專利名稱：半驅(qū)動(dòng)式大腿假肢膝關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及假肢領(lǐng)域，更具體地，涉及控制附在截肢者的膝上殘余下肢的假 肢的動(dòng)力和非動(dòng)力操作。
背景技術(shù)：
近年來，假肢領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)步。例如，現(xiàn)今不但各種各樣的截肢者都能獲得 定制的合適假肢，而且假肢自身也可按使用目的進(jìn)行定制。因此，為截肢者定做假肢，不僅 包括大小尺寸的定制，還根據(jù)其他各種因素而有所不同，尤其出于截肢者將使用假肢設(shè)備 進(jìn)行的活動(dòng)的類型。涉及膝上假肢，需要建立對(duì)步態(tài)邁步期和步態(tài)站立期的控制。顯然，步態(tài)邁步期控 制需適應(yīng)更廣范圍的活動(dòng)，其潛在的活動(dòng)種類甚至可因截肢者的年齡和活動(dòng)層次的不同而 不同。鑒于這一點(diǎn)，過去使用的是液體系統(tǒng)，因?yàn)橐后w具有能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)恒定的運(yùn)動(dòng)的特 性。然而，運(yùn)動(dòng)速度還可能需要具備變化，以及由此產(chǎn)生的對(duì)液體系統(tǒng)的適當(dāng)控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及半驅(qū)動(dòng)式膝上假肢系統(tǒng)，該系統(tǒng)本質(zhì)為被動(dòng)系統(tǒng)，在行走周期中，該系 統(tǒng)只在移位時(shí)需要能量?？偟膩碚f，所述假肢包括小腿連接件、膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和大腿連接件， 其中，小腿連接件適于連接至人造足，膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在遠(yuǎn)離人造足的位置連接至所述小腿連 接件，大腿連接件適于附著在截肢者的膝上殘余下肢。所述膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)使所述大腿連接件 和小腿連接件相對(duì)于彼此進(jìn)行彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明，所述假肢可在驅(qū)動(dòng)模式或非 驅(qū)動(dòng)模式下進(jìn)行操作。在驅(qū)動(dòng)模式下，能量傳遞至與膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)相連的扭矩發(fā)生器，使該扭 矩發(fā)生器在大腿連接件和小腿連接件之間運(yùn)動(dòng)。在非驅(qū)動(dòng)模式下，控制回路以非動(dòng)力方式 操作，使所述膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在阻力調(diào)節(jié)狀態(tài)下操作。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，電動(dòng)機(jī)與電池電源相連，該電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)液壓 閥，該液壓閥為包括扭矩發(fā)生器的整個(gè)液壓動(dòng)力裝置的一部分，該扭矩發(fā)生器用于調(diào)節(jié)所 述膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。信號(hào)處理器根據(jù)從多個(gè)設(shè)置在膝上假肢上的傳感器接收到的信號(hào)，來控制 液壓動(dòng)力單元的操作，以建立驅(qū)動(dòng)和非驅(qū)動(dòng)模式。盡管傳感器的分布、數(shù)量和類型可以有 所不同，例如，一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例采用了步態(tài)站立傳感器，其能夠識(shí)別人造足接觸支撐件表面 (例如地面)的特定部位，同時(shí)，當(dāng)所述人造足離開支撐表面后，基于人造足相對(duì)于截肢者的 軀干的估測(cè)位置，信號(hào)處理器選擇理想的步態(tài)邁步狀態(tài)。為附加的控制目的，還可以使用用 于感應(yīng)膝關(guān)節(jié)角度、大腿角度和壓力等其他傳感器。如此一來，整個(gè)系統(tǒng)具有優(yōu)勢(shì)地比全驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)消耗更少的電能，這樣，使用給定容量的電池，截肢者能行走更遠(yuǎn)。另外，本發(fā)明的 膝上假肢通常小于全驅(qū)動(dòng)的膝關(guān)節(jié)。進(jìn)一步地，所述半驅(qū)動(dòng)假肢膝關(guān)節(jié)減少了髖部扭矩和 力，該髖部扭矩和力是截肢者必須通過在一個(gè)行走周期的有效部分中，有效地制造同步扭 矩和動(dòng)力從而物理施加的。并且，各傳感器向信號(hào)處理器提供了輸入，該輸入有效地使截肢 者的運(yùn)動(dòng)范圍和類型最大化。本發(fā)明的其他對(duì)象、特征和優(yōu)點(diǎn)將通過以下對(duì)有限實(shí)施例的詳細(xì)描述更加清晰體 現(xiàn)，其中，同樣的附圖標(biāo)記指的是各視圖中相應(yīng)的部件。


結(jié)合附圖閱讀以下具體說明后，將更清楚地理解本發(fā)明的特征、各方面及優(yōu)點(diǎn)，在 所有附圖中，同一附圖標(biāo)記指代同一部件，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例構(gòu)建的半驅(qū)動(dòng)假肢膝關(guān)節(jié)； 圖2為本發(fā)明的第一液壓閥回路的圖解； 圖3為圖2的液壓閥回路的圖解，其中進(jìn)一步包括第一止回閥； 圖4為圖3的液壓閥回路的圖解，其中進(jìn)一步包括第二可控閥； 圖5為圖4的液壓閥回路的圖解，其中進(jìn)一步包括第二止回閥； 圖6為包括并聯(lián)回路的液壓閥回路的替代例的圖解； 圖7為包括驅(qū)動(dòng)閥的液壓閥回路的替代例的圖解； 圖8為圖7的液壓閥回路的圖解，其中進(jìn)一步包括第一止回閥； 圖9為圖8的液壓閥回路的圖解，其中進(jìn)一步包括第二可控閥； 圖10為圖9的液壓閥回路的圖解，其中進(jìn)一步包括第二止回閥； 圖11為包括并聯(lián)回路的液壓閥回路的替代例的圖解； 圖12為包括三通閥的液壓閥回路的替代例的圖解； 圖13示意了使用中的圖12的液壓閥回路的三通閥； 圖14為圖12的液壓閥回路的圖解，其中進(jìn)一步包括一個(gè)第一止回閥； 圖15示意了使用中的圖14的液壓閥回路的三通閥； 圖16為包括蓄能器的液壓閥回路替代例的圖解； 圖17為圖12的液壓閥回路的圖解，其中進(jìn)一步包括并聯(lián)回路； 圖18為包括第二三通閥的液壓閥回路替代例的圖解； 圖19為包括四通閥的液壓閥回路替代例的圖解； 圖20為圖1的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)的側(cè)視圖； 圖21為圖20的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)的細(xì)節(jié)視圖； 圖22為圖21的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)的分解圖23為在伸展時(shí)的驅(qū)動(dòng)模式中的具有液體流的圖16的液壓閥回路的局部透視圖； 圖M為在伸展時(shí)的非驅(qū)動(dòng)模式中的具有液體流的圖16的液壓閥回路的局部透視圖； 圖25為圖1的動(dòng)力單元的分解圖； 圖沈?yàn)閳D25的三通閥的分解圖27為位于第一位置的圖沈的三通閥的局部橫截面?zhèn)纫晥D； 圖觀為位于第二位置的圖沈的三通閥的局部橫截面?zhèn)纫晥D；圖29A為位于第一位置的圖沈的三通閥的局部橫截面頂視圖； 圖29B為位于第二位置的圖沈的三通閥的局部橫截面頂視圖； 圖29C為位于第三位置的圖沈的三通閥的局部橫截面頂視圖； 圖29D為位于第四位置的圖沈的三通閥的局部橫截面頂視圖； 圖30為本發(fā)明的液壓動(dòng)力回路的局部橫截面視圖； 圖31為圖20的半驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)的局部分解圖； 圖32A為本發(fā)明的步態(tài)站立傳感器的局部橫截面后透視圖； 圖32B為圖32A的步態(tài)站立傳感器的后透視圖； 圖32C為圖32A的步態(tài)站立傳感器的前透視圖； 圖33為本發(fā)明的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)的局部分解圖； 圖；34為根據(jù)本發(fā)明的由信號(hào)處理器執(zhí)行的狀態(tài)圖； 圖35為電源與電動(dòng)機(jī)控制器之間的連接的電路圖。
具體實(shí)施例方式初始參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例所構(gòu)建的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100通過 接口 111連接到膝上截肢者的殘余下肢110。除其他部件外，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100包括 大腿連接件103和小腿連接件105，該大腿連接件103與連接到膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107，該小腿連 接件105連接到人造足108。膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107用于使大腿連接件103和小腿連接件105沿 彎曲方向101和伸展方向102相對(duì)于彼此進(jìn)行彎曲和伸展活動(dòng)。液壓扭矩發(fā)生器104用于 在大腿連接件103和小腿連接件105之間產(chǎn)生扭矩。半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100還包括液壓動(dòng)力單元200，該液壓動(dòng)力單元200連接至液 壓扭矩發(fā)生器104。除其他部件外，液壓動(dòng)力單元200還包括液壓閥回路204，該液壓閥回 路204液壓連接至扭矩發(fā)生器104。液壓動(dòng)力單元200還包括液壓泵201，該液壓泵201機(jī) 械連接至電動(dòng)機(jī)202，并液壓連接至液壓閥回路204。半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100還包括電源205，用于為電動(dòng)機(jī)202和半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān) 節(jié)100的其他部件提供電能。電動(dòng)機(jī)控制器128 (有時(shí)稱放大器)將電源205的輸出轉(zhuǎn)化 為適用于電動(dòng)機(jī)202的電壓或電流。半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100還包括信號(hào)處理器130，除其 他功能外，該信號(hào)處理器130還控制電動(dòng)機(jī)202，并實(shí)現(xiàn)包括一組狀態(tài)的控制器的功能。半 驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100另外包括產(chǎn)生步態(tài)站立信號(hào)234的步態(tài)站立傳感器124。除其他信 息外，步態(tài)站立信號(hào)234還包括用于識(shí)別人工足108與地面相接觸的部位的信息。
在操作中，當(dāng)在其驅(qū)動(dòng)模式下時(shí)，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100用于將電能從電源205傳送 到電動(dòng)機(jī)202，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)202和液壓泵201。在該驅(qū)動(dòng)模式下，液壓閥回路204用于將液 壓泵201液壓連接至扭矩發(fā)生器104。液壓泵201與扭矩發(fā)生器104之間的液壓連接使得 信號(hào)處理器130控制扭矩發(fā)生器104。這種向扭矩發(fā)生器104輸入動(dòng)力的能力能夠在行走 周期的各階段控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107施加理想的扭矩。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在非驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，液壓動(dòng)力單元200設(shè)置為，沒有電能 從電源205傳輸?shù)诫妱?dòng)機(jī)202。在該非驅(qū)動(dòng)模式中，液壓閥回路204調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中 液流的阻力。截肢者對(duì)扭矩發(fā)生器104中的液流阻力的調(diào)節(jié)能力使其能夠在行走周期的各 階段中控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107對(duì)力和扭矩的阻力，從而減少電能的使用，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)202在該非驅(qū)動(dòng)模式下未消耗任何電能。液壓扭矩發(fā)生器104的例子包括但不限于線性液壓活塞式液壓缸、旋轉(zhuǎn)式液壓執(zhí) 行器、齒條與小齒輪式旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器以及旋轉(zhuǎn)液壓葉片式執(zhí)行器等，其中，加壓液流通過對(duì)移 動(dòng)表面的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生力或扭矩。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。電動(dòng)機(jī)202的例子包括但不限于電動(dòng)機(jī)，其中電動(dòng)機(jī)包括但不限于AC (交流)電 動(dòng)機(jī)、刷式DC (直流)電動(dòng)機(jī)、無刷直流電動(dòng)機(jī)、電子整流電動(dòng)機(jī)(ECMs)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及其組合。液壓泵201的例子包括但不限于齒輪泵、擺線泵、旋轉(zhuǎn)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(dòng)泵等。步態(tài)站立傳感器124的例子包括但不限于力傳感器、應(yīng)變式力傳感器、壓電式力 傳感器、力感電阻、偏轉(zhuǎn)基定位傳感器、編碼器、電位計(jì)、處于液壓流中的壓力傳感器以及其組合。膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的例子包括但不限于旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)、四桿機(jī)構(gòu)、滑面接頭、滾動(dòng)元件接 頭以及其組合。所述信號(hào)處理器130包括從一組模擬設(shè)備中選出的一個(gè)元件或多個(gè)元件的組合； 模擬計(jì)算機(jī)模塊；數(shù)字設(shè)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(jī)電繼電器、固態(tài)開關(guān)、MOSFET開關(guān)和數(shù)字計(jì)算模塊， 包括但不限于微型計(jì)算機(jī)、微處理器、微控制器和可編程邏輯控制器。在操作中，所述信號(hào) 處理器130從各傳感器中收集信息，經(jīng)計(jì)算后，對(duì)液壓回路的各部件發(fā)出其應(yīng)當(dāng)執(zhí)行任務(wù) 的指令。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，如圖1所示，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100進(jìn)一步包括膝關(guān) 節(jié)角度傳感器120，該膝關(guān)節(jié)角度傳感器120輸出膝關(guān)節(jié)角度信號(hào)155，表示大腿連接件103 和小腿連接件105之間的角度。膝關(guān)節(jié)角度傳感器120包括從以下一組設(shè)備中選出的一個(gè) 元件或多個(gè)元件的組合編碼器、數(shù)字編碼器、磁性編碼器、光學(xué)編碼器、電位計(jì)、LVDT和分 解器。在一些實(shí)施例中，如圖1所示，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100進(jìn)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(hào)156，表示大腿連接件103的絕對(duì)角度。所 述大腿角度傳感器122包括從以下一組設(shè)備中選出的一個(gè)元件或多個(gè)元件的組合加速度 計(jì)、陀螺儀、測(cè)斜儀、編碼器、電位計(jì)以及其組合。圖22表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(jì)133和陀螺儀134。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100進(jìn)一步包括扭矩傳感器或力 傳感器(詳細(xì)如下所述)，指示扭矩發(fā)生器104中的扭矩或力。在本發(fā)明的一些實(shí)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(shí)施例中，用于半驅(qū)動(dòng)式假 肢膝關(guān)節(jié)100的力傳感器包括兩個(gè)壓力傳感器1 和127，其用于測(cè)量扭矩發(fā)生器104兩側(cè) 的液流壓力，如圖16所示。兩個(gè)壓力傳感器1 和127測(cè)得的數(shù)據(jù)也表示扭矩發(fā)生器104 上的力。在一些實(shí)施例中，如圖1所示，步態(tài)站立傳感器1 包括一個(gè)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(cè)量矢狀面上的力和力矩。在一些實(shí)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?qū)⒁毫鞣譃閮蓚€(gè)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(gè)端口上。扭矩發(fā)生器104連接到第一可控閥206的兩個(gè)端口。在 一些情況下，當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，第一可控閥206關(guān)閉。這 使得整個(gè)液壓泵的輸出流流入扭矩發(fā)生器104。這進(jìn)一步使得信號(hào)處理器130通過控制電 動(dòng)機(jī)202來控制扭矩發(fā)生器104。在驅(qū)動(dòng)模式下向扭矩發(fā)生器104輸入能量，能夠控制膝關(guān) 節(jié)機(jī)構(gòu)107的活動(dòng)，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想的扭矩。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，泵閥203或關(guān)閉，或部分關(guān) 閉。當(dāng)泵閥203完全關(guān)閉時(shí)，將不會(huì)有液流通過液壓泵201。通過使用信號(hào)處理器130，能 夠調(diào)整第一可控閥206的開口大小，以適當(dāng)調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液流阻力。當(dāng)泵閥203 部分關(guān)閉時(shí)，可以只將扭矩發(fā)生器104中的液流阻力從零調(diào)節(jié)至泵閥203和液壓泵201中 的液流阻力之和。調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液流阻力，能夠在行走周期的各階段中控制膝 關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107對(duì)力和扭矩的阻力，同時(shí)使用的電能更少，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)202在該非驅(qū)動(dòng)模式下 未消耗任何電能。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在功率再生模式下操作時(shí)，泵閥203不關(guān)閉，使得來自 扭矩發(fā)生器104的液壓流的至少一部分轉(zhuǎn)動(dòng)液壓泵201，同時(shí)電動(dòng)機(jī)控制器128向電動(dòng)機(jī) 202上施加非零電流，以阻擋液壓泵201中的液壓流。為更清楚地理解液壓閥回路204的實(shí)施例，對(duì)其彎曲和伸展定義如下。當(dāng)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(dòng)時(shí)，假肢膝關(guān)節(jié)100發(fā)生彎曲在。當(dāng) 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(dòng)時(shí)，假肢膝關(guān)節(jié)100發(fā)生伸展。在一些實(shí)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(shí)施例的操作類似圖2所示的實(shí)施例的操作，不 同之處在于，所述第一液壓可控閥206只在一個(gè)方向上調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中液流的阻力。 對(duì)比圖2的實(shí)施例，這種實(shí)施例將扭矩發(fā)生器104中的液流阻力的范圍限制在彎曲方向，使 其總是大于液壓泵201產(chǎn)生的液流阻力。進(jìn)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(shí)施 例類似，當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，第一可控閥206關(guān)閉。這樣， 信號(hào)處理器130通過控制電動(dòng)機(jī)202來控制扭矩發(fā)生器104。在驅(qū)動(dòng)模式下，向扭矩發(fā)生 器104中輸入能量，能夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的運(yùn)動(dòng)，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想的扭 矩。在一些實(shí)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(hào)處理器130，可以調(diào)節(jié)第一可控閥206和第二可控閥208的開口，以適當(dāng)調(diào)節(jié)扭矩發(fā) 生器104中的液流阻力。這種實(shí)施例的操作類似圖3中的實(shí)施例的操作，其不同之處在于， 這種實(shí)施例不將扭矩發(fā)生器104中的液流阻力的范圍限制在彎曲方向上。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢 膝關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，第一可控閥206和第二可控閥208關(guān)閉。這使得信號(hào) 處理器130通過控制電動(dòng)機(jī)202來控制扭矩發(fā)生器104。在驅(qū)動(dòng)模式下，向扭矩發(fā)生器104 中輸入能量，能夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的運(yùn)動(dòng)，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想的扭矩。
在一些實(shí)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(shí) 施例的操作類似圖4所示的實(shí)施例的操作，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(shí)施例類似，當(dāng)圖5的液壓閥回路204在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，第一可控閥206和第 二可控閥208關(guān)閉，以便控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的運(yùn)動(dòng)，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想的扭 矩。第一可控閥206和第二可控閥208都包括任何能電動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)閥口大小的閥或 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(qū)動(dòng)針型閥、電磁閥和雙位閥。圖6示意了液壓閥回路204的另一實(shí)施例。圖6所示的該液壓閥回路204的實(shí)施 例與圖3所示的實(shí)施例相同，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(diào)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(diào)整限制閥216并聯(lián)安裝。在操作中，當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，第一可控閥206關(guān) 閉。這使得整個(gè)液壓泵的輸出流流入扭矩發(fā)生器104中。這進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了信號(hào)處理器130 通過控制電動(dòng)機(jī)202來控制扭矩發(fā)生器104。在驅(qū)動(dòng)模式下，向扭矩發(fā)生器104中輸入能 量，能夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的運(yùn)動(dòng)，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想的扭矩。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式 假肢膝關(guān)節(jié)100在其非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，泵閥203關(guān)閉，從而沒有液流通過液壓泵201。 通過使用信號(hào)處理器130，可以調(diào)整第一可控閥206的開口大小，以調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中 的液流阻力。調(diào)節(jié)限制閥215在扭矩發(fā)生器104的伸展方向上對(duì)液流提供阻力。調(diào)節(jié)限制 閥216在扭矩發(fā)生器104的彎曲方向上對(duì)液流提供阻力。調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液流阻 力，能夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107對(duì)力和扭矩的阻力，同時(shí)使用的電能更少，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)202在 該非驅(qū)動(dòng)模式下未消耗任何電能。在一些實(shí)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(gè)方向上控制液壓流，該執(zhí)行器閥214相互串聯(lián)。在本實(shí)施 例中，扭矩104連接到該串聯(lián)連接的第一可控閥206和執(zhí)行器閥214的兩個(gè)自由端口。液 壓泵201連接到第一可控閥206的兩個(gè)端口。在操作中，當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下操作時(shí)，第一可控閥206關(guān) 閉。這使得整個(gè)液壓泵的輸出流流入扭矩發(fā)生器104。這進(jìn)一步使得信號(hào)處理器130通過 控制電動(dòng)機(jī)202來控制扭矩發(fā)生器104。在驅(qū)動(dòng)模式下，向扭矩發(fā)生器104中輸入能量，能 夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的運(yùn)動(dòng)，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想的扭矩。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢 膝關(guān)節(jié)100在其非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，通過使用信號(hào)處理器130，可以調(diào)節(jié)執(zhí)行器閥214的 開口，以調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液流阻力。調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液流阻力，能夠在行 走周期的各階段中控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107對(duì)力和扭矩的阻力，同時(shí)使用的電能更少，因?yàn)殡?動(dòng)機(jī)202在該非驅(qū)動(dòng)模式下未消耗任何電能。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在功率再生模式下操作時(shí)，執(zhí)行器閥214不關(guān)閉，使得 來自扭矩發(fā)生器104的液壓流的至少一部分轉(zhuǎn)動(dòng)液壓泵201，同時(shí)電動(dòng)機(jī)控制器1 向電動(dòng) 機(jī)202施加非零電流，以阻擋液壓泵201中的液流。
在一些實(shí)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(gè)方向上流動(dòng)。對(duì)比 圖7的實(shí)施例可看出，這種實(shí)施例將扭矩發(fā)生器104中的液流阻力限制在彎曲方向上，且使 其總是大于液壓泵201產(chǎn)生的液流阻力。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(jìn)一步使扭矩發(fā)生器104自由伸展。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝 關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，第一可控閥206關(guān)閉。這樣，能夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的 運(yùn)動(dòng)，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想的扭矩。在一些實(shí)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(shí)施例的操作類似圖 8所示的實(shí)施例的操作，不同之處在于該實(shí)施例不將扭矩發(fā)生器104中的液流阻力限制在 彎曲方向，使其總是大于液壓泵201產(chǎn)生的流體阻力。在操作中，當(dāng)圖9的液壓閥回路204 在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，第一和第二可控閥206和208關(guān)閉。這使得整個(gè)液壓泵的輸出流 流入扭矩發(fā)生器104中。這進(jìn)一步使信號(hào)處理器130通過控制電動(dòng)機(jī)202來控制扭矩發(fā)生 器104。在驅(qū)動(dòng)模式下，向扭矩發(fā)生器104中輸入能量，能夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的運(yùn)動(dòng)，或 向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想的扭矩。在一些實(shí)施例中，如圖10所示，液壓閥回路204包括第二止回閥209和第二可控 閥208，二者串聯(lián)安裝，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。本實(shí) 施例的操作類似圖9的實(shí)施例的操作，其不同之處在于，如果第二可控閥208打開，且仍能 夠在扭矩發(fā)生器104的伸展方向輸入能量，則該操作允許扭矩發(fā)生器104進(jìn)行自由彎曲。當(dāng) 半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，第一和第二可控閥206和208關(guān)閉。這 使，能夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的運(yùn)動(dòng)，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想的扭矩
圖11示意了液壓閥回路204的另一實(shí)施例。圖11的液壓閥回路204的實(shí)施例與圖8 的實(shí)施例相同，不同之處在于，圖8的止回閥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(diào)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(diào)節(jié)限制閥216并聯(lián)安裝。在操作中，當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，第一可控閥206關(guān) 閉。這使得整個(gè)液壓泵的輸出流流入扭矩發(fā)生器104。這進(jìn)一步使信號(hào)處理器130通過控 制電動(dòng)機(jī)202來控制扭矩發(fā)生器104。在驅(qū)動(dòng)模式下，向扭矩發(fā)生器104中輸入能量，能夠 控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的運(yùn)動(dòng)，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想的扭矩。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝 關(guān)節(jié)100在其非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，可以調(diào)整執(zhí)行器閥214的開口，以調(diào)整扭矩發(fā)生器104 中的液流阻力。第一調(diào)節(jié)限制閥215在扭矩發(fā)生器104的伸展方向上向液流提供阻力。第 二調(diào)節(jié)限制閥216在扭矩發(fā)生器104的彎曲方向上向液流提供阻力。調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104 中的液流阻力，能夠在行走周期的各階段中控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107對(duì)力和扭矩的阻力，同時(shí) 使用的電能更少，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)202在該非驅(qū)動(dòng)模式下未消耗任何電能。在一些實(shí)施例中，如圖12所示，液壓閥回路204包括能夠控制液壓流的三通閥 210。在操作中，當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，三通閥將端口 211連 接到端口 213，并封閉端口 212。這使得液壓泵201和扭矩發(fā)生器104之間具有液流，使得 液壓泵的整個(gè)輸出流流入扭矩發(fā)生器104中。這進(jìn)一步使得信號(hào)處理器130通過控制電動(dòng) 機(jī)202來控制扭矩發(fā)生器104。在驅(qū)動(dòng)模式下，向扭矩發(fā)生器104中輸入能量，能夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的運(yùn)動(dòng)，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想的扭矩。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100 在其非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，三通閥210將端口 212連接到端口 213。通過使用信號(hào)處理器 130，可以調(diào)節(jié)端口 213的開口，以調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液流阻力。調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104 中液流阻力，能夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107對(duì)力和扭矩的阻力，同時(shí)使用的電能更少，因?yàn)殡妱?dòng) 機(jī)202在該非驅(qū)動(dòng)模式下未消耗任何電能。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在功率再生模式下 操作時(shí)，三通閥210將端口 211連接到端口 213，使來自扭矩發(fā)生器104的至少一部分液流 轉(zhuǎn)動(dòng)液壓泵201，同時(shí)電動(dòng)機(jī)控制器1 對(duì)電動(dòng)機(jī)202施加非零電流，以阻擋液壓泵201中 的液流。圖13示意了圖12的實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)。更具體地，圖13示意了三通閥210，該三通閥 210具備至少三個(gè)活塞。當(dāng)三通閥210處于其第一位置時(shí)，三通閥將端口 211連接到端口 213，并封閉端口 212。這使得半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)模式下操作。三通閥210 在處于其第二位置時(shí)，該三通閥210將端口 212連接到端口 213，并封閉端口 211。通過使 用信號(hào)處理器130，可以調(diào)節(jié)端口 212和端口 213、或同時(shí)調(diào)節(jié)端口 212和端口 213的大小， 從而適當(dāng)調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液流阻力。當(dāng)三通閥處于其第三位置時(shí)(如圖13所示)， 這些端口彼此都互不連接。圖14示意了圖12的實(shí)施例的另一實(shí)現(xiàn)方式，其中，液壓閥回路204進(jìn)一步包括連 接到端口 212上的第一止回閥207。與圖12的實(shí)施例對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，該實(shí)施例將扭矩發(fā)生器 104中液流阻力的范圍限制在彎曲方向上，且使其總是大于液壓泵201產(chǎn)生的液流阻力。如 果所有端口 211、212和213都互相連接，且能夠在扭矩發(fā)生器104的伸展方向上輸入能量， 則該操作進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)扭矩發(fā)生器104的自由伸展。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)模 式下操作時(shí)，三通閥210將端口 211連接到端口 213，并封閉端口 212。這使液壓泵201和 扭矩發(fā)生器104之間具有液流，且使液壓泵的全部輸出流流入扭矩發(fā)生器104中。這進(jìn)一 步使得信號(hào)處理器130能夠通過控制電動(dòng)機(jī)202來控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的運(yùn)動(dòng)，或者向膝 關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107施加理想的扭矩。圖15示意了圖14中的實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)。圖15示意了具有至少三個(gè)活塞的三通閥 210。當(dāng)三通閥210處于其第一位置(驅(qū)動(dòng)模式)時(shí)，三通閥210將端口 211連接到端口 213， 并封閉端口 212。當(dāng)三通閥210處于其第二位置時(shí)，所有端口互相連接。通過使用信號(hào)處理 器130，可以調(diào)節(jié)端口 212、端口 213或同時(shí)調(diào)節(jié)端口 212、端口 213的開口大小，以適當(dāng)調(diào)節(jié) 扭矩發(fā)生器104中的液流阻力。當(dāng)三通閥210處于其第三位置時(shí)(圖15所示)，這些端口彼 此之間都不互相連接。圖16示意了與圖15相同的實(shí)施例，其中增加了一些特征。蓄能器230確保在存 在任何泄漏或熱膨脹時(shí)，系統(tǒng)中仍具有足夠的油。兩個(gè)止回閥2 和2 確保液壓流不被 推回到蓄能器230。兩個(gè)液壓流體路徑231和232確保任何從三通閥210和液壓泵201的 泄漏都回饋至蓄能器230。壓力傳感器1 和127測(cè)量扭矩發(fā)生器104的第一和第二室中 的液壓流的壓力。過濾器233收集液體中的所有雜質(zhì)。圖17示意了圖12的另一實(shí)施例，其中液壓閥回路204進(jìn)一步包括并聯(lián)回路217， 該并聯(lián)回路217連接至端口 212。在操作中，當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)模式下操 作時(shí)，三通閥210將端口 211連接到端口 213，并封閉端口 212。這使得液壓泵201和扭矩 發(fā)生器104之間具有液流，且液壓泵的全部輸出流流入扭矩發(fā)生器104中。這進(jìn)一步使信
16號(hào)處理器130通過控制電動(dòng)機(jī)202來控制扭矩發(fā)生器104的運(yùn)動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)模式下，向扭矩 發(fā)生器104中輸入能量，能夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的運(yùn)動(dòng)，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想 的扭矩。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，三通閥210將端口 212連 接到端口 213，并封閉端口 211。通過使用信號(hào)處理器130，可以調(diào)整端口 213或端口 212的 開口大小，以調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液流阻力。第一調(diào)節(jié)限制閥215在扭矩發(fā)生器104 的伸展方向上對(duì)液流產(chǎn)生阻力。第二調(diào)節(jié)限制閥216在扭矩發(fā)生器104的彎曲方向上對(duì)液 流產(chǎn)生阻力。調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中液流阻力，能夠?qū)崿F(xiàn)在行走周期的各階段中控制膝關(guān) 節(jié)機(jī)構(gòu)107對(duì)力和扭矩的阻力，同時(shí)使用的電能更少，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)202在該非驅(qū)動(dòng)模式下未 消耗任何電能。圖18示意了液壓閥回路204的另一實(shí)施例。圖18的實(shí)施例與圖17的實(shí)施例相同， 其不同之處在于，圖18中的調(diào)節(jié)限制閥215和216被第二三通閥218取代。在操作中，當(dāng) 半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，三通閥210將端口 211連接到端口 213， 并封閉端口 212。這使得液壓泵201和扭矩發(fā)生器104之間具有液流，且液壓泵的全部輸出 流流入扭矩發(fā)生器104中。這進(jìn)一步使信號(hào)處理器130通過控制電動(dòng)機(jī)202來控制扭矩發(fā) 生器104的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，第一三通閥210 將端口 212連接到端口 213。當(dāng)扭矩發(fā)生器104沿著伸展方向移動(dòng)時(shí)，第二三通閥218調(diào) 節(jié)端口 219和端口 221之間的液流阻力，當(dāng)扭矩發(fā)生器104沿著彎曲方向移動(dòng)時(shí)，第二三通 閥218調(diào)節(jié)端口 220和端口 221之間的液流阻力。如果端口 219和端口 221互相連接，端 口 220關(guān)閉，且端口 211、212和213互相連接，則該實(shí)施例中的扭矩發(fā)生器104可以自由伸 展，且能夠在扭矩發(fā)生器104的伸展方向輸入能量。如果端口 220和端口 221互相連接，且 端口 219關(guān)閉，且端口 211、212和213互相連接，則該實(shí)施例進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)扭矩發(fā)生器104的 自由彎曲，且能夠在扭矩發(fā)生器104的彎曲方向上輸入能量。圖19示意了液壓閥回路204的另一實(shí)施例。圖19中的實(shí)施例與圖18中的實(shí)施 例相同，不同之處在于，兩個(gè)三通閥210和218被一個(gè)四通閥223替代。在操作中，當(dāng)半驅(qū) 動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，四通閥223將端口 2M連接到端口 227，并封 閉端口 225和226。這使得液流在液壓泵201和扭矩發(fā)生器104之間流動(dòng)，從而使得所述 液壓泵的全部輸出流流入扭矩發(fā)生器104中。這進(jìn)一步使得信號(hào)處理器130通過控制電動(dòng) 機(jī)202來控制扭矩發(fā)生器104。在半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100的非驅(qū)動(dòng)模式下，當(dāng)扭矩發(fā)生器 104在伸展方向上移動(dòng)時(shí)，四通閥223調(diào)節(jié)端口 225和端口 227之間的液壓流的阻力，當(dāng)扭 矩發(fā)生器104在彎曲方向上移動(dòng)時(shí)，四通閥223調(diào)節(jié)端口 2 和端口 227之間的液壓流的 阻力。如果端口 2M、225和227互相連接，端口 220關(guān)閉，則該實(shí)施例允許扭矩發(fā)生器104 的自由伸展，且能夠在扭矩發(fā)生器104的伸展方向上輸入能量。如果端口 2對(duì)、2沈和227 互相連接，且端口 225關(guān)閉，則該實(shí)施例進(jìn)一步允許扭矩發(fā)生器104的自由彎曲，且能夠在 扭矩發(fā)生器104的伸展方向上輸入能量。從圖1到圖19中可見，液壓動(dòng)力單元200包括兩條連接到扭矩發(fā)生器104的通路 一條通路通過液壓泵201，另一條通路通過液壓閥回路204。在驅(qū)動(dòng)模式下，液壓泵201液 壓連接至扭矩發(fā)生器104。在非驅(qū)動(dòng)模式下，到扭矩發(fā)生器104的液流由至少一個(gè)閥進(jìn)行調(diào) 節(jié)。圖20為半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100的一個(gè)實(shí)施例的圖解。如前所述，半驅(qū)動(dòng)式假肢
17膝關(guān)節(jié)100除其他部件外，還包括大腿連接件103、小腿連接件105和膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107，通過 扭矩發(fā)生器104連接。膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107使得大腿連接件103相對(duì)于小腿連接件105在彎曲 方向101和伸展方向102上移動(dòng)。半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100通過接口 111連接至膝上截肢 者的殘余下肢110。更具體地，接口 111通過金字塔形接合器113或已知的類似接合器連 接到大腿連接件103。腳踝塔架109通過步態(tài)站立傳感器IM將小腿連接件105連接到人 工足108。膝關(guān)節(jié)角度傳感器120測(cè)量大腿連接件103和小腿連接件105之間的角度121。 大腿角度傳感器122位于大腿連接件103上，用于測(cè)量大腿連接件103的絕對(duì)角度。圖20 示意了液壓動(dòng)力單元200的輪廓。圖21和22為圖20所示的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100的剖面透視圖和分解圖。在 圖21和22所示的實(shí)施例中，錐形接合器113連接到大腿連接件103。固定到大腿連接件 103的大腿角度傳感器122包括加速計(jì)133和陀螺儀134。軸118從大腿連接件103伸展 開，并與大腿連接件103相對(duì)靜止。膝關(guān)節(jié)角度傳感器120為磁性編碼器，固定在編碼器殼 體116內(nèi)，且相對(duì)于小腿連接件105保持靜止。磁性編碼器120測(cè)量嵌入在軸118內(nèi)的磁 體119的角度。軸118固定在大腿連接件103，并轉(zhuǎn)向滾針軸承135的內(nèi)部。推力套管136 在大腿連接件103和膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107之間提供軸向支撐。軸承蓋115保護(hù)滾針軸承135，液 壓動(dòng)力單元200除其他部件外，還包括電動(dòng)機(jī)控制器128、液壓泵201、液壓歧管190、扭矩發(fā) 生器104和壓力傳感器1 和127。動(dòng)力單元200樞轉(zhuǎn)連接在位于滾針軸承135上的小腿 連接件105上。扭矩發(fā)生器104通過滾針軸承139連接到大腿連接件103，以實(shí)現(xiàn)大腿連接 件103、小腿連接件105和扭矩發(fā)生器104之間的接合。步態(tài)站立傳感器IM將小腿連接件 105連接到腳踝塔架109。使用電池129向假肢膝關(guān)節(jié)100提供能量。圖23示意了圖16中的液壓閥回路的透視圖。箭頭141表示驅(qū)動(dòng)模式下在箭頭 132所示的伸展方向上的液壓流通路。三通閥210具有三個(gè)端口 211、212和213 (如圖16 所示)，且三個(gè)端口分別連接到液壓泵201、止回閥207和扭矩發(fā)生器104。止回閥2 和 229防止液流流回蓄能器230中。液壓流通路231和232定義了從液壓泵201和三通液壓 閥210到蓄能器230的通路。圖M為圖16的液壓閥回路的透視圖，其中箭頭142示意了 非驅(qū)動(dòng)模式下在伸展方向上的液壓流的通路。圖25為液壓動(dòng)力單元200的分解圖。液壓泵201包括泵蓋199和泵座198。驅(qū)動(dòng) 齒輪196通過耦合器195連接到電動(dòng)機(jī)202。液壓泵201的驅(qū)動(dòng)齒輪197與驅(qū)動(dòng)齒輪196 相嚙合。歧管190包括所有液壓通路。蓄能器230包括空氣/液體分配器236和空氣閥 237。空氣閥237用于壓縮蓄能器230中的空氣。散熱器192用于從電動(dòng)機(jī)202上的熱轉(zhuǎn) 移。壓力傳感器126和127測(cè)量扭矩發(fā)生器104的兩個(gè)室中的液壓。桿端106將扭矩發(fā)生 器104連接到大腿連接件103。部件191和235分別為電動(dòng)機(jī)安裝板和蓄能器殼體。圖沈示意了三通閥210的細(xì)節(jié)。閥帶電動(dòng)機(jī)270連接到閥傳送器271。編碼器包 括編碼器殼體274、編碼器磁盤272和編碼器讀取頭273，用于測(cè)量閥位置。閥殼體260具 有三個(gè)端口 211、212和213。在該實(shí)施例中，閥殼體260上具有五個(gè)孔。閥缸250連接 到閥傳送器271的輸出軸。如圖沈和觀所示，兩個(gè)槽251位于在閥缸250內(nèi)。當(dāng)閥缸250 被閥電動(dòng)機(jī)270帶動(dòng)時(shí)，三通閥210呈現(xiàn)圖16所示的至少三個(gè)位置中的其中一個(gè)位置。如 圖29A所示，當(dāng)三通閥210處于其第一位置時(shí)，端口 211和端口 213彼此完全打開。當(dāng)三通 閥210處于其第二位置時(shí)(圖29B所示)，端口 211、端口 212和端口 213連接在一起。當(dāng)三通閥210處于其第三位置時(shí)(圖29C所示)，端口彼此不連接。從圖沈和圖29D可見，槽251 上具有一些凹痕252，以控制端口的開口。不言而喻，閥缸250可位于除圖29A-D所示之外 的其他位置。為獲得理想的液流阻力，可以通過信號(hào)處理器對(duì)閥進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)最佳 性能。圖30為半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100的實(shí)施例，其中壓力傳感器1 和127測(cè)量扭矩 發(fā)生器104兩端的液壓。另外，圖30為液壓動(dòng)力單元的一個(gè)實(shí)施例，其中省略了液壓歧管 190，以清晰示意扭矩發(fā)生器104和壓力傳感器1 和127之間的連接通路。圖31示意了圖20所示的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100的實(shí)施例的步態(tài)站立傳感器 124。步態(tài)站立傳感器IM將腳踝塔架109連接到小腿連接件105上。在該實(shí)施例中，步態(tài) 站立傳感器1 上裝有數(shù)個(gè)應(yīng)變計(jì)161-172，以測(cè)量在步態(tài)站立期通過小腿連接件105傳 遞的力和力矩。圖32A-32C示意了應(yīng)變計(jì)161-172在步態(tài)站立傳感器IM上的位置。如圖 32C所示，步態(tài)站立傳感器IM包括夾在腳踝塔架109上的管鉗159。應(yīng)變計(jì)161、162、163 和164電連接成惠斯登電橋，以測(cè)量抗剪腹板160上的豎向剪切應(yīng)力，該垂直切力由作用在 腹板之一上的力產(chǎn)生。應(yīng)變計(jì)169、170、171和172電連接成惠斯登電橋，以測(cè)量第二抗剪 腹板上的垂直切力。兩個(gè)抗剪腹板160上的垂直切力之和抵消了可能影響垂直切力測(cè)量的 正面力矩。應(yīng)變計(jì)165、166、167和168電連接成惠斯登電橋，以測(cè)量由于步態(tài)站立傳感器 1 右側(cè)上的矢狀面力矩負(fù)載而產(chǎn)生的剪切應(yīng)變。應(yīng)變計(jì)173、174、175和176電連接成惠 斯登電橋，以測(cè)量剪切應(yīng)變，該剪切應(yīng)變由步態(tài)站立傳感器1 左側(cè)上的矢狀面力矩負(fù)載 產(chǎn)生。步態(tài)站立傳感器124的左側(cè)和右側(cè)上的力矩負(fù)載之和抵消了可能影響矢狀力矩測(cè)量 結(jié)果的旋轉(zhuǎn)力矩。由于步態(tài)站立傳感器1 上的旋轉(zhuǎn)力矩在常規(guī)操作中比矢狀面力矩小， 應(yīng)變計(jì)165、166、167和168或應(yīng)變計(jì)173、174、175和176電連接成惠斯登電橋的替代配置， 以測(cè)量水平剪切應(yīng)變力，該水平剪切應(yīng)變力由作用在步態(tài)站立傳感器1 上的右側(cè)或左側(cè) 上的水平力產(chǎn)生。圖33示意了半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100，其中去掉了蓋151和162。在一些實(shí)施例中，信號(hào)處理器130接受來自各傳感器的信息，以執(zhí)行膝關(guān)節(jié)上的 各控制器。這些控制器在本文中稱為“狀態(tài)”。圖34為由信號(hào)處理器130執(zhí)行的狀態(tài)圖解。 其中標(biāo)注出了全部狀態(tài)。箭頭示意了在信號(hào)處理器130將假肢膝關(guān)節(jié)從一種狀態(tài)移到另一 種狀態(tài)的條件。以下描述了移向該狀態(tài)的各種狀態(tài)和條件。步態(tài)站立
在操作中，當(dāng)步態(tài)站立傳感器1 示意人工足108已經(jīng)接觸地面，如圖20所示時(shí)，信 號(hào)處理器130開始執(zhí)行步態(tài)站立狀態(tài)140。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步態(tài)站立狀態(tài)140 中，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在非驅(qū)動(dòng)模式下操作。這意味著在步態(tài)站立狀態(tài)140中，其中 半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在非驅(qū)動(dòng)模式下操作，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100中沒有電能從電 源205轉(zhuǎn)移到電動(dòng)機(jī)202，液壓閥回路204調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液流阻力。調(diào)節(jié)扭矩發(fā) 生器104中液流阻力，能夠?qū)崿F(xiàn)在步態(tài)站立狀態(tài)140時(shí)控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107對(duì)力和扭矩的 阻力，同時(shí)使用的電能更少，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)202在該非驅(qū)動(dòng)模式下未消耗任何電能。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)步態(tài)站立傳感器IM示意人工足108的腳后跟正比 人工足108的腳趾承載了更多負(fù)荷時(shí)，液壓動(dòng)力單元200對(duì)扭矩發(fā)生器104中的液流施加 更大阻力，該阻力大于步態(tài)站立傳感器IM示意的、人工足108的腳趾所承載的比人工足108的腳后跟更多的負(fù)載。向前邁步
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在步態(tài)站立狀態(tài)140操作時(shí)，且 信號(hào)處理器130得知人工足108已從大致位于截肢者軀體后的地面上分離后，信號(hào)處理器 130開始執(zhí)行向前邁步狀態(tài)149。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在向前邁步狀態(tài)149中，半驅(qū) 動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下操作。這意味著，在向前邁步狀態(tài)149中，其中半驅(qū)動(dòng)式 假肢膝關(guān)節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下操作，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100用于將電能從電源205轉(zhuǎn)移 到電動(dòng)機(jī)202，以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)202和液壓泵201。在該驅(qū)動(dòng)模式下，液壓閥回路204使液壓 泵201液壓連接至扭矩發(fā)生器104，使得整個(gè)液壓泵的輸出流流入扭矩發(fā)生器104。液壓泵 201和扭矩發(fā)生器104之間的這種液壓連接使得信號(hào)處理器130通過控制電動(dòng)機(jī)202直接 控制扭矩發(fā)生器104。在一部分或整個(gè)向前邁步狀態(tài)149中，向扭矩發(fā)生器104中輸入能 量，能夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107的運(yùn)動(dòng)，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想的扭矩。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在向前邁步狀態(tài)149中，信號(hào)處理器130控制大腿連接 件103和小腿連接件105之間的角度，使得人工足108遵循一定的軌跡。在本發(fā)明的一些實(shí) 施例中，在向前邁步狀態(tài)中，其中假肢膝關(guān)節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下進(jìn)行操作，信號(hào)處理器130 控制大腿連接件103和小腿連接件105之間的角度，該角度為關(guān)于大腿角度信號(hào)156的函 數(shù)(如圖1所示)，這樣，人工足108遵循一定的軌跡。這使得截肢者在步態(tài)邁步時(shí)將人工足 108向前和向后移動(dòng)(即，改變方向)，從而使人工足108在一定軌跡上。在一些實(shí)施例中， 人工足108的軌跡為大致平行于地面的直線。應(yīng)當(dāng)理解為，可以使用小腿角度傳感器，結(jié)合 膝關(guān)節(jié)角度傳感器120，以測(cè)得大腿角度信號(hào)156。在本發(fā)明的更具體的實(shí)施例中，在向前 邁步狀態(tài)149中，其中假肢膝關(guān)節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下操作，信號(hào)處理器130控制大腿連接件 103和小腿連接件105之間的角度，該角度首先為大腿角度信號(hào)156的函數(shù)，接著為時(shí)間的 函數(shù)。例如，在一些實(shí)施例中，在將人工足108在一定軌跡上調(diào)節(jié)至一點(diǎn)，使得人工足108位 于截肢者身體的前面時(shí)，信號(hào)處理器130在適于當(dāng)前步行速度的時(shí)間內(nèi)伸展膝關(guān)節(jié)。在本 發(fā)明的一些實(shí)施例中，在向前邁步狀態(tài)149中，其中，假肢膝關(guān)節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下操作，信 號(hào)處理器130控制大腿連接件103和小腿連接件105之間的角度，使得小腿連接件105的 絕對(duì)角度遵循一定軌跡。反向邁步
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在步態(tài)站立狀態(tài)140下進(jìn)行操 作時(shí)，且信號(hào)處理器得知人工足108已從截肢者軀體前面的地面上分離信號(hào)后，處理器130 開始執(zhí)行反向邁步狀態(tài)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在反向邁步狀態(tài)150中，半驅(qū)動(dòng)式假肢 膝關(guān)節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下操作。這意味著，在反向邁步狀態(tài)下，向扭矩發(fā)生器104中輸入能量，能夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī) 構(gòu)107的運(yùn)動(dòng)，或向膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107上施加理想的扭矩，這一過程發(fā)生在反向邁步狀態(tài)的 150的一部分中或整個(gè)狀態(tài)中。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在反向邁步狀態(tài)150中，信號(hào)處理器130控制大腿連接 件103和小腿連接件105之間的角度，使得人工足108遵循一定軌跡。在本發(fā)明的另一些 實(shí)施例中，在反向邁步狀態(tài)150中，其中假肢膝關(guān)節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下操作，信號(hào)處理器130 控制大腿連接件103和小腿連接件105之間的角度，該角度為大腿角度信號(hào)156的函數(shù)，這樣使得人工足108遵循一定軌跡。這使得截肢者反向邁步150時(shí)將人工足108向前和向后 移動(dòng)(即，改變方向)，并使人工足108位于一定軌跡上。在一些實(shí)施例中，人工足108的軌跡 為大致平行于地面的直線。另外應(yīng)當(dāng)理解，可以使用小腿角度傳感器，結(jié)合膝關(guān)節(jié)角度傳感 器120，以測(cè)得大腿角度信號(hào)156。在本發(fā)明的更具體的實(shí)施例中，在反向邁步狀態(tài)150中， 其中假肢膝關(guān)節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下操作，信號(hào)處理器130控制大腿連接件103和小腿連接 件105之間的角度，該角度首先為大腿角度信號(hào)156的函數(shù)，接著為時(shí)間的函數(shù)。例如，在 一些實(shí)施例中，在將人工足108在一個(gè)軌跡上調(diào)節(jié)至一點(diǎn)，使得人工足108位于截肢者身體 的前面時(shí)，信號(hào)處理器130在適于當(dāng)前步行速度的時(shí)間內(nèi)伸展膝關(guān)節(jié)。在本發(fā)明的一些實(shí) 施例中，在反向邁步狀態(tài)150中，其中，假肢膝關(guān)節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下操作，信號(hào)處理器130 控制大腿連接件103和小腿連接件105之間的角度，使得小腿連接件105的絕對(duì)角度遵循 一定軌跡。上升邁步
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在步態(tài)站立狀態(tài)140下進(jìn)行操 作時(shí)，且信號(hào)處理器得知人工足108已從截肢者軀體前面的地面上分離后，信號(hào)處理器130 開始執(zhí)行反向邁步狀態(tài)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在上升邁步狀態(tài)143中，半驅(qū)動(dòng)式假肢 膝關(guān)節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下操作。這意味著，在上升邁步狀態(tài)143中，其中半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān) 節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下操作，假肢膝關(guān)節(jié)100用于將電能從電源205轉(zhuǎn)移到電動(dòng)機(jī)202，以驅(qū) 動(dòng)電動(dòng)機(jī)202和液壓泵201。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在上升邁步狀態(tài)143中，信號(hào)處理器130控制大腿連接 件103和小腿連接件105之間的角度，使得人工足108遵循一定軌跡。在本發(fā)明的另一些 實(shí)施例中，在上升邁步狀態(tài)中，信號(hào)處理器130控制大腿連接件103和小腿連接件105之間 的角度，該角度為大腿角度信號(hào)156的函數(shù)，這使得人工足108遵循一定軌跡。這使得截肢 者在上升邁步時(shí)上下移動(dòng)人工足108 (即，改變方向)，并使人工足108保持在一定軌跡上。 在一些實(shí)施例中，人工足108的軌跡為向上移動(dòng)、再前行的通路，以便將人工足放置在樓梯 上。另外應(yīng)當(dāng)理解，可以使用小腿角度傳感器，結(jié)合膝關(guān)節(jié)角度傳感器120，以測(cè)得大腿角度 信號(hào)156。在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，在上升邁步狀態(tài)143中，其中假肢膝關(guān)節(jié)100在驅(qū) 動(dòng)模式下操作，信號(hào)處理器130控制大腿連接件103和小腿連接件105之間的角度，使得小 腿連接件105的絕對(duì)角度遵循一定軌跡或保持恒定值。上升站立
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)步態(tài)站立傳感器1 指示人工足108已經(jīng)接觸地面，且膝 關(guān)節(jié)角度近似彎曲時(shí)，信號(hào)處理器開始執(zhí)行上升站立狀態(tài)144。在該上升站立狀態(tài)144的一 部分中，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下操作。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在上升站立狀態(tài)144中，信號(hào)處理器130控制大腿連接 件103和小腿連接件105之間的角度，使得膝關(guān)節(jié)角度遵循一定軌跡。在本發(fā)明的另一些 實(shí)施例中，在上升站立狀態(tài)144中，信號(hào)處理器130控制扭矩發(fā)生器104產(chǎn)生的扭矩。在本 發(fā)明的另一些實(shí)施例中，在上升站立狀態(tài)144中，信號(hào)處理器130控制輸入至電動(dòng)機(jī)202中 的電流。在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，在上升站立狀態(tài)144中，信號(hào)處理器130控制電動(dòng)機(jī) 202的速度。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在上升站立狀態(tài)144下進(jìn)
21行操作時(shí)，且信號(hào)處理器130得知所述人工足108剛從地面上分離(無論人工足的位置如 何)，信號(hào)處理器開始執(zhí)行上升邁步狀態(tài)143。當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在上升站立狀態(tài) 144下進(jìn)行操作，且膝關(guān)節(jié)角度信號(hào)155指示半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100未彎曲時(shí)，信號(hào)處理 器130還是執(zhí)行站立狀態(tài)140。下降站立
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在站立狀態(tài)140下進(jìn)行操作時(shí)， 且扭矩發(fā)生器140中的扭矩大于特定值時(shí)，信號(hào)處理器130開始執(zhí)行下降站立狀態(tài)145。在 下降站立狀態(tài)140中，使用者傾向于彎曲半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100，這樣增大了扭矩發(fā)生器 104的扭矩。在一個(gè)實(shí)施例中，使用壓力傳感器1 和127來測(cè)量扭矩發(fā)生器104中的力， 并由此反映出扭矩發(fā)生器104的相關(guān)扭矩。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)半驅(qū)動(dòng)式假肢膝 關(guān)節(jié)100處于站立狀態(tài)140，且壓力傳感器1 和127指示了扭矩發(fā)生器的第一和第二室中 的巨大壓力差時(shí)，信號(hào)處理器130開始執(zhí)行下降站立狀態(tài)145。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中， 在下降站立狀態(tài)145中，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在非驅(qū)動(dòng)模式下操作。這意味著，在下降站立狀態(tài)145的該部分中，其中半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在非驅(qū) 動(dòng)模式下操作，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100中從電源205到電動(dòng)機(jī)202沒有電能的轉(zhuǎn)移，且液 壓閥回路204調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生器104中的液流阻力。在下降站立狀態(tài)145中，調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生 器104中的液流阻力，能夠控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107對(duì)力和扭矩的阻力，同時(shí)減少電能的使用， 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)202在該非驅(qū)動(dòng)模式下未消耗任何電能。在一些實(shí)施例中，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100包括功率再生模式，該模式用于下降 站立狀態(tài)145。在該模式下，泵閥203未關(guān)閉，使得至少一部分液壓流從扭矩發(fā)生器104轉(zhuǎn) 向液壓泵201中，且電動(dòng)機(jī)控制器使得電動(dòng)機(jī)202產(chǎn)生電能。該步驟也可以通過非液壓的 其他許多方式來完成。下降邁步
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)信號(hào)處理器130得知在下降站立狀態(tài)145中，人工足108 剛從地面上分離，且置于截肢者軀體后面時(shí)，信號(hào)處理器130開始執(zhí)行下降邁步狀態(tài)146。 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在下降邁步狀態(tài)145的一部分時(shí)，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在驅(qū) 動(dòng)模式下操作。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在下降邁步狀態(tài)145中，信號(hào)處理器130控制控制大腿 連接件103和小腿連接件105之間的角度，使得人工足108遵循一定軌跡。在本發(fā)明的另 一些實(shí)施例中，在上升邁步狀態(tài)中，信號(hào)處理器130控制大腿連接件103和小腿連接件105 之間的角度，該角度首先為大腿角度信號(hào)156的函數(shù)，其次為時(shí)間的函數(shù)。例如在一些實(shí)施 例中，以一定軌跡調(diào)節(jié)人工足108至一點(diǎn)，估測(cè)人工足108在該點(diǎn)上能夠通過標(biāo)準(zhǔn)樓梯，則 信號(hào)處理器130在適于步行下樓的時(shí)間內(nèi)伸展所述膝關(guān)節(jié)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在 下降邁步狀態(tài)146中，其中假肢膝關(guān)節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下操作，信號(hào)處理器130控制小腿連 接件105的絕對(duì)角度值，以遵循任意軌跡。坐下
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)信號(hào)處理器130得知在下降站立狀態(tài)145中，人工足108 剛與截肢者軀干前的地面分離時(shí)，信號(hào)處理器130執(zhí)行坐下狀態(tài)147。在本發(fā)明的一些實(shí)施 例中，在坐下狀態(tài)147的一部分時(shí)，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在非驅(qū)動(dòng)模式下操作。這意味著，在坐下狀態(tài)147中，其中半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在非驅(qū)動(dòng)模式下操作，半驅(qū)動(dòng)式假肢 膝關(guān)節(jié)100中從電源205到電動(dòng)機(jī)202沒有電能的轉(zhuǎn)移，且液壓閥回路204調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生 器104中的液流阻力，使假肢膝關(guān)節(jié)100在阻力很小或無阻力狀態(tài)下彎曲。，調(diào)節(jié)扭矩發(fā)生 器104中的液流阻力能使人在站立狀態(tài)140的一部分中控制膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)107對(duì)力和扭矩的 阻力，同時(shí)減少電能的使用，由于電動(dòng)機(jī)202在該非驅(qū)動(dòng)模式下未消耗任何電能。起身(從椅子上起身)
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)步態(tài)站立傳感器1 指示為，在坐下狀態(tài)147中，人工足 108剛接觸截肢者身下的地面時(shí)，信號(hào)處理器130開始執(zhí)行起身狀態(tài)148。在起身狀態(tài)148 的一部分時(shí)，半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)100在驅(qū)動(dòng)模式下操作。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在起 身狀態(tài)148中，信號(hào)處理區(qū)130控制大腿連接件103和小腿連接件105之間的角度，使得膝 關(guān)節(jié)角度遵循一定軌跡。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在起身狀態(tài)148中，信號(hào)處理器130控 制扭矩發(fā)生器104產(chǎn)生的扭矩。在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，在起身狀態(tài)148中，信號(hào)處理 器130控制電動(dòng)機(jī)202中的電流。在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，在起身狀態(tài)148中，信號(hào)處 理器130控制電動(dòng)機(jī)202的速度。圖35為電路圖，示意了電源205與電動(dòng)機(jī)控制器128之間的電連接，其中包括過 流保護(hù)電路184。在功率再生模式下，液壓流通過液壓泵201，使得電動(dòng)機(jī)202轉(zhuǎn)向并產(chǎn)生 電流。信號(hào)處理器130向電動(dòng)機(jī)控制1 發(fā)出輸出理想電流的命令，該命令中增加了總線 183的電壓，使能量從電動(dòng)機(jī)202流向電源205，從而實(shí)現(xiàn)功率再生。如果總線電壓足夠高， 則使用分壓器182，將比較器179的開關(guān)178打開，該開關(guān)178使電流轉(zhuǎn)向，離開電源205， 因而在功率電阻177中損失了一部分能量。電壓參照器180為比較器179設(shè)置了斷路點(diǎn)， 且反饋電阻器181提供了遲滯。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，且本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)僅限于權(quán)利要 求所述范圍。
權(quán)利要求
1.一種半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，用于連接到截肢者的膝上殘余下肢，并可在驅(qū)動(dòng)和 非驅(qū)動(dòng)模式下操作，該設(shè)備包括小腿連接件，用于連接到人工足；大腿連接件，用于連接到截肢者的膝上殘余下肢；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)；液壓扭矩發(fā)生器，該液壓扭矩發(fā)生器置于所述大腿連接件和所述小腿連接件之間；液壓動(dòng)力單元，包括液壓閥回路、液壓泵和電動(dòng)機(jī)，其中所述液壓閥回路液壓連接到所 述扭矩發(fā)生器，所述電動(dòng)機(jī)機(jī)械連接到所述液壓泵；電源，用于向所述電動(dòng)機(jī)提供電能；至少一個(gè)傳感器，用于感應(yīng)與所述小腿連接件、所述大腿連接件和所述膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)中 的其中一個(gè)相關(guān)聯(lián)的操作；連接到電源和液壓動(dòng)力單元的信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器基于從所述至少一個(gè)傳感器 處接收的信號(hào)來控制液壓動(dòng)力單元的操作，其中，當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，電能從所述電源轉(zhuǎn)移 到所述電動(dòng)機(jī)，以驅(qū)動(dòng)液壓泵，使液壓泵在信號(hào)處理器的控制下為所述扭矩發(fā)生器提供工 作液流，從而在所述小腿連接件和所述大腿連接件之間產(chǎn)生扭矩，當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝 關(guān)節(jié)設(shè)備在其非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述液壓閥回路調(diào)節(jié)所述扭矩發(fā)生器中液流的阻力， 使得所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備在沒有任何電能從所述電源轉(zhuǎn)移到所述電動(dòng)機(jī)的條件 下進(jìn)行操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述半驅(qū)動(dòng)式假肢 膝關(guān)節(jié)在功率再生模式下是可操作的，在該模式下，所述液壓泵液壓連接至所述扭矩發(fā)生 器，并且，至少一部分來自所述扭矩發(fā)生器的液壓流流向所述液壓泵、引起所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 并產(chǎn)生電能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路包 括彼此串聯(lián)的第一可控閥和泵閥，所述液壓泵連接到所述第一可控閥的兩個(gè)端口、以及連 接至所述泵閥，且所述扭矩發(fā)生器連接到所述第一可控閥的兩個(gè)端口，其中，當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng) 式假肢膝關(guān)節(jié)在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述泵閥不關(guān)閉，使得所述信號(hào)處理器通過控制所 述電動(dòng)機(jī)來控制所述扭矩發(fā)生器，并且，當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)在其非驅(qū)動(dòng)模式下操 作時(shí)，所述第一可控閥調(diào)節(jié)所述扭矩發(fā)生器中液流的阻力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式假 肢膝關(guān)節(jié)在所述非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述泵閥為完全或部分關(guān)閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述半驅(qū)動(dòng)式假肢 膝關(guān)節(jié)在功率再生模式下為可操作的，在該模式下，所述泵閥未關(guān)閉，使得至少一部分來自 所述扭矩發(fā)生器的液流轉(zhuǎn)動(dòng)所述液壓泵，并且，電動(dòng)機(jī)控制器向所述電動(dòng)機(jī)上施加非零電 流，以抵制所述液壓泵中的液流。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路進(jìn) 一步包括第一止回閥，該第一止回閥與所述第一可控閥串聯(lián)安裝，使得所述第一可控閥只 在一個(gè)方向上調(diào)節(jié)所述扭矩發(fā)生器中的液流阻力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路進(jìn) 一步包括一個(gè)第二可控閥，該第二可控閥與串聯(lián)在一起的所述第一可控閥和第一止回閥并 聯(lián)安裝。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路進(jìn) 一步包括第二可控閥和第二止回閥，二者串聯(lián)安裝且與每個(gè)所述第一可控閥和所述第一止 回閥并聯(lián)安裝。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路包 括串聯(lián)的第一止回閥和執(zhí)行器閥，所述扭矩發(fā)生器連接到所述第一可控閥和所述執(zhí)行器閥 的兩個(gè)端口，且所述液壓泵連接到所述第一可控閥的兩個(gè)端口，其中，當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式假肢 膝關(guān)節(jié)在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述第一可控閥關(guān)閉，所述執(zhí)行器閥不關(guān)閉，使得所述信號(hào) 處理器通過控制所述電動(dòng)機(jī)來控制所述扭矩發(fā)生器，并且，當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)在 非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述執(zhí)行器閥調(diào)節(jié)所述扭矩發(fā)生器中的液流阻力。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述半驅(qū)動(dòng)式假肢 膝關(guān)節(jié)在功率再生模式下是可操作的，在該模式下，所述執(zhí)行器閥不關(guān)閉，使得至少一部分 來自所述扭矩發(fā)生器的液流轉(zhuǎn)動(dòng)所述液壓泵，并且，電動(dòng)機(jī)控制器向所述電動(dòng)機(jī)上施加非 零電流，以抵制所述液壓泵中的液流。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路進(jìn) 一步包括第一止回閥，該第一止回閥與所述第一可控閥串聯(lián)安裝，使得所述第一可控閥只 在一個(gè)方向上調(diào)節(jié)所述扭矩發(fā)生器中的液流阻力。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路 進(jìn)一步包括一個(gè)第二可控閥，該第二可控閥與串聯(lián)在一起的所述第一可控閥和第一止回閥 并聯(lián)安裝。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路 進(jìn)一步包括第二可控閥和第二止回閥，二者串聯(lián)安裝且與每個(gè)所述第一可控閥和所述第一 止回閥并聯(lián)安裝。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路包 括具有第一端口、第二端口和第三端口的三通閥，所述液壓泵連接到所述三通閥的第一端 口和第二端口，所述扭矩發(fā)生器連接到所述三通閥的第二端口和第三端口，其中，當(dāng)所述半 驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述三通閥封閉所述第二端口，并將所述第一 端口連接到所述第三端口，以使液流在所述液壓泵和所述扭矩發(fā)生器之間流動(dòng)，并且，當(dāng)所 述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)在非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述三通閥封閉所述第一端口，并調(diào)節(jié)所 述第三端口的開口大小，以調(diào)節(jié)流經(jīng)所述扭矩發(fā)生器的液流的阻力。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述半驅(qū)動(dòng)式假 肢膝關(guān)節(jié)在功率再生模式下是可操作的，在該模式下，所述三通閥將所述第一端口連接到 所述第三端口，使得至少一部分來自所述扭矩發(fā)生器的液流轉(zhuǎn)動(dòng)所述液壓泵，并且，電動(dòng)機(jī) 控制器向所述電動(dòng)機(jī)上施加非零電流，以抵制所述液壓泵中的液流。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括安裝 在所述三通閥的所述第二端口的止回閥。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路包括三通閥，該三通閥具有第一端口、第二端口和第三端口，所述液壓泵連接到所述三通閥的 第一端口和第二端口，所述扭矩發(fā)生器連接到所述三通閥的第二端口和第三端口，其中，當(dāng) 所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述三通閥封閉所述第二端口，并將所 述第一端口連接到所述第三端口，以使液流在所述液壓泵和所述扭矩發(fā)生器之間流動(dòng)，并 且，當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)在非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述三通閥調(diào)節(jié)所述第三端口的 開口大小，以調(diào)節(jié)所述扭矩發(fā)生器中的液流的阻力。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括安裝 在所述三通閥的所述第二端口的止回閥。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述至少一個(gè)傳感 器包括步態(tài)站立傳感器，用于識(shí)別人工足是否與支撐表面接觸。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述步態(tài)站立傳 感器包括力與扭矩傳感器，該力與扭矩傳感器安裝在所述小腿連接件上，用于測(cè)量矢狀面 上的力和力矩。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于至少一個(gè)傳感器包 括角度傳感器，該角度傳感器產(chǎn)生膝關(guān)節(jié)角度信號(hào)，該角度信號(hào)表示所述小腿連接件和所 述大腿連接件之間的角度。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于至少一個(gè)傳感器 包括大腿角度傳感器，該大腿角度傳感器產(chǎn)生大腿角度信號(hào)，該角度信號(hào)表示所述大腿連 接件的絕對(duì)角度。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于至少一個(gè)傳感器包 括兩個(gè)壓力傳感器，分別測(cè)量所述扭矩發(fā)生器的第一室和第二室中的液壓流的壓力。
24.一種假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，用于連接到具有軀干的截肢者的膝上殘余下肢，該設(shè)備包括具有腳趾和腳后跟的人工足；與人工足相連的小腿連接件；大腿連接件，用于連接到截肢者的膝上殘余下肢；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)彼此進(jìn)行彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)；扭矩發(fā)生器，用于在所述大腿連接件和所述小腿連接件之間產(chǎn)生扭矩；膝關(guān)節(jié)角度傳感器，該膝關(guān)節(jié)角度傳感器產(chǎn)生膝關(guān)節(jié)角度信號(hào)，該角度信號(hào)表示所述 大腿連接件和所述小腿連接件之間的角度；步態(tài)站立傳感器，用于識(shí)別人工足與地面相接觸的部位；能夠提供電能的電源；以及信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器與電源、扭矩發(fā)生器和每個(gè)膝關(guān)節(jié)角度傳感器和步態(tài) 站立傳感器相連，其中所述信號(hào)處理器接收來自膝關(guān)節(jié)角度傳感器和步態(tài)站立傳感器的信 號(hào)，估計(jì)人工足相對(duì)于截肢者軀干的位置，并在所述人工足基于估計(jì)位置離開地面時(shí)，建立 邁步狀態(tài)。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述步態(tài)站立 傳感器指示出所述人工足已接觸地面時(shí)，所述信號(hào)處理器開始執(zhí)行步態(tài)站立狀態(tài)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述步態(tài)站立 狀態(tài)中，所述假肢膝關(guān)節(jié)在非驅(qū)動(dòng)模式下操作。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述步態(tài)站立 狀態(tài)中，所述假肢膝關(guān)節(jié)為抗彎曲的。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述步態(tài)站立 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器通過所述扭矩發(fā)生器形成膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)中的阻力。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述步態(tài)站立 傳感器指示出所述人工足的腳后跟所承擔(dān)的負(fù)載大于所述人工足的腳趾所承擔(dān)的負(fù)載時(shí)， 所述信號(hào)處理器發(fā)出信號(hào)，該信號(hào)表明此時(shí)通過扭矩發(fā)生器的阻力大于當(dāng)所述步態(tài)站立傳 感器指示出所述人工足的腳趾所承擔(dān)的負(fù)載大于所述人工足的腳后跟所承擔(dān)的負(fù)載時(shí)通 過扭矩發(fā)生器的阻力。
30.根據(jù)權(quán)利要求M所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述人工足離 開大致位于截肢者軀干身后的地面時(shí)，所述信號(hào)處理器開始執(zhí)行向前邁步狀態(tài)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述向前邁步 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器控制所述小腿連接件和所述大腿連接件之間的角度，使得所述人 工足遵循預(yù)定軌跡。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述向前邁步 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器控制所述小腿連接件和所述大腿連接件之間的角度，該角度為所 述大腿角度信號(hào)的函數(shù)，從而使得所述人工足遵循預(yù)定軌跡。
33.根據(jù)權(quán)利要求M所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述人工足離 開截肢者的軀干前面的地面時(shí)，所述信號(hào)處理器開始進(jìn)入反向邁步狀態(tài)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述反向邁步 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器控制所述小腿連接件和所述大腿連接件之間的角度，該角度為所 述大腿角度信號(hào)的函數(shù)，從而使得所述人工足遵循預(yù)定軌跡。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述反向邁步 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器控制所述小腿連接件和所述大腿連接件之間的角度，從而使得所 述人工足遵循預(yù)定軌跡。
36.根據(jù)權(quán)利要求M所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述人工足離 開截肢者的軀干下面的地面時(shí)，所述信號(hào)處理器開始執(zhí)行上升邁步狀態(tài)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述上升邁步 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器控制所述小腿連接件和所述大腿連接件之間的角度。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述上升邁步 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器控制所述小腿連接件和所述大腿連接件之間的角度，該角度為所 述大腿角度信號(hào)的函數(shù)，從而使得所述人工足遵循預(yù)定軌跡。
39.根據(jù)權(quán)利要求M所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述步態(tài)站立 傳感器指示出所述人工足以大致彎曲的膝關(guān)節(jié)角度接觸地面時(shí)，所述信號(hào)處理器開始執(zhí)行 上升站立狀態(tài)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述上升站立 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器控制所述小腿連接件和所述大腿連接件之間的角度。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述上升站立 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器控制所述扭矩發(fā)生器產(chǎn)生的扭矩。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述上升站立 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器控制所述扭矩發(fā)生器的速度。
43.根據(jù)權(quán)利要求M所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述扭矩發(fā)生器 包括多個(gè)室，且該設(shè)備進(jìn)一步包括用于扭矩發(fā)生器的壓力傳感器，其中，當(dāng)所述人工足與地 面接觸、且所述壓力傳感器指示出扭矩發(fā)生器的多個(gè)室之間存在大的壓力差時(shí)，所述信號(hào) 處理器執(zhí)行下降站立狀態(tài)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述下降站立 狀態(tài)的一部分時(shí)段，所述假肢膝關(guān)節(jié)在非驅(qū)動(dòng)模式下操作。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述下降站立 狀態(tài)中，所述假肢膝關(guān)節(jié)為抗彎曲的。
46.根據(jù)權(quán)利要求M所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述步態(tài)站立 傳感器指示出所述人工足離開了截肢者軀干后面的地面時(shí)，所述信號(hào)處理器開始執(zhí)行下降 邁步狀態(tài)。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述下降邁步 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器控制所述小腿連接件和所述大腿連接件之間的角度。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述下降邁步 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器控制所述小腿連接件和所述大腿連接件之間的角度，該角度為所 述大腿角度信號(hào)的函數(shù)，從而使得所述人工足遵循預(yù)定的軌跡。
49.根據(jù)權(quán)利要求M所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述信號(hào)處理 器得知在所述下降站立狀態(tài)中，所述人工足剛剛離開地面、且置于截肢者的軀干前方時(shí)，所 述信號(hào)處理器執(zhí)行坐下狀態(tài)。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述坐下狀態(tài) 的一部分時(shí)段，所述假肢膝關(guān)節(jié)在非驅(qū)動(dòng)模式下操作。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述坐下狀態(tài) 中，所述假肢膝關(guān)節(jié)為在阻力很小或無阻力情況下平滑彎曲。
52.根據(jù)權(quán)利要求M所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述信號(hào)處理 器得知在所述下降站立狀態(tài)中，所述人工足剛剛離開地面、且置于截肢者的軀干前方時(shí)，所 述信號(hào)處理器執(zhí)行坐下狀態(tài)。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述上升狀態(tài) 中，所述信號(hào)處理器控制所述小腿連接件和所述大腿連接件之間的角度。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述上升狀態(tài) 中，所述信號(hào)處理器控制由所述扭矩發(fā)生器產(chǎn)生的扭矩的量。
55.根據(jù)權(quán)利要求52所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述上升站立 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器控制作用在電動(dòng)機(jī)上的電流，該電動(dòng)機(jī)連接到所述扭矩發(fā)生器。
56.根據(jù)權(quán)利要求52所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述上升站立 狀態(tài)中，所述信號(hào)處理器所述扭矩發(fā)生器的速度。
57.一種半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，用于連接到具有軀干的截肢者的膝上殘余下肢，并可在驅(qū)動(dòng)和非驅(qū)動(dòng)模式下操作，該設(shè)備包括 小腿連接件，用于連接到人工足； 大腿連接件，用于連接到截肢者的膝上殘余下肢；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)彼此進(jìn)行彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)；液壓扭矩發(fā)生器，該液壓扭矩發(fā)生器包括扭矩發(fā)生器端口，所示液壓扭矩發(fā)生器用于 在所述小腿連接件和所述大腿連接件之間產(chǎn)生扭矩；液壓動(dòng)力單元，該液壓動(dòng)力單元具有連接所述扭矩發(fā)生器端口的第一通路和第二通 路，其第一通路通過液壓泵，該液壓泵機(jī)械連接至電動(dòng)機(jī)，其第二通路通過液壓閥回路； 電源，用于向所述電動(dòng)機(jī)提供電能；步態(tài)站立傳感器，其能夠識(shí)別所述人工足的與地面接觸的部分；以及 信號(hào)處理器，用于接收來自步態(tài)站立傳感器的信號(hào)，并控制所述電動(dòng)機(jī)， 其中，當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述扭矩發(fā)生器端口連接 到所述液壓泵，并且，當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)在非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述半驅(qū)動(dòng)式假 肢膝關(guān)節(jié)被設(shè)置為使得所述扭矩發(fā)生器端口連接到所述液壓閥回路。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在非驅(qū)動(dòng)模式下， 所述液壓閥回路調(diào)節(jié)所述扭矩發(fā)生器中的液流的阻力，使得所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備 在沒有任何能量從所述電源轉(zhuǎn)移到所述電動(dòng)機(jī)的情況下操作。
59.根據(jù)權(quán)利要求57所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于在所述驅(qū)動(dòng)模式 下，所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備被設(shè)置為沒有任何能量從所述電源轉(zhuǎn)移到所述電動(dòng)機(jī)， 且所述液壓泵液壓連接至所述扭矩發(fā)生器，同時(shí)所述信號(hào)處理器控制所述扭矩發(fā)生器。
60.根據(jù)權(quán)利要求57所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路 包括第一可控閥，其中，當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)在非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述第一可控 閥調(diào)節(jié)所述扭矩發(fā)生器中的液流的阻力。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路 進(jìn)一步包括第一止回閥，該第一止回閥與所述第一可控閥串聯(lián)安裝，使得所述第一可控閥 只在一個(gè)方向上調(diào)節(jié)所述扭矩發(fā)生器中的液流的阻力。
62.根據(jù)權(quán)利要求60所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路 進(jìn)一步包括第二可控閥，該第二可控閥與所述第一可控閥和所述第一止回閥并聯(lián)安裝。
63.根據(jù)權(quán)利要求61所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路 進(jìn)一步包括第二可控閥和第二止回閥，二者彼此串聯(lián)安裝，且與所述第一可控閥和所述第 一止回閥并聯(lián)安裝。
64.根據(jù)權(quán)利要求57所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于所述液壓閥回路 包括三通閥，該三通閥具有第一端口、第二端口和第三端口，所述泵連接到所述三通閥的第 一端口和第二端口，所述扭矩發(fā)生器連接到所述三通閥的第二端口和第三端口，其中，當(dāng)所 述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)在其非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述三通閥封閉所述第一端口。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式 假肢膝關(guān)節(jié)在驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述三通閥使得在所述液壓泵和所述扭矩發(fā)生器之間具 有液流。
66. 一種半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備，用于連接到具有軀干的截肢者的膝上殘余下肢，并 可在驅(qū)動(dòng)和非驅(qū)動(dòng)模式下操作，該設(shè)備包括 具有腳趾和腳后跟的人工足； 與人工足相連的小腿連接件； 大腿連接件，用于連接到截肢者的膝上殘余下肢；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)彼此進(jìn)行彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)；液壓扭矩發(fā)生器，該液壓扭矩發(fā)生器具有扭矩發(fā)生端口，所述液壓扭矩發(fā)生器置于所 述大腿連接件和所述小腿連接件之間，且用于在所述小腿連接件和所述大腿連接件之間產(chǎn) 生扭矩；液壓動(dòng)力單元，包括液壓閥回路、液壓泵和電動(dòng)機(jī)，其中液壓閥回路液壓連接到所述扭 矩發(fā)生器，所述電動(dòng)機(jī)機(jī)械連接到所述液壓泵，所述液壓動(dòng)力單元具有連接所述扭矩發(fā)生 器端口的第一通路和第二通路，其第一通路通過液壓泵，該液壓泵機(jī)械連接至電動(dòng)機(jī)，其第 二通路通過液壓閥回路；電源，用于向所述電動(dòng)機(jī)提供電能；至少一個(gè)設(shè)置在所述小腿連接件、所述大腿連接件和所述膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)中的其中之一 上的傳感器，用于感應(yīng)所述假肢膝關(guān)節(jié)上的操作參數(shù)，所述至少一個(gè)傳感器包括膝關(guān)節(jié)角 度傳感器，該膝關(guān)節(jié)角度傳感器產(chǎn)生膝關(guān)節(jié)角度信號(hào)，該角度信號(hào)表示所述大腿連接件和 所述小腿連接件之間的角度，還包括步態(tài)站立傳感器，用于識(shí)別人工足與地面相接觸的部 位；信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器與電源、扭矩發(fā)生器和每個(gè)膝關(guān)節(jié)角度傳感器和步態(tài)站立 傳感器相連，其中每個(gè)所述信號(hào)處理器用于膝關(guān)節(jié)角度傳感器、步態(tài)站立傳感器和液壓動(dòng) 力單元，用于在從至少一個(gè)傳感器所接收到的信號(hào)的基礎(chǔ)上控制液壓動(dòng)力單元的操作，其 中當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，電能從所述電源轉(zhuǎn)移到所述 電動(dòng)機(jī)，以驅(qū)動(dòng)液壓泵，使液壓泵在信號(hào)處理器的控制下為所述扭矩發(fā)生器提供工作液流， 從而在所述小腿連接件和所述大腿連接件之間產(chǎn)生扭矩，當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備 在其非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述液壓閥回路調(diào)節(jié)所述扭矩發(fā)生器中液流的阻力，使得所述 半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)設(shè)備在沒有任何電能從所述電源轉(zhuǎn)移到所述電動(dòng)機(jī)的情形下進(jìn)行操 作；所述信號(hào)處理器接收來自膝關(guān)節(jié)角度和步態(tài)站立傳感器的信號(hào)，估計(jì)人工足相對(duì)于截 肢者軀干的位置，并在所述人工足基于估計(jì)位置離開地面時(shí)，建立邁步狀態(tài)；所述信號(hào)處理器接收來自步態(tài)站立傳感器的信號(hào)，并控制所述電動(dòng)機(jī)，其中，當(dāng)所述半 驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)在其驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述扭矩發(fā)生器端口連接到所述液壓泵，并且， 當(dāng)所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)在非驅(qū)動(dòng)模式下操作時(shí)，所述半驅(qū)動(dòng)式假肢膝關(guān)節(jié)被設(shè)置為使 得所述扭矩發(fā)生器端口連接到所述液壓閥回路。
全文摘要
一種半驅(qū)動(dòng)式膝上假肢系統(tǒng)(100)，包括連接到人工足(108)的小腿連接件(105)、連接到小腿連接件(105)的膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(107)，以及連接到截肢者的膝上殘余下肢(110)的大腿連接件(103)，該系統(tǒng)可以在由信號(hào)處理器(130)控制的兩種模式下操作，該信號(hào)處理器(130)與各傳感器(120,122,124,126,127)相連。在驅(qū)動(dòng)模式下，能量輸送到與膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(107)相連的扭矩發(fā)生器(104)中，以移動(dòng)大腿連接件(103)和小腿連接件(105)。在非驅(qū)動(dòng)模式下，控制回路(204)在無動(dòng)力方式下操作，其膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(107)中為調(diào)節(jié)后的阻力。能量通過連接到電池電源(205)的電動(dòng)機(jī)(202)輸入，并用于驅(qū)動(dòng)液壓泵(201)，作為包括扭矩發(fā)生器(104)的整個(gè)液壓動(dòng)力單元(200)的一部分。
文檔編號(hào)A61F2/64GK102065799SQ200980122636
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月16日
發(fā)明者亞當(dāng)·布萊恩·佐斯, 內(nèi)森·哈丁, 塞巴斯蒂安·克魯斯, 密涅瓦·瓦素德蘭·皮萊, 布朗姆·吉爾伯特·安東·蘭布雷希特, 狄倫·米勒·費(fèi)爾班克斯, 米克拉斯·施瓦茲, 荷梅勇·卡扎若尼, 馬修·羅薩 申請(qǐng)人:伯克利仿生技術(shù)公司, 加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)