矯形器控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于控制連接到一矯形裝置上的連接裝置的至少一個能調(diào)節(jié)的致動器的方法，所述矯形裝置具有下肢體。此外，本發(fā)明涉及一種矯形裝置，其具有用于連接到一下肢體上的連接裝置和操控一致動器的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]定義
[0003]矯形裝置尤其涉及一種所謂的矯形器，也就是一種支撐現(xiàn)有肢體的裝置。所述矯形裝置原則上但是也可以是所謂的假肢，該假肢至少部分地代替肢體。
[0004]矯形裝置的致動器在這里可以理解為任何影響了矯形裝置的部件之間的相對運動的器件。所述影響可以是例如阻尼器情況下那樣被動的或例如在馬達(dá)情況下那樣主動的。
[0005]當(dāng)下面使用了概念“運動形式”時，那么該概念尤其包括“步法”的意思，但是即使在下肢體中也不限制到其上。
[0006]在連續(xù)運行的不變的運動形式，例如平面中行走或上下樓梯的情況下，矯形裝置致動器的適配調(diào)整比較簡單。但是，在運動形式變換時轉(zhuǎn)換到致動器的另外的調(diào)整上。該轉(zhuǎn)換可以通過矯形裝置的使用者手動進(jìn)行或借助于矯形裝置的特殊運動來觸發(fā)。但是，利用一矯形裝置的對于使用者盡可能不受妨礙的運動的前提是，矯形裝置使它的致動器或它的多個致動器自行適配當(dāng)前的運動形式。為此已經(jīng)提出了各種建議。
[0007]由EP I 058 524 BI公開了一種具有人工膝關(guān)節(jié)的假腿和用于控制假腿的方法。假腿具有大腿件、小腿件和兩個進(jìn)行連接的膝關(guān)節(jié)。所述膝關(guān)節(jié)包括用于控制膝關(guān)節(jié)運動的阻尼元件。一裝置檢測膝蓋角度并且另一裝置檢測作用到假肢上的力。用于與針對膝蓋角度和針對力的檢測到的值相關(guān)地控制所述阻尼元件的一控制裝置與假腿攜帶者的過程行為相應(yīng)地被調(diào)節(jié)。在此以如下方式構(gòu)造所述控制裝置，即，該控制裝置與事前針對不同過程速度存儲的控制參數(shù)相關(guān)地控制所述阻尼元件。所述參數(shù)在控制裝置調(diào)節(jié)的范疇中與過程行為相關(guān)地被后調(diào)節(jié)。為此作為針對膝蓋角度和針對力的檢測到的值的函數(shù)從被存儲的控制參數(shù)中選出一控制參數(shù)。被選出的控制參數(shù)然后作為針對膝蓋角度和力的檢測到的值的函數(shù)被改變到一個值上，該值就像事前存儲的值那么大或不同于所述事前存儲的值。該被改變的控制參數(shù)然后替代選出的控制參數(shù)被存儲。當(dāng)獲知的實際步值與對于每個假肢攜帶者而言相同的預(yù)先給定的額定步值偏離時，開始所述調(diào)節(jié)。屬于其的例如是最大膝蓋角度和伸展向前時間，該伸展向前時間是在一腳步之內(nèi)的伸開止擋和腳跟踩地之間的時間。以該方式，阻尼元件的控制適配對應(yīng)的假肢攜帶者。
[0008]由EP I 153 767 BI公知了一種用于利用致動器控制假肢的控制裝置和方法。屬于其的是用于確定一向前運動段和一向前運動階段段的方法，以便能夠?qū)崟r控制所述假肢。該方法包括:提供多個人工主本體感受器；接收這些人工主本體感受器中每個的數(shù)據(jù)信號；獲得這些數(shù)據(jù)信號的第一推導(dǎo)信號和第二推導(dǎo)信號；獲得用于這些數(shù)據(jù)信號中的至少一些數(shù)據(jù)信號的第三推導(dǎo)信號；和使用第一狀態(tài)機的數(shù)據(jù)組，以便利用相應(yīng)的數(shù)據(jù)和推導(dǎo)信號從用于每個人工主本體感受器的多個可能狀態(tài)中選出一個狀態(tài)。此外，在使用人工主本體感受器的該狀態(tài)的情況下產(chǎn)生向前運動階段段；使用第二狀態(tài)機，以便在使用配屬給這些數(shù)據(jù)信號的結(jié)果的情況下從多個可能向前運動段中選出向前運動段。也就是說，向前運動段和向前運動階段段、也就是運動狀態(tài)和運動階段除了人工主本體感受器的當(dāng)前值之外通過這些值的不同推導(dǎo)來識別并且利用確定的命令結(jié)合到假肢致動器上。為此將主本體感受器的信號或它們的推導(dǎo)與比較值表格中的記錄進(jìn)行比較并且只要存在一致性就通過與比較值表格中的所述記錄結(jié)合的操控命令來操控所述致動器。在此，所述比較值表格中的記錄是固定的，也就是說不與個別的假肢攜帶者協(xié)調(diào)。
[0009]由DE 10 2007 053 389 Al公知了一種用于在至少一個自由度上利用能調(diào)節(jié)的致動器控制下肢矯形關(guān)節(jié)的方法，該方法為了適配具有到一肢體上的上側(cè)連接器件和相對連接器件遠(yuǎn)離身體地鉸接布置的矯形關(guān)節(jié)的所述矯形裝置服務(wù)于與平面中行走偏離的行走狀況。在該已知的方法中通過傳感器檢測矯形裝置的多個參數(shù)。檢測到的參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，這些標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)多個參數(shù)和/或參數(shù)走向被建立并存儲在一計算單元中。根據(jù)獲知的參數(shù)和/或參數(shù)走向適當(dāng)?shù)囊粋€標(biāo)準(zhǔn)被選出并且運動阻力、運動范圍、驅(qū)動力和/或它們的走向與選擇的標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)地進(jìn)行適配，以便控制特殊功能。
[0010]由DE 10 2008 024 748 Al公知了膝蓋矯形器和用于控制膝蓋矯形器的方法。用于控制具有大腿結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)裝置和帶一腳部件的小腿結(jié)構(gòu)的膝蓋矯形器的方法設(shè)置:確定該矯形器之內(nèi)的有效力矩，尤其是踝元件并且與該力矩相關(guān)地改變致動器單元的阻力。補充地可以與膝蓋力矩、膝蓋角度或至少一個大腿結(jié)構(gòu)或小腿結(jié)構(gòu)的空間定向相關(guān)地改變所述致動器單元。由此而可行的是:提供中風(fēng)患者的站立階段和回轉(zhuǎn)階段的控制，中風(fēng)患者不再能夠有意地控制腿。通過例如能通過液壓致動器改變的阻力距可以以如下方式產(chǎn)生膝蓋力矩，即，能夠?qū)崿F(xiàn)站立階段屈曲和交替的下坡和下樓梯。利用主動致動器單元應(yīng)當(dāng)進(jìn)行了所述運動的相應(yīng)輔助。
[0011]在DE 10 2009 052 887 Al中公開了一種用于控制下肢矯形關(guān)節(jié)或假肢關(guān)節(jié)的方法。所述關(guān)節(jié)具有一阻力裝置，給其配屬至少一個致動器，通過該致動器與傳感器數(shù)據(jù)相關(guān)地改變彎曲阻力和/或伸展阻力。通過這些傳感器在使用關(guān)節(jié)期間提供狀態(tài)信息。這些傳感器數(shù)據(jù)由用于檢測至少兩個力矩或一個力矩和一個力的至少一個裝置來獲知。至少兩個這樣獲知的參量的傳感器數(shù)據(jù)通過一數(shù)學(xué)運算彼此結(jié)合。由此計算出至少一個輔助變量，彎曲阻力和/或伸開阻力的控制基于該輔助變量。
[0012]由DE 195 21 464 Al公開了具有獨立權(quán)利要求1前序部分特征的方法和具有并列獨立權(quán)利要求18前序部分特征的相應(yīng)矯形裝置。在這里具體地涉及大腿假肢的假膝關(guān)節(jié)的膝蓋制動的控制。在此，經(jīng)計算機控制的制動力矩與假肢攜帶者連續(xù)在“自由”和“受阻”之間的行走運動相關(guān)地被改變，并且行走運動通過測量到的肌電圖值、腳區(qū)域中測量到的壓力值、通過對應(yīng)的膝蓋角度以及以測量數(shù)據(jù)形式的假小腿和假大腿之間測量到的對應(yīng)角速度來表征。為了所述膝蓋制動控制與不同自然步法的適配被改善，通過評價所述測量數(shù)據(jù)中的至少一些測量數(shù)據(jù)從一定數(shù)目的預(yù)先給定的、事前針對對應(yīng)的假肢攜帶者所獲知的步法中獲知對應(yīng)的步法。然后選出配屬給該獲知的步法的控制程序。對于每個控制程序，將彼此跟隨的兩個腳跟/地面接觸之間的限定為時間段的腳步周期劃分地確定成多個階段，它們的對應(yīng)的結(jié)束點通過對于該階段預(yù)先給定的、分別傳遞的測量數(shù)據(jù)來確定。每個階段被確定，而給該階段必要時配屬改變的制動值，膝蓋制動以這些制動值來加載。對應(yīng)施加的步法的獲知通過將被傳遞的測量數(shù)據(jù)與針對每個步法預(yù)先給定的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來進(jìn)行。在此應(yīng)是適宜的是:從針對每個單個的步法測量到的肌電圖數(shù)據(jù)獲知所述參考數(shù)據(jù)。對于肌電圖數(shù)據(jù)的對應(yīng)施加步法獲知的基礎(chǔ)的前提是這些數(shù)據(jù)的可重現(xiàn)的測量。但是在一些患者組別中，接收肌電圖數(shù)據(jù)完全不可能。此外，步法通過數(shù)據(jù)比較的獲知是復(fù)雜和易錯的。實際上，已知的方法和相應(yīng)的大腿假肢因此沒有擴散。
[0013]由 S.D.Prentice 等的:Simple artificial neural network models cangenerate basic muscle activity patterns for human locomot1n at differentspeeds, Exp.Brain Res (1998) 123:474-480已知:借助于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于正弦函數(shù)和余弦函數(shù)利用一個腳步持續(xù)時間的周期長度表示了在行走時的肌肉活化樣本。
[0014]由DE 601 31 377 T2公開了一種適配速度和患者的控制策略，其用于具有獨立權(quán)利要求I前序部分特征的膝蓋假肢。設(shè)置該控制策略來控制承載患者的膝蓋假肢的站立階段阻尼。在膝蓋假肢的存儲器中存儲有就傳感器數(shù)據(jù)和站立階段阻尼而言的相互關(guān)系。這些相互關(guān)系基于不同本體大小的截斷部的臨床試驗確定并且當(dāng)假腳與地面接觸時表示了膝蓋行為。傳感器信息與這些相互關(guān)系結(jié)合地使用，以便限定站立階段阻尼在站立、行走或跑時應(yīng)當(dāng)如何調(diào)整。
[0015]由US 2009/0054996A1公開了一種假膝蓋，該假膝蓋具有用于自動控制所述關(guān)節(jié)的能調(diào)整的關(guān)節(jié)運動控制單元。電子存儲器單元存儲了動力學(xué)或運動學(xué)上的運動參數(shù)與行走速度之間的目標(biāo)關(guān)系。該目標(biāo)關(guān)系限定了運動參數(shù)的值的數(shù)目，這些值分別與一不同的行走速度結(jié)合。監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生監(jiān)控信號，這些監(jiān)控信號描述了行走速度值和運動參數(shù)的值，就像它們在不同的行走速度下出現(xiàn)的那樣。一協(xié)調(diào)系統(tǒng)自動協(xié)調(diào)所述行走速度控制單元，如果監(jiān)控系統(tǒng)顯示了與所述目標(biāo)關(guān)系的偏離的話，以便將運動參數(shù)帶回到這樣的值的范圍中，該值由用于對應(yīng)的行走速度的所述目標(biāo)關(guān)系限定。

【發(fā)明內(nèi)容】