专利名称：控制假体或矫形器中的转矩的制作方法控制假体或矫形器中的转矩相关专利申请的交叉引用本申请要求2010年4月5日提交的美国临时申请61/320，991、2010年12月14日提交的美国临时申请61/422，873以及2011年I月12日提交的美国临时申请61/432，083的优先权，上述临时申请均以引用方式并入本文中。美国公开专利申请2010/0174384 (“’384申请”)和2006/0249315 (它们均以引用方式并入本文中)描述了用于步行的步法循环可以分为五个阶段受控跖屈、受控背屈(⑶)、动力跖屈(PP)、先期摆动和后期摆动，如图I所示。 ’ 384申请还公开了多个较低极限假体和矫形系统的实施例，其中经由串联弹性元件(SEE)马达转矩和踝转矩之间的非线性正反馈而在PP期间生成反射转矩。更具体地，反射动作包括类似于CD期间的非线性弹簧和PP期间的转矩源的行为。这种反射动作可以利用下面的公式通过驱动马达而实现马达转矩=pff X (标准化转矩)n 公式I其中，pff为调节成用于高步行速度的动力控制增益；标准化转矩为被转矩h标准化的踝转矩rA (与使用者的重量极为相关)；η为动力指数，对于平地步行而言通常在3到5之间的范围内。注意到，pff的单位为Nm，并且pff的值控制快速步行期间转矩反射的水平的量级。一旦确定了期望的马达转矩，就可以基于公式马达电流=马达转矩/kt，来计算驱动电流，其中kt为马达转矩常数。虽然利用公式I确实提供了良好的结果，但是通过下述控制方法提供的结果明显更佳。
本发明的一个方面涉及踝-足假体或矫形器设备。该设备包括胫构件和足构件，该足构件相对于胫构件操作地构造，以便支持步行并且允许足构件相对于胫构件跖屈和背屈。马达被构造为使足构件相对于胫构件跖屈，串联弹性元件连接在(a)马达与胫构件之间和/或连接在(b)马达与足构件之间。具有至少一个第一传感器和至少一个第二传感器，该至少一个第一传感器具有能够预测即将到来的步伐的步行速度的输出，该至少一个第二传感器具有能够确定踝转矩的输出。该设备还包括控制器，该控制器被构造为根据该至少一个第一传感器的输出和该至少一个第二传感器的输出控制马达的转矩，使得用于慢步行速度的马达的转矩低于用于快步行速度的马达的转矩。本发明的另一个方面涉及一种修改踝-足假体或矫形器设备的特性的方法。该方法包括以下步骤预测在即将到来的步伐期间的步行速度；以及在预测的步行速度慢的情况下，修改即将到来的步伐期间的设备的特性。与预测的步行速度快时执行的非守恒净功相比，特性的修改引起在即将到来的步伐期间执行的非守恒净功的降低。本发明的另一个方面涉及一种设备，其包括近侧构件和远侧构件，该远侧构件相对于近侧构件通过接头操作地连接，使得远侧构件和近侧构件之间的角度能够变化。马达被构造为改变远侧构件和近侧构件之间的角度，串联弹性元件连接在(a)马达与近侧构件之间和/或(b)连接在马达与远侧构件之间。具有至少一个第一传感器和至少一个第二传感器，该至少一个第一传感器具有能够预测即将到来的步伐的步行速度的输出，该至少一个第二传感器具有能够确定接头转矩的输出。该设备还包括控制器，该控制器被构造为根据该至少一个第一传感器的输出和该至少一个第二传感器的输出控制马达的转矩，使得用于慢步行速度的马达的转矩低于用于快步行速度的马达的转矩。本发明的另一个方面涉及一种踝-足假体或矫形器设备，其包括胫构件和足构件，该足构件相对于胫构件操作地构造，以便支持步行并且允许足构件相对于胫构件跖屈和背屈。马达被构造为使足构件相对于胫构件跖屈，串联弹性元件连接在(a)马达与胫构件之间和/或连接在(b)马达与足构件之间。该设备还具有至少一个传感器和控制器，该至少一个传感器具有能够确定串联弹性元件的偏转的输出，该控制器被构造为根据该输出确定期望的转矩，并且根据确定的期望转矩控制马达的转矩。本发明的另一个方面涉及一种控制具有足构件和胫构件的踝-足假体或矫形器 的方法，该踝-足假体或矫形器具有马达和串联弹性元件，该马达被构造为时足构件相对于胫构件跖屈，串联弹性元件与马达串联。该方法包括以下步骤感测马达的位置；当马达处于在感测步骤中感测到的位置时，确定串联弹性元件的偏转；以及根据在感测步骤中感测到的马达位置和在确定步骤中确定的偏转控制马达的转矩。本发明的另一个方面涉及一种设备，其包括近侧构件；远侧构件，该远侧构件相对于近侧构件操作地构造，使得远侧构件和近侧构件之间的角度能够变化；和马达，该马达被构造为改变远侧构件和近侧构件之间的角度。串联弹性元件连接在(a)马达与近侧构件之间和/或(b)连接在马达与远侧构件之间，至少一个传感器具有能够确定串联弹性元件的偏转的输出。该设备还包括控制器，该控制器被构造为根据该输出确定期望的转矩，并且根据确定的期望转矩控制马达的转矩。图I为在平地上步行时使用者的步法循环的各阶段的示意图。图2A示出了健康人的踝的非守恒净功对步行速度的静态范围。图2B示出了健康人的踝的峰值功率对步行速度的静态范围。图2C示出了当两个不同的公式用来控制马达时的非守恒净功对步行速度。图2D示出了当两个不同的公式用来控制马达时的峰值功率对步行速度。图3A示出了即将到来的步伐的步行速度与胫角速率之间的关系。图3B示出了图3A中所利用的胫角速率。图4A示出了用于控制马达的一个合适的增益函数。图4B示出了另一个合适的增益函数。图5A为依赖于转矩感测的实施例的方框图。图5B示出了用于图5A实施例的机械构造。图6A为依赖于偏转以及转矩对偏转特性的实施例的方框图。图6B示出了用于图6A实施例的机械构造。图6C示出了图6B的构造的截面图。图7示出了用于测量转矩对偏转特性的测试固定装置。图8A可以确定弹簧刚度的曲线图。图SB为示出了转矩分量随时间而变化的曲线图。图9示出了串联弹性元件的转矩对偏转特性。图10为未受损的踝的站姿阶段转矩-角度响应的Γ - Θ曲线。

其中，Κν(ωχ)为与最大角速率有关的动力控制增益函数，图4Α中示出了该函数的实例；ρ 为调节成用于高步行速度的动力控制增益；标准化转矩为被转矩r^标准化的踝转矩Γ (与使用者的重量极为相关)；以及η为动力指数，对于平地步行而言通常在3到5之间的范围内。这与上面的公式I类似，不同之处在于，公式的右侧乘以增益函数Κν(ωχ)，该增益函数选择成减小用于与较慢步行速度对应的较低角速度的马达转矩。注意到，用于将期望的马达转矩转换为用于马达的驱动电流的伴随公式对于本文所述的所有实施例而言保持相同(即，马达电流=马达转矩/kt，其中kt为马达转矩常数)。图4A中示出了一个合适的增益函数Κν(ωχ)，其初始在角速率为零时为0，并且在与快速步行速度对应的角速率ωΤΗ处线性增大到I。在阈值角速率ωΤΗ以上，增益函数Κν(ωχ)保持为I。用于阈值ωΤΗ的合适的设定为与快速步行速度对应的角速率(例如，与I. 5到I. 75米每秒之间的步行速度对应的角速率)。在一些实施例中，阈值点可以通过义肢进行设定，优选地限制到某个合理的范围(例如，与I. 25到2米每秒之间的步行速度对应的角速率)。在其它实施例中，用于在合理范围内调节ωΤΗ设定点的设置甚至可以是终端使用者能够获得的。公式2的右侧乘以Κν(ωχ)的结果是，马达将被较低的电流驱动，以用于较慢的步行速度。这将在较慢的步行速度下引起较小的转矩(与使用公式I相比)。当该方法用来控制假体或矫形踝时，在步法的足平部分期间，转矩初始将为零。踝转矩1在受控背屈阶段结束时将开始增大。响应于增大ΓΑ，控制器将基于公式2驱动马达，这将在正反馈反射响应中进一步增大转矩。正反馈持续到由于下腿部开始将足提升离开地面而使得脚趾离地之前。在这点处，正反馈消失，因此转矩开始下降。正反馈在脚趾离地时结束，原因是在该点处，已经没有需要推靠的了，这使得转矩快速下降。此外，控制反射应用的状态机也转换到使用位置控制的摆动阶段。注意到，以引用方式并入本文中的’ 384申请中描述了状态机的操作。在iWalk Powerfoot BiOM 假体踝/足上已经实施和测试了公式2的基于速度的动力控制方法。当公式2用来控制马达时，图2C中通过圆形数据点示出了非守恒净功对步行速度。图2C中圆形数据点和星号数据点(以上讨论的)之间的比较反映了当使用公式2时非守恒净功更靠近由线11、12界定的静态范围。相似地，图2D中的圆形数据点示出了当公式2用来控制马达电流时的峰值功率对步行速度。可以看到，峰值功率在使用公式2时比在使用公式I时(在图2D中由星号数据点表示)更加靠近平均值线18。这个实验结果得自于重量为2401B且胫长度为53cm的患者。利用MU系统测量步行速度，并且该不行速度在从O. 8m/s到I. 5m/s的范围内。当使用者随机改变它们的步行速度时，该系统提供动力的平滑过渡。在可供选择的实施例中，可以采用具有其它形状的增益函数来代替图4A中所示的斜度。优选地，所有这样的函数初始在ωχ=0时都为0，终止于1，并且是单调增大的。用于增益函数的合适形状的实例包括类似于(a)正弦曲线的第一象限；或6)余弦曲线的第三和第四象限(比例形成为且偏移为初始为O且终止于I)的形状。也可以使用其它过渡形状，包括平滑的形状和具有急剧变化的形状。例如，图4B所示的曲线将操作成对于低步行速度保持低的动力(这将适合于类似于教室的某些情况)，并且精金在速度超过阈值ωΤΗ2时增加动力。任选地，增益函数还能够操作成当向后步行或奔跑时用于负速度，以控制反射响应。为此，图4Β中包括负速度。如果需要,用于负速度的最大增益可以小于I,以便在向后步行时提供较小的动力推进。在一些实施例中，增益函数还可以在侧向步伐或侧向跳跃时形成为速度的函数。在一些实施例中，可以提供用户界面，以便对公式2中η的值提供义肢控制，该η的值优选地限制在某些合理的范围内(例如在2到7之间)。已经发现，在3到5之间的设 定点是优选的。当η高时(例如大约5)，因为标准化转矩为1被标准化，所以电流将不会增大，直到ΓΑ接近Γ^。这延迟(在时间上)了正反馈的开始。反之，当η较低时(例如大约3)，电流将在ΓΑ太接近Γ ^之前开始增大。这提前(在时间上)了正反馈的开始。当该系统被构造为对η提供义肢控制时，η可以被调节(例如根据来自终端使用者的言语反馈)，以最大化使用者的舒适性。在其它实施例中，用户界面可以设置成对η (在合理范围内)提供终端使用者控制。在可供选择的实施例中，反射转矩生成公式可以修改如下马达转矩=Κν(ωχ) XpffX (标准化转矩)η (ωχ) 公式3公式3与公式2非常类似，不同的是，在公式3中，标准化转矩的指数η乘以角速率函数。函数f (ωχ)优选地选择成使得所得到的指数在较高角速度下臂在较低角速度下大。这将操作成，相对于使用者较慢地步行时的正时，当使用者较快速地步行时提前开始反射(在时间上)。注意到，在上述实施例中，该系统并没有对即将到来的步伐进行明确的步行速度预测。相反，该系统依赖于胫的角速率ωχ (如上所述，这与预测的步行速度相关)。在这种情况下，胫的角速率ωχ用作步行速度的替代品。在可供选择的实施例中，不依赖于胫的角速率ωχ，而是可以利用其它参数来预测步行速度。然后，根据这些可供选择的传感器，基于预测的步行速度相应地调节踝动力。例如，站姿阶段中的膝盖上方的腿部区段的角速率或者膝盖线性运动速度可以用来预测即将到来的步伐的步行速度。利用IMU追踪的踝或膝盖的笛卡尔轨线也可以用来预测即将到来的步伐的步行速度。在其它实施例中，各公式可以实施为将估计的步行速度明确地计算为中间结果，然后基于该中间结果调节各个参数，以控制功率和非守恒净功(例如在公式2中通过用Kv(速度彡代替!^…〕)。优选地，该系统包括特定情形处理装置，以便在其确定存在特定步行环境时改变功率水平。例如，即使步行速度慢，功率也可以增加，以用于上楼/上坡道步行。或者即使步行速度高，功率也可以减小，以用于下楼或下坡道步行。注意到，踝轨线或膝盖轨线(例如利用IMU确定)可以用作辨别器，以确定是否存在特定步行环境，从而可以针对特定步行环境调节踝的特性(包括反射)。上述系统为使用者提供改进的净功和峰值功率，以便在整个步行速度范围内实现用于普通步行的正常生物力学。该系统还在低步行速度下使用减小的马达电流，这是大多数人的日常中主要的步行情况。这可以帮助保持马达的温度低，节省能量，并且减小对电池再次充电的频率和携带备用电池的需要。较低的电流还减小驱动传递装置(包括串联弹簧)上的应力和疲劳，并且能够增加装置中各个部件的设计寿命。上述实施例依赖于踝转矩「4作为公式的输出，其最终在受控背屈和动力跖屈期间控制马达电流。该踝转矩ΓΑ可以通过多种方法确定。在’384申请中描述了一种这样的方法，该方法利用例如布置在惠斯通电桥构造中的应变仪主动地测量踝转矩ΓΑ，以测量由踝假体的顶部处的承窝附接件施加的转矩。图5Α为用于这个实施例的系统方框图。假体或矫形踝/足包括胫构件52和足构件54，该胫构件52和足构件54例如通过接头53操作地连接，以允许进行跖屈和背屈。马 达56固定到胫构件52上，并且串联弹性元件58坐落在胫构件52和足构件54之间，使得其将与马达串联，如美国专利5，650，704中所解释的，该美国专利以引用方式并入本文中。沿着一个方向或另一个方向驱动马达将使足构件54相对于胫构件52跖屈或背屈。在可供选择的实施例中(未示出)，马达56和串联弹性元件58可以交换，在这种情况下，马达将安装到足构件54上。转矩传感器66测量踝转矩ΓΑ，并且将代表该转矩的输出发送到控制器68。控制器68被编程，以通过实施公式2来控制马达56。在可供选择的实施例中，被构造为实施公式2的模拟电路可以用来代替控制器68。动力驱动器60包含将来自控制器68的低电平信号转换为驱动马达56所需的高电平信号所需的驱动电路。图5Β示出了用于实施图5Α的实施例中所示的结构的实际机械构造。在图5Β中，转矩传感器1732 (其对应于图5Α中的附图标记66)定位在胫构件1716 (其对应于图5Α中的附图标记52)的恰好顶部处。用于确定踝转矩ΓΑ的另一个方法是将转矩分解为其组成分量，并且单独地分析这些分量中每一个的转矩。例如，在图6A-C所示的设计中，具有有助于总转矩的两个分量由串联弹性元件施加的转矩(rs)和由缓冲器施加的转矩(ΓΒ)。缓冲器定位在踝的胫部分和足部分之间，并且在刚度高时还可以被看作是硬阻挡件。在可供选择的实施例中，弹簧可以用来代替缓冲器。注意到，ΓΒ分量仅仅在缓冲器接合期间(S卩，在背屈期间，当胫构件压靠着固定到足构件上的缓冲器时，或者在可供选择的实施例中，当足构件接合固定到胫构件上的缓冲器时)起作用。如果每个起作用的分量都是已知的，那么可以通过将^和ΓΒ矢量加(SP，Fa= Fs+Fb)来确定总踝转矩。在图6B所示的设计中，「3和Fb均可以被确定为位移的函数，该位移由在整个设计上分布的位置传感器测量，该位置传感器类似于检测马达位置的马达编码器和检测踝枢转角度的踝角度编码器。我们以rs开始。在图6C中，马达IB-102驱动滚珠丝杠IB-106，并且安装在马达上的数字编码器IB-104测量滚珠丝杠延伸P。如果足在无载荷下操作(例如，当其悬在空中)，那么对于滚珠丝杠延伸P的每个给定的值，踝接头IB-108将运动到角度β (ρ)。β (ρ)函数可以根据经验这样进行确定，即通过将该装置提升到空中以使其处于无载荷状态，然后驱动马达通过其整个操作范围，并且测量在P的每个值处所得到的踝接头IB-108的角度。或者，可以基于已知的装置几何结构计算β (P)。β (P)函数以任何合适的格式(例如作为公式或查找表)存储在存储器中，该存储器可由控制器78 (如图6Α所示)读取。在正常操作期间，装置将被加载，并且踝接头1Β-108的实际角度Θ可以被确定(例如通过安装在踝接头上的未示出的高分辨率编码器)。此外，可以根据数字编码器ΙΒ-104的输出确定实际滚珠丝杠延伸P。控制器输入来自马达编码器的P，并且从存储器中重新得到无载荷角度位置β (P)。然后，其输入来自踝接头角度编码器的实际角度θ，并且从Θ减去β (ρ)(即控制器计算θ-β (ρ))。该差值为SEE 1B-110的角度偏转。在一些实施例中，可以使用“单转”马达控制器。在功率开的情况下，其在一个马达回转内的绝对位置与绝对接头位置可以一起用来确定滚珠丝杠沿跖屈方向相对于行程末端的绝对位移。在已经确定了偏转之后，可以找到转矩rs，原因是转矩是偏转的函数。在简单的模型中，转矩对偏转特性可以模拟为线性函数(虎克定律)，从而rs=ksx偏转，其中ks为用于SEE的弹簧刚度。图9示出了用于串联弹性元件1B-110 (如图6B所示)的转矩对偏转 特性。从这些特性中，测量的偏转可以用来确定rs。注意到，依赖于包含弹簧常数匕的公式仅仅只是由偏转确定转矩的许多可能的方式中的一种方式，还可以使用用于确定转矩对偏转特性的可供选择的模型和方法(例如查找表、多项式曲线拟合或非线性估计)。我们接下来转到ΓΒ分量。在背屈期间，胫构件1Β-111推向足构件1Β-114，并且坐落在这两个构件之间(并且可以固定到任一个构件上)的缓冲器1Β-112被压缩。在前述生成设计(其缓冲器1Β-112使用较软的塑料)的测试期间，发明人认识到，在接合期间在缓冲器中能够观察到在对于2501b的被截肢者而言每85Nm峰值基准载荷偏转O. 25。的范围内的柔量。当使用较硬的塑料(例如EPDM，其具有95A硬度计硬度)时，存在较小的偏转(例如对于2501b的被截肢者而言每85Nm峰值基准载荷偏转O. 1° )，并且这种柔量的力-偏转特征变得更加稳定且更加容易模拟。注意到，容纳踝机构的金属外壳也将可测量地弯曲，并且因此与缓冲器接触的构件和足结构也能够可测量地弯曲。当对于特定设计或设计样品(例如，利用测试固定装置)根据经验测量弯曲位移时，所有的这些弯曲将会自动地得到解释。对于给定设计或特定设计示例可以根据经验确定在缓冲器压缩时ΓΒ的变化。一种方式是将样品踝/足250螺栓连接到测试固定装置200中，类似于如图7所示的情况。测试固定装置200优选地使用六自由度力-转矩传感器210 (例如由JR3公司制造的)，该传感器同时测量沿着和绕着三个正交轴线的力和转矩，其中向后驱动滚珠丝杠致动器220安装在踝/足250的足部分252和JR3210之间。在该测试固定装置200中，踝/足250被驱动，直到足部分252初始与踝/足250的胫部分254上的缓冲器接触(如图6Β所示)。初始接触的角度限定为ΘΙ。然后，利用向后驱动滚珠丝杠致动器220，足部分252被进一步驱动到角度Θ。。踝/足假体上的踝编码器1Β-108 (如图6C所示)可以测量角度Θ。。随着Θ c增大，缓冲器的压缩增大，并且对于每个可能的角度Θ。存储由JR3210确定的力。由JR3210测量的Z (竖向)和Y (水平)力利用矢量数学相加，以确定沿着向后驱动滚珠丝杠轴线的力。然后，通过在从SEE减去任何转矩组成之后，将轴向力乘以垂直的力矩臂来计算踝转矩。对于每个可能的角度会制多个循环(例如10个循环)的踝转矩对踝角度曲线，并且计算至少方形最佳拟合线，假设线性关系Fb=KsX (θε-θ工)，其中Ks为缓冲器1Β-112的旋转弹簧刚度。所得到的最佳拟合线的斜度是用Nm/rad表示的缓冲器的弹簧刚度Ks，如图8A所示。在可供选择的实施例中，不采用线性关系模拟缓冲器，也可以使用可供选择的模拟和方法，以用于确定设计中的转矩对偏转特性(例如查找表、多项式曲线拟合或非线性的估计)。注意到，当增大转矩时(即当足部分正被驱动到缓冲器且正压缩缓冲器时)，踝转矩对踝角度偏转的关系是非常线性化的。然而，当返回到零时(降低转矩)，曲线是不同的。这种差异是由于缓冲器的能量吸收特性的影响。优选的是，利用增大转矩部分的最小方形最佳拟合线的斜度来确定缓冲器的弹簧刚度Kg。图SB示出了转矩的分量ΓΒ，该分量在缓冲器渐增地被压缩半秒钟(直到转矩达到-90)然后释放的情况下随时间推移利用该方法确定。Γ B转矩的量化性质为编码器分辨率的函数。这种量化可以利用较高分辨率的编码器而最小化。在一个优选的实施例中，使用Renishaw公司(P / N RMB13BC1)制造的13位的编码器(8196计数/360度)。Renishaw编码器采用定制的霍尔效应1C，其测量从安装在足结构上的单极圆柱形磁体出现的相对于固定到嵌于踝外壳中的印刷电路组件上的IC的定向的场角度。利用在专门的DSP中执行的FIR低通滤波器进行的角度测量的过滤，已经示出为将有效分辨率延展到15-16位。 一旦已经模拟了缓冲器/踝外壳的转矩对偏转特性(例如如上所述)，就可以通过测量θ c且将结果插入到公式rB=KsX (Qc-Q1)中或模拟rB作为θ。的函数的可供选择的模型中，确定假体操作期间任何给定瞬时的rB组成。从而，从测量的角度偏转Θ。中，可以确定第二转矩分量rB。在可供选择的实施例中，可以采用其它踝角度编码装置来确定缓冲器已经被压缩到何种程度，包括光学的、磁电机-限制和感应传感器。在这点上，1%和ΓΒ分量均是已知的。现在，rs可以与ΓΒ相加，以获得ΓΑ，并且所得到的^用作公式2的输入，以控制马达。图64为用于通过单独地确定1^和ΓΒ，然后将这些分量相加以获得ΓΑ，来实施该方法的系统方框图。兀件52-60与图5Α中标有对应附图标记的兀件相同。角位置传感器76测量马达位移ρ和踝接头位移Θ，并且将代表这些位移的输出发送到控制器78。控制器78被编程，以将这些位移转换为如上所述的转矩rs。此外，控制器78被编程，以将踝接头位移Θ转换为如上所述的转矩ΓΒ。然后，控制器78将^与^矢量相加，以确定ΓΑ。然后，控制器78通过实施公式2控制马达56 (借助于动力驱动器60，如图5Α的实施例所示)。如上所述，公式2中的η可以被调节，以使得该装置对于使用者而言更加舒适。其它参数也可以类似地调节，例如Pff和阈值角速率ωΤΗ，其影响公式2中的Κν(ωχ)函数。现在参考图10，其是响应于未受损的站姿阶段的身体-质量标准化转矩-角度踝的Γ-Θ曲线，可以发现，能够调节假体或矫形器中额外的参数，以尽量更好地模拟未受损的踝，从而提高舒适度和性能。实例包括在踝-足从受控跖屈(Ku的斜度)通过受控背屈(K2_3的斜度)过渡到动力跖屈(κ3_4的斜度)时调节阻抗。这三个阻抗的初始值以及脚趾离地时Θ的初始值(θ可以得自于未受损的踝的平均Γ-Θ响应，然后这些初始值可以被调节，以适合于活动水平、分肢长度、身体-质量分布和各个使用者的喜好。在上述实施例中，单个马达用来实施跖屈和背屈两者。但是在可供选择的实施例中，该马达可以由用于实施跖屈的一个马达和用于实施背屈的另一个部件代替。在其它可供选择的实施例中，多个马达可以并行布置，以执行跖屈和背屈两者。在其它实施例中，上述电动马达可以替换为其它类型的马达(例如液压马达)，在这种情况下，控制器和动力驱动器必须进行相应的调节。注意到，当上述概念以假体的语境解释时，它们也可以应用于矫形器语境。此外，虽然上述实施例全部涉及踝，但是上述概念可以应用于其它假体和矫形器应用，例如臀、躯干和臂，在这种情况下，应当进行适当的修改，这将是本领域技术人员能够理解的。例如，在膝盖的语境中，在刚好脚趾离地期间发生反射的情况下，步行速度预测将利用正好脚趾离地之前的“最新”胫速度测量。在其它的语境中，胫构件可以概括为近侧构件，足构件可以概括为远侧构件，并且背屈/跖屈可以概括为改变远侧构件和近侧构件之间的角度。上述概念还可以应用于人形机器人的语境。虽然已经参考某些实施例公开了本发明，但是在不脱离所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对所述实施例进行各种修改、替换和改变。因此，本发 明并不限于所述的实施例，而是完全覆盖以下的权利要求的语言及其等效形式所限定的范围。


在假体或矫形踝／足的一些实施例中，对即将到来的步伐期间的步行速度进行预测。于是，当预测的步行速度慢时，修改设备的特性，使得在该步伐中执行较少的净功(与预测的步行速度快相比)。这可以利用能够预测步行速度的一个传感器和能够确定踝转矩的第二传感器(66)而实现。控制器(68)接收来自这些传感器的输入，并且控制马达的转矩，使得用于慢步行速度的转矩低于用于快步行速度的转矩。这减少了步法循环中致动器所做的功和在步法循环期间递送的峰值致动器功率。在一些实施例中，串联弹性元件(58)与能够驱动踝的马达(56)串联，并且至少一个传感器设有能够确定串联弹性元件的偏转的输出。控制器根据该输出确定期望的转矩，并且根据确定的期望转矩控制马达的转矩。