專利名稱：在膝上假肢中控制人造膝關節(jié)動作的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及控制高于膝關節(jié)的假肢(以下簡稱膝上假肢)中膝關節(jié)轉(zhuǎn)動的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用一個微處理機，響應于假肢上傳感器產(chǎn)生的應變和膝角度測值，通過與液壓阻尼器配合工作的閥門組件的操作來控制液壓阻尼器，從而被動地阻尼或抵抗人造膝關節(jié)的轉(zhuǎn)動。
如前所述，本發(fā)明用于高于膝被截肢者使用的人造假肢。
目前市場上約有50種不同的膝上假肢裝置。其中多種假肢具有-裝入和接合使用者的殘肢的承窩;
-剛性地連接于承窩的膝托架;
-從膝托架向下延伸且通過水平軸樞軸式連接于膝托架的一框架，所述膝托架，軸和框架一起構(gòu)成了人造膝關節(jié);
-連接于所述框架底部的一支架和人造腳;以及-控制膝關節(jié)的裝置，在一步的始發(fā)階段鎖緊膝關節(jié)防止膝關節(jié)在負荷作用下彎曲，而在一步的擺動階段則釋放膝關節(jié)。
生物的或自然的膝關節(jié)是由肌肉的動作提供動力的。肌肉具有兩要素，其一是收縮時產(chǎn)生的主動力，其二是可變的勁度。在假肢中模擬肌肉的收縮已證明是不可行的，這是由于重量和體積的限制。因此，有關的研究工作一直集中于向膝關節(jié)中使用勁度。這一般涉及膝關節(jié)在下述兩種模式間的轉(zhuǎn)換鎖緊或自由轉(zhuǎn)動。
近年來，研究人員已經(jīng)找到改進控制人造膝關節(jié)動作的方法，用以改進步態(tài)并能夠使被截肢者更好地處理某些獨特的動作，如下臺階或降低到坐姿。
與此相關的專利有法國專利第2623086-A號。該專利公開了一種安裝在膝關節(jié)和腳之間框架上的應變傳感器，用來測量負荷。從傳感器發(fā)出的電子信號傳送到監(jiān)控負荷測量的微處理機。當負荷信號指示一步的擺動階段正在結(jié)束，負荷正在施加到腿上時，微處理機使一電動機或電磁鐵鎖緊膝關節(jié)。當始發(fā)階段完成時，微處理機指示致動器釋放膝關節(jié)，因此，膝關節(jié)可在擺動階段自由擺動。
另一件相關的現(xiàn)有技術(shù)文件是俄國專利第SU1333-333-A號。該專利中使用了在膝鉸合部上的傳感器測量膝角度，按照膝角度測值，有關裝置鎖緊或釋放膝鉸合部。
另一種有關的現(xiàn)有技術(shù)裝置稱為Henschke Mauch S-N-S系統(tǒng)，用于控制膝上假肢。該系統(tǒng)中裝有線性液壓阻尼器，在一步的始發(fā)階段，以一種阻尼率阻止膝關節(jié)的轉(zhuǎn)動。該阻尼率可以手動調(diào)節(jié)。當膝關節(jié)充分伸展時，阻尼器處于非阻止模式。換言之，該系統(tǒng)缺乏阻尼的自動變化，只有兩種狀態(tài)，也就是說，在始發(fā)階段對彎曲有高阻力，而在擺動階段可自由轉(zhuǎn)動。
如果將膝關節(jié)看成是一種簡單的鉸接，那么，則可能發(fā)生兩個分開的動作。在彎曲時，膝關節(jié)轉(zhuǎn)動，使腿的上、下兩部分相互移近。在伸展時，膝關節(jié)反向轉(zhuǎn)動，腿的兩部分分開，腿伸直。為使人造膝關節(jié)更相似的模擬生物膝關節(jié)，在彎曲和伸展兩種模式中必須單獨地和可變地施加控制和勁度。例如，在一步的始發(fā)(即重量支承)階段的開始最好允許膝少量彎曲，然后鎖緊膝防止進一步向下彎曲，而隨著腿由于身體的動作而伸直，同時釋放膝以便伸展。因此在這個動作的后一階段中，膝關節(jié)被改變以便在彎曲中被鎖緊，同時在伸展中被松釋。
就本申請人所知，在現(xiàn)有技術(shù)中從未有一種人造膝關節(jié)機構(gòu)，可以獨立地，同時地和自動可變地控制彎曲和伸展。
如果能夠設計出這樣一種機構(gòu)的話，那么，對膝關節(jié)的動作就可實行更為復雜的控制。
本發(fā)明的目的是提供上述那樣的機構(gòu)，然后將其裝入一種改進的全假肢中。
本發(fā)明涉及一種裝在假肢上的計算機控制系統(tǒng)，適用于在膝上假肢(AKP)中對膝關節(jié)轉(zhuǎn)動提供改進的控制，膝上假肢具有由膝關節(jié)接合的上、下腿部，所述下腿部上有一只腳。一般來說，該系統(tǒng)具有-可以對膝關節(jié)彎曲和伸展轉(zhuǎn)動進行單獨的和可變的阻尼或抵抗的一線性液壓阻尼器;
-用于測量膝上假肢膝角度和下腿部應變并發(fā)出指示信號的電子傳感裝置(膝角度指示上、下腿部之間的夾角，下腿應變指示使用者身體的重心相對于膝上假肢腳部的位置);
-致動裝置，如伺服電動機，用于調(diào)整阻尼器以改變在彎曲和伸展兩者至少之一時對膝關節(jié)轉(zhuǎn)動的阻力;以及-程序計算機，用于接收從傳感裝置發(fā)出的信號，根據(jù)所述信號連續(xù)地建立在重復運動過程中膝上假肢的狀態(tài)并根據(jù)需要驅(qū)動致動裝置以改變阻尼從而模擬膝的動作。更具體來說，計算機最好適于通過信號與儲存的臨界值相比較而完成上述工作，儲存的臨界值是在運動過程中膝上假肢狀態(tài)之間預定的過渡點的指示，當接收到的信號值與儲存的值相關聯(lián)時，則使致動裝置按照需要改變阻尼器的阻力，因而使膝上假肢的膝關節(jié)動作基本上模擬自然膝的動作。
應該注意的是，本發(fā)明涉及在每次彎曲和伸展中膝上假肢膝關節(jié)動作阻尼的獨立的變化。本說明書中“阻尼”的意思是抵抗膝關節(jié)的轉(zhuǎn)動。這種抵抗可以是基本完全的，也就是說，在彎曲和伸展兩者或兩者之一時基本防止膝關節(jié)轉(zhuǎn)動。這種抵抗也可是部分的，也就是說，在彎曲和伸展兩者或兩者之一時，限制膝關節(jié)的轉(zhuǎn)動速率?；蛘撸@種抵抗也可以是不存在的，也就是說，在彎曲和伸展兩者或兩者之一時，膝關節(jié)自由轉(zhuǎn)動。換言之，阻尼器適于在彎曲和伸展兩者或兩者之一時控制膝關節(jié)的轉(zhuǎn)動速率。
為了實現(xiàn)上述雙向阻尼，本申請人已研制出一種內(nèi)裝活塞和活塞控制裝置的新穎的阻尼器。更具體來說，這種可變的，線性的液壓尼器具有-一個中空封閉液壓缸，具有圓柱形中空活塞，活塞可在液壓缸室內(nèi)縱向滑動;
-活塞最好具有從其兩端延伸的軸向活塞桿，活塞桿從缸端壁的密封孔中伸出?；钊谄鋬啥酥g載有外周密封環(huán)，用于密封住缸的側(cè)壁;
-與活塞第一端壁有關的第一孔和止回閥組件，使液壓油從液壓缸腔的第一端進入活塞腔;
-與活塞第二端壁有關的第二孔和止回閥組件，使液壓油從液壓缸腔的第二端進入活塞腔;
-在密封環(huán)一側(cè)，穿過鄰活塞第一端的活塞側(cè)壁的第一對完全相對的孔;
-在密封環(huán)另一側(cè)，穿過鄰近活塞第二端的活塞側(cè)壁的第二對完全相對的孔;
-每個第一對孔最好與活塞該側(cè)的第二對孔周向偏置;
-每個孔的形狀最好是縫狀的。
-一閥門最好伸入液壓缸腔和活塞腔，適于逐漸減少或增加液壓油流動的第一(或彎曲)孔的有效面積并獨立地逐漸減少或增加第二(或伸展)孔的面積;
-上述閥門最好具有與缸軸平行的伸入活塞腔的可轉(zhuǎn)動的軸，所述軸載有一對徑向突出，完全相對的突起部，當軸轉(zhuǎn)動時，每一個突起部進一步適于逐步覆蓋或打開鄰近的彎曲孔或伸展孔，從而獨立地且同時地控制通過彎曲孔或伸展孔的流通面積。
在使用中，一根活塞桿連接于膝上假肢的一部分，而液壓缸的遠端則連接于假肢的另一部分。為了描述的目的，這里假定，阻尼活塞的上推桿樞軸式地連接于膝上假肢的上腿部分，而液壓缸的下端則樞軸式地連接于下腿部分。因此，在彎曲過程中，阻尼器將收縮，因而活塞將由身體負荷在液壓缸中被向下驅(qū)動。在伸展過程中，阻尼器伸長，活塞被身體的動作向上拉。
在阻尼器工作時-如果閥門所處位置使假肢能夠彎曲，如果活塞受迫向下，從而使缸腔下端的液壓油增壓，那么，液壓油則通過下部的止回閥和伸展孔(如果通)向上流入活塞腔，并將通過上部彎曲孔離開活塞腔-液體不會通過伸展孔(如未覆蓋)離開活塞腔，這是因為在缸腔下端和活塞腔之間沒有顯著液壓油壓差;
-如果閥門的位置使假肢能夠伸展，如果活塞被向上拉，從而使缸腔上端中的液壓油增壓，那么，液壓油將通過上部止回閥和伸展孔(如果通)向下流入活塞腔，并將通過下部伸展孔離開活塞腔-同樣，液壓油不會通過彎曲孔離開活塞腔，這是因為在缸腔上端和活塞腔之間沒有顯著的液壓油壓差。
應該注意的是，阻尼器的設計具有如下特征
-閥門可以調(diào)整以改變孔截面，因此，也改變了液壓油流動速率，從而同時改變在彎曲或伸展中膝關節(jié)轉(zhuǎn)動的阻力，從而可實現(xiàn)同時在雙向上的阻尼變化;
-由于孔是完全相對地成對設置，所以在重負荷下，閥門不會被壓在活塞壁的一側(cè)上，因而也不會被卡住或難于活動，因此，可以使用小的馬達和軸來控制阻尼器，這有助于使裝置緊湊，減輕重量;
-由于阻尼器是液壓的，因而磨損帶來的影響不大，阻尼性能保持穩(wěn)定，因此使用者可習慣于它的動作，并增加對其工作的信心。人們也許會說，液壓油的溫度可能改變，這會影響性能的一致性，但是使用航空液壓油，大大減小了這種影響。
按照本發(fā)明的一個方面，阻尼器具有;
-一對封閉的腔(例如液壓缸腔的兩端);
-連接于腿的兩部分并構(gòu)成兩條通道(例如由止回閥組件，活塞腔和一對孔組成的通道)的裝置(例如，活塞和液壓缸)，當腿的兩部分移向一起時，用于將液壓油通過通道之一從腔的一端送至另一端，而當腿的兩部分分開時則是通過另一條通道完成的;以及-用于調(diào)節(jié)通過每條通道的液壓油流的裝置(例如，閥門和孔組件)。
按照本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明利用了腿的動作的重復性。例如，如果在水平平面上步行，膝角度和下腿部應變測值的模型每步之間都不會發(fā)生顯著的變化。通過監(jiān)測兩組信號和定時，計算機機軟件可以測出膝上假肢的階段或狀態(tài)，并能夠開始彎曲和伸展能力的適當變化。如果偏離于有規(guī)律的模型，如在擺動過程中，拌動了膝上假肢的趾部，那么，計算機軟件可檢測出這種變化，并開始修正的動作。
本發(fā)明的系統(tǒng)包括在水平步行情況下控制膝上假肢的方法，該方法可描述如下-在計算機存儲器中儲存下腿部應變和膝角度的臨界值，這些值是在始發(fā)階段膝彎曲的指示。也是在擺動階段，在沿水平平面一步的全過程中身體重心相對于踝節(jié)部或腳的預先定位的指示;
-在使用膝上假肢的過程中連續(xù)測出下腿部分應力和膝角度，并產(chǎn)生與其相應的電子信號;
-將上述信號與儲存的臨界值比較，當信號基本與臨界值相關聯(lián)時，驅(qū)動改變膝關節(jié)在彎曲和伸展至少兩者之一中的轉(zhuǎn)動速率的裝置，以便使膝關節(jié)大約在始發(fā)階段開始時能夠彎曲，鎖住膝關節(jié)抵抗轉(zhuǎn)動而在始發(fā)階段的中部使其能夠伸展，并且當其趨近擺動階段時釋放膝關節(jié)，從而基本上模擬自然膝的動作，以及-反復重復上述過程。
本發(fā)明的膝關節(jié)系統(tǒng)綜合了傳感裝置，具有能夠同時地且獨立地控制彎曲和伸展的阻尼器以及以重復動作的概況為基礎的軟件，因而這種膝關節(jié)系統(tǒng)的特點是嚴密受控的，可預言的反應。這使使用者取得對系統(tǒng)的信心，然后該系統(tǒng)則顯示較長的，更有節(jié)奏的步態(tài)。無論步態(tài)的快、慢，軟件都可以做出類似的反應。而且軟件可精細調(diào)節(jié)，更適應于特定的使用者，或者可被改變以改進膝上假肢的工作。另外，本發(fā)明的系統(tǒng)也適于在非水平步行如下臺階和坐下的動作過程中控制膝關節(jié)。
綜上所述，可以看出本發(fā)明采用了程序計算機裝置，用于接收從傳感裝置發(fā)出的信號，在運動的過程中根據(jù)這些信號連續(xù)建立膝上假肢的狀態(tài)，并驅(qū)動致動裝置以改變阻尼從而基本上模擬自然膝的動作。更具體來說，程序計算機裝置適于將發(fā)出的信號與儲存的，指示膝上假肢反復運動狀態(tài)間的過渡點的臨界值相比較，當信號基本上與臨界值相關聯(lián)時，改變在彎曲和伸展之一或兩者中膝關節(jié)轉(zhuǎn)動的速率。所儲存的臨界值最好從由膝角度和使用者身體重心相對于膝上假肢的腳的位置的絕對值和派生值，離開上一過渡點的期間以及在運動過程中將來可能的狀態(tài)所構(gòu)成的組中選擇。
可以認為本發(fā)明是對被截肢者的運動作出反應從而改進步態(tài)的一種機器。被截肢者要對這種機器有信心以充分利用機器的性能，這一點是很必要的。保證機器的這種反應在步行中一步一步是可以再現(xiàn)的，這有助于培養(yǎng)使用者的信心。
為了取得上述的一致的和可再現(xiàn)的反應，本發(fā)明利用在正常步行中假肢的可再現(xiàn)的機理。如前所述，在每一步的過程中，膝部都經(jīng)過一種一步一步之間基本相同的運動模型。由被截肢者體重形成的在膝上假肢的框架上的應變，以及膝關節(jié)的角度變化也是可以再現(xiàn)的。
信號的重復性是本發(fā)明成功的重要因素。這使假肢可以具有穩(wěn)定一致的人/機相互作用。假肢是由被截肢者使用以便執(zhí)行不同任務的一種工具。如果這種工具的性能是可以預知的和可以再現(xiàn)的，那么，使用者就可獲得信心。
由于每步中上述反應同時且以相同的方式出現(xiàn)，因而被截肢者可培養(yǎng)對這種機器的信任感，并能夠連續(xù)、順利地步行。
總之，本發(fā)明的工作原理是，每一步可劃分成若干階段或狀態(tài)，機器可以對每一階段作出反應，從而改進步態(tài)。每步的上述劃分可以下述方式完成首先從假肢獲得信息，以電子電路調(diào)制這些信息，用軟件對其進行分析，然后獨立地和同時地改變對膝關節(jié)彎曲和伸展轉(zhuǎn)動的阻力而執(zhí)行機器的反應。
現(xiàn)對照以下附圖對本發(fā)明進行詳細描述

圖1是表示本發(fā)明系統(tǒng)中信息流動的框圖;
圖2是霍爾效應傳感器的簡化立體圖，該霍爾效應傳感器用于產(chǎn)生指示膝角度的信號;
圖3是膝角度傳感器輸出對膝關節(jié)轉(zhuǎn)動的曲線圖;
圖4是假肢分解立體圖;
圖4a是假肢組裝后的立體圖;
圖5是應變傳感器輸出對假肢上應變或負荷的曲線圖;
圖6是表示水平步行狀態(tài)的圖，示出適當?shù)臓顟B(tài)條件;
圖6a是表示水平步行狀態(tài)的圖，示了各狀態(tài)與腿的動作，活塞位置和閥門位置的對應關系;
圖7是表示水平步行時與各狀態(tài)有關的膝角度和應變(踝節(jié)部彎矩或負荷)信號之間關系的曲線圖;
圖7a是表示下臺階狀態(tài)的圖，表示各狀態(tài)與腿的動作，活塞位置和閥門位置的對應關系;
圖8是表示坐下時各狀態(tài)的圖，適出適當?shù)臓顟B(tài)條件;
圖8a是表示坐下時各狀態(tài)的圖，示出各狀態(tài)與腿的動作，活塞位置和閥門位置的對應關系;
圖9是表示在坐下時與各狀態(tài)有關的膝角度和應變信號之間關系的曲線圖;
圖10是表示下臺階各狀態(tài)的圖，示出適當?shù)臓顟B(tài)條件;
圖11是表示下臺階時與各狀態(tài)有關的膝角度和應變信號之間關系的曲線圖;
圖12是表示各種動作方式時各種狀態(tài)和條件的綜合圖;
圖12a是與圖12對應的綜合圖，表示各種身體動作;
圖13和14是簡化側(cè)剖視圖，表示彎曲和伸展方式中的活塞和缸;
圖15是活塞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡化端視圖;
圖16-24與圖15相似，表示在各個位置時的閥門;
圖25是液壓缸和活塞的側(cè)剖視圖;
圖26是系統(tǒng)的總回路圖;
圖27是通信電路圖;
圖28是微處理機芯片圖;
圖29是載于微處理機芯片上的數(shù)字轉(zhuǎn)換器模擬用的電壓基準和調(diào)節(jié)器;
圖30是霍爾效應傳感器的調(diào)節(jié)電子電路圖;
圖31是應變傳感器的調(diào)節(jié)電子電路圖;
圖32是低電池檢測調(diào)節(jié)電子裝電路;
圖33是軟件程序方框圖;
圖34是每20毫秒啟動的中斷使用例行程序;
圖35是位于框架底部應變儀的立體圖。
現(xiàn)對照圖4和4a，假肢A具有抽吸承窩1，承窩1是定做的以便緊密與被截肢者的殘肢相配合并靠抽吸真空依附在殘肢上。調(diào)節(jié)板2安裝在承窩1的底部。膝支架3通過螺釘固定在調(diào)節(jié)板2上。膝支架3具有帶孔的軸支承3a，3b分別用于放入，支承并安裝膝關節(jié)主軸9和阻尼器軸15?？蚣?在其上端具有軸承4a，通過主軸9可轉(zhuǎn)動地安裝于膝支架3，主軸9穿過軸承4a。因此，框架4可自由地在固定的主軸9上轉(zhuǎn)動或擺動?？蚣?下端形成一矩形座4b，用于裝入矩形塊7a，矩形塊7a夾緊于腳支柱7的上端。螺釘將矩形塊7a固定在框架的矩形座4b上。腳8固定在支柱7的下端。
為了在阻尼器軸15上轉(zhuǎn)動，設有上部軸承座12。阻尼器軸15位于膝關節(jié)主軸9之后，因此，當膝支架3轉(zhuǎn)動或擺動時，軸15和上部軸承座12沿相對于軸9的弧運動。
為監(jiān)測膝角度或膝關節(jié)的轉(zhuǎn)動，設有如圖2所示的霍爾效應傳感器13。所使用的傳感器13在Sprague Electronics公司有售，型號為UGN-3503U。這種傳感器13具有環(huán)形磁鐵11，通過環(huán)形磁鐵保持件10固定在膝支架3的靜止的阻尼器軸15上。傳感器13還具有霍爾效應傳感件13a，位于可轉(zhuǎn)動的上部軸承座12中，面對環(huán)形磁鐵11。由于膝關節(jié)開始轉(zhuǎn)動，軸承座12繞阻尼器軸15運動，傳感件13a相對于環(huán)形磁鐵11運動。
傳感件13a的電壓輸出取決于其正前方的磁通密度(北或南極)。因此，隨著膝關節(jié)的轉(zhuǎn)動，傳感件的電壓輸出發(fā)生變化。從線性霍爾效應傳感器發(fā)出的信號被放大以產(chǎn)生膝關節(jié)充分伸展的0.5伏電壓和膝關節(jié)完全彎曲的4.5伏電壓。電路中還包括增益調(diào)節(jié)和補償控制。換言之，當膝關節(jié)伸直時，傳感件13a的信號最弱，隨著膝彎曲，信號增強。圖3表示放大后典型的與膝角度有關的傳感器電壓輸出。
通過測量框架4上的應變可確定腳8上的受力。使用北卡羅來納州Micro Measurement Group Inc公司生產(chǎn)的箔應變儀6(型號CEA-06-062UW-350)可完成上述工作。使用4個應變儀6，框架4前、后各2個，位于框架孔101和框架4底部之間，以便測出腳8的踵部負荷和趾部負荷，并求出其差值。換言之，這種應變測量可以提供使用者身體重心相對于膝上假肢的腳是否位于前部、中間或后部位置的指示。四個應變儀接成惠斯頓電橋形式以產(chǎn)生與應變成正比例變化的電信號?；菟诡D電橋結(jié)構(gòu)是測定應變儀電阻變化的標準布置。電橋的輸出經(jīng)差動放大器126放大以便當踵部充分負荷時產(chǎn)生0.5伏電壓，而當趾部充分負荷時產(chǎn)生4.5伏電壓。在趾部和踵部無負荷或負荷相似則產(chǎn)生2.5伏電壓。電路中還包括增益調(diào)節(jié)和補償調(diào)節(jié)。圖6表示當信號放大后，與腳部負荷有關的典型的電橋電壓輸出。應當注意的是，隨著踵部加載負荷信號減小，而隨著趾部加載負荷信號增大。
伺服電機支架14固定在軸承座12的底部。伺服電動機安裝在支架14之內(nèi)。所使用的電動機可從Airtronic有限公司得到，型號為94737。
一個上部彈簧保持件17安裝在伺服電動機支架14的底部，其作用下文將要描述。
阻尼器B位于伺服電動機支架14和框架4的底部之間。
阻尼器B珍有一中空的液壓缸26，其外部有螺紋。一個下部彈簧安裝環(huán)27旋在缸26的外表面上，其作用下文將要描述。一個下部軸承安裝環(huán)29出旋在缸26的外表面下端。環(huán)29有徑向延伸的螺孔100，螺孔100垂直于環(huán)29的軸線，與下部軸承銷5配合，銷5穿過孔101旋入框架4的底部。因此，缸26的底部通過將銷5旋入環(huán)29上的孔100的方式可擺動地連接于框架4的底部。旋在缸26外表面上的鎖環(huán)28擰緊在環(huán)29上以便將其定位。
下蓋30配合在缸26的下端并封閉住缸孔。下蓋30由卡環(huán)103固定在位。下蓋30外周載有O形環(huán)104以便密封住缸26的側(cè)壁105。下蓋30上有通孔106，一個O形環(huán)107裝在孔106內(nèi)，密封住活塞24的推桿25的外周。
缸26上端具有上蓋21，上蓋21配合在缸孔102中并由卡環(huán)108固定在位。上蓋外周也裝有O形環(huán)109，密封住缸26的側(cè)壁105。上蓋21上有通孔110，一個O形環(huán)111安裝在孔110中，密封住活塞24的推桿22的外周。
中空的圓筒形活塞24位于缸孔102中。活塞24具有端部開口的鼓112，鼓112具有旋入的上、下端蓋113，114。推桿22從上端蓋113向上伸，穿過缸的上蓋21上的密封孔110，并固定在伺服電動機支架14上。從上面的描述可以看出，軸承座12，伺服電動機支架14和推桿22構(gòu)成連接于阻尼器軸15和支架板3的一零件系。因此，當承窩1繞主軸9擺動時，轉(zhuǎn)動就轉(zhuǎn)變成推桿22和活塞24的直線運動。
管狀彈簧18與缸26同軸地在上部彈簧17和下部彈簧安裝環(huán)27之間延伸，以便有助于組件增加步態(tài)的擺動階段中膝伸展的速率。這有助于增加步速。
圖13和14中所示的活塞24和缸26為簡化形式，在彎曲和伸展中的液流由箭頭表示。
缸26是一封閉的或密封的裝置，內(nèi)有液壓油?；钊?4外周裝有密封環(huán)115，用于密封住缸26的側(cè)壁105。
活塞24的上蓋113有通入活塞腔117的孔116。一個彈簧負載的單向止回閥118控制孔116并使加壓液壓油能夠從缸腔119的上端向下流入活塞腔117。
活塞24的下蓋114具有通入活塞腔117的孔120。一個彈簧負載的單向止回閥121控制孔120并使加壓液壓油能夠從缸腔119的下端向上流入活塞腔117。
所使用的止回閥從康涅狄格州的Lee公司得到，型號為CK-FA2506205A。
第一對完全相對的彎曲孔122在高于活塞密封環(huán)115的一點上穿過活塞側(cè)壁123。第二對完全相對的伸展孔124在低于活塞密封環(huán)115的一點上穿過活塞側(cè)壁123。
根據(jù)上面的描述并參閱圖13，當體重向下作用在推桿22和活塞24上時，由于彎曲孔打開，液壓油可以從缸腔119的下端穿過下部止回閥121向上流入活塞腔117，通過彎曲孔122流出活塞腔并流入缸腔119的上端。因此，只要彎曲孔122是打開的，活塞24就可以向下移動，阻尼器收縮，且膝關節(jié)彎曲。如果彎曲孔122只是部分打開，則對膝的彎曲轉(zhuǎn)動有阻尼或稱有阻力。如果彎曲孔122被封閉，就防止了活塞24向下運動，膝關節(jié)鎖緊而不能彎曲。
與上述情況相似，參閱圖14，當推桿22和活塞被向上拉動，由于伸展孔124打開，加壓液壓油就可從缸腔119的上端通過上部止回閥118流入活塞腔117，通過伸展孔124流出活塞腔并流入缸腔119的下端。因此，只要伸展孔是打開的，活塞24就可以向上運動，阻尼器B伸展，膝關節(jié)也伸展。如果伸展孔124只是部分打開，則對膝的伸展有阻尼或稱阻力。如果孔124被封閉，則防止了活塞向上運動，膝關節(jié)基本被鎖緊不能伸展。
如前所述，對通過孔的液壓油流的限制減少了通過中空的活塞的液壓油流量，因而控制了活塞運動的速率。
液壓油流動速率由可調(diào)轉(zhuǎn)動閥23控制。閥23在圖4，4b和16-24中畫出。閥23具有一根軸或桿36，桿36上裝有一對凸臺125。桿36軸向延伸并在中央伸入活塞腔117。桿36繼續(xù)向上穿過推桿22中的孔126，并可驅(qū)動地連接于支架14中的伺服電動機16。
凸臺125從桿36上徑向伸出，基本密封住活塞側(cè)壁123的內(nèi)表面，每個凸臺適于垂向伸過活塞24一側(cè)的上部彎曲孔122和下部伸展孔124。
在活塞24每側(cè)的有關孔122、124在周向上是偏置的，如圖16-24所示。換言之，下部伸展孔124大約在上部伸展孔122結(jié)束處開始。孔122，124是窄長的水平縫。它們一般為0.25英寸長，0.02英寸寬。
因此，隨著閥門的凸臺在轉(zhuǎn)動行程中移過孔時，孔的打開面積會逐漸減少并隨后逐漸增加。當然，這就影響了通過活塞腔117的液壓油流動速率，并決定了對由膝關節(jié)進行的轉(zhuǎn)動的有關阻尼或阻力。
由于有關的那對上部和下部孔周向偏置，所以彎曲和伸展孔的打開和閉合具有連續(xù)性和獨立性。
換言之，如圖16-24所示，在活塞一側(cè)的有關的那對彎曲和伸展孔-可以獨立地逐漸打開或閉合，或者-每個都可以獨立地完全打開或閉合;或者-一個可以完全閉合而另一個可逐漸閉合;或者-兩個都完全閉合。
而且所有上述動作都可由單一的電動機和閥完成，因此，有助于使結(jié)構(gòu)緊湊，減輕重量。
內(nèi)部閥門23的轉(zhuǎn)動由控制微處理機32的軟件決定，微處理機32則控制伺服電動機16。
假肢的每一步或運動已被劃分成階段(狀態(tài))，這取決于對傳來的傳感器信號和已有臨界值的比較。內(nèi)部閥門23的位置信號儲存在微處理機的存儲器中。由于狀態(tài)的每種變化，內(nèi)部閥門23的位置改變，因此實現(xiàn)對膝關節(jié)的不同的控制。例如，對照圖6a，1號狀態(tài)，即始發(fā)階段的初始部分，調(diào)整閥門23使液壓油可以從彎曲孔122逸出，因此由于被截肢者的體重，膝關節(jié)可以彎曲。程序計算機監(jiān)測膝角度的增加，當其達到指示膝關節(jié)已彎到開始2號狀態(tài)的儲存的臨界值時，內(nèi)部閥門23的位置則改變以完全限制彎曲孔122的液壓油流，而使液壓油流通過伸展孔124。這就阻止了膝關節(jié)進一步彎曲，而使其可以伸展。
以上例子說明，取決于膝關節(jié)的轉(zhuǎn)動方向被截肢者可以獲得不同的控制參數(shù)(即鎖緊在彎曲位置和允許伸展)。液壓油通過獨立的，為膝關節(jié)運動的兩種方向中的每一種而設置的孔。因此，彎曲和伸展孔相互獨立地受到限制，那么，對于每個方向來說，位置運動的速率控制可以是不同的。
圖16-24表示內(nèi)部閥門23的若干不連續(xù)的位置。事實上，在任何位置上內(nèi)部閥門23的定位都可以在0-100度之間調(diào)整，因此實際上可以得到無限的膝關節(jié)阻尼范圍。這對于下臺階等活動中調(diào)整腿是很需要的，因為在這些活動中，下降的速率必須求助于被截肢者。
所使用的微處理機32可從Motorola半導體有限公司得到，型號為XC68HC811 E2 FN。這是一種8位微處理機，存儲器2K，8個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，8數(shù)字輸入。芯片大約1″×1″，無需任何輔助芯片，因此可以裝入假肢A中很小的外殼中。
膝角度和負荷傳感器信號經(jīng)放大后，直接輸入微處理機32。膝角度和負荷信號調(diào)整所使用的放大器126，127可以從Texas Instruments公司得到，型號分別為TLC272和TLC274。
如圖所示，放大器126，127和微處理機32安裝在電路板20上，并與電池34(Motorola SNN4038A)和電池夾33一起封裝在殼體19內(nèi)，殼體19則固定在框架4上。
軟件在程序方框圖和附錄中陳述。
由于在從一步到另一步的每步的過程中，傳感器信息的相似性，有可能測定每步中過渡點上兩信號的每一個信號的大小。這些過渡點是重要的時刻，此時應改變膝關節(jié)的阻尼以便使被截肢者能夠步行。通過儲存在存儲器中預定的臨界值與假肢A傳來的實際信號的比較，并當這些過渡點出現(xiàn)時循環(huán)通過這些過渡點，這樣就可以由微處理機32檢測出這些過渡點。只要被截肢者按預計那樣繼續(xù)產(chǎn)生信號，微處理機就能夠保持對循環(huán)的控制。
由于過種軟件的工作，液壓阻尼器B可以在每個過渡點出現(xiàn)時調(diào)節(jié)到一個在裝配過程中預定的新的位置。
因此，這種系統(tǒng)可以在每步過程中測定假肢A的位置并對膝關節(jié)施加適當?shù)淖枘?。另外，可以檢測出被截肢者是否正在水平地面上步行，下臺階，坐下或者已迂到一種危險的情況，如假肢的趾部在擺動階段踢碰到地面。
水平地面情況圖6A描述了這種情況。每個編號的圓圈稱為狀態(tài)。微處理機總是以開始走步的1號狀態(tài)開始。由于被截肢者的重量作用在假肢A上，膝關節(jié)開始變曲。這增加了膝角度信號，該信號連續(xù)地與預定調(diào)定的臨界值相比較，當?shù)扔诨虺^臨界值時，微處理機循環(huán)進入2號狀態(tài)。在過渡點液壓阻尼器的設定值被改變到預定的值以便在1號狀態(tài)時使膝可以彎曲，在2號狀態(tài)時鎖緊使膝不能彎曲。
在1號狀態(tài)過程中，阻尼器的功能是抵抗膝的彎曲，同時使膝能夠伸展，在2號狀態(tài)過程中則鎖住膝的彎曲，同時允許但是抵抗膝的伸展。值得注意的是，彎曲阻尼已從一種阻尼調(diào)整變?yōu)殒i緊調(diào)整，這與膝伸展的阻尼調(diào)整無關。這種設計使被截肢者在2號狀態(tài)中，既使在膝彎曲仍被鎖住時，也能夠伸直膝關節(jié)。
當被截肢者行走時需要阻尼調(diào)整以便控制膝伸展的速率。如果選擇了自由伸展調(diào)整，那么，膝會急速伸直，使被截肢者的步態(tài)明顯的不正常。
在正常步態(tài)模型中踵部觸地和膝伸直后的膝的初始彎曲稱為“膝的反彈”。
液壓阻尼器如何發(fā)揮作用的精確說明如圖6A中每個編號圓圈旁的圖示。
圖6和7表示比較中所使用的規(guī)則，以及一步中所預期的傳感器的實際輸出值?？v觀每步的過程可見，隨著圖7中膝角度信號的增大而發(fā)生從1號狀態(tài)到2號狀態(tài)的過渡。
圖中可見在過渡到2號狀態(tài)后不久，膝關節(jié)才停止彎曲。這種時間滯后是阻尼器發(fā)生變化所需要的。
隨著被截肢者在一步中的行進，下一重要的階段是擺動階段(腳8離地的那段時間)。連續(xù)監(jiān)測負荷信號并將其與預定值比較可以檢測出正在進行的擺動階段。
隨著被截肢者重心移過腳，重量作用在趾部。一旦負荷信號等于或超過預定的臨界值，負荷信號增大就使微處理機轉(zhuǎn)變到3號狀態(tài)，指令阻尼器釋放膝關節(jié)，因此，使被截肢者準備好時即可開始擺動階段。
整個擺動階段都由微處理機跟蹤控制。在擺動階段的開始隨著膝關節(jié)彎曲，當膝信號增大超過預先設定的臨界值時即過渡到4號狀態(tài)。
在4號狀態(tài)之后即忽略應變和負荷信號，微處理機監(jiān)測膝角度的第一次變化，這種變化是膝轉(zhuǎn)動速度和方向的指示。在擺動中當膝關節(jié)達到最大彎曲時，膝角度的變化為零，當檢測到這一情況時即轉(zhuǎn)換到5號狀態(tài)。應當注意的是，在狀態(tài)3號至5號的整個過程中，對阻尼器的指令是相同的，即，自由彎曲和自由伸展，這就可使擺動階段得以完成。
當膝角度信號減少至預先設定的臨界值，即指示膝關節(jié)已經(jīng)伸展回到伸直位置，這樣就檢測出擺動階段的完成。微處理機則轉(zhuǎn)換到1號狀態(tài)，只要被截肢者繼續(xù)在水平地面上步行，上述整個過程將重復進行。
膝角度和應變信息使微處理機循環(huán)經(jīng)過1-2-3-4-5-1號狀態(tài)(見圖6和7)。在擺動階段當假肢的趾部接觸到障礙物時，模型就不同了，變成1-2-3-4-5-6-1。在5號狀態(tài)后，微處理機監(jiān)測膝角度變化信號，如果首次變化變正值，指示膝不再伸展，而正在彎曲(即障礙物阻斷了膝伸展的正常速度)則轉(zhuǎn)換到第6號狀態(tài)。在6號狀態(tài)過程中，阻尼器受指示鎖住膝關節(jié)的彎曲。在水平步行圖中有附加的狀態(tài)變化。環(huán)行是無需彎曲膝關節(jié)的擺動階段完成的。這一點是以下述方式完成的。以一弧線側(cè)向擺腿以抬離地面而不是彎曲膝關節(jié)。在擺動階段不彎曲膝關節(jié)，這樣微處理機的轉(zhuǎn)換為1-2-3和停止。這個問題是這樣克服的測量微處理機在3號狀態(tài)的時間，如果在預定的時間中膝關節(jié)沒有彎曲，則不管有無輸入信號微處理機都返回1號狀態(tài)。
坐下方式在日常生活中，被截肢者往往要坐下幾次，每次坐一定時間。此時假肢的膝關節(jié)應該處于未鎖住狀態(tài)，以便使被截肢者將腿放在任何需要的位置。例如，他也許希望將假肢彎曲把腳放在椅下，或者呈直角以便坐直，或者處于部分彎曲位置以便坐在小汽車中。這種定位工作是通過用手或用另一只腳操縱假肢來實現(xiàn)的。
訓練被截肢者做一定的動作以指令微處理機完成坐下的動作。圖8A和8表示坐下的各狀態(tài)的循環(huán)。圖9表示在典型的坐下的各狀態(tài)的循環(huán)。圖9表示在典型的坐下運動中信號的變化。開始時微處理機處于1號狀態(tài)。被截肢者后傾以增加假肢踵部的負荷并開始彎曲膝關節(jié)。當膝信號超過一預定的臨界值時(見圖9的狀態(tài)變化)，微處理機從1號狀態(tài)轉(zhuǎn)換到2號狀態(tài)。
在踵部的負荷使負荷信號減小于預定的臨界值，微處理機轉(zhuǎn)換至7號狀態(tài)。一旦微處理機轉(zhuǎn)換至7號狀態(tài)，一定時器起動并測量在踵部存在負荷的時間。1/3秒之后，微處理機轉(zhuǎn)換至8號狀態(tài)，指令阻尼器使膝關節(jié)可以彎曲。被截肢者將重量支承在假肢上并以一受控的速率坐到椅子上。時間測量又開始進行，3/4秒后微處理機轉(zhuǎn)換至9號狀態(tài)，這指令阻尼器使膝關節(jié)可自由彎曲和伸展，這就使被截肢者操縱腿以便舒服地處于坐姿。微處理機將保持處于9號狀態(tài)，直至膝關節(jié)伸展到直位，因此使膝角度信號減小至臨界值，在該臨界值微處理機轉(zhuǎn)換至1號狀態(tài)。
下臺階被截肢者下臺階的通常方法是只用其好腿使其身體重心下降每一臺階直到其假肢接觸下一臺階。然后再用其好腿重復上述運動。根本不用其假肢，下臺階是一次一個臺階。
較靈活的被截肢者使用第二種方法，用普通的“一步接一步step over step”方法，但是這樣做時，由于其體重使膝彎曲，膝的下降是不受控的。
本發(fā)明提供一種方法，首先檢測被截肢者即將下降一步，然后提供一種受控的下降速率。
為了開始下臺階，微處理機必須從使用者接受適當?shù)男盘?，將假肢的踵部放在臺階邊緣并施加重量即可做到這一點。與水平步行相似，第一個狀態(tài)變化是隨著膝開始彎曲而從1號狀態(tài)轉(zhuǎn)換到2號狀態(tài)(見上文)。此時，負荷信號減小(踵部負荷)，微處理機轉(zhuǎn)換至7號狀態(tài)，然后當負荷達到預定臨界值時轉(zhuǎn)換至10號狀態(tài)(見圖10和11)。
應當注意的是，由使用者作用在踵部的重量決定微處理機是否停止在7號狀態(tài)(檢測“坐下”)或者繼續(xù)轉(zhuǎn)換至10號狀態(tài)(檢測“下臺階”)。使用者經(jīng)過訓練以施加適當?shù)闹亓縼碚_地指令微處理機。
當微處理機轉(zhuǎn)換到10號狀態(tài)時，定時器啟動。只要用戶保持這種負荷1/2秒，微處理機將轉(zhuǎn)換至11號狀態(tài)。在11號狀態(tài)中，阻尼器接受指令抵抗膝關節(jié)的彎曲而允許伸展。這種阻尼狀態(tài)類似于門的液壓控制裝置。門擺動的速率由缸內(nèi)液壓油控制。對于人造膝關節(jié)來說，這種阻尼方式是根據(jù)用戶的希望而預先設定的。有些人喜歡以低速率下臺階，而有些人則愿意較快地下臺階。
當完成一步下臺階時，用戶用其另一腳下第二個臺階。在這段時間里，微處理機等待人造膝關節(jié)在擺動階段進行伸展。伸展運動使膝信號減小至預先設定的值，微處理機轉(zhuǎn)換至2號狀態(tài)。阻尼器接受指令鎖住彎曲而允許伸展。使用者又將踵部放在下一臺階上并重復每一步的程序7-10-11-12。應當注意的是，微處理機在每一步后并不返回到1號狀態(tài)。這是由于在下一步之前缺乏腿的完全伸展。
一旦下完臺階時，膝關節(jié)伸展至直位，微處理機當膝角度減少至預先設定的臨界值時轉(zhuǎn)換到1號狀態(tài)。此時又可在下臺階，坐下和水平步行之間進行選擇了。
圖12表示所有組合在一起的狀態(tài)。在每一步開始時，軟件檢測被截肢者是否行進在水平地面(1-2-3-4-5-1號狀態(tài))，正在坐下(1-2-7-8-9-1)還是在下臺階(1-2-7-10-11-12)。
被截肢者無需按任何按鈕，或轉(zhuǎn)動任何手柄來指示微處理機改變功能以適應不同的地形。取決于被截肢者的運動，檢測是實時自動進行的。
狀態(tài)圖的附加特征是電池壽命節(jié)省器。如果在1，2或9號狀態(tài)被截肢者停止運動超過3秒，則微處理機停止向控制電動機供電并進入關閉狀態(tài)。
低電池警告信號裝置向使用者發(fā)出需要更換電池的信號。萬一電池完全耗盡，阻尼器接受指令在功率完全喪失前抵抗彎曲并允許自由伸展。這使被截肢者仍可將重量支承在假肢上而不發(fā)生膝關節(jié)的過度彎曲，直到在假肢中更換上充好電的電池。由于彎曲受到抵抗，在此期間擺動階段必須靠環(huán)行動作完成。
附件本發(fā)明使用的軟件
權(quán)利要求
1.一種在膝上假肢，具有上腿部分和下腿部分以及將其連接起來的膝關節(jié)，其特征在于一線性的液壓阻尼器用于獨立地和可變地抵抗膝關節(jié)的彎曲和伸展轉(zhuǎn)動中的每一種；電子傳感裝置用于測量膝上假肢的膝角度和下腿部分上的應變并發(fā)送其指示信號；致動裝置用于調(diào)節(jié)阻尼器以改變在彎曲和伸展中對膝關節(jié)的阻尼；程序計算機裝置用于接收從傳感裝置發(fā)出的信號，并將其與存儲的臨界值進行比較，這些臨界值是預定過渡點的指示，選擇這些過渡點用于調(diào)整彎曲和伸展阻尼中的至少一種，當接收到的信號值與存儲的臨界值一致時，使致動裝置改變阻尼。
2.控制具有膝關節(jié)，下腿和踝節(jié)部的膝上假肢的膝關節(jié)的方法，該方法具有以下步驟在計算機存儲器中儲存下腿部分的應變和膝角度的臨界值，這些臨界值是沿水平面步行的一步的過程中始發(fā)階段，身體重心相對于踝節(jié)部的前位階段及擺動階段的膝關節(jié)彎曲的指示;連續(xù)測量在使用假肢中下腿部分應變和膝角度，并產(chǎn)生與其相應的電子信號;將上述信號與儲存的臨界值進行比較，當信號與臨界值基本一致時，按照需要自動改變膝關節(jié)在彎曲和伸展之一或兩者中的轉(zhuǎn)動速率。
3.在膝上假肢中使用的雙向可變線性液壓阻尼器，它具有一個中空的密封液壓缸，具有端壁和側(cè)壁以構(gòu)成一容納液壓油的缸腔，每個端壁上形成一個桿孔;一圓筒形的中空活塞，位于缸腔中并適于在其中縱向滑動，所述活塞具有兩根軸向桿，穿過上述桿孔，與液壓缸密封接合;所述活塞在其兩端之間裝有外周密封環(huán)，所述密封環(huán)與缸側(cè)壁形成密封關系，所述活塞是由兩個端壁和一側(cè)壁構(gòu)成的，所述活塞上有一個穿過所述密封環(huán)上方壁的第一孔和穿過所述密封環(huán)下方壁的第二孔;一個第一單向止回閥控制第一孔以便使液壓油能夠從缸腔第一端進入活塞腔;一個第二單向止回閥控制第二孔以便使液壓油能夠從缸腔的第二端進入活塞腔;穿過臨近于第一端的活塞側(cè)壁的，在密封環(huán)一側(cè)的第一對完全相對的孔;穿過臨近于第二端的活塞側(cè)壁的，在密封環(huán)另一側(cè)的第二對完全相對的孔;以及閥門裝置，用于逐漸減小或增大第一對完全相對的孔的液壓油流動的有效面積，并且獨立地逐漸減小或增大第二對完全相對的孔的液壓油流動的有效面積。
4.一種由被截肢人使用的膝上假肢，所述假肢具有上、下腿部分，連接上、下腿部分的一個膝關節(jié)，以及連接于下腿部分底部的一只腳，其特征在于可擺動地連接于上、下腿部分，用于獨立地和可變地抵抗膝關節(jié)彎曲和伸展轉(zhuǎn)動的裝置;電子傳感裝置，用于監(jiān)測膝上假肢的膝關節(jié)角度和使用者身體重心相對于膝上假肢的腳的位置并發(fā)出與其相應的信號;用于調(diào)節(jié)阻尼裝置以改變對膝關節(jié)的阻尼的致動裝置;以及程序計算機裝置，用于在運動過程中接收從傳感裝置發(fā)來的信號并連續(xù)地根據(jù)所述信號建立膝上假肢的狀態(tài)，并驅(qū)動致動裝置以改變阻尼從而基本模擬自然膝的動作。
5.按照權(quán)利要求4所述的膝上假肢，其特征在于所述阻尼裝置具有一對容納液壓油的封閉腔;連接于上、下腿部分并形成連接上述一對腔的兩條通道的裝置，用于當上、下腿部分移向一起時使液壓油從一腔通過一條通道流向另一腔，而當上、下腿部分分開時使液壓油通過另一條通道;以及用于調(diào)節(jié)通過每條通道液壓油流量的裝置;所述致動裝置適于調(diào)整調(diào)節(jié)裝置以改變對膝關節(jié)的阻尼。
6.按照權(quán)利要求4所述的膝上假肢，其特征在于所述阻尼裝置是一個雙向可變的線性液壓阻尼器，它具有一個中空的封閉缸，具有兩個端壁和一側(cè)壁以形成一個容納液壓油的缸腔;一圓筒形中空活塞，位于缸腔中并適于在缸腔中縱向滑動;所述活塞在其兩端之間裝有一外周密封環(huán)，所述密封環(huán)與缸側(cè)壁為密封關系，所述活塞由兩端壁和一側(cè)壁形成，所述活塞有穿過密封環(huán)上方的壁的第一孔和穿過密封環(huán)下方的壁的第二孔，所述活塞將缸腔劃分成封閉的第一端腔和第二端腔;一個第一單向止回閥控制第一孔，以便使液壓油能夠從第一端腔進入活塞腔;一個第二單向止回閥控制第二孔，以便使液壓油能夠從第二端腔進入活塞腔;穿過臨近第一端的活塞側(cè)壁，在密封環(huán)一側(cè)的第一對完全相對的孔;穿過臨近第二端的活塞側(cè)壁的，在密封環(huán)另一側(cè)的第二對完全相對的孔;以及閥門裝置，用于逐漸地減小或增大第一對完全相對的孔的液壓油流動的有效面積，并且獨立地逐漸減小和增大第二對完全相對的孔的液壓油流動的有效面積;所述致動裝置適于調(diào)節(jié)閥門裝置以改變對膝關節(jié)的阻尼。
7.按照權(quán)利要求4所述的膝上假肢，其特征在于所述程序計算機裝置適于將所述發(fā)出的信號與指示膝上假肢重復運動各狀態(tài)間過渡點的儲存的臨界值進行比較，當信號基本與臨界值一致時改變膝關節(jié)在彎曲和伸展之一或兩者中的轉(zhuǎn)動速度。
8.按照權(quán)利要求7所述的膝上假肢，其特征在于所述儲存的臨界值是從由膝角度和使用者身體重心相對于膝上假肢的腳的位置的絕對值和導數(shù)值，距上一過渡點的期間以及在運動過程中將來的可能狀態(tài)所組成的組中選擇的。
9.按照權(quán)利要求8所述的膝上假肢，其特征在于監(jiān)測使用者身體重心相對于膝上假肢的腳的位置的傳感裝置由監(jiān)測下腿部分的應變的裝置構(gòu)成。
10.按照權(quán)利要求6所述的膝上假肢，其特征在于所述程序計算機裝置適于將所述傳來的信號與指示膝上假肢重復運動的各狀態(tài)之間的過渡點的儲存的臨界值相比較，當所述信號基本與所述臨界值一致時，改變膝關節(jié)在彎曲和伸展之一或兩者中的轉(zhuǎn)動速率。
11.按照權(quán)利要求10所述的膝上假肢，其特征在于所述儲存的臨界值是從由膝角度和使用者身體重心相對于膝上假肢的腳的位置的絕對值和導數(shù)值，離上一過渡點的期間和在運動過程中未來可能的狀態(tài)所構(gòu)成的組中選擇的。
12.按照權(quán)利要求11所述的膝上假肢，其特征在于監(jiān)測使用者身體重心相對于膝上假肢的腳的位置的傳感裝置由監(jiān)測下腿部分的應變的裝置構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種膝上假肢，使用液壓阻尼器被動地調(diào)節(jié)人選膝關節(jié)的角速度或轉(zhuǎn)動。微處理機從裝在假肢上的應變和膝角度傳感器收到的信息識別常見的步態(tài)模型，微處理機啟動調(diào)節(jié)阻尼器閥門組件的電動機，在步態(tài)的各過渡點作出反映，閥門組件能同時地、可變地和獨立地阻尼膝關節(jié)在彎曲和伸展之一或兩者之中的運動。因此改進了對膝動作的控制，所以改進了步態(tài)，另外還可執(zhí)行下臺階和坐下等獨特的程序。
文檔編號B62D57/00GK1074109SQ9211299
公開日1993年7月14日 申請日期1992年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月5日
發(fā)明者凱爾文·B·詹姆斯 申請人:奧托伯克矯形外科工業(yè)產(chǎn)業(yè)管理兩合公司