CN101316565A - 用于运动控制足单元的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种与肢体的运动关联的系统和方法包括用于检测与肢体关联的设备的运动的系统和方法。在一个实例中，诸如修复或矫正系统(700)的系统包括主动控制或调节足单元与下肢部件之间角度的致动器(712)。在肢体的步行循环的期望阶段期间，该致动器优选地有选择地锁定，并使抑制致动器的转子的摩擦力最小。基于从传感器模块取得的数据，处理模块可控制致动器的运动。

Description

用于运动控制足单元的系统和方法

相关申请

本发明涉及如下申请，每个通过参考整体并入这里并被认为是本说明书的一部分：

2005年2月11日申请、题为″SYSTEM AND METHOD FORMOTION-CONTROLLED FOOT UNIT″的美国专利申请第11/056,344号；

2005年2月11日申请、题为″SYSTEM AND METHOD FORMOTION-CONTROLLED FOOT UNIT″的美国专利申请第11/057,391号；

2004年2月12日申请、题为″LOWER LIMB PROSTHESISWITH ANKLE-MOTION-CONTROLLED FOOT″的美国专利临时申请第60/544,259号；和

2004年7月15日申请、题为″PROSTHETIC OR ORTHOTICSYSTEM WITH ANKLE-MOTION-CONTROLLED FOOT″的美国专利临时申请第60/588,232号。

技术领域

本发明的一些实施例涉及控制诸如修复或矫正关节的运动控制肢体用的系统和方法，并且特别是涉及踝运动控制足，并包括：检测系统；和用于控制运动控制肢体的方法。

背景技术

全球范围内数以百万计的个人依靠修复和/或矫正设备，以弥补诸如截肢或虚弱的失能，并且有助于受损肢体的复原。矫正设备包括外部装置，用于支撑身体的活动部分、对准身体的活动部分、防止身体的活动部分的变形、保护身体的活动部分、校正身体的活动部分的变形或提高身体的活动部分的功能。修复设备包括用作失去身体部分的人工替代的装置，诸如臂或足。

随着人们平均年龄的增加，随着诸如糖尿病的虚弱疾病的流行，伤残人士和被截肢者的数量每年都在增加。因此，对修复和矫正设备的需求也在增加。传统矫正器经常用于支撑人的关节，诸如踝或膝，并且矫正器的运动通常仅基于使用者的能量支出。一些传统的假肢配置人工运动关节的基本控制器，没有来自被截肢者的任何交互作用，并且能够仅产生基本的运动。这种基本控制器不考虑工作环境的动态条件。这些传统修复和矫正设备的被动性质典型地导致运动不稳定、对伤残人士或被截肢者的身体部分的高能量消耗、步态偏差和其它短期和长期负面影响。这对于腿矫正和修复尤其如此。

此外，一些传统修复和矫正设备具有至少一个与其关联的传感器，用于监控修复/矫正设备或个人的运动。然而，这种传感器经常受到可能影响传感器读数的多种力和/或负载。

发明内容

本发明的一个实施例包括修复或矫正系统，或与肢体关联或可连接于肢体的其它设备，它可自身提供动力，并模仿健康肢体的自然运动，例如健康踝的运动。本发明的另一实施例包括管理修复或矫正系统的运动以有利于残障人士或被截肢者的运动的传感器系统和控制系统。

本发明的一个实施例包括：与肢体的运动关联的系统。在一个实施例中，该系统包括：足单元；具有上端和下端的连接部件，其中：该下端可旋转地连接于足单元上的第一位置；和致动器，操作地连接到足单元和连接部件，其中：该致动器被配置为主动调节连接部件与足单元之间的角度。例如，该足单元可以是修复或矫正设备。

本发明的另一实施例包括修复系统，用于模仿踝的自然运动。在一个实施例中，该修复系统包括：假足；旋转组件，连接于假足上的第一位置，其中：该第一位置接近假足的自然踝位置；沿胫骨方向延伸的下肢部件；下肢部件具有上端和下端，其中：下肢部件的下端操作地连接到旋转组件；和致动器，操作地连接到假足和下肢部件，其中：该致动器被配置为主动调节围绕旋转组件的假足与下肢部件之间的角度。

本发明的一个实施例包括用于控制与肢体的运动关联的设备的方法。在一个实施例中，该方法包括：利用至少一个传感器监控与肢体关联的可致动设备的运动；产生指示所述运动的数据；利用处理模块处理数据以确定可致动设备的移动的当前状态；并基于确定的移动状态，调节可致动设备，其中：所述调节包括基本上模仿健康踝的运动。例如，该可致动设备可以是假肢或矫正设备。

本发明的另一个实施例包括一种用于控制修复踝设备的方法。在一个实施例中，该方法包括利用至少一个传感器监控可致动踝设备的运动，其中：至少一个传感器产生代表修复踝设备的运动的数据；利用控制模块，接收和处理数据，以确定可致动修复踝设备的移动的当前状态；利用控制模块，基于确定的移动状态，输出至少一种控制信号；并至少基于该控制信号，调节可致动修复踝设备，其中：所述调节包括基本上模仿健康踝的运动。

在一个实施例中，提供了具有踝运动控制足的修复或矫正系统。该修复或矫正系统除了其它特征之外还包括：下肢部件；致动器；和足单元。该致动器被配置为通过调节下肢部件与足单元之间的角度模仿踝的运动。该修复或矫正系统还包括连接部，其促进下肢部件连接到另一修复或矫正部件，连接到被截肢者的残肢，或连接到其它部件。该修复或矫正系统还可包括充电电池，以为致动器或系统的其它部件提供电力。本发明的实施例包括用于横穿胫骨和横穿股骨截肢者的系统。

在本发明的另一实施例中，该修复或矫正系统包括传感器系统，用于捕获有关修复或矫正设备的位置和运动的信息。这种信息可实时处理以预测修复或矫正设备的合适运动，并相应地调节修复或矫正设备。

在本发明的一个实施例中，提供了一种系统结构，具有：传感器模块；中央处理单元；存储器；外部接口；控制驱动模块；致动器；和踝设备。该系统结构可通过外部接口接收来自诸如使用者或电子设备的外部来源的指令和/或数据。

在一个实施例中，也可以提供管理矫正体或假体的运动的控制系统。在一个实施例中，该控制系统管理诸如螺杆电机的致动器的运动。这种运动控制为使用者沿倾斜表面向上、沿斜面向下或在楼梯上的运动而提供。在一个实施例中，该控制系统可被构造以通过传感器监控健康肢体的运动，并使用该测量值以控制假肢或矫正体的运动。该控制系统也可管理假肢或矫正体的其它部分或致动器的阻尼。

在一个实施例中，提供了一种用于控制修复或矫正设备的致动的方法。该方法包括在可致动修复或矫正设备上提供一个或多个传感器。从传感器接收的数据被处理并用于确定修复设备的移动的当前状态。然后，使用从传感器接收的数据的至少一部分，处理单元预测修复或矫正设备的运动。在一个实施例中，提供了一种模仿健康踝的运动的修复踝。一个或多个传感器例如可包括陀螺仪和/或加速计。在本发明的另一实施例中，不对可致动修复或矫正设备进行调节，除非利用处理单元确定使用者的移动类型具有超过预定阈值的安全系数。

在另一实施例中，提供了一种用于识别修复或矫正设备的运动的方法。该方法包括在设备运动的同时，从放置在修复或矫正设备上的一个或多个传感器接收数据。波形从传感器接收的数据产生。通过将该波形与已知特殊类型运动的波形相关联，识别修复或矫正设备的具体运动。例如，可由使用者输入或从外部设备或系统下载已知波形。该波形也可存储在修复或矫正设备上的存储器中。

在另一实施例中，提供了一种用于致动踝辅助设备的方法。该设备通过提供计算机控制而致动以提供设备的第一部分和第二部分之间的相对运动。在一个实施例中，该设备是矫正体。在另一个实施例中，该设备是假体。在一个实施例中，该计算机控制预测设备的将来运动。在另一实施例中，该计算机控制从接收有关环境变量和/或修复或矫正设备的运动或位置的信息的至少一个传感器模块接收输入。在另一实施例中，该计算机控制从接收有关健康肢体的运动或位置的信息的至少一个传感器模块接收输入。

本发明的一个实施例包括构造以连接于肢体的设备。该设备包括第一部分和第二部分，该第一部分和第二部分可相对于彼此移动，以模仿自然的人关节。该设备还包括致动器，致动器将第一部分和第二部分连接在一起并被构造以调节第一部分和第二部分之间的角度。该致动器包括：操作地连接到定子的转子；和配置为旋转转子的电机，其中：在步态或步行(gait)循环的期望阶段期间，该致动器被有选择地锁定。

本发明的另一个实施例包括构造以连接于肢体的设备。该设备包括第一部分和第二部分，该第一部分和第二部分可相对于彼此运动，以模仿自然的人关节。该设备还包括致动器，致动器将第一部分和第二部分连接在一起并被构造以调节第一部分和第二部分之间的角度。该致动器包括：操作地连接到定子的转子；和配置为旋转转子的电机。该设备还包括用于使抑制转子的摩擦力最小的装置。

本发明的另一个实施例包括构造以连接于肢体的设备。该设备包括第一部分和第二部分，该第一部分和第二部分可相对于彼此运动，以模仿自然的人关节。该设备还包括致动器，致动器将第一部分和第二部分连接在一起并被构造以调节第一部分和第二部分之间的角度。该致动器包括：操作地连接到定子的转子；和配置为旋转转子的电机，其中：该电机围绕转子设置。

本发明的另一个实施例包括构造以连接于肢体的修复设备。该设备包括假足和连接于假足的旋转组件，该旋转组件模仿自然人类踝关节。该设备还包括具有上端和下端的支撑部件，其中：支撑部件的下端操作地连接到旋转组件。该修复设备还包括操作地连接到假足和支撑部件的致动器，该致动器被配置为调节围绕旋转组件的假足与支撑部件之间的角度，其中：在假足的步行循环的期望阶段期间，该致动器被有选择地锁定。

在另一个实施例中，提供了一种致动器，包括：围绕致动器的主轴线延伸的细长部件。该致动器还包括：可旋转地连接到细长部件的转子；和操作地连接的转子的定子。至少一个磁铁被设置在转子和定子之间，磁铁被配置以在转子和定子之间施加磁力。该致动器还包括电机，电机配置以相对于细长部件旋转转子，其中：至少一个磁铁被配置以使转子和定子之间的摩擦力最小。

在本发明的另一实施例中，提供了一种致动器，包括围绕致动器的主轴线延伸的细长部件。该致动器还包括：可旋转地连接到细长部件的转子；和操作地连接到转子的定子。滚珠轴承被设置在转子和定子之间。该致动器还包括电机，电机配置以相对于细长部件旋转转子，其中：该滚珠轴承被配置以使转子和定子之间的摩擦力最小。

在本发明的另一实施例中，提供了一种致动器，包括围绕致动器的主轴线延伸的细长部件。转子被可旋转地连接到细长部件，并且定子操作地连接到转子。该致动器还包括电机，电机围绕转子设置并被构造以相对于细长部件旋转转子。

在另一实施例中，提供了一种致动器，包括围绕致动器的主轴线延伸的细长部件。该致动器还包括：可旋转地连接到细长部件的转子；围绕转子设置的保持器；和操作地连接到转子的定子。电机被构造以相对于细长部件旋转转子，其中：该转子和保持器有选择地接合以抑制转子的旋转。

在另一个实施例中，提供了一种操作连接于肢体的修复设备的方法。该方法包括提供构造以连接于肢体的修复设备，该设备模仿自然人关节，并具有第一部分和第二部分，该第一部分和第二部分可围绕关节相对于彼此运动。所述方法还包括：提供连接到第一部分和第二部分的致动器；调节第一部分和第二部分之间的角度；并在步态或步行循环(gait cycle)的期望阶段期间，有选择地锁定致动器。

在另一个实施例中，提供了一种操作连接于肢体的修复设备的方法。该方法包括提供构造以连接于肢体的修复设备，该设备模仿自然人关节，并具有第一部分和第二部分，该第一部分和第二部分可围绕关节相对于彼此运动。该方法还包括：提供连接到第一部分和第二部分的致动器；调节第一部分和第二部分之间的角度；和在步行循环的期望阶段期间，主动地使抑制致动器的转子的摩擦力最小。

在另一实施例中，公开了一种用于检测下肢修复设备的旋转运动的系统。该系统包括假足和具有上端和下端的连接部件。该系统还包括旋转组件，旋转组件将连接部件的下端可旋转地连接到假足，以允许假足围绕延伸穿过旋转组件的旋转轴线的旋转，其中：该旋转组件被构造以基本上模仿自然踝关节。该系统还包括传感器组件，其被连接到旋转组件并被构造以检测假足围绕旋转轴线的旋转，其中：传感器组件的至少一部分被构造以围绕旋转轴线旋转，并沿旋转轴线牢固地定位以基本上消除其它运动。

在另一实施例中，公开了一种用于检测与肢体相关的设备的旋转运动的系统。该系统包括足单元和具有上端和下端的连接部件。该系统还包括旋转组件，旋转组件将连接部件的下端可旋转地连接到足单元，以允许足单元围绕延伸穿过旋转组件的轴线的旋转。其中该旋转组件被构造以基本上模仿自然踝关节。该系统还包括传感器组件，其被连接到旋转组件，并被构造以检测足单元围绕该轴线的旋转并基本上忽略足单元相对于该轴线的轴向和径向运动。

在另一实施例中，公开了一种用于检测与下肢相关的设备的旋转运动的系统。该系统包括：用于接触地面的足装置；和用于将足装置连接于患者的装置。该系统还包括装置，用于将足装置可旋转地连接到用于将足装置连接于患者的装置的下端，以允许足装置围绕延伸穿过用于旋转连接的装置的轴线的旋转，其中：用于旋转连接的装置基本上模仿踝关节。该系统还包括检测用的装置，其被连接到用于旋转连接的装置，检测用的装置还被构造以检测足装置围绕轴线的旋转，并基本上忽略足装置相对于轴线的轴向和径向运动。

在另一实施例中，公开了一种与肢体运动关相的系统。该系统包括传感器模块和具有上端和下端的连接部件，其中：该下端被构造以可运动地连接于足单元。该系统还包括处理模块，其被构造以从传感模块接收数据，并输出与地形变量相关的第一信号。该系统还包括致动器，致动器操作地连接到连接部件，其中：该致动器被配置以至少基于第一信号，调节连接部件与足单元之间的角度。

在另一实施例中，公开了一种与肢体运动相关的系统。该系统包括传感器模块和构造以连接于肢体的设备，该设备模仿自然人类关节，并具有围绕关节可相对于彼此运动的第一部分和第二部分。该系统还包括处理模块，其被构造以从传感器模块接收数据，并输出与地形变量相关的第一信号。该系统还包括致动器，其被配置以至少基于第一信号，调节第一部分和第二部分之间的运动。

在另一实施例中，公开了一种用于控制连接于患者的肢体的设备的运动的方法。所述方法包括：接收与患者的姿势有关的第一数据；处理第一数据以预期地形转变；输出代表预期的地形转变的第二数据；并至少基于所述第二数据，控制连接于肢体的设备的运动和/或至少一个物理性能。

在另一实施例中，公开了一种用于处理器的机器可装载软件程序，用于控制与肢体相关的设备的运动。该软件程序包括：第一计算机指令，能够取得关于患者的姿势的传感器数据；和第二计算机指令，能够从传感器数据计算预期的地形转换。该软件程序还包括第三计算机指令，能够至少部分地基于预期的地形转换，指示处理器以将控制信号输出到与患者的肢体关联的设备以调节设备。

在另一实施例中，公开了一种用于与肢体关联的设备的控制系统。该控制系统包括：用于接收与患者的运动有关的传感器数据的装置；和用于处理传感器数据以预测地形转变的装置，所述用于处理的装置还被构造为至少部分地基于预测的地形转变输出控制信号。该控制系统还包括装置，用于至少基于所述控制信号，控制与患者的肢体关联的设备的运动。

为了概述本发明的目的，在这里已描述了本发明的一定的方面、优点和新颖特征。应该理解：根据本发明的任何特定实施例，不一定可以取得所有这些优点。因此，本发明可以采用实现或优化这里教导的一个优点或一组优点的方式被实施或实现，而不必实现在这里可能被教导的或建议的其它优点。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的具有踝运动控制足单元的下肢假体的透视图。

图2是图1的下肢假体的透视图，其中：盖被去除以显示假体的内部部件。

图3是图2的下肢假体的侧视图。

图4是图2的下肢假体的后视图。

图5是图1的下肢假体的侧视图，盖被显示为部分去除，其中：踝运动控制足被调节以适合上倾面或斜面。

图6是图5的下肢假体的侧视图，其中：踝运动控制足被调节以适合下倾面。

图7是表示假足单元的典型实施例的踝旋转点与人足的自然踝关节之间相互关系的示意图。

图8是显示在水平地面上一次完整迈步期间，矫正或修复系统的典型实施例的踝运动的范围的曲线。

图9是具有踝运动控制足的修复或矫正系统的控制系统结构的典型实施例的框图。

图10是说明根据本发明的一个实施例的可用于调节修复或矫正系统的踝角度的控制信号的表。

图11是显示修复或矫正系统的控制与对应的健全肢体的运动之间的关系的典型实施例的曲线。

图12A是下肢假体的另一实施例的透视图。

图12B是图12A的下肢假体的侧视图。

图12C是图12B的沿平面M-M的下肢假体的剖视图。

图13是可与图12A的下肢假体一起使用的致动器的一个实施例的透视图。

图14是图13的致动器的侧视图。

图15是图13的致动器的后视图。

图16是图13的致动器的俯视图。

图17是图13的致动器的剖视侧视图。

图18是图13的致动器的分解视图。

图19是显示图12A中所示的假体的运动的不同阶段的流程图。

图20是根据本发明的另一个实施例的具有踝运动控制足单元的下肢假体的分解视图。

图21是可与图20的下肢假体一起使用的传感器组件的分解视图。

具体实施方式

这里描述的本发明的一些优选实施例总体涉及修复和矫正系统，并且尤其涉及具有踝运动控制足的修复和矫正设备。虽然描述列出了多种特定实施例的细节，但是应该认识到：描述仅是说明性的，并不应解释为采用任何方式限制本发明。此外，本领域的技术人员可以想到的本发明的多种应用和对本发明的修改，也由这里描述的总构思包含。

以下将参照上述附图描述系统和方法的特征。在所有附图中，标号被重复使用以指示标号之间的对应关系。附图、相关描述和具体实施方式被提供以说明本发明的实施例，但不是限制本发明的范围。

如在这里使用的术语“修复”和“假体”是宽泛的术语，并采用其通常的意义使用，并且非限制性地指可用作用于身体部分的人工替代物或支撑的任何系统、设备或装置。

如在这里使用的术语“矫正”和“矫正体”、“矫正器”是宽泛的术语，并采用其通常的意义使用，并且非限制性地指可用于支撑身体的部分、对准身体的部分、防止身体的部分的变形、保护身体的部分、纠正身体的部分的变形、使身体的部分固定不动或改进身体的部分的任何系统、设备或装置，诸如关节和/或肢体。

如在这里使用的术语“踝设备”是宽泛的术语，并且采用通常的意义使用，并涉及任何修复设备、矫正设备或踝辅助设备。

如在这里使用的术语“横穿胫骨”是宽泛的术语，并采用其普通的意义使用，并且非限制性地涉及位于身体的膝关节(包括人造膝关节)处或膝关节(包括人造膝关节)之下的任何平面、方向、位置或横断面。

如在这里使用的术语“横穿股骨”是宽泛的术语，并采用其普通的意义使用，并且非限制性地涉及位于身体的膝关节(包括人造膝关节)处或膝关节(包括人造膝关节)之上的任何平面、方向、位置或横断面。

如在这里使用的术语“纵分”是宽泛的术语，并且采有其通常的意义使用，并涉及身体的任何描述、与身体有关的或位于身体中的位置或方向，或者在身体的正中平面(即该平面将身体纵向分成右半部和左半部)或任何平行于或大体平行于身体的正中平面的平面中的位置或方向或在身体的正中平面或任何平行于或大体平行于身体的正中平面的平面的附近的位置或方向。“纵分平面”也可指任何竖直的前到后的平面，该平面平行于或近似平行于正中平面地穿过身体，并将身体分成相等的或不等的右部分和左部分。

如在这里使用的术语“冠状”是宽泛的术语，并采用其普通的意义使用，并且涉及与穿过身体的纵轴的平面有关的、位于该平面中的或者在该平面中或在该平面附近的任何方向、位置或描述。“冠状平面”也可指任何平面，该任何平面竖直或近似竖直地穿过身体，并垂直或近似垂直于正中平面，并将身体分成前部分和后部分。

图1显示了具有带有连接部件的踝运动控制足的下肢假体100的一个实施例。该假体100包括连接部件，连接部件采用下肢部件102的形式，操作地连接到足单元104。如这里使用的，术语“连接部件”是宽泛的术语，并采用通常的意义使用，并且在假足实施例中，非限制性地涉及任何部件，该任何部件直接或间接连接于足单元104，并且例如通过旋转运动可相对于足单元104运动，并且用于将假体100连接于残肢或中间假体。如所示，在踝假体实施例中，该连接部件可采用下肢部件的形式。在其它实施例中，例如矫正实施例，诸如利用矫形器，该连接部件可用于连接于身体部分和支撑身体部分，也可运动地连接到诸如足单元的第二部件，也将连接于诸如足的身体部分和支撑诸如足的身体部分。在一个实施例中，该下肢部件102是大体细长部件，细长部件具有沿近似胫骨方向(即，大体沿自然胫骨的轴线延伸的方向)延伸的主纵向轴线。例如，图1将下肢部件102显示为大体竖直的方位。

在另一实施例中，下肢部件102可包括多个部件。例如，下肢部件102可包括两个细长部件，两个细长部件沿胫骨方向近似平行地延伸，并被连接在一起。在另一实施例中，下肢部件102包括具有双侧面的腔，双侧面的腔具有两个基本上对称的部分以形成部分封闭的外壳。在另一实施例中，下肢部件102可包括中空部件，诸如管状结构。在其它实施例中，下肢部件102可包括细长扁平部分或圆形部分。在其它实施例中，下肢部件102的结构不是细长的。例如，下肢部件102可包括大体圆形、圆柱形、半圆形、拱顶形、椭圆形或矩形的结构。可能的下肢部件的一个实例是在2003年12月18日申请并且题为″PROSTHETIC FOOT WITH ROCKER MEMBER″的美国专利申请第10/742,455号中描述的踝模块和结构，其整体通过参考并入这里，并将认为是这个说明书的一部分。

在一个实施例中，该下肢部件102大体由诸如铝的机械金属，或碳纤维材料形成。在本发明的其它实施例中，该下肢部件102可包括适合假体设备的其它材料。在一个实施例中，该下肢部件102有利地具有近似12和15厘米之间的高度。在本发明的其它实施例中，根据使用者的尺寸和/或假体100的期望用途，下肢部件102可具有小于12厘米的高度或大小15厘米的高度。例如，该下肢部件102可具有近似20厘米的高度。

在一个实施例中，该假体100被构造以便：当假体100处于静止位置时，该下肢部件102的主纵向轴线基本上垂直于足单元104的下部表面。在另一实施例中，当足单元104停留在地面上时，下肢部件102可基本上垂直于水平地面。这种配置有利地为使用者提供了增加的支撑和/或稳定性。

如图1中所示，该下肢部件102还包括盖106。该盖106容纳和/或保护下肢部件102的内部部件。在另一实施例中，该盖106可是圆形的，或可采用自然人腿的形式形成。

该下肢部件102还包括连接部108，以有利于下肢部件102的连接。例如，如图1所示，下肢部件102的连接部108将假体100连接到支架(pylon)110。在本发明的其它实施例中，该连接部108可被配置以将假体100连接到被截肢者的残肢或另一假体设备。图1还显示了控制线112，控制线112可用于提供电力到假体100和/或将控制信号传送到假体100。

该足单元104可包括多种类型的修复或矫正足。如图1所示，该足单元104加入了在2003年8月15日申请并且题为″LOWPROFILE PROSTHETIC FOOT″的申请人的共同未决的美国专利申请第10/642,125号中描述的设计，该申请通过参考整体并入这里，并将认为是这个说明书的一部分。例如，该足单元104可包括可从

获得的标准LP VARI-FLEX(R)单元。

在一个实施例中，该足单元104被配置以在足单元104上施加与重量或冲击水平成比例的响应。此外，该足单元104可包括振动吸收部，用于脚后跟的舒服加载和/或用于返回消耗的能量。该足单元104可包括具有增强的柔性的全长脚趾杆，以为假肢提供迈步长度，该假肢模仿健康肢体的迈步长度。此外，如图1所示，该足单元104可包括分裂脚趾结构，这有利于不平坦的地形上的运动。该足单元104还可包括诸如例如可从获得的标准Flex-Foot盖的掩饰物或足盖。

图2显示了盖106被去除的假体100。如所示，在旋转组件114处，下肢部件102的下端被连接到足单元104。如所示，下肢部件102被连接到足单元104的踝板，踝板从足单元104的脚趾部大体向后和向上延伸。该旋转组件114允许足单元104相对于下肢部件102的角运动。例如，在一个实施例中，该旋转组件114有利地包括至少一个旋转销。在其它实施例中，该旋转组件114包括铰链、多轴结构、多中心配置、上述结构的组合或类似结构。优选地，该旋转组件114位于足单元104的一部分上，该一部分接近足单元104的自然踝位置。在本发明的其它实施例中，该旋转组件114可通过螺栓连接到足单元104或以其它方式可释放地连接到足单元104。

图2还显示了具有致动器116的假体100。在一个实施例中，该致动器116有利地提供给假体100所需能量，以执行同步于被截肢者的移动的角位移。例如，该致动器116可导致足单元104类似于自然的人类足部地运动。在一个实施例中，在第一连接点118处，该致动器116的下端被连接到足单元104。如所示，在足单元104的后部，该足连接点118有利地位于足单元104的上部表面上。在第二连接点120处，该致动器116的上端被连接到下肢部件102。

在一个实施例中，该致动器116的线性运动(或伸长和收缩)控制或者主动调节足单元104和下肢部件102之间的角度。图2显示了包括双螺杆电机的致动器116，其中：该电机相对于下肢部件102推或拉足单元104的后部。在其它实施例中，该致动器116包括能够主动调节多个部件之间的角度或提供多个部件之间的运动的其它机构。例如，该致动器116可包括单螺杆电机、活塞汽缸类型结构、伺服电机、步进电机、旋转电机、弹簧、流体致动器或相类似物。在其它实施例中，该致动器116可仅在一个方向上主动调节下肢部件102和足单元104之间的角度。在这种实施例中，使用者的重量也可用于控制由致动器116导致的角度和/或致动器116的运动。

图2显示了采用后置结构的致动器116，其中：该致动器116位于下肢部件102后面。在其它实施例中，该致动器116可采用前置结构，其中：该致动器116位于下肢部件102前面。在本发明的另一实施例中，该致动器116包括自动调节踝结构，并加入诸如在美国专利第5,957,981号中描述的设计的设计，美国专利第5,957,981号整体通过参考并入这里，并将被认为是这个说明书的一部分。该特殊配置或结构可被选择以非常接近地模仿自然人踝关节的运动和位置，并且以有利于假体100插入外部美容件。

此外，该致动器116有利地被配置为操作而不发出由使用者和/或其它人感觉到的大噪声，诸如间歇噪声。该致动器116也可被配置成如果假体100受到超过特定水平的诸如在纵分平面中的扭矩，该致动器116不操作或调节。例如，如果扭矩水平超过4牛顿米(Nm)，该致动器116可停止操作或可发出警告。

该致动器116也可基本上被包围在图1中所示的盖106内，以便致动器116的部分不可视和/或不暴露于环境。在另一实施例中，该致动器可至少部分地由下肢部件102包围。

图2还显示了可用于控制致动器116和/或足单元104的操作的控制电路122。在一个实施例中，该控制电路122包括至少一个印刷电路板(PCB)。PCB还可包括微处理器。软件也可驻留在PCB上，以执行信号处理和/或控制假体100的运动。

在一个实施例中，该假体100包括为控制电路122和/或致动器116供电的电池(未显示)。在一个实施例中，该电池包括可充电锂离子电池，电池优选地具有至少12到16小时的供电周期。在其它实施例中，电池的供电周期可小于12小时，或可大于16小时。在本发明的其它实施例中，电池包括可用于为假体100提供电力的锂聚合物电池、燃料电池技术或其它类型的电池或技术。在其它实施例中，该电池可拆卸地连接于下肢部件102的后表面，连接于假体100的其它部分，或位于远离假体100的位置。在其它实施例中，该假体100可被连接到外部电源，诸如通过壁式适配器或汽车适配器，以为电池充电。

在一个实施例中，该假体100被构造为：当电池耗尽电力或进入低电力阶段时，当足单元104正停留在水平地面上时，该假体100锁定在中性位置，诸如下肢部件102相对于水平地面大体竖直地对准。这种锁定为使用者提供了操作安全、可靠性和/或稳定性。该假体100还可提供电池状态显示器，显示器向使用者发出关于电池状态(即充电)的警告。在其它实施例中，当使用者关闭或禁用假体100的动作控制功能时，该假体100锁定在基本上中性的位置。

如上讨论，美容材料或其它衣服可与假体100一起使用，以给假体100更自然的外观或形状。此外，美容、衣服或其它填充材料可用于防止污染物接触假体100的部件，诸如污物或水。

图3显示了根据本发明的一个实施例的假体100的侧视图。如在图3中所示，该致动器116还包括主外壳124、下部可伸出部分126和上部可伸出部分128。在第一连接点118处，该下部可伸出部分126将致动器116的主外壳124连接到足单元104。在第二连接点120，该上部可伸出部分128将致动器116的主外壳124连接到下肢部件102。在假体100的操作和主动调节期间，下部可伸出部分126和/或上部可伸出部分128移入和/或移出致动器116的主外壳124，以调节足单元104与下肢部件102之间的角度。

例如，为增加足单元104与下肢部件102之间的角度，该致动器116导致下部可伸出部分126和/或上部可伸出部分128收缩或缩回入主外壳124。例如，可伸出部分126，128中的至少一个可具有螺纹表面，以便沿一个方向(例如，顺时针)的旋转导致可伸出部分缩入致动器的主外壳124。在其它实施例中，可伸出部分126，128中的至少一个包括多个套管件，以便在收缩时，可伸出部分的多个件中的一个收缩入多个件中的另一个，而不缩入主外壳124。类似地，为减小足单元104与下肢部件102之间的角度，下部可伸出部分126和/或上部可伸出部分128可从主外壳124伸出。

在具有用于致动器116的前部配置的本发明的实施例中，下部可伸出部分126和/或上部可伸出部分128的伸出导致足单元104与下肢部件102之间的角度的增加。类似地，下部可伸出部分126和/或上部可伸出部分128的收缩导致足单元104与下肢部件102之间的角度的减小。

图4显示了图1-3中所示的假体100的后视图。在本发明的其它实施例中，该盖106围绕假体100的后部延伸以容纳致动器116的至少一部分，以便致动器116的部分不可见和/或未暴露于环境。

图5和6显示了调节为上倾和下倾时的假体100的一个实施例。参照图5，该假体100显示为调节为上倾。在这个实施例中，该致动器116延伸以减小下肢部件102和足单元104之间的角度Θ(或向足背弯曲)。关于向足背弯曲，在一个实施例中，假体100的运动的角度范围是从中性位置约0到10度。其它实施例也可有利于在摆动阶段期间扩大向足背弯曲。

图6显示了当调节为下倾时的假足100。该致动器116延伸以增加下肢部件102和足单元104之间的角度Θ(或“向足底弯曲”)。关于向足底弯曲，在一个实施例中，该假体100的运动的角度范围是从中性位置约0到20度。这种向足底弯曲模仿自然踝运动，并提供给被截肢者或使用者更大的稳定性。在一个实施例中，围绕假体100的踝旋转轴线的运动的总范围(包括向足底弯曲和向足背弯曲)是近似30度或更多。

除了关于上倾和下倾的操作，假体100的运动控制足有利地适应不同的地形，在上下楼梯时操作，并有利于水平地面走动。此外，该假体100可提供可自动调节脚后跟高度的性能。在一个实施例中，当足单元104相对于地面大体水平时，可测量从下肢部件102的踝部到地面表面的脚后跟高度。例如，使用者可调节到多种脚后跟高度，诸如通过按压一个或多个按钮，以便假体100自身自动对准到适合的脚后跟高度。在一个实施例中，该假体100包括多个预先确定的脚后跟高度。在其它实施例中，假体100可自动调节脚后跟高度，无需使用者进行输入。

图5和6进一步显示了连接部108的一个实施例。该连接部108提供被截肢者的自然肢体与假体100之间的对准，并且可被配置为减小压力峰值和剪切力。例如，该连接部108可被配置为连接于另一假体，被截肢者的残肢，或另一部件。在一个实施例中，该连接部108包括插座式连接器。该插座式连接器可被配置为容纳32mm螺纹部件、公棱锥体类型连接器或其它部件。在其它实施例中，该连接部108还可包括母棱锥体适配器或配置为容纳母棱锥体适配器。

如图5和6所示，该旋转组件114被定位为模仿普通人的踝轴线。图7还显示了示意图，显示了在假足单元204上的踝旋转点与自然人足的踝关节之间的相互关系。特别是该假足单元204包括旋转组件214，旋转组件214对应于人足242的踝关节240。例如，在本发明的一个实施例中，该旋转组件114接近假体100的机械踝旋转中心定位。

图8显示描述在水平地面一次完整的迈步期间，假体100的实施例的踝运动的可能范围的曲线。如所示，曲线的x轴表示在使用者的一个完整迈步期间(即0％到100％)的多个点。该y轴表示相对于假足在中性位置时的踝角度，假足100的踝角度(Δ)。在一次完全的迈步期间，踝角度(Δ)从近似20度向足底弯曲(即中性位置角度+10度)变化到近似10度向背弯曲(即中性位置角度-20度)。

在如上所述的实施例中，当调节运动的角度范围时，未提供阻尼。在本发明的另一实施例中，该假体100被配置为对下肢部件102和足单元104之间的角度变化提供阻尼或被动软阻力。用于控制这种阻尼的系统的实例在美国专利第6,443,993号中进行了公开，专利第6,443,993号通过参考并入这里，并将被认为是这个说明书的部分。

例如，当使用者在站立位置时，该致动器116可提供增加的阻力或阻尼，以为使用者提供稳定性。在本发明的一个实施例中，假体100的阻尼可由液压阻尼器提供。在本发明的其它实施例中，本领域中已知的其它部件或设备可用于为假足100提供阻尼。此外，在本发明的一个实施例中，阻尼器可以动态控制，诸如通过电子控制系统，这将在下面更详细地讨论。在其它实施例中，该阻尼器可通过机械和/或流体类型结构控制。

还应该认识到：虽然上述描述大体针对修复系统和设备，但是该描述也可应用于具有矫正系统或设备的本发明的实施例。例如，在本发明的一个实施例中，矫正系统可包括至少一个致动器，致动器主动控制与受伤或衰弱的踝一起使用的矫正器的角度。此外，除了矫正系统的电子控制外，矫正系统还可提供使用者的受伤踝或腿的控制或自然运动。

此外，上述系统可在横穿胫骨的系统或膝下系统以外的修复或矫正系统中实施。例如，在本发明的一个实施例中，该修复或矫正系统可用于横穿股骨的系统或膝上系统中，诸如公开在下面的文件中的系统：2004年5月7日申请的美国临时申请第60/569,512号，题为″MAGNETORHEOLOGICALLY ACTUATED PROSTHETICKNEE″；2004年11月3日申请的美国临时申请第60/624,986号，题为″MAGNETORHEOLOGICALLY ACTUATED PROSTHETIC KNEE″；和2005年5月6日申请的美国专利申请第11/123,870号，题为″MAGNETORHEOLOGICALLY ACTUATED PROSTHETIC KNEE″，每个都通过参考整体并入这里，并被认为是本说明书的一部分。例如，该修复或矫正系统可包括修复或矫正踝和/或修复或矫正膝。

图9显示了用于踝运动控制足的控制系统300的系统结构的一个实施例的框图。在本发明的一个实施例中，该控制系统300可由图1-6中所示的下肢假体100使用。在本发明的其它实施例中，控制系统300可由具有踝运动控制足或其它运动控制肢体的矫正系统或复原系统使用。在一个实施例中，该控制系统300基于分布式处理系统，其中：利用彼此通信的多个处理器执行或控制由修复或矫正系统执行的不同功能，诸如检测、数据处理和致动。参照图9，该控制系统300包括：传感器模块302；踝设备304(诸如例如在图1所示的假体100)；中央处理单元(″CPU″)305；存储器306；接口模块308；控制驱动模块310；致动器316；和电源模块318。

在一个实施例中，图9中所示的控制系统300利用CPU 305，处理从检测模块302接收的数据。该CPU 305与控制驱动模块310连通，以控制致动器316的操作，以通过踝设备304模仿自然踝运动。此外，该控制系统300可预测踝设备304可能需要调节以适合使用者的运动方式。通过接口模块308，CPU 305也可接收来自使用者和/或其它设备的命令。该电源模块318为控制系统300的其它部件提供电力。下面，更详细地描述这些部件中的每个。

在一个实施例中，该传感器模块302用于测量关于踝设备304的变量，诸如整个步行循环期间踝设备304的位置和/或运动。在这种实施例中，该传感器模块320有利地位于踝设备304上。例如，该传感器模块302可接近诸如图2中所示的假体100的旋转组件114的踝设备304的机械踝旋转中心定位。在另一实施例中，该传感器模块302可位于连接于踝设备304或与踝设备304关联的使用者的自然肢体上。在这种实施例中，该传感器用于捕获关于使用者的踝设备侧的自然肢体运动的信息，以调节踝设备304。

在一个实施例中，该传感器模块302有利地包括：印刷电路板，印刷电路板容纳有：诸如加速度计的多个传感器，每个传感器测量踝设备304沿不同轴线的加速度。例如，该传感器模块302可包括三个加速度计，三个加速度计测量踝设备304沿三个基本上彼此垂直的轴线的加速度。适用于传感器模块302的类型的传感器可例如从Dynastream Innovations.Inc.(Alberta，加拿大)获得。

在其它实施例中，该传感器模块302可包括一个或多个其它类型的传感器，其它类型的传感器与加速度计组合或代替加速度计。例如，该传感器模块302可包括陀螺仪，陀螺仪配置为测量体节和/或踝设备304的角速度。在其它实施例中，该传感器模块302包括足底压力传感器，足底压力传感器配置为测量例如具体足下区域的垂直足底压力。在其它实施例中，该传感器模块302可包括如下的一个或多个：运动学传感器；单轴陀螺仪；单轴或多轴加速度计；负载传感器；弯曲传感器；或肌电传感器，它们可被配置为从使用者的自然肢体捕获数据。美国专利第5,955,667号、美国专利第6,301,964号和美国专利第6,513,381号也描述了传感器的实例，该传感器可与本发明的实施例一起使用，这些专利通过参考整体并入这里，并被认为是这个说明书的一部分。

此外，该传感器模块302可用于捕获例如关于一个或多个如下数据的信息：踝设备304相对于地面的位置；该踝设备304的倾斜角度；相对于踝设备304的位置的重力方向；关于使用者的迈步的信息，诸如踝设备304接触地面(例如“脚后跟撞击”)、在中间迈步中或离开地面(例如，“脚趾离开”)的时间、在摆动阶段的峰值处假体100自地面的距离(即在摆动阶段的最大高度)；摆动阶段的峰值的定时；和类似数据。

在其它实施例中，该传感器模块302可被配置为检测步法模式和/或事件。例如，该传感器模块302可确定使用者是否在站立/停止位置、在水平地面上行走、上和/或下楼梯或倾斜表面等。在其它实施例中，该传感器模块302被配置为检测或测量踝设备304的脚后跟高度和/或确定静态胫角度，以检测使用者在就座位置中的时间。

如图9所示，在本发明的一个实施例中，传感器模块302还被配置为测量环境或地形变量，包括下面的环境或地形变量中的一个或多个：地表面的特征；地表面的角度；空气温度；和风阻。在一个实施例中，测量温度可用于校准其它传感器的增益和/或偏差。

在其它实施例中，该传感器模块302捕获有关使用者的自然肢体的运动和/或位置的信息，诸如健康的腿。在这种实施例中，下面的方式可以是优选的，当在上倾面或下倾面上操作时，使用者的第一步利用健康腿进行。这将允许在调节踝设备304前从健康腿的自然运动取得测量值。在本发明的一个实施例中，在踝设备304在第一步的摆动阶段时，该控制系统300检测使用者的步法，并相应地调节踝设备304。在本发明的其它实施例中，可存在一段等待时间，在所述一段等待时间在能够准确地确定使用者的步法并适当地调节踝设备304前，控制系统300需要一个或两个迈步。

在本发明的一个实施例中，该传感器模块302具有100赫兹(Hz)的缺省采样率。在其它实施例中，采样率可高于或低于100Hz，或可由使用者调节，或可由软件或参数设置自动调节。此外，该传感器模块302可提供正被检测的数据类型之间的同步，或包括时间戳记。该传感器还可被配置为具有近似0.5度的角度分辨率，允许踝设备304的精细调节。

在一个实施例中，该传感器模块302被配置为：当不需要检测时，诸如例如当使用者在坐着的位置或斜倚位置正在放松时，该传感器模块302降低能耗进入“睡眼”模式。在这种实施例中，在传感器模块302运动时或由使用者进行输入时，该传感器模块302可从睡眠状态唤醒。在一个实施例中，在“运行”模式中，该传感器模块302消耗近似30毫安(mA)，并且当在“睡眠”模式中时，消耗约0.1mA。

图9显示了与CPU 305通信的传感器模块302。在一个实施例中，该传感器模块302有利地将测量数据提供给CPU 305和/或控制系统300的其它部件。在一个实施例中，该传感器模块302被连接到发射机，诸如例如蓝牙

发射机，该发射机将测量值发送到CPU 305。在其它实施例中，可以使用其它类型的发射机或无线技术，诸如红外技术、WiFi(R)技术，或射频(RF)技术。在其它实施例中，有线技术可用于与CPU 305通信。

在一个实施例中，该传感器模块302将数据串发送到CPU 305，数据串包括多种类型的信息。例如，数据串可包括160比特，并包括如下信息：

[TS；AccX；AccY；AccZ；GyroX，GyroY，GyroZ，DegX，DegY，FS，M]；

其中：TS＝时间戳；AccX＝沿X轴的足的线性加速度；AccY＝沿Y轴的足的线性加速度；AccZ＝沿Z轴的足的线性加速度；GyroX＝沿X轴的足的角加速度；GyroY＝沿Y轴的足的角加速度；GyroZ＝沿Z轴的足的角加速度；DegX＝在冠状平面中的足的倾角；DegY＝在纵分平面中的足的倾角；FS＝在踝设备304中的开关的逻辑状态；和M＝传感器的方位。在本发明的其它实施例中，可以使用包括或多或少信息的其它长度数据串。

该CPU 305有利地处理从控制系统300的其它部件接收的数据。在本发明的一个实施例中，该CPU 305处理关于使用者的步法的信息(诸如从传感器模块302接收的信息)；确定移动类型(即步法模式)；和/或向控制驱动模块310发送命令。例如，由传感器模块302捕获的数据可用于产生描绘关于使用者的步法或运动的信息的波形。CPU 305可识别波形的后续变化，以预测使用者的未来运动，并相应地调节踝设备304。在本发明的一个实施例中，该CPU 305可检测从低到每分钟20步到高达每分钟125步的步法模式。在本发明的其它实施例中，CPU 305可检测步法模式，步法模式低于每分钟20步，或高于每分钟125步。

在本发明的一个实施例中，根据下表(表1)，CPU 305处理关于状态转换的数据。特别是表1显示了可与控制系统300一起使用的可能状态转换。表1的第一列列出了踝设备304的可能最初状态，并且第一行列出了踝设备304的可能的第二状态。表1的主体确定了在从第一状态到第二状态的转换期间，CPU 305在控制或主动调节致动器316和踝设备304中，使用的数据源；其中：″N″表示状态转换不需要另外的数据；″L″表示CPU 305使用转换逻辑以确定在状态转换期间对踝设备304的调节；和″I″表示CPU从接口(例如接口模块308，外部用户接口，电子接口或类似物)接收数据。相关领域中的普通技术人员可开发可与本发明的实施例一起使用的转换逻辑。用于与本发明的实施例类似的系统和方法中的转换逻辑的实例在下面的文件中进行了公开：2004年5月19日申请的美国临时申请第60/572,996号，题为″CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR A PROSTHETIC KNEE″；和2005年3月9日申请的美国申请第11/077,177号，题为″CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR A PROSTHETIC KNEE″；每个申请都通过参考整体并入这里，并被认为是本说明书的一部分。

表1

在一个实施例中，表1中的上述状态是踝设备304的预先确定的状态。例如，“OFF”状态可表示踝设备304和致动器316的功能处于关闭或暂停模式。″HEEL_HEIGHT_CAL″状态涉及从静态传感器角度测量脚后跟高度，诸如例如当踝设备304未运动时。″SENSOR_CAL″状态涉及当使用者在水平面上行走时的表面角度校准。″NEUTRAL″状态涉及当踝设备304锁定在基本上固定位置时。该″WALK″状态涉及当使用者正在诸如水平面或斜面上行走时。″STAIRS_UP″和″STAIRS_DOWN″状态涉及使用者分别上楼梯和下楼梯行走时。″RELAX″状态涉及使用者处于放松位置时。例如，在一个实施例中，″RELAX″状态涉及当使用者在就坐位置，而具有踝设备304的肢体交叉在另一肢体上时。在这种实施例中，控制系统300可使踝设备304运动到最大向足底弯曲位置，以例如模仿健康足的自然位置和/或外观。该″PANTS″状态涉及当使用者正穿裤子、长裤、短裤或相类似物时。在这种状态中，在一个实施例中，控制系统300可使踝设备304运动到最大向足底弯曲位置，以有利于将衣物穿在踝设备304上方。

在本发明的其它实施例中，代替表1中列出的状态或与表1中列出的状态组合，踝设备304可以使用其它状态。例如，可确定对应于躺下、骑车、爬梯子等的状态。此外，在控制状态转变中，CUP 305和/或控制系统300可处理自不同于表1中列出的那些来源的来源的数据或取得自不同于表1中列出的那些来源的来源的数据。

在其它实施例中，CPU 305可执行多种其它功能。例如，CPU305可使用从传感器模块302接收的信息，以检测使用者绊倒。该CPU 305可用作控制系统300的部件之间的通信的管理器。例如，该CPU 305可用作控制系统300的多个部件之间的通信总线用的主设备。如所示，在一个实施例中，CPU 305与电源模块318连通。例如，CPU 305可为控制系统300的其它部件提供电力分配和/或转换，并且还可监控电池电力或电池寿命。此外，该CPU 305可起作用以当使用者在就坐或站立位置中时，暂时中止或减小对控制系统300的供电。这种控制用于在减小使用期间节约能源。该CPU 305也可处理出错处理，诸如当在部件之间的通信出现故障时，当从传感器模块302接收到未识别信号或波形时，或当自控制驱动模块310或踝设备304的反馈导致错误或出现故障时。

在本发明的其它实施例中，当分析来自传感器模块302的信息和/或将命令发送给控制驱动模块310时，CPU 305使用或计算安全系数。例如，安全系数可包括一定范围的值，其中：更高值表示关于使用者的确定移动类型的更高确定性程度；和更低安全系数表示关于使用者的移动类型的更低确定性程度。在本发明的一个实施例中，可不对踝设备304进行调节，除非识别使用者的移动类型并且安全系数超过预定阈值。

在一个实施例中，CPU 305包括模块，该模块包含嵌入硬件或固件的逻辑，或包含采用诸如例如C++编程语言编写的软件指令的集合。软件模块可经编译并链接到安装在动态链接库中的可执行程序，或可采用诸如BASIC的解释语言编写。应该认识到：软件模块可从其它模块或从它们本身调用，和/或可响应检测的事件或中断被调用。软件指令可嵌入固件，诸如EPROM或EEPROM。还应该认识到：硬件模块可包含诸如门电路和触发电路的连接逻辑单元，和/或可包括诸如可编程门阵列或处理器的可编程单元。

图9还显示CPU 305包括用于存储指令和/或数据的存储器306。例如，该存储器306可存储如下类型的数据或指令中的一个或多个：用于控制系统300的其它部件的错误日志；关于步行模式或曲线的信息；关于使用者的过去活动的信息(例如，步数)；控制参数和设定点；关于软件调试或升级的信息；修复或矫正系统的基本运动用的预编程算法；关于传感器模块302或其它部件的校准值和参数；从外部设备下载的指令；上述数据或指令的组合等。

该存储器306可包括任何缓冲器、计算设备或能够存储计算机指令和/或由另一计算设备或计算机处理器访问的数据的系统。在一个实施例中，该存储器306是作为CPU 305的一部分的高速缓冲存储器。在本发明的其它实施例中，该存储器306是与CPU 305分开的。在本发明的其它实施例中，存储器306包括随机存取存储器(RAM)或可包括其它集成和可存取的存储器设备，诸如例如只读存储器(ROM)，可编程ROM(PROM)，和电可擦可编程ROM(EEPROM)。在另一实施例中，该存储器306包括可拆卸式存储器，诸如存储卡、可拆卸式驱动器或相类似物。

在一个实施例中，CPU 305还可被配置为经接口模块308，接收自使用者或从外部设备的用户特定的或特定活动的指令。该CPU 305还可接收对已存在的指令的更新。此外，该CPU 305可与个人计算机、个人数字助理或类似物通信，以下载或接收操作指令。特定活动的指令可例如包括关于骑车、驾驶、上梯子或下梯子的数据，来自雪或沙子中行走的调节等。

在一个实施例中，该接口模块308包括接口，使用者访问该接口，以控制或管理修复或矫正系统的部分或功能。在一个实施例中，该接口模块308是柔韧键盘，该键盘具有多个按钮和/或多个发光二极管(LED)，可用于接收自使用者的信息和/或将信息传送给使用者。例如，该LED可指示电池的状态，或可将确认信号传送给使用者。该接口模块308可有利地位于踝设备304上。此外，该接口模块308可包括USB连接器，可用于与诸如个人计算机的外部计算设备通信。

在另一实施例中，该接口模块308包括通/断开关。在另一实施例中，该接口模块308可接收有关使用者控制的脚后跟高度或修复或矫正系统的强行放松模式的输入。在其它实施例中，使用者可调节假体的期望响应的类型，或启用/禁用踝设备304的特定功能。来自使用者的输入可直接经由接口模块308输入，诸如通过致动按钮，或者使用者输入可经由遥控器接收。

该接口模块308可包括触摸屏、按钮、开关、振动器、警告器或其它输入接收或输出结构或设备，以允许使用者将指令发送给控制系统300或从控制系统300接收信息。在本发明的另一实施例中，该接口组件308包括诸如插头的附加结构，用于诸如在家或在车辆中，对为控制系统300供电的电池充电。在本发明的其它实施例中，该接口模块308也可与CPU 305以外的控制系统300的部件直接或间接通信。

该控制驱动模块310用于将从CPU 305接收的高级计划或指令翻译成低级控制信号，以发送到致动器316。在一个实施例中，该控制驱动模块310包括印制电路板，印制电路板实现关于致动器316的管理的控制算法和任务。另外，该控制驱动模块310可用于实现硬件抽象层(hardware abstraction layer)，硬件抽象层将CPU 305的决策过程(decision process)翻译为致动器316的实际硬件定义。在本发明的另一实施例中，该控制驱动模块310可用于将关于致动器316或踝设备304的位置或运动的反馈提供给CPU 305。该控制驱动模块310也可用于通过CPU 305在检测到使用者在倾斜表面上走动时，调节致动器316到新的“中性”设置。

在本发明的一个实施例中，该控制驱动模块310位于踝设备304内。在其它实施例中，该控制驱动模块310可位于踝设备304的外部，诸如在插座上，或远离踝设备304。

该致动器316用于踝设备304的受控运动。在一个实施例中，该致动器316功能类似于关于图1-6描述的致动器116的功能，致动器116控制假体100的踝运动。在本发明的其它实施例中，该致动器316可被配置为控制矫正设备的运动，诸如矫形器或其它类型的支撑结构。

该踝设备304包括用于模仿诸如踝的关节运动和至少部分地由致动器316控制的任何结构装置。特别是该踝设备304可包括修复设备或矫正设备。

该电源组件318包括可用于为控制系统300供电的一个或多个电源和/或连接器。在一个实施例中，该电源模块318有利地是便携的，并且可例如包括如前描述的可充电电池。如图9所示，电源模块318与控制驱动模块310和CPU 305通信。在其它实施例中，代替控制驱动模块310和CPU 305或与控制驱动模块310和CPU 305组合，该电源模块318与其它控制系统300部件通信。例如，在一个实施例中，电源模块318直接与传感器模块302通信。此外，该电源模块318可与接口模块308通信，以便使用者能够直接控制供应到控制系统300的一个或多个部件的电力。

该控制系统300的部件可通过多个通信链路或线路(link)彼此通信。图9显示了两类链路或线路：主通信链路或线路，其显示为部件之间的实线；和副通信链路或线路，其显示为虚线。在一个实施例中，主通信链路或线路根据设立的协议操作。例如，主通信链路或线路可在控制系统300的物理部件之间延伸。另一方面，副通信链路或线路可采用与主通信链路或线路不同的协议或级(level)操作。例如，如果在主通信链路或线路和副通信链路或线路之间存在冲突，来自主通信链路或线路的数据将取代来自副通信链路或线路的数据。该副通信链路或线路在图9中显示为控制系统300和环境之间的通信通道。在本发明的其它实施例中，通过其它类型的通信链路或线路或方法，该模块可彼此和/或与环境通信。例如，所有通信链路或线路可利用相同的协议或在相同级的层次操作。

也可以预期：控制系统300的部件可采用不同形式集成。例如，这些部件能够被分成几个子部件，或能够分成位于不同位置并且彼此诸如通过有线或无线网络通信的多个设备。例如，在一个实施例中，模块可通过RS232或串行外设接口(SPI)信道通信。多个部件也可组合成单个部件。也可预期到：这里描述的部件可集成入更少量的模块中。一个模块也可分成多个模块。

虽然参照特定实施例进行了公开，但是该控制系统300可包括比上述系统更多或更少的部件。例如，该控制系统300还可包括致动器电位计，致动器电位计用于控制或细调节致动器316的位置。使用者也可使用致动器电位计，以调节踝设备304的脚后跟高度。在一个实施例中，该致动器电位计与CPU 305通信。在其它实施例中，该控制系统300还包括振动器、DC插孔、保险丝、及其组合等。

类似或其它控制系统和其它相关结构和方法的实例在下面文件中进行了公开：2003年6月17日申请的美国专利申请第10/463,495号，题为″ACTUATED LEG PROSTHESIS FOR ABOVE-KNEEAMPUTEES″，现在公布为美国专利公开第2004/0111163号；2003年6月20日申请的美国专利申请第10/600,725号，题为″CONTROLSYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING AN ACTUATEDPROSTHESIS″，现在公布为美国专利公开第2004/0049290号；2003年7月25日申请的美国专利申请第10/627,503号，题为″POSITIONINGOF LOWER EXTREMITIES ARTIFICIAL PROPRIOCEPTORS″，现在公布为美国专利公开第2004/0088057号；2003年11月25日申请的美国专利申请第10/721,764号，题为″ACTUATED PROSTHESIS FORAMPUTEES″，现在公布为美国专利公开第2004/0181289号；和2003年11月18日申请的美国专利申请第10/715,989号，题为″INSTRUMENTED PROSTHETIC FOOT″，现在公布为美国专利公开第2005/0107889号，每个文件通过参考整体并入这里，并被认为是本说明书的一部分。此外，在本发明的实施例中可以使用的其它类型的控制系统在如下文件中进行了公开：2004年3月10日申请的题为″CONTROL SYSTEM FOR PROSTHETIC KNEE″的美国临时申请第60/551,717号；2004年5月7日申请的题为″CONTROL SYSTEMAND METHOD FOR A PROSTHETIC KNEE″的美国临时申请第60/569,511号；和2004年5月19日申请的题为″CONTROL SYSTEMAND METHOD FOR A PROSTHETIC KNEE″的美国临时申请第60/572,996号，上述文件通过参考整体并入这里，被认为是本说明书的一部分。

图10是说明根据本发明的一个实施例的当使用者在不同移动状态或类型之间转换时，可能涉及修复或矫正设备的踝角度的调整的可能控制信号的表。具体而言，栏402中列出的状态标识了使用者的第一状态，并且行404中列出的状态标识了使用者的第二状态，或使用者转换到的状态。该表的剩余部分标识修复或矫正设备相对于踝角度可能采取的可能动作。″使用者设定点″是在鞋后跟高度调节期间可以设置的中性值或缺省值。指定的角度是对修复或矫正设备的踝角度的改变的实例。例如，当使用者从“站立”状态转换到“上楼梯”状态时，踝角度可被调节到楼梯的角度，诸如例如-10度(或10度向足背弯曲)。在“上倾”和“下倾”栏中给出的踝角度反应了根据倾角踝角度调节的阈值水平。

下表(表2)显示了本发明的一个实施例的可能踝运动策略。表2的第一列列出了可能频繁检测到的不同类型的移动类型或步行模式。表2的第二列列出了在每种列出的移动类型的摆动阶段期间，修复或矫正设备的踝角度调节的实例。

表2

移动类型/步行模式	在踝设备的摆动阶段的踝运动
		水平地面行走	在摆动期间的脚趾间隙
上楼梯	向足背弯曲的踝调节(例如7.5°)
		下楼梯	向足背弯曲的踝调节(例如5°)
上倾(向上)	向足背弯曲的踝调节a)两个上倾角度阈值级(x°，y°)b)逐步(2步)角度调节(z°，w°)

	实例：如果上倾角度＞x°，踝将调节为-z°，如果上倾角度＞y°，踝将调节为-w°，其中：x＝2.5°，并且y＝5°。
		下倾	向脚底弯曲的踝调节a)两个下倾角度阈值级(x°，y°)b)逐步(2步)角度调节(z°，w°)实例：如果下倾角度＞x°，踝将调节为z°，如果下倾角度＞y°，踝将调节为w°，其中：x＝2.5°，并且y＝5°。
就座/放松	设置脚后跟高度
		调节脚后跟高度	最高20°的向脚底弯曲的无级脚后跟高度调节

图11是显示说明修复或矫正腿的控制与从健康并健全的腿取得的测量值之间的相互作用和关系的曲线。具体而言，图11显示了在使用者的一个完整迈步期间，修复或矫正腿与健康腿的运动。例如，在迈步的首先的近似60％期间，该曲线显示了在“站立”位置或站在诸如地面的表面上时的修复或矫正腿。在一个实施例中，在站立阶段的开始部分期间，修复或矫正腿的踝角度可减小(向足背弯曲)。向站立阶段末尾，修复或矫正腿的踝角度然后可增加(向足底弯曲)以有利于自然迈步运动。在本发明的其它实施例中，在站立阶段期间，修复或矫正腿的踝角度未主动调节。在该同一时间段的一部分期间，最多到近似点40％，健康腿可在摆动位置中，其中：该健康腿不与地面接触。在近似40％和60％的点之间，两腿接触地面。

从近似点60％到100％(迈步结束)，该修复或矫正腿处于摆动位置中，并且健康腿与地面接触。图11中的曲线显示在摆动阶段期间，修复或矫正腿的踝角度被调节。该角度调节可基于在健康腿的摆动阶段期间，健康腿的先前测量值。在一个实施例中，在修复或矫正腿的摆动阶段的开始部分期间，该修复或矫正腿的踝角度可减小。这例如允许修复或矫正腿的脚趾部不接触楼梯。向修复或矫正腿的摆动阶段的后面部分，在接触地面前，修复或矫正腿的踝角度然后可增加。在其它实施例中，角度调节基于在假体侧的传感器取得的读数。

应该理解：图11示例性地说明了在特定条件下，本发明的一个实施例的功能。其它实施例或环境可需要更长或更短站立或摆动阶段，并需要对假腿的踝部的角度的其它调节。

图12A-12C显示了配置为连接于人类肢体的下肢假体100′的另一实施例。除下面指出的部分，下肢假体100′类似于图2中所示的下肢假体100。因此，除了“′”被加到标号，用于指出下肢假体100′的多种部件的标号与用于标识图2中的下肢假体100的对应部件所使用的标号相同。

该下肢假体100′包括连接到第二部分104′的第一部分102′，其中：该第一部分和第二部分102′，104′可相对于彼此运动，以模仿自然的人关节。在所示实施例中，第一部分是下肢部件102′；并且第二部分是假足单元104′，该假足单元104′操作地连接到下肢部件102′，以模仿自然人类踝关节。该足单元104′包括：在足单元104′的后端处的脚后跟部104a′；和在足单元104′的前端处的趾部104b′。在一个实施例中，脚后跟部和脚趾部104a′，104b′能够是整体的。在另一实施例中，该脚后跟部和脚趾部104a′，104b′能够是例如经由螺栓、螺钉、粘合剂和相类似物紧固到彼此的单独部件。在所示实施例中，该假足单元104′是可从

商业获得的LP VARI-FLEX(R)假足。然而，该足单元104′能够具有其它配置或设计。在另一实施例(未显示)中，第一部分和第二部分能够分别是上腿部件和下腿部件，上腿部件和下腿部件连接以模仿自然人体膝关节。

如图12A所示，下肢假体100′还可包括在足单元104′和下肢部件102′之间延伸的框架106′。如图12A和12B所示，下肢部件102′的连接部108′有利于将下肢部件102′连接到诸如例如图1-4中所示支架110的另一部件。在所示实施例中，该连接部108′是棱椎。另外，经由连接于假足单元104′的旋转组件114′，该下肢部件102′或支持部件下端连接到足单元104′。在所示实施例中，该旋转组件114′在足单元104′的大约后1/3处连接。然而，该旋转组件114′能够在足单元104′上的其它位置处连接。优选地，该旋转组件114′模仿自然人类踝关节。另外，盖106b′被设置在下肢假体100′的致动器500周围，以基本上保护致动器500并防止异物侵入。在一些实施例中，该下肢假体100′还可包括控制线，诸如图1-4中所示的控制线112，以为假体100′提供电力和/或传送控制信号到假体100′。

继续参照图12A-12C，该致动器500为假体100′提供所需能量，以与被截肢者的移动同步地执行角位移。该致动器500将假体100′的第一部分和第二部分102′，104′连接在一起，第一部分和第二部分102′，104′在所示实施例中，对应于下肢部件102′和假足单元104′。如下面进一步讨论，该致动器被配置为调节下肢部件102′和足单元104′之间的角度。在第一和第二连接点118′，120′，该致动器500分别连接到足单元104′和下肢部件102′。在一个实施例中，该假体可包括控制电路，以控制致动器500的操作，诸如例如图2和3中所示的控制电路122。

图13-18显示了可与上述下肢假体100′一起使用的致动器500的一个实施例。该致动器500优选地包括定子或顶部单元510，定子或顶部单元510具有连接端512和底端514。在所示实施例中，该连接端512是C形夹具(参见图15)，夹具具有沿大体垂直于致动器500的纵向轴Y延伸的第一轴X1对准的第一开口512a和第二开口512b。然而，该连接端512′能够具有其它适合的配置。该开口512a，512b优选地确定尺寸以容纳穿过其中的紧固件，诸如螺栓、螺钉或销(未显示)，以允许顶部单元510例如在第二连接点120′处紧固到下肢部件102′的上端。

该顶部单元510的底端514优选地具有圆周壁514a和底部表面516。在所示实施例中，如图17所示，该底部表面516从圆周壁514a向底部表面516的中心弯曲。该底部表面516优选地包括大体位于底部表面516的中心处的凹陷部518。如将在下面进一步描述，在顶部单元510的底部表面516上的凹陷部518优选地确定尺寸以在其中容纳滚珠或滚珠轴承522。

如图17所示，圆周壁514a包括从壁514a向外延伸的突起520。在一个实施例中，该突起520基本上沿壁514a的整个圆周延伸。在另一实施例中，该突起520能够是围绕壁514a的圆周位于离散位置的多个突起。

该致动器500还包括第一细长部件或转子(rotor)530，细长部件或转子530具有沿长度532从顶端530a到底端530b延伸并具有直径534的主体。在一个实施例中，长度532在约25mm和约70mm之间。在一个实施例中，该直径534在约12mm和约40mm之间。更优选地，该直径534约17mm。该转子530在顶端530a处具有圆周凸缘536；该凸缘536的直径大于主体的直径534。该顶端530a具有外部表面537，外部表面537大体从圆周凸缘向表面537的中心537a向上弯曲。该表面537确定了大体设置在其中心537a处的凹陷部538。该凹陷部538优选地确定轮廓以在其中容纳滚珠或滚珠轴承522，以便该滚珠或滚珠轴承522将顶部单元510连接到转子530。在一个优选实施例中，该顶部单元510和转子530只经滚珠或滚珠轴承522彼此连接。在所示实施例中，该滚珠或滚珠轴承522是单个滚珠或滚珠轴承。然而，能够使用其它适合的轴承。在一个实施例(未示出)中，推力轴承被设置在顶部单元510和转子530之间。如图17所示，该转子530优选地是确定中空中心部539的细长螺母，该细长螺母确定了壁539a，沿壁539a的至少一部分长度设置有螺纹540。

如上讨论，该滚珠或滚珠轴承522优选地将顶部单元510连接到第一细长部件530。优选地，转子530的表面537的弯曲部分和顶部单元510的底部表面516的弯曲部分之间确定了间隙541。该间隙541优选地围绕表面537的中心537a以圆周方式延伸。在一个优选实施例中，至少一块磁铁542被设置在间隙541中，并例如通过粘合剂连接于表面537。在图18中所示的实施例中，多块磁铁542被围绕表面537的中心537a设置。在另一实施例中，环形磁铁(未显示)能够被设置在表面537上，磁铁的环状部分与中心537a对准。该磁铁542优选地配置为对顶部单元510和转子530施加磁力，以便力将顶部单元510和转子530拉向彼此。

如图17和18中最好地看出，该致动器500还包括具有高度551的保持器550和确定内径554的壁552。该保持器550包括凸缘556，凸缘556具有从壁552径向向内延伸的内部556a和从壁522径向向外延伸的外部556b，其中：该内部和外部556a，556b优选地设置在壁552的底端处。虽然所示实施例显示了凸缘556围绕保持器550的圆周是连续的，但是本领域的普通技术人员将认识到该凸缘556能够代替上述方式是围绕保持器556的圆周在离散位置处设置的多个凸缘部件。该保持器550的内径554被确定尺寸以在其中容纳转子530和顶部单元510。

在所示实施例中，保持器550的内径554优选地至少略大于转子530的凸缘536的直径，以便转子530的凸缘536不接合保持器550的壁552。类似地，该保持器550的内径554优选地至少略大于顶部单元510圆周壁514a的至少一部分的直径。在顶部单元510的圆周壁514a上的突起520优选地接合保持器550的壁552的一部分，以便该顶部单元510和保持器550彼此连接。

优选地，转子530围绕纵向轴Y旋转并沿纵向轴Y平移，如在下面进一步描述。在一个实施例中，该转子530经滚珠或滚珠轴承522保持连接到顶部单元510，但选择性地经内部凸缘556a与保持器550接触和不与保持器550接触地移动，如在下面进一步描述。在另一实施例中，该转子530在经滚珠或滚珠轴承522接触顶部单元510，和经内部凸缘556a与保持器550接触之间运动。

如在图17和18中最好地显示，第一磁铁560a和第二磁铁560b围绕转子530的一部分设置。第一和第二磁铁560a，560b优选地具有高度562a，562b和大于转子530的直径534的内径564a，564b，以便该磁铁560a，560b围绕转子530安装。在一个实施例中，第一和第二磁铁560a，560b的内径564a，564b在约12mm和约40mm之间，并且更优选地约17mm。在一个实施例中，该磁铁560a，560b是具有24磁极的磁化环。另外，如图17-18中所示，隔圈568被设置在第一和第二磁铁560a，560b之间。优选地，隔圈568的直径也大于转子530的直径534，以便该隔圈568围绕转子530安装。虽然所示实施例显示了两块磁铁560a，560b和一个隔圈568，本领域的普通技术人员将认识到能够使用任何数目的磁铁和隔圈。

该致动器500还包括具有圆筒形主体571的套管570，圆筒形主体571具有长度572和直径574，以便该套管570围绕转子530安装。在一个实施例中，长度572在约10mm和约70mm之间，并且更优选地约20mm。该直径574优选地在约12mm和约40mm之间，并且更优选地约17mm。优选地，如图17所示，该套管570具有大于第一细长部件530的直径534的内径；并且具有小于第一和第二磁铁560a，560b和隔圈568的内径的外径。相应地，第一和第二磁铁560a，560b和隔圈568围绕套管570安装，套管570又围绕转子530安装。在优选实施例中，转子530、套管570、磁铁560a，560b基本上彼此相邻地设置。

如图17和18最好地显示，该套管570也具有围绕套管570以圆周方式延伸的唇576。在优选实施例中，该唇576向着离开套管570的表面的方向以某一径向距离围绕套管570连续延伸，该距离基本上等于第一和第二磁铁560a，560b中的至少一个的厚度。该唇576优选地从套管570的顶端离开某一距离定位，以支撑围绕套管570的第一和第二磁铁560a，560b和隔圈568，以便第一和第二磁铁560a，560b和隔圈568不伸过套管570的顶端。

该致动器500还包括电机580。在所示实施例中，该电机580具有高度582和具有内径584的内表面586，以便该电机580能够围绕转子530设置。在一个实施例中，电机具有约10mm和约60mm之间的长度，并且更优选地具有约25mm的长度。该电机580的内径584优选地在约15mm和约50mm之间。在优选实施例中，该电机580的直径584约22mm。如图17所示，该电机580围绕转子530延伸，以便该套管570、第一和第二磁铁560a，560b和隔圈568被设置在转子530与电机580的内径584之间。该电机580优选地包括配置为经由磁铁560a，560b旋转转子530的绕组。在所示实施例中，该电机580是步进电机。然而，能够使用其它适合的电机类型。例如，电机580能够是DC电机、压电电机、DC无刷电机和伺服电机。

如图18中最好地显示，该致动器还包括设置在电机580和盖部610之间的O形圈590和滚柱轴承600，该盖部610具有突起部612。当致动器500被完全装配时，该盖610优选地在其中容纳电机580。波纹管620优选地设置在盖610的底端附近。该波纹管620有利地防止诸如灰尘和水的异物进入，接触电机580和致动器500的第二细长部件630。

该第二细长部件630沿长度632延伸，并具有直径634。在所示实施例中，第二细长部件630是沿长度632一部分具有螺纹636的螺杆。在所示实施例中，该螺杆630在其底端处具有连接部638，连接部638具有开口638a，开口638a沿大体垂直于致动器500的纵向轴Y的轴X2延伸穿过连接部638。该开口638a优选地确定尺寸以容纳穿过其中的紧固件，诸如螺栓、螺钉或销。相应地，该连接部638例如能够在第一连接点118′处，紧固到假足单元104′。

在一个优选实施例中，该螺杆630的螺纹636适合以螺纹方式接合螺母530上的螺纹540。优选地，在螺杆630和螺母530上的螺纹636，540分别被设计以在自锁定连接的边界上。在一个优选实施例中，该螺母530和螺杆630的螺纹636，540分别是梯形螺纹。例如，该螺纹636，540能够是ACME中心螺纹(centralized thread)，该螺纹具有约14mm的工作直径、约2mm的螺距和约两个导程(lead)。然而，可以使用任何适合的螺纹类型。在一个实施例中，该螺纹636，540由铝青铜和不锈钢制成。然而，可以使用其它适合的金属和合金。在一个优选实施例中，螺母530中的螺纹540被切削形成，同时螺杆630中的螺纹636被研磨并覆盖涂层，诸如永久油层。有利的方式是，螺母530中的螺纹长度被配置为在致动器500的操作期间提供最小的摩擦力，同时将最优支撑和强度提供给致动器500。然而，本领域的一个普通技术人员将认识到：螺母530和螺杆630的螺纹540，636可具有其它配置，并由其它材料制成以提供期望的性能特征。例如，螺纹的材料和涂层，以及螺距、工作直径和导程的数目能够改变，以提供螺纹636，540之间的不同界面摩擦。在一个实施例中，螺纹636，530的螺距和结构能够被选择以便(例如，沿纵向轴Y)施加于螺杆630和/或螺母530组件的负载将不会引发致动器500的自产生的运动。更确切地说，螺纹636，530的螺距和结构在螺纹636，530间产生摩擦力，该摩擦力足够大以防止螺母530与螺杆630的相对转动。在另一个实施例中，螺纹636，530的螺距和结构能够被选择以便沿纵向轴Y施加于螺杆630和/或螺母530的负载将引发致动器500的自产生的运动。

如图17中所示，该螺杆630优选地具有中空部640，中空部640沿长度632的一部分延伸。该中空部640有利地减小了螺杆630的重量，从而作为整体减小了致动器500的重量。如图18中所示，接受(adoption)环650被设置在螺杆630周围，其中：该环650与波纹管620的底端连接。

该致动器500有利地具有紧凑组件。如上讨论，该电机580被设置在转子530周围，转子设置在细长部件或螺杆630周围。相应地，该致动器500占用更少的空间，并且能够具有比其它设计更低的高度。在一个优选实施例中，在缩回配置中，该致动器500具有约40mm到约70mm之间的高度，并且在完全伸开的配置中，该致动器500具有约65mm到约130mm的高度。另外，该螺杆630的中空部640有利地减小了致动器500的重量。

在操作中，该致动器500有利地使定子或顶部单元510与转子或螺母530之间的摩擦力最小。在顶部单元510和螺母530之间设置的滚珠或滚珠轴承522抑制了在顶部单元510与螺母530之间产生摩擦力，从而允许螺母530相对于顶部单元510大体自由旋转。另外，如上所述，该磁铁542将螺母530拉向顶部单元510。这种磁力抬高螺母530，使其脱离与保持器550的内凸缘556a的接合，从而如下面进一步讨论的，抑制在保持器550与螺母530之间产生摩擦力。在优选实施例中，该磁力足够强以在步行循环的一个期望阶段，提升转子530，使其脱落与保持器的内凸缘556a的接合。在另一实施例中，该磁铁542的磁力足够强以在步行循环的一个以上的期望阶段，提升转子530，使其脱离与保持器550的内凸缘556a的接合。

在步行循环的期望阶段期间，该致动器500还能够有利地选择性地锁定。如图17所示，转子或螺母530的凸缘536能够接合保持器550的内部凸缘556a，在转子530与保持器550之间产生摩擦力，以便抑制转子530的转动。因此，产生的摩擦力实际上是锁定致动器500的锁定力。在一个优选的实施例中，当致动器500处于拉伸状态时，该凸缘536，556a接合。另外，如上讨论，螺杆630与螺母530的螺纹636，540的相互作用还能够产生摩擦力，以抑制螺杆630和螺母530相对于彼此的旋转。因此，该螺纹636，540的相互作用也产生锁定力，锁定力有助于致动器500的锁定。

现在将描述使用者操作下肢假体100′期间，致动器500的操作。图19是显示图12A-12C中所示的下肢假体100′的步行循环670的不同阶段的流程图。在步行循环670的第一阶段672中，在足单元104′的脚后跟撞击期间，该致动器500最初在压缩的状态中，其中：转子530上的凸缘536相对于保持器550上的内部凸缘556a位移。

在第一阶段的压缩状态由下肢部件102′和假足单元104′之间的操作关系引起。在脚后跟碰撞期间，负载被施加于足单元104′的脚后跟部104a′上(例如，由于使用者的重量或移动力)。所述负载将对足单元104′的脚后跟部104a′施加向上的力，导致脚趾部104b′通过围绕旋转组件114′的主旋转轴线旋转，朝向远离下肢部件102′的方向运动，这又经第一连接点118′将压缩力施加于第二细长部件630上。该压缩力从第二细长部件630传送到转子530上，以便该转子530上的凸缘536从保持器550的内部凸缘556a移开。

在一个优选的实施例中，该致动器500在第一阶段672期间未启动。然而，为抑制由于施加的负载在第一阶段672期间转子530相对于第二细长部件630的旋转，转子530与第二细长部件630之间的螺纹540，636的螺距有利地在螺纹540，636之间产生界面摩擦力。

该下肢假体100′转变到第二阶段674，在第二阶段674足单元104′处于站立阶段。在所述转变期间，该致动器500从压缩状态转变为拉伸状态，以便如上讨论，在转子530的凸缘536与保持器550的内部凸缘556a之间产生摩擦力。

当假体100′转变到第二阶段674时，通过下肢部件102′相对于假足部件104′的运动，产生站立阶段中的拉伸状态。当假体100′在整个第二阶段674运动时，(例如由于向前运动)使用者的移动将负载施加于下肢部件102′，将下肢部件102′推向假足单元104′的脚趾部104b′，从而将负载施加在脚趾部104b′上。所述负载导致足单元104′的后部向下，朝向远离下肢部件102′的方向运动，这又经第一连接点118’，将张力施加于第二细长部件630上。该张力从第二细长部件630传送到转子530上，以便转子530的凸缘536向保持器550的内部凸缘556a运动，并与保持器550的内部凸缘556a接合。如上讨论，在转子530的凸缘536与保持器550的内部凸缘556a之间的所述接合产生摩擦力，以抑制转子530的旋转。在一个优选实施例中，摩擦力足够高以用作制动器，以防止转子530的旋转。此外，在一个优选的实施例中，该致动器500在第二阶段674期间未启动。

在第三阶段676中，该足单元104′从站立阶段转换为脚趾离开阶段。如在第二阶段一样，在脚趾离开中，脚趾部104b′继续在负载作用下。相应地，该致动器基本上保持在拉伸状态中，以便如上讨论，抑制转子530旋转。在一个实施例中，脚趾部104b′上的负载在第三阶段中比在步行循环的第二阶段更大。在一个优选的实施例中，该致动器500在第三阶段676期间未启动。

在第四阶段678中，该假足单元104′处于脚趾离开和脚后跟碰撞之间的摆动阶段，其中：该足单元104′不与支撑表面接触。在第四阶段678，该致动器500处于压缩位置中。如上讨论，在压缩中时，转子530上的凸缘536从保持器550的内部凸缘556a分离，从而允许转子530相对于保持器550大体自由地旋转。

在摆动阶段期间的压缩状态由下肢部件102′和假足单元104′之间的操作关系引起。在摆动阶段期间，由于足单元104′的配置(例如，足单元104′的重量)，负载被施加于假足单元104′，这将脚趾104b′向下朝向远离下肢部件102′的方向拉。经第一连接点118′，该脚趾部104b′上的向下的力又将压缩力施加于第二细长部件630上。该压缩力从第二细长部件630传送到转子530上，以便转子530的凸缘536朝向远离保持器550的内部凸缘556a的方向运动。从而，该转子530能够相对于保持器550大体自由地旋转。在一个实施例中，利用磁铁542，有利于转子530的凸缘536朝向远离保持器550的内部凸缘556a的方向的运动，磁铁542将转子530朝向远离保持器550的方向拉向顶部单元或定子510，从而抑制在摆动阶段产生摩擦力。

在一个优选实施例中，该致动器500在摆动阶段被启动以调节下肢部件102′和假足单元104′之间的角度。在定子510和转子530之间设置的滚珠或滚珠轴承522也有利地抑制了在转子530与保持器550之间产生摩擦力。因此，该致动器500尽管在高负载下也能够启动，这有利地减小了对致动器500的磨损，提供延长的工作寿命。

如上讨论，在一个实施例中，当在拉伸状态时，致动器500抑制转子530相对于第二细长部件630的旋转。然而，本领域的普通技术人员将认识到：在另一个实施例中，当在压缩状态时，致动器500能够操作以抑制转子530相对于第二细长部件630的旋转。此外，在另一个实施例中，当在拉伸位置中时，该致动器500也能够布置为允许转子530相对于第二细长部件630的旋转。例如，在一个实施例中，在致动器500处于拉伸状态中时，该磁铁542能够产生磁力，磁力足以从保持器550的内部凸缘556a拉开转子530。另外，如上讨论，该致动器500在步行循环的摆动阶段678期间被启动。然而，本领域的普通技术人员将认识到：在步行循环的一个以上的阶段期间，该致动器500能够被启动。

虽然在上面关于下肢假体100′讨论了致动器500的操作，但是本领域的普通技术人员将认识到该致动器500也能够与矫正设备一起使用，以调节矫正设备的第一部分与第二部分的角度。另外，在移动的期望阶段期间，在上述实施例中描述的致动器500能够有利地被用于选择性地锁定矫正设备，以及在致动器500的启动期间，使转子530与保持器550之间的摩擦力最小，以有利于矫正设备的操作。

在本发明的一些实施例中，下肢假体或矫正体包括连接到其上的至少一个检测设备，并且至少一个检测设备基本上与负面外部影响或负载隔离。例如，在一些实施例中，该检测设备能够测量假足在单个方向上的角运动，而忽略或滤去假足在其它方向上的运动和/或负载。

例如，图20显示了具有踝运动控制足单元的下肢假体700的分解视图。为了简化参照与描述，未参照所示假体700描述和显示诸如一些螺栓、垫圈、轴承塞(bearing plug)等的一些部件。然而，从图20和这里的公开内容，普通技术人员将认识到：该部件或其等同物可与所示假体700的所示部件一起使用。

在一些实施例中，该假体700包括至少一个传感器组件，传感器组件有利地检测足单元围绕单个轴线的旋转，并且基本上忽略了足单元相对于该轴线的轴向和径向运动。例如，这种传感器组件可连接到假体700的旋转轴线和/或位于假体700的旋转轴线附近。

参照图20，所示下肢假体700包括足部件702，足部件702可由螺钉703连接到脚后跟部件704。如所示，该足部件702和脚后跟部件704可包括足单元，诸如可从

商业获得的LP VARI-FLEX(R)假足。在其它实施例中，该足部件702和/或脚后跟部件704可采用其它结构，或下肢假体700可无脚后跟部件704地操作。

如所示，该足部件702被构造为可绕主旋转销708旋转地连接于主框架706，或连接部件，主旋转销708穿过基部710延伸。在一些实施例中，该主旋转销708和基部710形成被构造为基本上模仿健康人的踝的自然运动的旋转组件。例如，该主旋转销708可允许足部件702的向足背弯曲和向足底弯曲，如参照图1-6的假体100在前面更详细地描述。

该假体700还包括致动器712，致动器712经基部710操作地连接到足部件702。具体而言，该致动器712连接到下部销714，下部销714允许致动器712的底部相对于紧固到足部件702的顶、后部的基部710旋转。在一些实施例中，该致动器712能够有利地调节主框架706和足单元702之间的至少一个角度，以便该足部件702围绕旋转组件的主旋转销708旋转。在一些实施例中，该致动器712包括在这里公开的多种类型的致动器中的任何一个，并能够基于从电子控制系统接收的一种或多种信号，主动调节主框架706与足部件702之间的角度。

如图20所示，该下肢假体700还可选地包括接收用户输入的键盘716，和部分覆盖致动器712的后盖718。该假体700也可包括其它设备和/或连接装置，以有利于假体700连接到被截肢者的肢体，诸如残肢。

所示下肢假体700还包括传感器组件720，传感器组件720被配置为连接到旋转组件的基部710并穿过旋转组件的基部710延伸。在一些实施例中，该传感器组件720被构造为测量假体700的至少一部分在至少一个方向上的运动。在一些优选的实施例中，该传感器组件720被构造和定位为测量假体700的一部分在单个方向上的运动。

例如，如图20所示，传感器组件720的至少一部分位于主旋转销708内，并且沿基本上垂直于主框架706的纵向或竖直轴线的轴线(例如，旋转轴线)延伸。所示传感器组件720能够检测或测量足部件702围绕主旋转销708的轴线的旋转。此外，在一些实施例中，该传感器组件720被紧固到假体700的旋转组件，以便该传感器测量值不受沿围绕主旋转销708旋转以外的方向的负载或力影响。例如，在一些实施例中，相对于主旋转销708的轴线的轴向或径向运动不影响传感器组件720的测量值。

图21显示了分解视图，显示了图20的传感器组件720的部件的进一步的细节。如所示，该传感器组件720包括位移测量传感器722，移测量传感器722经延伸器部分726连接到细长波纹管部724。在一些实施例中，足部件702相对于主框架706的相对旋转由位移测量传感器722测量。

这种旋转的测量可由传感器组件720采用多种方式执行。在一些实施例中，该主旋转销708刚性地连接于基部710，并且细长波纹管部724至少部分地位于主旋转销708内。在这种实施例中，该足部件702(和连接的基部710)相对于主框架706的相对运动导致细长波纹管部724(和连接的延长器部分726)相对于位移测量传感器722的相对旋转。例如，足部件702的旋转可导致细长波纹管部724相对于位移测量传感器722的旋转，位移测量传感器722可相对于主框架706固定。在其它实施例中，足部件702的旋转可导致位移测量传感器722相对于细长波纹管部722旋转，细长波纹管部可相对于主框架706固定。

在一些实施例中，该位移测量传感器722包括电位计，诸如例如线性或对数电位计。在这种实施例中，该细长波纹管部724的旋转导致延长器部分726和电位计的旋转输入部分727的对应旋转。在其它实施例中，可以使用其它类型的位移测量传感器，诸如例如旋转位置换能器、光学或机械编码器、上述传感器的组合等，以测量假体700的部件的运动和/或旋转。

如图21所示，该细长波纹管部724还包括围绕波纹管部724的外表面的多个脊728。在一些实施例中，该脊728有利地消除或基本上减小轴向(例如，沿波纹管部724的轴线)和/或径向(例如，垂直于波纹管部724的轴线的方向)的运动和/或负载对位移测量传感器722的测量值的影响。例如，至少一些脊728可位于容纳细长波纹管部724的至少一部分的部件内。在一些优选实施例中，这种部件可包括图20中显示的主旋转销708。在这种实施例中，该脊728可有利地将细长波纹管部724的运动隔离为围绕细长波纹管部724的轴线和主旋转销708的旋转。

在其它实施例中，该细长波纹管部724可包括多个槽或其它表面特征，多个槽或其它表面特征将细长波纹管部724的运动隔离为单个方向的运动。在其它实施例中，该传感器组件720可无延长器部分726或脊728地起作用。例如，该传感器组件720可包括柔韧压缩隔膜，柔韧压缩隔膜将位移测量传感器722连接到主旋转销708，并吸收不期望的运动(例如，轴向和/或径向运动)。

虽然已参照特定实施例描述了传感器组件720，但是传感器组件702用的其它配置可与假体700一起使用。例如，该主旋转销708可刚性连接于主框架706。在这种实施例中，位移传感器722或者细长波纹管部724也可固定于主框架706以便足部件702相对于主框架706的相对旋转由位移测量传感器722检测。

在本发明的其它实施例中，该假体700可包括其它类型的传感器组件，传感器组件可用于检测假体700的至少一个部件的运动。例如，该假体700可包括球窝关节组件，球窝关节组件利用围绕球窝关节的几何约束，使球窝关节组件的运动在至少一个方向上被约束，约束可例如包括接合球窝关节的一个或多个表面的一个或多个销或平坦表面。在其它实施例中，该传感器组件720可包括柔韧材料，该柔韧材料对扭转力刚性高，但允许纵向压缩和/或径向运动。

此外，可以理解：该传感器组件和/或假体700可有利地与多种运动控制修复和/或矫正设备一起使用，多种运动控制修复和/或矫正设备的实例在这里和在2005年2月11日申请的并且题为″SYSTEMAND METHOD FOR MOTION-CONTROLLED FOOT UNIT″的美国专利申请第11/056,344中更详细地进行了描述，该美国专利申请通过参考整体并入这里，并且被认为是本说明书的一部分。

虽然已描述了本发明的一些实施例，但是这些实施例已仅利用实例呈现，并且不期望限制本发明的范围。实际上，这里描述的新颖方法和系统可采用多种其它形式实施。例如，前述实施例可应用于踝以外的关节的运动控制，诸如膝或肩。此外，在不背离本发明的精神的情况下，可以进行多种省略、代替和在这里描述的方法和系统的形式的变化。该所附权利要求及其等同物期望覆盖落入本发明的范围和精神内的这种形式或修改。

Claims (80)

1.一种被构造为连接于肢体的设备，包括：

第一部分；

第二部分，所述第一部分和第二部分可彼此相对运动，以模仿自然的人关节；和

致动器，包括：操作地连接到定子的转子；和配置为旋转转子的电机；所述致动器将第一部分和第二部分连接在一起，并被构造为调节第一部分和第二部分之间的角度，

其中：在步行循环的期望阶段期间，有选择地锁定和解锁所述致动器。

2.根据权利要求1所述的设备，其中：所述致动器在处于拉伸状态时锁定。

3.根据权利要求2所述的设备，其中：所述致动器将摩擦力施加于转子上，从而当转子和定子处于彼此相对拉伸的状态时，抑制转子的旋转。

4.根据权利要求1所述的设备，其中：所述致动器还包括沿致动器的主轴线延伸的螺杆，所述电机围绕所述螺杆设置。

5.根据权利要求4所述的设备，其中：所述转子是螺母，该螺母相对于螺杆可旋转运动，并且其中：锁定力在螺母上的凸缘与围绕螺母设置的保持器上的凸缘之间产生。

6.根据权利要求5所述的设备，其中：所述螺母和螺杆螺纹啮合，并且锁定力还在螺母上的螺纹与螺杆上的螺纹之间产生。

7.根据权利要求1所述的设备，其中：所述致动器还被构造为当力施加于转子时抑制对电机施加负载。

8.根据权利要求1所述的设备，其中：所述第二部分是假足。

9.一种被构造为连接于肢体的设备，包括：

第一部分；

第二部分，所述第一部分和第二部分可彼此相对运动，以模仿自然的人关节；

致动器，包括：操作地连接到定子的转子；和配置为旋转转子的电机；所述致动器将第一部分和第二部分连接在一起，并被构造为调节第一部分和第二部分之间的角度；和

用于使抵抗转子的摩擦力最小的装置。

10.根据权利要求9所述的设备，其中：所述装置包括设置在转子和定子之间的滚珠轴承，所述滚珠轴承被配置为抑制转子和定子之间的摩擦力。

11.根据权利要求9所述的设备，其中：所述装置是在转子和定子之间设置的磁铁，所述磁铁被构造为将转子和定子拉向彼此，并朝向离开摩擦产生表面的方向拉转子和定子。

12.根据权利要求9所述的设备，其中：所述第二部分是假足，并且其中：所述自然的人关节是踝。

13.一种被构造为连接于肢体的设备，包括：

第一部分；

第二部分，所述第一部分和第二部分可彼此相对运动，以模仿自然的人关节；和

致动器，包括：操作地连接到定子的转子；和配置为旋转转子的电机；所述致动器将第一部分和第二部分连接在一起，并被构造为调节第一部分和第二部分之间的角度，

其中：所述电机围绕转子设置。

14.根据权利要求13所述的设备，其中：所述第二部分是假足，并且其中：所述自然的人关节是踝。

15.根据权利要求13所述的设备，其中：所述致动器还包括沿致动器的主轴线延伸的螺杆，所述螺杆具有中空部分。

16.根据权利要求15所述的设备，其中：所述转子是可相对于螺杆旋转运动的螺母。

17.根据权利要求16所述的设备，其中：所述螺母和螺杆螺纹啮合。

18.根据权利要求13所述的设备，其中：所述致动器还被构造为当力施加于转子时抑制对电机施加负载。

19.一种被构造为连接于肢体的修复设备，包括：

假足；

连接于假足的旋转组件，所述旋转组件模仿自然的人类踝关节；

具有上端和下端的支撑部件，其中：支撑部件的下端操作地连接到旋转组件；和

致动器，该致动器操作地连接到假足和支撑部件，所述致动器被配置为调节围绕旋转组件的支撑部件与假足之间的角度，

其中：在假足的步行循环的期望阶段期间，有选择地锁定和解锁所述致动器。

20.根据权利要求19所述的设备，其中：所述致动器在处于拉伸状态时锁定。

21.根据权利要求20所述的设备，其中：所述致动器包括连接到定子的转子，所述致动器被构造为将摩擦力施加于转子，从而当转子和定子处于彼此相对拉伸的状态时抑制转子的旋转。

22.根据权利要求20所述的设备，其中：所述转子是螺母，并且锁定力在螺母上的凸缘与围绕螺母设置的保持器上的凸缘之间产生。

23.根据权利要求22所述的设备，其中：所述螺母与螺杆螺纹啮合并可相对于螺杆旋转地运动，并且其中：所述锁定力还在螺杆上的螺纹和螺母上的螺纹之间产生。

24.根据权利要求19所述的设备，其中：当假足在脚后跟碰撞与趾离开之间的站立位置中时，所述致动器锁定。

25.一种致动器，包括：

围绕致动器的主轴线延伸的细长部件；

可旋转地连接到细长部件的转子；

操作地连接到转子的定子；

在转子和定子之间设置的至少一个磁铁，所述磁铁被构造为在转子和定子之间施加磁力；和

电机，被构造为相对于细长部件旋转转子，

其中：至少一个磁铁被配置为使转子和定子之间的摩擦力最小。

26.根据权利要求25所述的致动器，其中：所述细长部件是螺杆。

27.根据权利要求26所述的致动器，其中：所述螺杆是中空的。

28.根据权利要求25所述的致动器，其中：所述转子和螺杆被螺纹连接。

29.一种包括根据权利要求25所述的致动器的修复设备，其中：所述致动器调节所述修复设备的第一部分和第二部分之间的角度，所述第一部分和第二部分可彼此相对运动，以模仿自然的人关节。

30.根据权利要求29所述的修复设备，其中：所述第二部是假足，并且自然的人关节是踝。

31.一种致动器，包括：

围绕致动器的主轴线延伸的细长部件；

可旋转地连接到细长部件的转子；

操作地连接到转子的定子；

在转子和定子之间设置的滚珠轴承；和

电机，被构造为相对于细长部件旋转转子，

其中：所述滚珠轴承被配置为使转子和定子之间的摩擦力最小。

32.根据权利要求31所述的致动器，其中：所述细长部件是螺杆。

33.根据权利要求32所述的致动器，其中：所述螺杆是中空的。

34.根据权利要求32所述的致动器，其中：所述转子和螺杆被螺纹连接。

35.一种包括根据权利要求31所述的致动器的修复设备，其中：所述致动器调节所述修复设备的第一部分和第二部分之间的角度，所述第一部分和第二部分可彼此相对运动，以模仿自然的人关节。

36.根据权利要求35所述的修复设备，其中：所述第二部是假足，并且自然的人关节是踝。

37.一种致动器，包括：

围绕致动器的主轴线延伸的细长部件；

可旋转地连接到细长部件的转子；

操作地连接到转子的定子；和

围绕转子设置的电机，所述电机被构造为相对于细长部件旋转转子。

38.根据权利要求37所述的致动器，其中：所述转子通过力进行致动，不会将负载置于电机上。

39.一种包括根据权利要求37所述的致动器的修复设备，其中：所述致动器调节所述修复设备的第一部分和第二部分之间的角度，所述第一部分和第二部分可彼此相对运动，以模仿自然的人关节。

40.根据权利要求39所述的修复设备，其中：所述第二部分是假足，并且自然的人关节是踝。

41.一种致动器，包括：

围绕致动器的主轴线延伸的细长部件；

可旋转地连接到细长部件的转子；

围绕转子设置的保持器；

操作地连接到转子的定子；和

电机，被构造为相对于细长部件旋转转子，

其中：所述转子和保持器选择地接合以抑制转子的旋转。

42.根据权利要求41所述的致动器，其中：电机上的凸缘和保持器上的凸缘选择地接合，从而产生锁定力以抑制转子的旋转。

43.根据权利要求41所述的致动器，其中：所述细长部件是螺杆，并且所述转子是螺纹连接到螺杆的螺母。

44.根据权利要求43所述的致动器，其中：所述转子和螺杆上的螺纹之间的螺距在转子与螺杆之间产生摩擦力，摩擦力足够大以当轴向负载被施加于转子和/或螺杆时抑制转子与螺杆的相对旋转。

45.根据权利要求41所述的致动器，其中：当转子与定子处于彼此相对拉伸的状态时，转子和保持器接合，以产生锁定力。

46.一种包括根据权利要求41所述的致动器的修复设备，其中：所述致动器调节所述修复设备的第一部分和第二部分之间的角度，所述第一部分和第二部分可彼此相对运动，以模仿自然的人关节。

47.根据权利要求46所述的修复设备，其中：所述第二部是假足，并且自然人关节是踝。

48.根据权利要求47所述的修复设备，其中：在修复设备的步行循环的期望阶段期间，所述转子和保持器有选择地接合，以抑制转子的旋转。

49.一种操作连接于肢体的修复设备的方法，包括：

提供构造为连接于肢体的修复设备，所述设备模仿自然的人关节，并具有第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分可围绕所述关节彼此相对运动；

提供连接到第一部分和第二部分的致动器；

调节第一部分和第二部分之间的角度；和

在步行循环的期望阶段期间，有选择地锁定和解锁致动器。

50.根据权利要求49所述的方法，其中：选择性地锁定致动器包括在致动器的转子与围绕转子设置的保持器之间产生摩擦力。

51.根据权利要求50所述的方法，其中：选择性地锁定致动器还包括在致动器的转子与螺杆之间产生摩擦力。

52.根据权利要求49所述的方法，其中：选择性地锁定致动器包括当致动器的转子和定子处于彼此相对拉伸的状态时，锁定致动器。

53.根据权利要求49所述的方法，其中：选择性地锁定致动器包括在修复设备的步行期间的站立位置时，锁定致动器。

54.根据权利要求49所述的方法，其中：所述自然的人关节是自然的人类踝关节。

55.一种操作连接于肢体的修复设备的方法，包括：

提供构造为连接于肢体的修复设备，所述设备模仿自然的人关节，并具有第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分可围绕所述关节彼此相对运动；

提供连接到第一部分和第二部分的致动器；

调节第一部分和第二部分之间的角度；和

在步行循环的期望阶段期间，主动使阻制致动器的转子的摩擦力最小。

56.根据权利要求55所述的方法，其中：使摩擦力最小包括在致动器的转子与定子之间提供磁铁，所述磁铁被构造为将定子和转子拉向彼此。

57.根据权利要求55所述的方法，其中：使摩擦力最小包括在致动器的转子与定子之间设置滚珠轴承。

58.根据权利要求55所述的方法，其中：在修复设备的步行循环的摆动阶段期间，使摩擦力最小。

59.根据权利要求55所述的方法，其中：在修复设备的步行循环的站立阶段期间，使摩擦力最小。

60.根据权利要求55所述的方法，其中：所述自然的人类关节是自然的人类踝关节。

61.一种用于检测下肢修复设备的旋转运动的系统，所述系统包括：

假足；

具有上端和下端的连接部件；

旋转组件，将连接部件的下端可旋转地连接到假足，以允许假足围绕穿过旋转组件延伸的旋转轴线的旋转，其中：所述旋转组件被构造为基本上模仿自然的踝关节；和

传感器组件，其被连接到旋转组件并被构造为检测假足围绕旋转轴线的旋转，其中：传感器组件的至少一部分被构造为围绕旋转轴线旋转，并沿旋转轴线紧固地定位以基本上消除其它运动。

62.根据权利要求61的系统，其中：所述传感器组件包括位移测量传感器，位移测量传感器被构造为输出代表传感器组件的可旋转部分的旋转的信号。

63.根据权利要求62的系统，其中：所述位移测量传感器包括电位计。

64.根据权利要求62的系统，其中：所述传感器组件的可旋转部分包括基本上沿旋转轴线延伸的细长体。

65.根据权利要求64的系统，其中：所述传感器组件的可旋转部分包括波纹管部分。

66.根据权利要求65的系统，其中：所述波纹管部分被构造为至少部分地配合在基本上沿旋转轴线延伸的中空旋转销内。

67.根据权利要求66的系统，其中：所述波纹管部分包括多个脊，多个脊被构造为将波纹管部分的运动限制为围绕旋转轴线的旋转。

68.一种用于检测与肢体连接的设备的旋转运动的系统，所述系统包括：

足单元；

具有上端和下端的连接部件；

旋转组件，将连接部件的下端可旋转地连接到足单元，以允许足单元围绕穿过旋转组件延伸的轴线的旋转，其中：所述旋转组件被构造为基本上模仿自然踝关节；和

传感器组件，其被连接到旋转组件并被构造为检测足单元围绕所述轴线的旋转，并基本上忽略足单元相对于该轴线的轴向和径向运动。

69.根据权利要求68的系统，其中：所述传感器组件还包括电位计。

70.根据权利要求69的系统，其中：所述传感器组件还包括连接到电位计的细长波纹管部分，其中：所述细长波纹管部分基本上沿该轴线延伸。

71.根据权利要求70的系统，其中：所述细长波纹管部分基本上将运动限制为围绕所述轴线的旋转。

72.根据权利要求70的系统，其中：所述旋转组件包括圆柱形的旋转销，该旋转销沿所述轴线延伸并被构造为容纳细长波纹管部分的至少一部分。

73.根据权利要求68的系统，其中：所述旋转组件包括外壳和可在外壳内运动的球窝关节。

74.根据权利要求73的系统，其中：所述外壳将球窝关节的运动限制为围绕所述轴线的旋转。

75.根据权利要求68的系统，其中：所述足单元包括假体和矫正体中的至少一种。

76.根据权利要求68所述的系统，还包括：致动器，该致动器被配置为调节围绕旋转组件的连接部件与足单元。

77.根据权利要求76的系统，其中：所述致动器被配置为主动调节连接部件与足单元之间的角度。

78.一种用于检测与下肢连接的设备的旋转运动的系统，所述系统包括：

用于接触地面的足装置；

用于将足装置连接于患者的装置；

装置，用于将足装置可旋转地连接到用于连接的装置的下端，以允许足装置围绕穿过用于旋转连接的装置延伸的轴线的旋转，其中：用于旋转连接的装置基本上模仿踝关节；和

用于检测的装置，其被连接到用于旋转连接的装置，用于检测的装置还被构造为检测足装置围绕所述轴线的旋转，并基本上忽略足装置相对于该轴线的轴向和径向运动。

79.根据权利要求78的系统，其中：所述用于检测的装置包括电位计。

80.根据权利要求79的系统，其中：所述用于检测的装置包括连接到电位计的细长波纹管部分，其中：所述细长波纹管部分被构造为将足装置的运动限制为围绕旋转轴线的旋转。

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