矯形關(guān)節(jié)裝置或假肢關(guān)節(jié)裝置和用于控制其的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及矯形關(guān)節(jié)裝置或假肢關(guān)節(jié)裝置以及用于控制矯形關(guān)節(jié)裝置或假肢關(guān)節(jié)裝置的方法，矯形關(guān)節(jié)裝置或假肢關(guān)節(jié)裝置具有一上部件和一鉸接式布置在所述上部件上的下部件以及用于在使用者上固定所述關(guān)節(jié)裝置的多個固定裝置，所述矯形關(guān)節(jié)裝置或假肢關(guān)節(jié)裝置具有在所述上部件和所述下部件之間的至少一個液壓單元，所述至少一個液壓單元具有處在一殼體中的活塞，所述活塞與所述上部件或所述下部件耦合，給所述液壓單元配屬一壓力提供裝置，通過所述壓力提供裝置以壓力加載所述活塞。
【背景技術(shù)】
[0002]矯形裝置或假肢裝置的目的是在運(yùn)動設(shè)備中平衡障礙。在下肢上需要矯形關(guān)節(jié)裝置或假肢關(guān)節(jié)裝置的患者需要提高的專注消耗和提高的能量消耗，這是因?yàn)樵诳赡苓€存在的肢體之外，在行走期間，假肢裝置或矯形裝置也必須加速，即從靜止位置朝一個方向向前運(yùn)動并必須在放下之前制動。為了產(chǎn)生盡可能自然的步態(tài)而在假肢裝置中設(shè)置阻尼器，這些阻尼器接管各種各樣的任務(wù)。除了在站立階段期間提供了假肢關(guān)節(jié)的提高的穩(wěn)定性的站立階段阻尼之外設(shè)置有一回轉(zhuǎn)階段阻尼，該回轉(zhuǎn)階段阻尼避免到止擋中的未制動的搖擺。運(yùn)動能量通過阻尼器被轉(zhuǎn)換成熱。
[0003]此外，由現(xiàn)有技術(shù)公知了被驅(qū)動的假肢裝置，這些假肢裝置主動地輔助下部件相對于上部件的擺動。WO 2004/017872 Al描述了具有假膝關(guān)節(jié)的被驅(qū)動的假肢，該假膝關(guān)節(jié)配屬有一阻尼器單元。同樣設(shè)置一線性致動器，該線性致動器使小腿筒相對于上部件擺動。能量供給通過柔性電池帶來進(jìn)行。線性馬達(dá)和阻尼器在結(jié)構(gòu)上彼此分開。
[0004]WO 2006/112774 Al涉及一種包括被促動的假腿和被動假腿的組合以及一種用于實(shí)施具有相應(yīng)的假肢系統(tǒng)的運(yùn)動的方法。所述假肢系統(tǒng)具有一能運(yùn)動的關(guān)節(jié)和一泵，該泵可以通過閥裝置使一液壓活塞朝一個方向或另外的方向運(yùn)動，從而使得假膝關(guān)節(jié)的屈曲運(yùn)動或伸開運(yùn)動被實(shí)施。所述泵必須為運(yùn)動施加總的工作壓力。這要求大的泵功率，而這又需要大的泵，其具有大的結(jié)構(gòu)容積并且相應(yīng)地需要大的能量存儲器裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的任務(wù)是提供一種矯形關(guān)節(jié)裝置或假肢關(guān)節(jié)裝置并提供一種用于控制其的方法，它們盡管具有高的工作能力卻能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)省能量的運(yùn)行進(jìn)而在舒服控制下的長使用時間。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的裝置以及具有并列獨(dú)立權(quán)利要求的特征的方法來解決。本發(fā)明的有利設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求、說明書以及附圖中列出。
[0007]矯形關(guān)節(jié)裝置或假肢關(guān)節(jié)裝置具有一上部件和一鉸接式布置在所述上部件上的下部件以及用于在使用者上固定所述關(guān)節(jié)裝置的多個固定裝置，所述矯形關(guān)節(jié)裝置或假肢關(guān)節(jié)裝置具有在所述上部件和所述下部件之間的至少一個液壓單元，所述至少一個液壓單元具有能在一殼體中運(yùn)動的活塞，所述活塞與所述上部件或所述下部件親合，給所述液壓單元配屬一具有一泵和一壓力存儲器的壓力提供裝置，通過所述壓力提供裝置由一控制裝置控制地以壓力加載所述活塞，所述矯形關(guān)節(jié)裝置或假肢關(guān)節(jié)裝置設(shè)置:所述壓力存儲器能夠以驅(qū)動方式與所述泵耦合。由此可以使驅(qū)動流體從所述壓力存儲器導(dǎo)向所述泵。在此，泵的運(yùn)行方式通過施加的且所需的壓力來控制，這些壓力施加在液壓單元和壓力存儲器上。對應(yīng)所需的壓力和容積流是多大并且什么時候必須施加哪個壓力通過傳感器來控制，這些傳感器檢測負(fù)載、運(yùn)動參量和/或位置、尤其是角度位置。由此可以通過泵取得對壓力發(fā)展的影響。
[0008]所述泵可以是在發(fā)電機(jī)模式中能運(yùn)行的，從而使得當(dāng)例如在下坡情況下存在過量機(jī)械能或動能時，能夠產(chǎn)生電能。
[0009]一改進(jìn)方案設(shè)置:所述液壓流體能夠從壓力存儲器通過泵導(dǎo)向所述液壓單元。通過液壓流體從所述壓力存儲器通過所述泵向液壓單元的可能的貫通導(dǎo)引而可行的是:影響液壓流體流并且在壓力存儲器的壓力太高時通過轉(zhuǎn)換到發(fā)電機(jī)模式造成壓力限界。
[0010]不僅屈曲腔而且伸開腔可以加載來自壓力存儲器的液壓流體，從而使得關(guān)節(jié)裝置的控制可以在所有運(yùn)動狀況下進(jìn)行。屈曲和伸開的輔助同樣就像運(yùn)動的制動或反力的施加那樣可行，這些反力超過阻尼提高。證實(shí)的是:為了控制假肢關(guān)節(jié)裝置或矯形關(guān)節(jié)裝置必須相對快地提供相對大的液壓流體量，以便實(shí)現(xiàn)對應(yīng)部件的及時促動。在其中在運(yùn)動時發(fā)生了能量輸入或能量轉(zhuǎn)換的那些階段相對很短，但是具有一壓力分量的沖量式加載時常是不希望的，從而使得沖量必須減弱或者沖量特性必須適配對應(yīng)的運(yùn)動。這可以通過所述貫通導(dǎo)引通過泵來進(jìn)行，其可以作為節(jié)流裝置起作用，其中，在壓力減小時可以將能量通過發(fā)電機(jī)模式轉(zhuǎn)換成電能。盡管如此可以通過壓力存儲器短期地提供大的壓力流體量，以便保證要么活塞的伸開側(cè)要么屈曲側(cè)的以壓力流體的精確控制和加載。所述泵連接在所述壓力存儲器后面，以便輔助或調(diào)節(jié)所述壓力存儲器。
[0011]在壓力提供裝置中可以將所述泵這樣地與一個壓力存儲器或多個壓力存儲器耦合，使得通過所述泵可以裝載所述一個壓力存儲器或多個壓力存儲器。由此而可行的是:所述泵不必提供需要用于活塞運(yùn)動的完全工作能力，確切地說，所述泵可以連續(xù)地填充所述一個壓力存儲器或多個壓力存儲器，從而使得可以裝入一小的、輕的并針對較長時間段工作的泵。此外，所述泵使用用于驅(qū)動液壓單元并且可以要么單獨(dú)地要么結(jié)合所述一個壓力存儲器或多個壓力存儲器被用于驅(qū)動所述液壓單元。
[0012]所述壓力存儲器可以僅僅通過所述泵與所述液壓單元耦合，從而使得液壓流體必須持續(xù)經(jīng)過所述泵，以便驅(qū)動或制動所述活塞。由此可以改變從所述壓力存儲器給出的液壓流體的壓力，從而使得在所述泵中可以要么進(jìn)行壓力提高要么進(jìn)行壓力減小，以便使從所述泵向所述液壓單元推送的液壓流體被帶到所需的壓力水平上。
[0013]如果一個腔或兩個腔的沖量式壓力加載應(yīng)當(dāng)是需要的，例如在跌倒?fàn)顩r下或在泵失效的情況下，那么可以設(shè)置所述腔通過旁路線路與可能地中間連接的閥或節(jié)流裝置的直接耦合，以便避免貫通導(dǎo)引損失和可以將液壓流體較快地向所述腔運(yùn)輸。
[0014]本發(fā)明的一變型方案設(shè)置:所述一個壓力存儲器或所述多個壓力存儲器與屈曲腔和/或所述伸開腔耦合，從而使得來自屈曲腔或伸開腔的液壓流體到達(dá)所述壓力存儲器中，從而使得在運(yùn)動被制動時，例如在下樓梯或在斜平面上的下坡時將來自相應(yīng)腔的經(jīng)壓力加載的液壓流體泵送到所述壓力存儲器中，從而使得壓力存儲器不僅可以利用所述泵，而且也可以通過液壓活塞本身被填充。向所述壓力存儲器的貫通導(dǎo)引可以通過所述泵進(jìn)行，從而使得在壓力存儲器中的壓力水平足夠時可以在發(fā)電機(jī)模式中運(yùn)行并且被使用于產(chǎn)生電流。
[0015]可以給所述壓力存儲器配屬一閥單元，所述液壓流體通過閥單元來配量和受控地導(dǎo)入到壓力存儲器中或從所述壓力存儲器中導(dǎo)出。由此可以將運(yùn)動能量以液壓壓力的形式存儲在壓力存儲器中并受控地又輸送給所述系統(tǒng)。
[0016]給所述關(guān)節(jié)裝置同樣可以配屬這樣的裝置，該裝置用于檢測絕對角度、關(guān)節(jié)角度、作用到所述上部件或下部件上的軸向力、關(guān)節(jié)力矩和/或所述轉(zhuǎn)換裝置的作用到遠(yuǎn)離身體的連接部件上的力矩，從而使得在考慮關(guān)節(jié)角度、絕對角度、有效軸向力或作用到關(guān)節(jié)裝置上的或連接到關(guān)節(jié)裝置上的連接部件上的力矩的情況下可以如下地進(jìn)行控制:是否應(yīng)當(dāng)進(jìn)行伸開腔或屈曲腔的壓力加載。
[0017]所述泵可以具有一能調(diào)節(jié)的推送容積，該能調(diào)節(jié)的推送容積能夠適配壓力存儲器中的壓力，因此可以使推送容積適配對應(yīng)的流體要求。如果壓力存儲器中的壓力提高或降低，那么這可以通過減小或提高推送容積來平衡。如果在壓力存儲器中僅提供了一個小的壓力，那么這可以以朝液壓缸方向的提高的推送容積來平衡。為了在從所述存儲器中卸載時還可以提高壓力，所述泵可以構(gòu)造為壓力提高泵。同樣可以設(shè)置:所述泵構(gòu)造用于在發(fā)電機(jī)模式中運(yùn)行，因此使用了可以不直接轉(zhuǎn)換為壓力存儲器中的壓力提高的運(yùn)動能。因此，壓力存儲器中的壓力可以顯著地比在液壓缸中所需的壓力更高。在下樓梯時產(chǎn)生比必須輸入的能量更多的能量，從而使得動能可以直接轉(zhuǎn)換成電能。替換地或補(bǔ)充地可以短期地以非常高的超壓來運(yùn)行所述壓力存儲器，該超壓然后在一適當(dāng)?shù)臅r間點(diǎn)被減小并必要時同樣轉(zhuǎn)換成電能。
[0018]優(yōu)選地，所述關(guān)節(jié)裝置構(gòu)造為假膝關(guān)節(jié)或矯形膝關(guān)節(jié)，但是也存在另外的使用可能性，例如在踝關(guān)節(jié)或腳關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)的范疇中或在上肢的假肢或矯形器的范疇中。
[0019]所述液壓單元可以構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)液壓裝置或具有線性位移運(yùn)動的活塞液壓裝置。
[0020]本發(fā)明的一改進(jìn)方案設(shè)置:存在多個壓力存儲器，它們提供不同的壓力容積和/或壓力水平。不同的行走狀況需要不同的輔助。例如在平面中行走時一般僅需要小的沖量或在屈曲或伸開時的小的輔助，而在上樓梯時必須提供用于伸開輔助的相對大的力矩，以便獲得有效輔助。通過布置多個不同的壓力存儲器可以為當(dāng)前的行走狀況選出對應(yīng)