矫形关节装置或假肢关节装置和用于控制其的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矫形关节装置或假肢关节装置以及用于控制矫形关节装置或假肢关节装置的方法，矫形关节装置或假肢关节装置具有一上部件和一铰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关节装置的多个固定装置，所述矫形关节装置或假肢关节装置具有在所述上部件和所述下部件之间的至少一个液压单元，所述至少一个液压单元具有处在一壳体中的活塞，所述活塞与所述上部件或所述下部件耦合，给所述液压单元配属一压力提供装置，通过所述压力提供装置以压力加载所述活塞。
【背景技术】
[0002]矫形装置或假肢装置的目的是在运动设备中平衡障碍。在下肢上需要矫形关节装置或假肢关节装置的患者需要提高的专注消耗和提高的能量消耗，这是因为在可能还存在的肢体之外，在行走期间，假肢装置或矫形装置也必须加速，即从静止位置朝一个方向向前运动并必须在放下之前制动。为了产生尽可能自然的步态而在假肢装置中设置阻尼器，这些阻尼器接管各种各样的任务。除了在站立阶段期间提供了假肢关节的提高的稳定性的站立阶段阻尼之外设置有一回转阶段阻尼，该回转阶段阻尼避免到止挡中的未制动的摇摆。运动能量通过阻尼器被转换成热。
[0003]此外，由现有技术公知了被驱动的假肢装置，这些假肢装置主动地辅助下部件相对于上部件的摆动。WO 2004/017872 Al描述了具有假膝关节的被驱动的假肢，该假膝关节配属有一阻尼器单元。同样设置一线性致动器，该线性致动器使小腿筒相对于上部件摆动。能量供给通过柔性电池带来进行。线性马达和阻尼器在结构上彼此分开。
[0004]WO 2006/112774 Al涉及一种包括被促动的假腿和被动假腿的组合以及一种用于实施具有相应的假肢系统的运动的方法。所述假肢系统具有一能运动的关节和一泵，该泵可以通过阀装置使一液压活塞朝一个方向或另外的方向运动，从而使得假膝关节的屈曲运动或伸开运动被实施。所述泵必须为运动施加总的工作压力。这要求大的泵功率，而这又需要大的泵，其具有大的结构容积并且相应地需要大的能量存储器装置。
【发明内容】
[0005]本发明的任务是提供一种矫形关节装置或假肢关节装置并提供一种用于控制其的方法，它们尽管具有高的工作能力却能够实现节省能量的运行进而在舒服控制下的长使用时间。
[0006]根据本发明，该任务通过具有独立权利要求的特征的装置以及具有并列独立权利要求的特征的方法来解决。本发明的有利设计方案和改进方案在从属权利要求、说明书以及附图中列出。
[0007]矫形关节装置或假肢关节装置具有一上部件和一铰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关节装置的多个固定装置，所述矫形关节装置或假肢关节装置具有在所述上部件和所述下部件之间的至少一个液压单元，所述至少一个液压单元具有能在一壳体中运动的活塞，所述活塞与所述上部件或所述下部件親合，给所述液压单元配属一具有一泵和一压力存储器的压力提供装置，通过所述压力提供装置由一控制装置控制地以压力加载所述活塞，所述矫形关节装置或假肢关节装置设置:所述压力存储器能够以驱动方式与所述泵耦合。由此可以使驱动流体从所述压力存储器导向所述泵。在此，泵的运行方式通过施加的且所需的压力来控制，这些压力施加在液压单元和压力存储器上。对应所需的压力和容积流是多大并且什么时候必须施加哪个压力通过传感器来控制，这些传感器检测负载、运动参量和/或位置、尤其是角度位置。由此可以通过泵取得对压力发展的影响。
[0008]所述泵可以是在发电机模式中能运行的，从而使得当例如在下坡情况下存在过量机械能或动能时，能够产生电能。
[0009]一改进方案设置:所述液压流体能够从压力存储器通过泵导向所述液压单元。通过液压流体从所述压力存储器通过所述泵向液压单元的可能的贯通导引而可行的是:影响液压流体流并且在压力存储器的压力太高时通过转换到发电机模式造成压力限界。
[0010]不仅屈曲腔而且伸开腔可以加载来自压力存储器的液压流体，从而使得关节装置的控制可以在所有运动状况下进行。屈曲和伸开的辅助同样就像运动的制动或反力的施加那样可行，这些反力超过阻尼提高。证实的是:为了控制假肢关节装置或矫形关节装置必须相对快地提供相对大的液压流体量，以便实现对应部件的及时促动。在其中在运动时发生了能量输入或能量转换的那些阶段相对很短，但是具有一压力分量的冲量式加载时常是不希望的，从而使得冲量必须减弱或者冲量特性必须适配对应的运动。这可以通过所述贯通导引通过泵来进行，其可以作为节流装置起作用，其中，在压力减小时可以将能量通过发电机模式转换成电能。尽管如此可以通过压力存储器短期地提供大的压力流体量，以便保证要么活塞的伸开侧要么屈曲侧的以压力流体的精确控制和加载。所述泵连接在所述压力存储器后面，以便辅助或调节所述压力存储器。
[0011]在压力提供装置中可以将所述泵这样地与一个压力存储器或多个压力存储器耦合，使得通过所述泵可以装载所述一个压力存储器或多个压力存储器。由此而可行的是:所述泵不必提供需要用于活塞运动的完全工作能力，确切地说，所述泵可以连续地填充所述一个压力存储器或多个压力存储器，从而使得可以装入一小的、轻的并针对较长时间段工作的泵。此外，所述泵使用用于驱动液压单元并且可以要么单独地要么结合所述一个压力存储器或多个压力存储器被用于驱动所述液压单元。
[0012]所述压力存储器可以仅仅通过所述泵与所述液压单元耦合，从而使得液压流体必须持续经过所述泵，以便驱动或制动所述活塞。由此可以改变从所述压力存储器给出的液压流体的压力，从而使得在所述泵中可以要么进行压力提高要么进行压力减小，以便使从所述泵向所述液压单元推送的液压流体被带到所需的压力水平上。
[0013]如果一个腔或两个腔的冲量式压力加载应当是需要的，例如在跌倒状况下或在泵失效的情况下，那么可以设置所述腔通过旁路线路与可能地中间连接的阀或节流装置的直接耦合，以便避免贯通导引损失和可以将液压流体较快地向所述腔运输。
[0014]本发明的一变型方案设置:所述一个压力存储器或所述多个压力存储器与屈曲腔和/或所述伸开腔耦合，从而使得来自屈曲腔或伸开腔的液压流体到达所述压力存储器中，从而使得在运动被制动时，例如在下楼梯或在斜平面上的下坡时将来自相应腔的经压力加载的液压流体泵送到所述压力存储器中，从而使得压力存储器不仅可以利用所述泵，而且也可以通过液压活塞本身被填充。向所述压力存储器的贯通导引可以通过所述泵进行，从而使得在压力存储器中的压力水平足够时可以在发电机模式中运行并且被使用于产生电流。
[0015]可以给所述压力存储器配属一阀单元，所述液压流体通过阀单元来配量和受控地导入到压力存储器中或从所述压力存储器中导出。由此可以将运动能量以液压压力的形式存储在压力存储器中并受控地又输送给所述系统。
[0016]给所述关节装置同样可以配属这样的装置，该装置用于检测绝对角度、关节角度、作用到所述上部件或下部件上的轴向力、关节力矩和/或所述转换装置的作用到远离身体的连接部件上的力矩，从而使得在考虑关节角度、绝对角度、有效轴向力或作用到关节装置上的或连接到关节装置上的连接部件上的力矩的情况下可以如下地进行控制:是否应当进行伸开腔或屈曲腔的压力加载。
[0017]所述泵可以具有一能调节的推送容积，该能调节的推送容积能够适配压力存储器中的压力，因此可以使推送容积适配对应的流体要求。如果压力存储器中的压力提高或降低，那么这可以通过减小或提高推送容积来平衡。如果在压力存储器中仅提供了一个小的压力，那么这可以以朝液压缸方向的提高的推送容积来平衡。为了在从所述存储器中卸载时还可以提高压力，所述泵可以构造为压力提高泵。同样可以设置:所述泵构造用于在发电机模式中运行，因此使用了可以不直接转换为压力存储器中的压力提高的运动能。因此，压力存储器中的压力可以显著地比在液压缸中所需的压力更高。在下楼梯时产生比必须输入的能量更多的能量，从而使得动能可以直接转换成电能。替换地或补充地可以短期地以非常高的超压来运行所述压力存储器，该超压然后在一适当的时间点被减小并必要时同样转换成电能。
[0018]优选地，所述关节装置构造为假膝关节或矫形膝关节，但是也存在另外的使用可能性，例如在踝关节或脚关节、髋关节的范畴中或在上肢的假肢或矫形器的范畴中。
[0019]所述液压单元可以构造为旋转液压装置或具有线性位移运动的活塞液压装置。
[0020]本发明的一改进方案设置:存在多个压力存储器，它们提供不同的压力容积和/或压力水平。不同的行走状况需要不同的辅助。例如在平面中行走时一般仅需要小的冲量或在屈曲或伸开时的小的辅助，而在上楼梯时必须提供用于伸开辅助的相对大的力矩，以便获得有效辅助。通过布置多个不同的压力存储器可以为当前的行走状况选出对应