专利名称：用于控制人造矫形外科或假肢关节的方法和设备的制作方法在髋假肢的情况下在使用伸张辅助弹簧时存在的问题是，髋骨在卸载时屈曲，这在正常的行走过程中作为屈曲辅助是期望的，但是佩戴者在倒行时会被带入不期望的状况中。用于矫形器或假肢的人造关节、特别是膝关节具有上连接件和下连接件，它们通过关节装置彼此连接。在膝关节的情况下在上连接件上设置用于大腿残肢或大腿轨的接收部，而在下连接件上设置小腿筒或小腿轨。在最简单的情况下，上连接件通过单轴铰链与下连接件可枢转地彼此连接。这种布置仅仅在特殊情况下足以确保期望的效果，例如在矫形器中采用的情况下确保支撑或者在假肢中采用的情况下确保自然的步态形成。为了在一个步进的不同阶段期间或者在其他工作中尽可能自然地满足或支持不同的要求，设置阻抗装置，其提供屈曲阻抗或伸张阻抗。通过所述屈曲阻抗来调节下连接件相对于上连接件在屈曲方向上能够以何种程度枢转。因此，在膝关节的情况下，通过所述屈曲阻抗来调节小腿筒或小腿轨相对于大腿部或大腿轨在施加力的情况下以何种程度向后挥动。伸张阻抗对小腿筒或小腿轨的前进运动进行制动并且可构成伸张止挡。在其他关节类型的情况下例如髋关节或踝关节的情况下，这种实施方式根据运动学状况也适用。通过可调节的阻抗装置能够使得相应的屈曲阻抗和/或伸张阻抗适配于假肢装置或矫形器装置的使用者或者进入到不同的行走或运动状况，以便能够在条件改变的情况下提供适配的阻抗。由DE 102008008284A1公开了一种矫形外科技术的膝关节，其具有上部件和可枢转地布置在上部件上的下部件，给其配置多个传感器，例如屈曲角度传感器、加速度传感器、斜率传感器和/或力传感器。伸张止挡根据求得的传感器数据来调节。DE 102006021802A1描述了一种被动式假肢膝关节的控制，在伸展方向上具有可调节的阻尼以适配于假肢装置，所述假肢装置具有上侧的连接器件和通往人造脚的连接元件。与楼梯行走进行适配，其中，检测假肢脚的几乎无力矩的抬起并且将屈曲阻尼在抬起阶段中降低到一个对于在平面中行走合适的水平以下。屈曲阻尼可根据膝盖角度的变化并且根据作用在小腿上的轴向力升高。DE 102007053389A1描述了一种用于控制具有至少一个自由度的下肢的矫形外科关节的方法，具有可调节的促动器以适配于矫形外科装置，所述矫形外科装置具有连接至肢体的上侧连接器件和相对于所述连接器件远中地铰接布置的矫形外科关节，在不同于在平面上行走的行走状态下。在此通过传感器检测该矫形外科装置的多个参数，将检测到的参数与判据(所述判据借助于多个参数和/或参数变化曲线求得并且存放在计算单元中)相比较并且选出一个判据，所述判据根据求得的参数或参数变化曲线是合适的。基于所选出的判据调节屈曲阻抗、运动范围、驱动力和/或其变化曲线以控制不同于在平面中行走的特殊功能。矫形外科装置在一部分在空间中的倾翻角度和/或矫形外科装置的一部分的倾翻角度改变的变化曲线可用作参数。EP 1237513B1描述了一种假肢或矫形器，其具有控制装置和与控制装置耦合的传感器，所述传感器检测相对于与关节连接的部件的确定的线的倾斜角度。基于倾斜角度数据使关节的运动特性改变，即，制动或释放关节。此外，由现有技术公开了所谓的制动膝关节，其中，在轴向负载升高时以机械方式提高屈曲和伸展阻抗。在最简单的情况下这通过以下方式实现，即，设置两个制动面，所述制动面通过地面反作用力彼此压紧。这种方案不能在用于具有被控阻抗装置的现代假肢膝 关节的制动装置上采用。
本发明的任务在于，提供一种方法和一种设备，利用其能够使膝盖在倒行时自动地以增高的阻抗受载荷或者锁死，而不必故意激活或去活该模式。根据本发明，该任务通过独立权利要求所述的方法和并列权利要求所述的设备来解决。本发明的有利的构型和进一步方案在从属权利要求中予以描述。根据本发明，提出了一种用于利用阻抗装置控制下肢的人造矫形或假肢关节的方法，给所述阻抗装置配置至少一个促动器，通过所述促动器根据传感器数据改变屈曲阻抗和/或伸张阻抗，其中，在使用关节期间通过传感器提供状态信息，本发明提出，当求得小腿部的朝垂线的方向减小的惰性角度并且同时前脚受载荷时提高或者不降低站立期中的屈曲阻抗。通过将小腿部朝垂线方向减小的惰性角度的传感器参量与前脚载荷的存在相耦合能够可靠地检测倒行并且不触发迈步期，也就是不降低屈曲阻抗，以便如果在倒行时被照料的腿向后迈并且落在地上时避免膝关节不期望地屈曲。由此可使得被照料的腿在屈曲方向上在不弯曲的情况下承受载荷，从而使得用假肢或矫形器照料的患者在不必激活单独的锁止的情况下倒行。如果识别出倒行，则有利的是，提高或不降低屈曲阻抗，从而使得在任何情况下都禁止触发迈步期。本发明的一个进一步方案提出，当关节部的惰性角速度低于阈值时提高或者不降低阻抗，或者换句话说，当惰性角速度超过预给定的阈值时在降低屈曲阻抗的情况下启动迈步期。同样也可以的是，通过确定关节部特别是小腿部的惰性角度和关节部特别是小腿部的惰性角速度求得假肢使用者或矫形器使用者正在倒行并且需要锁止或强烈制动膝关节以抵抗屈曲。相应地，如果阻抗不足够高的话提高阻抗，从而必要时也锁死膝关节。此外可提出，当前脚载荷在小腿部的惰性角度减小的情况下降低时，则求得前脚载荷的变化曲线并且提高或者不降低阻抗。在前进运动时，当小腿部越过垂线向前摆动时在脚跟着地后前脚载荷才提高，而前脚载荷在倒行时在惰性角度减小的情况下降低，从而在存在这两种状况时——也就是惰性角度减小和前脚载荷降低时可推断出倒行。然后相应地将阻抗提高到用于倒行的值上。此外可提出，当膝盖角度小于15°时提高或者不降低阻抗。由此排除了在迈步期间并且在膝盖在相应角度或角速度的情况下屈曲时锁止膝关节并且使得其不再可屈曲。由此，只有当被照料的腿处于伸直或近似伸直状态中时才进行倒行。同样可提出，当膝盖角速度非常小或者存在静态时、也就是被照料的腿后移并且没有启动行走运动，尽管膝盖角度大于15°也提高或不降低阻抗。在该静止状态中难于识别是进行前进运动还是倒退运动。另一特征参量可以是膝盖力矩，所述膝盖力矩被检测并且用作是否提高或不降低阻抗的基础。当求得在屈曲方向上起作用的膝盖力矩时，也就是当假肢脚着地并且检测到膝盖中的屈曲力矩时，则存在一种状况，在该状况中，假定是倒行，从而使得屈曲锁止、也就是将阻抗提高到一个值上是有根据的，所述值不会容易地允许屈曲。小腿部的惰性角度可直接地通过设置在小腿部上的传感器装置来确定或者由其他连接件例如大腿部的惰性角度和同样求得的关节角度来确定。因为大腿部和小腿部之间 的关节角度也可以用于其他的控制信号，因此通过传感器的多重布置以及多重使用所述信号给出一个冗余，从而使得即使在一个传感器失效的情况下也仍然获得假肢或矫形器的功能性。关节部的惰性角度的改变可直接通过陀螺仪或者由所述关节部的惰性角度信号的微分或者由一连接件的惰性角度信号和一关节角度求得。当求得小腿部的相对于垂线增大的惰性角度时，可在站立期将屈曲阻抗降低到对于迈步期合适的值上。小腿部的惰性角度的增大表明假肢使用者或矫形器使用者处于前进运动中，其中，假定小腿部的远中端部作为支点。提出，只有当所述惰性角度超过阈值时才进行所述降低。此外，当小腿部相对于大腿部的运动不是屈曲时、也就是伸直或者保持恒定时(这意味着前进运动)降低阻抗。同样，当存在伸张的膝盖力矩时降低阻抗。此外可提出，求得地面反作用力矢量相对于关节部的距离并且当所述距离的阈值被超过时——也就是当所述地面反作用力矢量相对于关节部例如在确定的高度中相对于小腿部的纵轴线或者相对于膝关节的枢转轴线超过最低距离时一一降低阻抗。当求得膝关节力矩从伸张转变到屈曲时将阻抗降低到对于迈步期合适的值上。在此，在所述膝盖力矩从伸张转变到屈曲紧之后进行所述降低。此外可提出，在所述阻抗降低之后如果在确定的时间之内没有达到用于关节部件的惰性角度、用于惰性角速度、用于地面反作用力、用于关节力矩、用于关节角度或用于力矢量相对于关节部件的距离的阈值时，将阻抗在降低之后又提高到站立期的值上。换句话说，如果在转换到迈步期状态之后在确定的时间内事实上没有发现迈步期，则又将所述关节调节到站立期状态中。这样做的基础是在脚尖离开地面之前已经触发了迈步期以便允许即使启动迈步期。但是如果迈步期没有启动，就像例如在环绕转向运动时出现的情况那样，则必须又转换到可靠的站立期阻抗上。为此设置计时器，所述计时器检验是否在确定的时间之内存在用于上述参量之一的期望值。当检测到关节角度增大时、也就是当实际上启动了迈步期时保持降低阻抗，也就是保持激活迈步期。同样也可以的是，在达到所述阈值并且接通迈步期之后只有当小于所述第一阈值的第二阈值被低于时才接通计时器。也就是可以规定，在所述阻抗降低并且紧接着所述降低达到了用于关节部件的惰性角度、惰性角速度、地面反作用力、关节力矩、关节角度或力矢量相对于关节部件的距离的阈值之后如果没有在确定的时间之内达到用于惰性角度、惰性角速度、用于地面反作用力、用于关节力矩、用于关节角度或用于力矢量相对于关节部件的距离的另一阈值，则将阻抗在降低之后又提高到用于站立期的值上。为了基于传感器数据控制人造关节，设置这样的传感器，所述传感器恰恰是需要的，以便在检测行走期过渡时确保安全标准。如果使用超过最低限度的传感器例如以提高安全标准，则这传感器的冗余允许实现这样的控制，所述控制不使用设置在关节中或上的全部传感器并且仍然遵守安全性的最低标准。提出使用传感器的冗余来实现替代的控制，所述控制在传感器失效的情况下仍然能够利用尚工作的传感器允许以迈步期进行行走并且提供安全性的最低标准。本发明还提出了一种用于执行上述方法的设备具有可调节的阻抗装置，所述阻抗装置布置在人造矫形关节或假肢关节的两个铰接地彼此支承的部件之间，存在控制装置和传感器，它们检测所述设备的状态信息，本发明提出，设置调节装置，通过所述调节装置能够激活和/或去活与载荷有关的阻抗改变。根据前脚载荷的存在或缺乏使阻抗装置激活或去活。由此可除了自动识别倒行和自动进行阻抗适配之外还可实现倒行模式的故意激活，同样也可以的是，关断该模式并且将其从膝盖控制的标准程序中移除。下面借助于附图对本发明的实施例进行详细说明。附图表示图I是倒行期间假肢的示意图；图2是屈曲状态中的假肢示意图。为了确定惰性角速度，求得惰性角度在时间上的变化，从而得到角速度CO1，所述角速度可具有量值和方向。如果现在出现确定的惰性角度α I和确定的惰性角速度GJ1,则如果超过了惰性角速度Q1的确定的阈值的话就启动一个迈步期。如果出现降低的惰性角度α χ并且此外还具有前脚负载的话，则可推断出“前行”，从而不降低屈曲阻抗，而是保持或提高屈曲阻抗以便不导入迈步期屈曲。在图I中以扁平地落在地面上的状态示出所述假肢并且该假肢用于在本说明书中进行符号法则说明。在其他符号法则的情况下可得出相应其他的说明。膝盖角度^^在此相应于大腿部I相对于小腿部2的角度，相应地由该膝盖角度a K的时间导数得出膝盖角速度ωκ。膝盖力矩Mk围绕假肢膝关节4的关节轴线起作用，该膝盖力矩在伸张方向上假定为正。如果存在一个关节角速度，则认为关节在负载下屈曲。由此，阻抗降低将导致冲击式的不安全状况并且因此应被禁止。在膝盖角度大的情况下也是这样，大膝盖角度表示假肢已经屈曲并且阻抗降低又会导致冲击式的不安全状况并且因此被禁止。此外可定义另外的惰性角度，所述惰性角度必须达到确定的阈值，由此决定是采 取倒行还是导入迈步期。在此可采用小腿部2、假肢脚3和大腿部I的惰性角度。


本发明涉及一种用于利用阻抗装置控制下肢的人造矫形或假肢关节的方法，给所述阻抗装置配置至少一个促动器，通过所述促动器根据传感器数据改变屈曲阻抗和/或伸张阻抗，其中，在使用关节期间通过传感器提供状态信息，本发明还涉及一种用于实施这种方法的设备。本发明提出，在站立期中，当求得小腿部的惰性角度朝垂线的方向减小并且同时前脚受载荷时提高或者不降低屈曲阻抗。