用于控制矫形关节装置或假肢关节装置的方法

摘要

本发明涉及矫形关节装置或假肢关节装置，其具有上部件(2)和铰接式布置在其上的下部件(3)以及用于在使用者上固定关节装置(1)的固定装置(4、5)，具有上部件(2)和下部件(3)之间的至少一个液压单元(10)，其具有能在壳体(11)中运动的活塞(12)，壳体具有伸开腔(14)和屈曲腔(15)，活塞与上部件(2)或下部件(3)耦合，给液压单元配属具有泵(21)和压力存储器(23)的压力提供装置(20)，通过其由控制装置(60)控制地压力加载活塞(12)，泵(21)能在发电机模式中运行，压力存储器(23)能以驱动方式与泵(21)耦合且液压流体能从压力存储器(23)通过泵(21)导向液压单元(10)。

权利要求

1.用于控制矫形膝关节装置或假肢膝关节装置的方法，所述矫形膝关节装置或假肢膝关节装置具有：一上部件(2)；一铰接式布置在所述上部件上的下部件(3)；用于在使用者上固定所述关节装置(1)的多个固定装置(4、5)；以及用于以力矩加载所述膝关节装置的一驱动装置，其中，在弯曲或伸展之前用弯曲力矩或伸展力矩加载所述膝关节装置，所述弯曲力矩或伸展力矩低于这样的水平，该水平引起弯曲或伸展，其特征在于，所述弯曲力矩在弯曲之前的这样的时间段中施加，该时间段在一个过程周期持续时间的5％和40％之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述膝关节装置弯曲时或在所述膝关节装置弯曲之前，减小所述弯曲力矩。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述弯曲力矩在弯曲之前的这样的时间段中施加，该时间段在一个过程周期持续时间的5％和20％之间。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，与行走状况相关地提供不同大小的弯曲力矩。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，与假肢结构相关地提供不同大小的弯曲力矩。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，施加所述弯曲力矩直到一预先确定的、已获知的弯曲角度。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在导入所述弯曲力矩之后进行被动阻尼或者泵(21)在发电机模式中运行。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用弯曲力矩或伸展力矩的加载被维持超过弯曲运动或伸展运动的开始阶段。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述伸展力矩的减小在达到伸展止挡之前被导入。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在交替地上楼梯时，压力提供装置(20)这样地施加所述伸展力矩，使得在所述膝关节装置的转动轴线之前保持力向量。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述压力提供装置(20)在站立阶段中主动地用一力矩使所述膝关节装置保持在伸展中。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述压力提供装置(20)在最初的回转阶段中提高所述伸展力矩，直到达到最大弯曲角度并维持该伸展力矩直到运动反转，其中，所述弯曲力矩在弯曲角度减小时又被减小。

说明书

用于控制矫形关节装置或假肢关节装置的方法

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 A1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 A1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耦合，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最有利的压力存储器，从而使得出现较少的能量损失并且可以与在总是取出最大压力和最大容积时相比更快地进行压力存储器的填充。

[0021] 用于控制矫形膝关节装置或假肢膝关节装置的方法，所述矫形膝关节装置或假肢膝关节装置具有：一上部件；一铰接式布置在所述上部件上的下部件；用于在使用者上固定所述关节装置的多个固定装置；以及至少一个驱动装置，该方法设置，在弯曲或伸展之前用弯曲力矩或伸展力矩加载所述膝关节装置，所述弯曲力矩或伸展力矩低于这样的水平，该水平引起弯曲或伸展。

[0022] 令人意外地示出：当如下辅助弯曲的力矩在膝关节装置的实际弯曲之前就被施加时，该辅助弯曲的力矩但是这样地小，使得还不发生弯曲，就可以为患者获得巨大的减负。所述关节由此不是主动弯曲，确切地说减小了力矩水平或力水平，所述力矩水平或力水平需要用于实现弯曲。通过弯曲的控制由患者或所述矫形装置或假肢装置的使用者完全保留。当供给了假肢或矫形器的腿被运动时，所述弯曲通过患者来造成。不存在单独通过使用者的操纵被运行的纯被动的关节，确切地说获得了一种半主动装置，该半主动装置保留患者的触发力矩，其使得触发本身和弯曲变得容易，其方式是，通过预夹紧力矩减小待施加用于弯曲的力矩并且该力矩在弯曲开始时维持限定的时间。该力矩被结合到弯曲中。

[0023] 同样的情况也适用于伸展力矩，该伸展力矩在导入伸展运动或伸开运动之前施加。例如在上楼梯时，在主动膝关节装置的情况下以高的能量耗费造成患者的抬起。证实的是：在伸展力矩的辅助式施加下已经获得了对于患者的显著减负，其中，该伸展力矩的水平低于这样的水平，需要该水平用于使得患者到一较高水平上的完全抬起或回转阶段中的运动反转变得容易。

[0024] 本方法的一改进方案设置：当所述膝关节装置弯曲时或在膝关节装置弯曲之前，通过一压力存储器施加的弯曲力矩被减小，从而使得阻止了： 在开始的弯曲之后和前进的过程周期中，在前脚从地面提起时不希望地远地弯曲所述小腿或小腿部件，从而使得会得到不自然的步态。通过所述弯曲力矩直接在关节装置弯曲之前或之后的减小保证了：弯曲本身变得容易，不发生弯曲期间，例如回转阶段期间通过压力存储器的主动屈曲辅助。

[0025] 也可行的是：弯曲力矩的减小直接在膝关节装置弯曲之前减小。替代减小到零此外可以存在辅助弯曲力矩，但是也在相对于最大辅助弯曲力矩的减小的水平上。膝关节是否弯曲可以通过一传感器获知。同样可以设置：从弯曲力矩的一定的弯曲开始才减少或切断。因此例如可行的是：弯曲力矩首先在弯曲例如4°时切断或经由增加的弯曲角度减小辅助弯曲力矩。减小可以连续或非连续地进行。可以设置：所述减少例如在弯曲开始时被减少至例如5°或6°的一预先确定的膝盖角度，直到减少到0。

[0026] 为了不在长的时间段上准备低于弯曲水平的弯曲力矩，当在正常的过程周期中不期望弯曲时，即在站立阶段的大部分时间期间根据本发明设置：弯曲力矩仅在弯曲之前的限界的时间段中提供和施加，该时间段例如在一个过程周期持续时间的5％和40％之间，尤其在5％和20％之间。

[0027] 本发明的一改进方案设置：与行走状况相关地提供不同大小的弯曲力矩或伸展力矩。尤其在平面中的正常行走的情况下出现重复的、均匀的运动流程，其具有有特色的识别参量，根据这些识别参量可以探测一行走状况的存在或不存在。平面中的行走例如可以根据一有特色的膝盖角度走向来探测。如果探测到这样的行走状况，那么可以提供与其适配的弯曲力矩。如果例如探测到上坡或上楼梯，那么替代或补充于弯曲力矩在导入回转阶段之前施加伸开力矩，该伸开力矩低于患者的独立抬起的水平，以便给患者提供减负。

[0028] 此外可行和设置的是：与假肢结构相关地提供不同的弯曲力矩。在安全的假肢结构中需要为弯曲所述假肢膝关节施加比动态结构情况下更高的弯曲力矩。如果选择了一安全的假肢结构，那么例如在站立期间存在假肢膝关节中的提高的稳定性，这对于假肢携带者可以是舒服的。如果选择了一安全的假肢结构，那么该假肢结构可以通过弯曲力矩的与其适配的提高来促进，这在行走期间表示了能感受的减负。

[0029] 弯曲力矩或伸展力矩有利地仅施加到一预先确定的、已获知的膝盖角度。该膝盖角度通过一传感器来探测，对应的力矩在达到确定的膝盖角度 之前或之后被减少或切断。

[0030] 在导入弯曲力矩之后可以进行被动阻尼，以便阻止小腿部件未阻尼地继续弯曲。如果为了驱动使用了上部件和下部件之间的至少一个液压单元，该至少一个液压单元具有一能在一壳体中运动的活塞，所述壳体具有一伸开腔和一屈曲腔，所述活塞与所述上部件或下部件耦合，并且给所述至少一个液压单元配属有一具有泵和压力存储器的压力提供装置，通过该压力提供装置由一控制装置控制地以压力加载所述活塞，那么同样可行的是：所述泵在发电机模式中运行，以便截住用于提供所述力矩的被消耗的能量并存储在压力存储器中。

[0031] 此外可行的是：所述泵在发电机模式中运行，以便将运动能转换成电能，该电能然后可以被存储并且在一稍后的时间点上被使用。所述泵在发电机模式中的运行也可以使用作为压力限界，从而使得液压流体不能在没有压力减少的情况下达到压力存储器中。由此，在同时充分使用向下行走时的全部运动能的情况下的具有压力限界的经调节的填充是可行的。

[0032] 伸展力矩的减少可以在达到伸展止挡之前导入，以便阻止小腿未制动地和随着压力提供装置的辅助移动到伸展止挡中。

[0033] 在交替上楼梯时，所述压力提供装置这样地施加所述伸展力矩，使得在所述膝关节的转动轴线之前保持合成的力向量。上楼梯时的伸展力矩的施加辅助了使用者。在此有利的是：力向量就保持在膝关节的转动轴线或转动点之前一点，从而使得在上楼梯时不能发生伸展阶段中的弯曲。

[0034] 所述压力提供装置可以在站立阶段中主动地用一力矩使所述膝关节保持在伸展中，以便阻止弯曲或使弯曲变难并提高对于使用者的站立安全性。

[0035] 所述压力提供装置可以在最初的回转阶段中提高所述伸展力矩，直到达到最大弯曲角度并且维持该伸展力矩直到运动反转，其中，所述弯曲力矩在弯曲角度减小时又被减小。在此，所述压力提供装置就像与弯曲运动相反作用的弹簧前置那样起作用，直到达到最大弯曲角度，并且在弯曲中接收的能量又在伸展阶段中给出，其中，所述压力提供装置在伸展运动中在伸展增加时减少弯曲力矩。回转阶段中的前置的主动辅助是可行的，但是不是无论如何都要设置的。

[0036] 除了通过一个泵，必要时利用至少一个压力存储器的液压或气动的驱动也设置通过电动马达的直接驱动或另外的致动器式辅助，例如一压电驱 动装置，以便施加这样的力矩，利用该力矩可以辅助关节装置的弯曲或伸展。利用在低于主动运动的大小上的力矩的加载造成：膝关节装置的使用者通过运动导入、运动实施和结束运动保持完全的控制，这导致使用时的较大安全性。能量或力矩有利地也在开始运动之后继续输入，以便使得运动实施变得容易，在此可以将能量以未减小或减小的高度输入。在运动结束之前将过量能量通过阻尼来转换，以便不太远地实施弯曲或者使关节在伸展时经制动地移动到伸展止挡中。本发明在慢走中和在具有短的大腿残肢的假肢携带者的情况下尤其有利。本发明减少了在筒上出现的力并且引起和谐的步态。

附图说明

[0037] 下面，本发明的实施例根据附图详细阐释。其中：

[0038] 图1示出了关节装置的示意图；

[0039] 图2示出了不被本发明包括的液压单元的示意图；

[0040] 图3示出了用于辅助行走的时序图；

[0041] 图4示出了用于主动前置辅助的时序图；

[0042] 图5示出了对于上楼梯的时序图；

[0043] 图5a示出了对于上楼梯的时序图的一变型方案；

[0044] 图6示出了连接布置的一变型方案；

[0045] 图7示出了连接布置的另一变型方案；

[0046] 图8示出了根据图7的电路组件的一变型方案；

[0047] 图9至图12示出了用于各种行走状况的控制过程；以及

[0048] 图13示出了用于弯曲和伸展辅助的时序图。

具体实施方式

[0049] 图1中示出了作为腿矫形器的部件的矫形关节装置。所述关节装置1具有一上部件2和一铰接式布置在其上的下部件。在上部件2和下部件3上布置有固定装置4、5，它们构造为皮碗或套筒。在所示的实施例中，所述皮碗和套筒固定在矫形器使用者的大腿和小腿上。
所述上部件2相对于所述下部件3相对地能绕一摆动轴线6摆动地受支承。在下部件3上布置脚部件，在该脚部件上可以设置传感器7、8，以便获知下部件3的位置、 作用在该下部件上的力或力矩或速度。在上部件2和下部件3之间布置有液压单元10，所述液压单元随后被详细描述。在液压单元10中布置有一活塞杆13，通过该活塞杆造成上部件2相对于下部件3绕转动轴线6的位移。脚部件9连接在下部件3的下端部上，以便可以接收脚。本发明也可以以假肢代替矫形器来实现，其中，所述固定装置固定在所述上部件上的一假肢罩上，而在所述关节装置的下部件上布置另外的假肢部件，例如小腿桶和假脚。相应的布置可以设置和构造用于髋或下肢上的关节装置。

[0050] 为了辅助对应的运动，即弯曲运动和伸展运动，在液压单元中设置有一驱动装置，通过该驱动装置实施、导入或辅助对应的运动。

[0051] 在图2中示出具有附加部件的液压单元10的示意图。液压单元10具有一壳体11，其具有一能运动地支承在其上的活塞12，该活塞通过活塞杆13与关节装置连接。所述壳体11与所述关节装置1的分别另外的部件耦合。在所述壳体11中，伸开腔14通过所述活塞12与屈曲腔15分开。油存储器16通过相应的线路和止回阀17、18与伸开腔14和屈曲腔15连接。

[0052] 液压单元10配属有一压力提供装置20，利用该压力提供装置给液压单元10的液压系统供给液压流体。由马达22驱动的液压泵21给液压单元10供给经压力加载的液压流体。同样设置一压力存储器23，该压力存储器同样将经压力加载的液压流体置入到所述液压系统中。

[0053] 所述压力提供装置20通过一设计成切换阀的转换装置60与所述液压单元10连接。所示实施方式的所述转换装置60能够在三个位置中切换，从而使得能够实现三个不同的流动过程，它们稍后被详细阐释。

[0054] 在转换装置60和液压单元10之间布置有能调节的阀40、50，通过它们能够调节伸开阻尼和屈曲阻尼。为了驱动液压单元10有意义的是：尽可能小地保持对应的阻尼，因此出现较少的流动损失。所述伸开阻尼通过伸开阀40来调整，所述屈曲阻尼通过屈曲阀50来调整。通过马达而可行的是：要么可变地限制流体流要么完全截止流体流。

[0055] 压力传感器71、72、73设置用于与存在的压力和预期的运动或阻尼相关地调整所述阀40、50。

[0056] 所示的切换位置C设置用于被动运动阻尼，其中，压力提供装置20从液压装置10分开。屈曲阻尼和伸开阻尼通过对应的阀40、50的调整来进行。转换装置的位置这么选择，使得通过压力提供装置20的驱动是不可能 的。如果执行了屈曲运动，那么活塞12向下按压。液压流体流动穿过所述屈曲阀50。从所述伸开腔14出来地，流体穿过屈曲阀50经由存储器
16返回流动到屈曲腔15中。基于能返回流动的容积的由于所述活塞杆13而出现的减小提高了油存储器16中的油位。因为没有通过泵21或压力存储器23进行辅助，所以存在被动屈曲。

[0057] 被动伸开在运动反转时进行，如果活塞12向上运动并且液压流体从屈曲腔15出来穿过伸开阀40在流动回路中流动通过所述转换装置60，其中，液压流体从所述液压装置10的存储器16出来附加地流到伸开腔14中。

[0058] 在图3中展示了关于时间的三个曲线图。上面的曲线图在平面内的正常行走期间关于时间示出了膝盖角度KA和踝力矩AM。中间的曲线图在正常行走期间关于时间地示出了屈曲阻尼FD和伸开阻尼ED，下面的曲线图在对应的时间点上示出了阀调节VP。这些曲线图被示出用于作为假膝关节的关节装置的设计。这些曲线图在脚跟踩地的时间点上开始，即在所谓的“脚跟冲击”的时间点上开始。膝盖角度KA为180°，踝力矩AM朝脚底方向作用并且由此在水平线下面延伸。屈曲阻尼FD高，伸开阻尼ED低，直到踝力矩AM变正的那个时间点。然后，伸开阻尼大致被提升到屈曲阻尼FD的水平上并且在那里直到重新摇摆向前地保持。
屈曲阻尼FD保持高，直到前脚离开的时间点，所谓的“脚趾离开”。然后，屈曲阻尼FD下降，以便能够实现小腿向后的摇摆。直到屈曲最大值之前一点，屈曲阻尼都保持低并且在就达到屈曲最大值，即最低膝盖角度KA之前一点又提高，以便一方面制动所述屈曲运动并且另一方面尽可能快地获得相对不希望的弯入的最大安全性。同时减小所述伸开阻尼ED，以便能够实现小腿和假脚的尽可能顺畅的向前运动。在站立阶段期间，阀调节VP在位置C中，在该位置中发生被动屈曲。就在屈曲最大值开始之前一点，转换装置60运动到位置A中，以便提供屈曲辅助。一旦达到了一定的膝盖角度，设计了弯曲辅助。受控的伸开阻尼ED引起避免了所谓的“脚跟抬起”。主动的弯曲辅助根据踝力矩AM的走向来识别。

[0059] 为了保证液压单元10以阀40、50和转换装置60的精确控制，设置有多个传感器，它们监控各个部件。除了膝盖角度传感器和踝力矩传感器之外也可以设置轴向力传感器。所述控制例如可以通过观察关节角速度来进行。在关节角速度的转折点上，利用阀调节A针对一定的时间段激活主动 屈曲辅助。屈曲阀50被调整到一个低的值上并且在超过一限定的关节角度时切断所述辅助并将所述转换装置位移到位置C中。

[0060] 该控制的一变型方案在图4中示出，在该图中，所述辅助利用主动前置辅助来示出。直到可以在踝力矩AM上识别出的脚提起，该控制如根据图3示出的那样延伸。替代在提起之后又移动到针对转换装置60的位置C中，阀位置B被占据并且伸开阻尼ED提高。在转换装置60的阀调节B中辅助所述伸开，即减小膝盖角速度并反转转动方向。针对伸开辅助的柔和接通，伸开阀40可以在适当的时间点闭合和又打开。通过闭合所述屈曲阀50来实现伸开辅助的柔和切断。

[0061] 在图5中展示了对于上楼梯的曲线图。踝力矩不存在。在脚抬起之后，膝盖角度KA减小。为了使得这变得容易，减小了伸开阻尼ED，转换装置60移动到位置A中，以便促成屈曲辅助。所述屈曲辅助FD此外保持低。所述伸开阻尼ED针对主动屈曲的时间段同样被减小。接下来，转换装置60移动到位置C中，以便能够实现具有屈曲运动的制动的被动屈曲，直到膝盖角度KA最小。接下来，转换装置60移动到阀位置B中，通过其实现主动伸开，从而使得通过压力提供装置20的所述辅助可以变得有效。针对转换装置60的转换持续时间又提高所述伸开阻尼ED，在其中辅助了主动伸展的阀位置B中减少了伸开阻尼ED，以便保证辅助的完全有效性。屈曲阻尼FD在患者抬起期间与所述膝盖角度KA相关地缓慢提高，由此，辅助力矩变得较小并且避免了到伸开止挡部中的硬止挡。附加地在膝关节几乎伸展开时提高所述伸开阻尼ED，以便同样地阻尼了硬止挡。

[0062] 在图5a中示出了根据图5的时序图的变型方案。所述控制装置识别出这样的状况：应当攀爬一台阶。从位置C出发，所述转换装置60从一限定的膝盖角度移动到位置A中，以便实现主动弯曲辅助。因此，患者获得辅助，以便使被供给的腿为该台阶弯入，因此所述假脚可以向后摇摆，以便不保持悬挂在楼梯台阶的下棱边处。为了保证主动弯曲辅助的有效性，减小屈曲阻尼FD。伸开阻尼保持在高的初始水平上。

[0063] 从膝盖角度KA的一限定的目标角度开始切断所述屈曲辅助并且转换装置60返回移动到位置C中。屈曲阻尼FD和伸开阻尼ED保持不变。就在达到最大膝盖角度前不久提高所述屈曲阻尼，以便限界最大膝盖角度KA。在达到最大屈曲角度和脚踩地之后激活伸开辅助并且转换装置60移 动到阀调节B中。同时减少伸开阻尼ED，以便保证抬起运动的完全辅助。屈曲辅助保留在高的水平上，例如以便阻止患者的后倒。在患者抬起时，与膝盖角度KA相关地缓慢提高所述伸开阻尼ED，以便减少通过泵21或压力存储器23的辅助力矩并避免到伸开止挡中的硬碰撞。在达到最大伸展角度之后切断所述辅助并且接入阀调节B。

[0064] 在图6中示出了主动屈曲辅助的一变型方案。同样像转换装置60那样的液压单元10基本上相应于图2的那些。但是，压力提供装置20根据另外的方式与其余的部件耦合。所述泵21构造为这样的泵，该泵可以沿两个方向推送，从而使得所述压力存储器23也可以装载。所述压力存储器23借助于短线路与泵21连接。由此而可行的是：可以进行压力存储器23的独立的压力加载。如果卸载所述压力存储器23，即如果液压流体从所述压力存储器23中出来地朝所述液压单元10的方向推送，所述泵21可以利用马达附加地提高压力。在此可行的是：实现两个不同的压力，这是因为屈曲辅助一般需要比伸开辅助更小的压力。此外可行的是：所述泵21被使用作发电机。如果所述压力存储器23中的压力明显高于在液压单元10的液压缸之内所需的压力，那么所述泵21可以被运行在发电机模式中，以便造成压力减小并且同时将液压能的一部分转换成电能。液压能通常在对应的阀40、50上流失，因为压力应当总是被柔和地接通。通过控制所述发电机能量给出可以以可变的压力差来工作，由此可以将损失功率和压能到热的转换最小化。

[0065] 此外利用根据图6的线路可行的是：存储器23中的压力可以显著提高，而这不会导致阀40、50上的损失提高。所述存储器23由此可以更多地存储来自关节装置的运动的能量。在从压力存储器23向液压单元的液压流体贯通导引的情况下，泵21可以被运行在发电机模式中，以便能够实现适配预期的液压压力。压力的减小通过转换成电能来进行，该电能可以存储并用于运行泵21。如果不需要用于伸开运动的主动辅助，那么控制装置60的该位置也可以被用于将压力存储器23加载液压流体。为此通过压力传感器22来测量压力存储器23中的压力，同时在所述屈曲腔15的出口处测量液压缸11上的压力。压力传感器72指示：压力存储器23与屈曲腔15之间是否存在压力差。与压力差相关地调整屈曲阀40。如果在压力存储器23中不存在压力，那么假肢使用者会在屈曲阀40完全打开时没有经历阻力并跌 倒。所述屈曲阀40因此与压力相关地这样地连接，使得关节装置的使用者总是在下楼梯时感受相同的阻力。类似的情况适用于在斜平面上的向下走。压力存储器23在下坡的每步中继续装载并且由此被压力加载。

[0066] 作为其它选项可以设置另一压力存储器，该另一压力存储器设计用于非常高的压力，该压力高于这样的压力：压力存储器23需要这些压力用于所述关节装置的正常运行。附加的存储器可以通过下坡或下楼梯被非常高地装载，从而使得提高了能量存储器潜力。存在这样的可能性：因此所述泵21被作为气动马达运行，从而使得在发电机模式中可以产生电能。附加存储器也可以受控地卸载到压力存储器23中，以便可以创造压力储备。

[0067] 在图7中示出了图6的变型方案，该变型方案设置：在泵21或发电机与压力存储器23之间布置一切换阀28，利用该切换阀可以使压力存储器23从其余的部件脱耦。由此可行的是：所述泵21与压力存储器23无关地运行。为此设置另一止回阀29，该止回阀布置得平行于已经存在的止回阀24。两个止回阀24、29阻止液压流体从泵21推送到存储器16中。

[0068] 在图8中示出了根据图7的实施方式的变型方案。根据图8的实施方式设置：切换阀装置290布置得与液压线路中的止回阀29并联。该阀装置290能够实现绕过所述止回阀29，如果该阀装置处在切换位置A中的话。该切换位置被示出。当相应的压力降施加在所述阀29上时，在阀装置290的切换位置B中截止该旁路，从而使得液压流体不能穿过所述止回阀29通流。该附加的阀装置290用于在压力存储器23被填充的情况下，通过膝盖弯曲被压迫的油流可以通过所述泵21在发电机模式中被用于产生电流。为此，所述阀装置290、28、60能够移动到相应的位置中，从而使得所述泵21可以在屈曲下的发电机模式中通过所述液压流体来驱动。通过发电机模式，通过机械能量和液压能量到电能中的转换来实现可能附加的屈曲阻尼。

[0069] 在图9中表格式地示出了各个阀的或控制装置的位置和它们关于一个脚步过程的改变。表格之上示出了用于在平面中行走的脚步周期。通常的膝盖角度KA在最大伸展位置中的大致180°与最大屈曲位置中的大致120°之间延伸。一个过程周期可以被分成多个阶段，最重要的划分在站立阶段和回转阶段之间进行。示出了随着脚跟冲击，即假脚关节踩地开始的膝盖角度走向，衔接其的是站立阶段屈曲。膝关节在第一次地面接触中处在一稳定的位置中，在第一次地面接触之后，膝关节通过由于体重的负载 而弯曲。直接随着所述负载的屈曲阻尼了由于地面接触的冲量。最初的地面接触和负载响应在时间段1至4中进行。接下来导入膝关节的伸开，以便实现改善的稳定性。接下来完成所述伸开。这是六个时间段中的中间站立阶段和末端站立阶段。接下来进行膝关节在所谓的前回转阶段7中的被动屈曲。在前回转阶段7结束时进行所谓的“脚趾离开”，即脚从地面的提起，因此可以使腿前摆。
在最初的回转阶段中然后接下来实现最大屈曲，在中间回转阶段9中实现腿的前摆并且在末端回转阶段中推进所述膝关节的伸开，以便实现最大膝盖角度并执行对站立阶段的准备。

[0070] 在该运动流程下面列出的表格中针对具有主动伸开辅助的状况和没有主动伸开辅助的状况示出了关节装置的液压线路的各个元素。直到末端站立阶段，所述转换装置60布置在中间位置C中，对于末端站立阶段直到最大屈曲地被带到阀调节A中，以便能够在导入弯曲时实现辅助。在达到最大屈曲之后，在没有前置功能、即伸开辅助的情况下又断开通过压力存储器23或所述泵21的辅助。在伸开辅助的情况下，在达到最大屈曲之后被切换到阀调节B中，以便实现伸开辅助。

[0071] 所述伸开阀40在此在站立阶段期间大多保持闭合。在开始末端站立阶段时才打开所述伸开阀，在整个屈曲阶段期间基本上保持打开并且在末端回转阶段期间才又闭合所述伸开阀，以便避免硬的伸开止挡。站立阶段期间的高的伸开阻尼在站立阶段伸开期间阻止到伸开中的硬止挡。

[0072] 所述屈曲阀50首先大多闭合，以便阻尼站立阶段弯曲。在站立阶段伸开之后减小屈曲阻尼，以便能够实现弯曲。在导入弯曲之前最大地减小屈曲阻尼，这是因为在这里所述膝关节通过止挡中的地面反力被保持。在没有伸开辅助的情况下提高回转阶段中的屈曲阻尼，以便避免假脚的过度摇摆和所谓的“脚跟抬起”。所述屈曲阻尼保持在高的水平上，以便能够阻止跌倒。具有前置功能的所述屈曲阀在屈曲阶段期间不设置阻尼的提高，这是因为在这里不必避免“脚跟抬起”，因为这通过伸开辅助的激活来进行。沿屈曲方向的阻尼与没有前置功能的阻尼相比较长时间地保持很低，以便能够实现伸开辅助。接下来又提高伸开阻尼，以便能够阻止跌倒。

[0073] 对于根据图8的具有阀290和28的变型方案设置：所述阀290保持闭合，以便在辅助或存储器装载时不经受损失。在末端回转阶段结束时可以打开所述阀，以便使油流通过泵21在发电机模式中导引进而将机械能转换 成电能。所述阀28在末端回转阶段期间才闭合，以便在存储器23被填充的情况下使压迫油流通过泵21的发电机模式被用于产生电流。

[0074] 图10示出了在上陡坡时的连接布置。在这里有意义地利用伸开辅助来工作。直到末端站立阶段，阀60在位置B中，以便保证伸开辅助，因此患者可以较容易攀爬楼梯台阶或能够在斜坡道上较容易向上走。在脚趾离开之后导入弯曲时设置屈曲辅助，在末端回转阶段中设置伸开辅助。所述伸开阀40首先基本上保持打开，以便保证沿伸开方向的低阻尼，伸开辅助因此是最大有效的。在达到伸展止挡之前，伸开阀40的闭合进而伸开阻尼的提高是必须的，以便避免到伸开止挡中的硬止挡。在转换阀60的转换时间点上，伸开阀的短时闭合可以是有意义的，以便避免硬碰，替换地可以在这些时间点短时闭合所述屈曲阀50。否则屈曲阀50在整个运动时间段上基本上打开，以便能够实现最小的阻尼和最大的辅助。

[0075] 在图11中示出了用于下陡坡的具有前置功能的曲线图。在整个站立阶段上，转换阀保留在位置C中，不发生伸开辅助或屈曲辅助。在最初的回转阶段中才占据位置B，以便实现屈曲辅助。所述伸开阀在站立阶段中闭合或具有高阻尼，以便保证高的伸开阻尼，如果不再有陡的下坡的话。在达到最大屈曲之后减少伸开阻尼，以便能够实现伸开，所述阀40由此被打开。在回转阶段结束时又提高所述伸开，以便避免到伸开止挡上的硬止挡。

[0076] 所述屈曲阀50在站立阶段期间具有提高的屈曲阻力，以便在向下运动时阻尼所述弯曲。接下来缓慢地打开所述屈曲阀50，以便能够实现屈曲运动。在回转阶段中，阻尼保持很低，以便能够实现伸开辅助，如果这是希望的话，替换地也可以提高屈曲阻尼，就像在中间回转阶段的范围中设置的那样。在末端回转阶段的范围中又设置最大屈曲阻尼。

[0077] 在图12中示出了连接布置和切换过程，该切换过程可以在根据图11的下陡坡时进行，如果压力存储器23应当被装载或如果电能应当在泵21的发电机模式中产生。所述转换阀60在站立阶段期间移动到位置A中，因此能量能够导向存储器23。这应当有意义地仅当存储器压力由此没有超过所述活塞压力时才发生。如果这应当是该情况，那么可以使用根据图11的切换策略。

[0078] 与图11不同，在根据图12的控制中已经在末端站立阶段中打开所述伸开阀并减少伸开阻尼。在整个最初的回转阶段上保持所述伸开阀打开并 且在中间回转阶段中才又闭合，以便提高所述伸开阻尼，因此在回转阶段结束时避免了硬止挡。所述屈曲阀在整个运动流程中保持打开，以便使能量导引到存储器23中。所述阀的位置应当适配存储器23与活塞之间的压力差。如果所述存储器23是空的，那么屈曲阀50可以这样地调整，使得存在较高的屈曲阻尼。在回转阶段中，所述屈曲阻尼同样保持很低，以便如果这是希望的话能够实现伸开辅助。所述切换阀290在站立阶段期间打开，因此油流能够通过发电机被用于得到电。所述阀28保持闭合。在伸开阶段中闭合所述阀290，以便能够实现通过所述压力存储器23的伸开辅助。

[0079] 在图13中示出了用于过程周期的时序图，其中示出了关于时间的膝盖角度KA。所述膝盖角度KA在过程周期开始时，即在脚跟碰地或所谓的“脚跟冲击”时由于开始的站立阶段屈曲而大于0°，在接下来的站立阶段区段上恒定地保持在0°，直到它在大致1.1s后被提高。所述膝盖角度KA在站立阶段结束之后变大，在所谓的“脚趾离开”之后继续变大直至t＝1.35s时的大致55°的最大弯曲。在达到最大膝盖弯曲KA之后进行运动反转，小腿部件向前运动，从而使得膝盖角度KA基于伸开运动又减小并且在回转阶段结束时在最大或接近最大的伸展上在膝盖角度KA是0°的情况下终止。与另外的图中的视图不同，膝盖角度KA在图13中在伸展的位置中以0°表示。

[0080] 图13能够继续取得：辅助弯曲力矩FM直接在弯曲之前施加。根据膝盖角度走向可以识别出：弯曲力矩FM不够用于造成膝盖弯曲，确切地说，弯曲力矩FM的水平这样选择，使得仅通过使用者提供了用于弯曲的辅助并且没有独立自主地造成弯曲。这可以这样地识别出：膝盖角度KA在最大弯曲力矩FM的整个时间段上保持不变。在弯曲开始之前，即膝盖角度沿膝盖弯曲方向改变之前，弯曲力矩FM的水平已经被减小，以便避免达到膝关节的太容易的弯曲，这会造成膝关节的稳定性不足。弯曲力矩的仅暂时的施加具有这样的优点，较少的能量必须被提供。同样地，所述膝关节在站立阶段期间大多保持没有弯曲辅助，从而使得保证了相对于不希望的弯曲的高安全性。通过可以被理解为减小用于弯曲的触发力矩的辅助可以选择稳定的结构，从而使得可以提供站立安全性的提高的程度，而这不会基于安全的结构，即各个部件彼此的配属引起对于患者的提高的负载。

[0081] 在“脚趾离开”之后，即在大致t＝1.2s时不再存在辅助弯曲力矩，确 切地说施加一伸开力矩EM，该伸开力矩作用为屈曲阻尼并且阻止膝关节的过量弯曲。替代伸开力矩EM的主动施加也可以进行纯被动阻尼，同样可行的是，为了阻尼而将能量通过转换从系统中排出，从而使得需要用于以弯曲力矩加载的能量可以至少部分地被返回引导。如果伸展力矩EM被施加，那么在膝关节完全伸展之前终止其中施加了伸展力矩EM的阶段。

[0082] 可行并设置的是：能量也超出触发所述运动地保持施加，要么在同一水平上要么在一减小的水平上，以便在运动时辅助使用者。相对小的水平输送的能量在没有维护的情况下延长了可能的使用时间。

[0083] 在根据图13的曲线图中此外加注了被施加的功率P以及完成的做功W。马达式输送的功率P在膝盖弯曲开始时提高，在“脚趾离开”之后存在功率过量，也就是说不必输送马达功率。在达到膝盖角度最大值之后为了伸开又需要功率，从而使得功率P又变成正的。

[0084] 就像它根据图13被描述那样的控制不仅能够利用液压驱动装置来执行，同样设置：弯曲力矩和伸展力矩通过电动马达直接施加，可能地在中间连接一适当的变速器的情况下。为了在结束时阻尼所述运动可以将马达调整到发电机模式上，其中，产生的电能可以存储在一蓄电池或电容器中，以便该电能可以在给出的时间上取出。