)自所述膝關(guān)節(jié)角度傳感器和所述站立傳感器的信號(hào)，確定所述人工足處于邁步狀態(tài)中，并且通過(guò)所述扭矩發(fā)生器控制所述小腿連接件和所述大腿連接件之間的角度，以使所述人工足遵循預(yù)定軌跡。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的人工腿設(shè)備，其特在于，所述預(yù)定軌跡通常平行于所述地面。
18.—種人工腿設(shè)備，配置為連接到人的下肢，該人工腿設(shè)備包括: 小腿連接件，該小腿連接件配置為連接到人； 大腿連接件，該大腿連接件配置為連接到人； 軀干連接件，該軀干連接件配置為連接到人； 膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，該膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)連接所述大腿連接件和所述小腿連接件，并使所述大腿連接件和所述小腿連接件能夠相對(duì)于彼此進(jìn)行彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)； 膝關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器，該膝關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器配置為在所述小腿連接件和所述大腿連接件之間生成扭矩； 膝關(guān)節(jié)角度傳感器，該膝關(guān)節(jié)角度傳感器產(chǎn)生表示所述小腿連接件和大腿連接件之間的角度的膝關(guān)節(jié)角度信號(hào)； 髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，該髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)連接所述大腿連接件和所述軀干連接件，并使所述大腿連接件和所述軀干連接件能夠相對(duì)于彼此進(jìn)行彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)； 髖關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器，該髖關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器配置為在所述大腿連接件和所述軀干連接件之間生成扭矩； 髖關(guān)節(jié)角度傳感器，該髖關(guān)節(jié)角度傳感器產(chǎn)生表示所述大腿連接件和軀干連接件之間的角度的髖關(guān)節(jié)角度信號(hào)； 電源，該電源配置為提供電能；以及 信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器連接到所述電源、所述膝關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器、髖關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器、所述膝關(guān)節(jié)角度傳感器和所述髖關(guān)節(jié)角度傳感器，其中，所述信號(hào)處理器接收來(lái)自所述膝關(guān)節(jié)角度傳感器和所述髖關(guān)節(jié)角度傳感器的信號(hào)，并且分別通過(guò)所述膝關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器和髖關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器控制所述小腿連接件和所述大腿連接件之間的角度以及所述大腿連接件和所述軀干連接件之間的角度，以使所述人工腿上的參考點(diǎn)遵循由至少一個(gè)笛卡爾坐標(biāo)限定的預(yù)定軌跡。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的人工腿設(shè)備，其特征在于，所述笛卡爾坐標(biāo)為所述參考點(diǎn)相對(duì)地面的高度。
20.一種人工腿設(shè)備，配置為連接到人的下肢，該人工腿設(shè)備包括: 人工足，該人工足具有足尖和足跟； 小腿連接件，該小腿連接件連接到所述人工足； 大腿連接件； 軀干連接件，該軀干連接件配置為連接到人； 膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，該膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)連接所述大腿連接件和所述小腿連接件，并使所述大腿連接件和所述小腿連接件能夠相對(duì)于彼此進(jìn)行彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)； 膝關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器，該膝關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器配置為在所述小腿連接件和所述大腿連接件之間生成扭矩； 膝關(guān)節(jié)角度傳感器，該膝關(guān)節(jié)角度傳感器產(chǎn)生表示所述小腿連接件和大腿連接件之間的角度的膝關(guān)節(jié)角度信號(hào)； 髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，該髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)連接所述軀干連接件和所述大腿連接件，并使所述軀干連接件和所述大腿連接件能夠相對(duì)于彼此進(jìn)行彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)； 髖關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器，該髖關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器配置為在所述大腿連接件和所述軀干連接件之間生成扭矩； 髖關(guān)節(jié)角度傳感器，該髖關(guān)節(jié)角度傳感器產(chǎn)生表示所述大腿連接件和軀干連接件之間的角度的髖關(guān)節(jié)角度信號(hào)； 站立傳感器，該站立傳感器配置為識(shí)別所述人工足的哪一部分與地面接觸； 電源，該電源配置為提供電能；以及 信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器連接到所述電源、所述膝關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器、髖關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器、以及所述膝關(guān)節(jié)角度傳感器、所述髖關(guān)節(jié)角度傳感器和所述站立傳感器中的每一個(gè)，其中，所述信號(hào)處理器接收來(lái)自所述膝關(guān)節(jié)角度傳感器、所述髖關(guān)節(jié)角度傳感器和所述站立傳感器的信號(hào)，確定所述人工腿處在邁步狀態(tài)中，并且分別通過(guò)所述膝關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器和髖關(guān)節(jié)扭矩發(fā)生器控制所述小腿連接件和所述大腿連接件之間的角度以及所述大腿連接件和所述軀干連接件之間的角度，以使所述人工足遵循預(yù)定軌跡。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的人工腿設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)定軌跡基本平行于所述地面。
【專利摘要】一種帶動(dòng)力的下肢矯形器（100；310），包括連接到人工足（108；301）的小腿連接件（105；305），連接到該小腿連接件（105；305）的膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)（107；306），以及大腿連接件（103；307），根據(jù)來(lái)自各個(gè)矯形器上安裝的傳感器（122,124,126,127）的信號(hào)控制該帶動(dòng)力的下肢矯形器，以致該人工足（108；301）遵循由至少一個(gè)笛卡爾坐標(biāo)限定的預(yù)定軌跡。
【IPC分類】A61F2-68
【公開號(hào)】CN104684509
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380039769
【發(fā)明人】提姆·斯威夫特, 亞當(dāng)-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(fèi)爾班克斯, 密涅瓦-瓦蘇德萬(wàn)·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(qǐng)人】艾克索仿生技術(shù)公司, 加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年5月21日
【公告號(hào)】CA2874468A1, EP2854717A1, WO2014007917A1