用于控制动力假体的控制系统和方法技术方案

本方法和本控制系统用于确定运动段和运动段相位，用于实时地控制动力假体。因此，该方法包括：从多个主人工本体感受器（１６）接收数据信号；获得关于每个数据信号的一阶和二阶导数信号；获得关于至少一个数据信号的三阶导数信号；针对每个具有相应的数据和导数信号的人工本体感受器，使用第一状态机的集合从多个可能的状态中选择一个状态；使用主人工本体感受器的状态产生运动段的相位；和使用与数据信号相关的事件，使用第二状态机从多个可能的运动段中选择运动段。特别地，其良好地适用于控制用于膝上截肢患者的动力假腿（１２）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于控制动力假肢的控制系统和方法。特别地，本专利技术良好地适用于控制用于膝上截肢患者的动力假腿。
技术介绍
如控制工程师所公知的，复杂机械系统的自动化不是易于实现的。在该系统中，众所周知，传统的动力假肢，或者如其更加常见的称谓，肌电假体，具有控制的问题。这些传统的假体配备有基础控制器，其在不与截肢患者进行交互的情况下人为地使关节运动，并且这些传统的假体仅能产生基本的运动。该基础控制器不考虑工作环境的动力学条件，忽略了这一事实，即需要假体在实际应用中产生适当的控制。它们通常缺乏所需用于预知假肢响应的预见性控制策略，而且缺乏能够针对假体运动调整控制参数的自适应调节。由于人类肢体的运动是一个复杂的过程，包括同时的随意事件、反射事件和随机事件，因此传统的肌电假体不具有同时与人类身体和外部环境进行交互以具有最小的适当的机能的能力。例如，在用于膝上截肢患者的假腿的情况中，人类运动的复杂性导致迄今为止传统假腿的技术改进仅集中于无源机构。这对于将动力假腿结合到人类身体是确实不利的。取决于截肢患者，传统假腿的使用的具体条件，诸如重复性的动作和连续的负重，典型地带来了这样的问题，诸如，新陈代谢能量消耗的增加、腔压的增加、运动速度的限制、骨盆/脊椎对准的错乱以及体位临床康复程序的使用的增加。主要问题在于，由于传统的假腿没有配备能够自行推进的伺服机构，因此在运动过程中使用的能量主要来源于用户。此能量代偿具有很大的短期和长期的负面影响，其来自于该假体的日常使用。因此，在运动过程中由该假腿承担的动力任务，使得该假体的长期佩戴是不可能的，这是因为，特别地，其可能产生数种皮肤问题，诸如毛囊炎、接触性皮炎、水肿、囊肿、皮肤划伤、疤痕和溃疡。尽管这些皮肤问题可以通过使用硅鞘、完整的接受腔或者散剂而得到部分缓解，但是现今皮肤问题仍然是一个首要的问题。同样地，传统的假腿的无源本性典型地导致了运动的不稳定性、混乱的运动同步性和减小的运动速度。在节能假体部件领域中的最新进展部分地致力于改善截肢患者和假体之间的能量传输。然而，能量消耗的问题仍未得到全面的解决，仍是主要的问题。考虑到该背景，显而易见的是，需要发展一种改进的控制系统和一种新的方法，用于控制动力假体，以便于满足截肢患者的需要，特别是膝上截肢的患者。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了用于确定运动段和运动段的相位的方法，用于实时地控制动力假体，该方法包括提供多个主人工本体感受器；接收来自每个主人工本体感受器的数据信号；获得关于每个数据信号的一阶和二阶导数信号；获得关于至少一个数据信号的三阶导数信号；针对每个具有相应的数据和导数信号的主人工本体感受器，使用第一状态机的集合从多个可能的状态中选择一个状态；使用主人工本体感受器的状态产生运动段的相位；和使用与数据信号相关的事件，使用第二状态机从多个可能的运动段中选择运动段。根据本专利技术的另一方面，提供了用于实时地控制动力假体的方法，该方法包括提供多个主人工本体感受器；接收来自每个主人工本体感受器的数据信号；获得关于每个数据信号的一阶和二阶导数信号；获得关于至少一个数据信号的三阶导数信号；针对每个具有相应的数据和导数信号的主人工本体感受器，使用第一状态机的集合从多个可能的状态中选择一个状态；使用主人工本体感受器的状态产生运动段的相位；使用与数据信号相关的事件，使用第二状态机从多个可能的运动段中选择运动段；计算运动速度值；至少使用运动段的相位、运动段和运动速度值，从查询表中确定系数值；使用来自查询表的系数值，计算动力假体的至少一个动力学参数值；和将该动力学参数值转换为输出信号，用以控制动力假体。根据本专利技术的另外的方面，提供了用于确定运动段和运动段的相位的设备，用于使用多个主人工本体感受器实时地控制动力假体，该设备包括用于每个主人工本体感受器的数据信号输入端；用于获得关于每个数据信号的一阶和二阶导数信号的装置；用于获得关于至少一个数据信号的三阶导数信号的装置；第一状态机的集合，该第一状态机用于针对每个具有相应的数据和导数信号的主人工本体感受器，从多个可能的状态中选择一个状态；用于使用主人工本体感受器的状态产生运动段的相位的装置；第二状态机，该第二状态机用于使用与数据信号相关的事件，从多个可能的运动段中选择运动段。根据本专利技术的另外的方面，提供了用于实时地控制动力假体的控制系统，该系统包括多个主人工本体感受器；用于获得关于每个数据信号的一阶和二阶导数信号的装置；用于获得关于至少一个数据信号的三阶导数信号的装置；第一状态机的集合，该第一状态机用于针对每个具有相应的数据和导数信号的主人工本体感受器，从多个可能的状态中选择一个状态；用于使用主人工本体感受器的状态产生运动段的相位的装置；第二状态机，该第二状态机用于使用与数据信号相关的事件，从多个可能的运动段中选择运动段；用于计算运动速度值的装置；用于存储包括系数值的查询表的装置，其中系数值至少涉及运动段的相位、运动段和运动速度值；用于至少使用运动段的相位、运动段和运动速度值，从查询表中确定系数值的装置；用于使用来自查询表的系数值，计算动力假体的至少一个动力学参数值的装置；用于将该动力学参数值转换为输出信号，用以控制动力假体的装置。在下文的详细描述中，描述了本专利技术的这些和其他的特征，或者本专利技术的这些和其他的特征在其中是显而易见的，其中该描述是结合附图而进行的。附图说明图1是示出了根据本专利技术的优选实施例的控制系统的框图。图2是具有前致动器设置的动力假体的示例的透视图。图3是具有后致动器设置的动力假体的示例的透视图。图4是配备有足底压力传感器的鞋垫的鞋面的示意图。图5是图4所示的传感器的截面图。图6是用于选择运动段的状态机的图示的示例。图7是图6所示的状态机的图示中的一个运动段(BTW)中的运动段相位的示例。图8a～8d是典型的平地行走过程中使用足底压力传感器的四个数据信号的示例。图9a～9d给出了获得自跟部处的足底压力传感器的数据信号及其前三阶导数的示例。图10a～10d给出了获得自跖趾(MP)处的足底压力传感器的数据信号及其前三阶导数的示例。图11a～11d给出了关于跟部处的足底压力传感器的数据信号及其前三阶导数的足底压力传感器的状态的示例。图12a～12c给出了关于跖趾(MP)处的足底压力传感器的数据信号及其前三阶导数的足底压力传感器的状态的示例。图13是用于选择关于跟部区域的足底压力传感器的状态的状态机的图示的示例。图14是用于选择关于跖趾(MP)区域的足底压力传感器的状态的状态机的图示的示例。图15是相位识别模块(PRM)的整体框图。图16是示出了零点校准的框图。图17是示出了对象重量校准的框图。图18是轨迹发生器(TG)。图19是示出了创建轨迹发生器(TG)的查询表的框图。图20是示出了表示关于给定的运动段、运动段相位和对象速度的运动学或者动力学变量的曲线示例的图线。图21是图20的放大的表示。缩略词详细描述和数字表示下列的技术缩略词A/D模拟/数字 BDW“向下倾斜的步行-开始路线”运动段BGD“下楼-开始路线”运动段BGU“上楼-开始路线”运动段BTW“直线步行-开始路线”运动段BTW_SWING检测在腿摆动过程中的典型的步行gr_legBUW“向上倾斜的步行-开始路线”运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定运动段和运动段的相位的方法，用于实时地控制动力假体，该方法包括：提供多个主人工本体感受器；接收来自每个主人工本体感受器的数据信号；获得至少某些数据信号的一阶和二阶导数信号；获得关于至少一个数据信号 的三阶导数信号；针对每个具有相应的数据和导数信号的主人工本体感受器，使用第一状态机的集合从多个可能的状态中选择一个状态；使用主人工本体感受器的状态产生运动段的相位；和使用与数据信号相关的事件，使用第二状态机从多个可能 的运动段中选择运动段。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡贝达尔，
申请(专利权)人：维克多姆人体机械公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]