内，且相对于小腿连接件105保持静止。磁性编码器120测量嵌入在轴118内的磁体119的角度。轴118固定在大腿连接件103，并转向滚针轴承135的内部。推力套管136在大腿连接件103和膝关节机构107之间提供轴向支撑。轴承盖115保护滚针轴承135，液压动力单元200除其他部件外，还包括电动机控制器128、液压泵201、液压歧管190、扭矩发生器104和压力传感器126和127。动力单元200枢转连接在位于滚针轴承135上的小腿连接件105上。扭矩发生器104通过滚针轴承139连接到大腿连接件103，以实现大腿连接件103、小腿连接件105和扭矩发生器104之间的接合。步态站立传感器124将小腿连接件105连接到脚踝塔架109。使用电池129向假肢膝关节100提供能量。
[0059]图23显示了图16中的液压阀回路的透视图。箭头141表示驱动模式下在箭头132所示的伸展方向上的液压流通路。三通阀210具有三个端口 211、212和213 (如图16所示)，且三个端口分别连接到液压泵201、止回阀207和扭矩发生器104。止回阀228和229防止流体流回贮存器230中。液压流通路231和232定义了从液压泵201和三通液压阀210到贮存器230的通路。图24为图16的液压阀回路的透视图，其中箭头142示意了非驱动模式下在伸展方向上的液压流的通路。
[0060]图25为液压动力单元200的分解图。液压泵201包括泵盖199和泵座198。驱动齿轮196通过耦合器195连接到电动机202。液压泵201的驱动齿轮197与驱动齿轮196相啮合。歧管190包括所有液压通路。贮存器230包括空气/液体分配器236和空气阀237。空气阀237用于压缩贮存器230中的空气。散热器192用于从电动机202上的热转移。压力传感器126和127测量扭矩发生器104的两个室中的液压。杆端106将扭矩发生器104连接到大腿连接件103。部件191和235分别为电动机安装板和贮存器壳体。
[0061]图26显示了三通阀210的细节。阀带电动机270连接到阀传送器271。编码器包括编码器壳体274、编码器磁盘272和编码器读取头273，用于测量阀位置。阀壳体260具有三个端口 211、212和213。在该实施例中，阀壳体260上具有五个孔261。阀缸250连接到阀传送器271的输出轴。如图26和28所示，两个槽251位于在阀缸250内。当阀缸250被阀电动机270带动时，三通阀210呈现图16所示的至少三个位置中的其中一个位置。如图29A所示，当三通阀210处于其第一位置时，端口 211和端口 213彼此完全打开。当三通阀210处于其第二位置时(图29B所示)，端口 211、端口 212和端口 213连接在一起。当三通阀210处于其第三位置时(图29C所示)，端口彼此不连接。从图26和图29D可见，槽251上具有一些凹痕252，以控制端口的开口。不言而喻，阀缸250可位于除图29A-D所示之外的其他位置。为获得理想的液体流动阻力，可以通过信号处理器对阀进行实时调节，以实现最佳性能。
[0062]图30为半驱动式假肢膝关节100的实施例，其中压力传感器126和127测量扭矩发生器104两端的液压。另外，图30为液压动力单元的一个实施例，其中省略了液压歧管190，以便清晰显示扭矩发生器104和压力传感器126和127之间的连接通路。
[0063]图31显示了图20所示的半驱动式假肢膝关节100的实施例中的步态站立传感器124的实现。步态站立传感器124将脚踝塔架109连接到小腿连接件105上。在该实施例中，步态站立传感器124上装有数个应变计161-172，以测量在步态站立期通过小腿连接件105传递的力和力矩。图32A-32C显示了应变计161-172在步态站立传感器124上的位置。如图32C所示，步态站立传感器124包括夹在脚踝塔架109上的管钳159。
[0064]应变计161、162、163和164电连接成惠斯登电桥，以测量抗剪腹板160上的竖向剪切应力，该垂直切力由作用在腹板之一上的力产生。应变计169、170、171和172电连接成惠斯登电桥，以测量第二抗剪腹板上的垂直切力。两个抗剪腹板160上的垂直切力之和抵消了可能影响垂直切力测量的正面力矩。应变计165、166、167和168电连接成惠斯登电桥，以测量由于步态站立传感器124右侧上的矢状面力矩负载而产生的剪切应变。应变计173、174、175和176电连接成惠斯登电桥，以测量剪切应变，该剪切应变由步态站立传感器124左侧上的矢状面力矩负载产生。步态站立传感器124的左侧和右侧上的力矩负载之和抵消了可能影响矢状力矩测量结果的旋转力矩。由于步态站立传感器124上的旋转力矩在常规操作中比矢状面力矩小，应变计165、166、167和168或应变计173、174、175和176电连接成惠斯登电桥的替代配置，以测量水平剪切应变力，该水平剪切应变力由作用在步态站立传感器124上的右侧或左侧上的水平力产生。
[0065]图33显示了去除盖151和152的半驱动式假肢膝关节100。
[0066]在一些实施例中，信号处理器130接受来自各传感器的信息，以执行膝关节上的各控制器。这些控制器在本文中称为“状态”。图34为由信号处理器130执行的状态的示意图。其中标注出了全部状态。箭头显示了信号处理器130将假肢膝关节从一种状态转移到另一种状态的条件。以下对各状态和转移到该状态的条件进行描述。
[0067]步态站立
在工作中，当步态站立传感器124指示人工足108已经接触地面，如图20所示，信号处理器130开始执行步态站立状态140。在本发明的一些实施例中，在步态站立状态140中，半驱动式假肢膝关节100工作在非驱动模式下。这意味着在步态站立状态140中，其中半驱动式假肢膝关节100工作在非驱动模式下，半驱动式假肢膝关节100中没有电能从电源205转移到电动机202，液压阀回路204调节扭矩发生器104中的液体流动阻力。调节扭矩发生器104中液体流动阻力，能够实现在步态站立状态140时控制膝关节机构107对力和扭矩的阻力，同时使用的电能更少，因为电动机202在该非驱动模式下未消耗任何电能。
[0068]在本发明的一些实施例中，当步态站立传感器124指示人工足108的脚后跟比人工足108的脚尖承载了更多负荷时，液压动力单元200对扭矩发生器104中的液体流施加更大阻力，该阻力大于当步态站立传感器124指示人工足108的脚尖比人工足108的脚后跟承载了更多的负荷时的阻力。
[0069]向前迈步
在本发明的一些实施例中，当半驱动式假肢膝关节100工作在步态站立状态140时，且信号处理器130得知人工足108已从大致位于截肢者躯体后的地面上分离后，信号处理器130开始执行向前迈步状态149。在本发明的一些实施例中，在向前迈步状态149中，半驱动式假肢膝关节100工作在驱动模式下。这意味着，在半驱动式假肢膝关节100工作在驱动模式下的向前迈步状态149中，半驱动式假肢膝关节100用于将电能从电源205转移到电动机202，以驱动电动机202和液压泵201。在该驱动模式下，液压阀回路204使液压泵201液压连接至扭矩发生器104，使得整个液压泵的输出流流入扭矩发生器104。液压泵201和扭矩发生器104之间的这种液压连接使得信号处理器130通过控制电动机202直接控制扭矩发生器104。在一部分或整个向前迈步状态149中，向扭矩发生器104中输入能量，能够控制膝关节机构107的运动，或向膝关节机构107上施加理想的扭矩。
[0070]在本发明的一些实施例中，在向前迈步状态149中，信号处理器130控制大腿连接件103和小腿连接件105之间的角度，使得人工足108遵循一定的轨迹。在本发明的一些实施例中，在假肢膝关节100工作在驱动模式下的向前迈步状态中，信号处理器130控制大腿连接件103和小腿连接件105之间的角度，该角度为关于大腿角度信号156的函数(如图I所示)，这样，人工足108遵循一定的轨迹。这使得截肢者在步态迈步时将人工足108向前和向后移动(即，改变方向)，从而使人工足108在一定轨迹上。在一些实施例中，人工足108的轨迹为大致平行于地面的直线。应当理解为，可以使用小腿角度传感器，结合膝关节角度传感器120，以测得大腿角度信号156。在本发明的更具体的实施例中，在假肢膝关节100工作在驱动模式下的向前迈步状态149中，信号处理器130控制大腿连接件103和小腿连接件105之间的角度，该角度首先为大腿角度信号156的函数，接着为时间的函数。例如，在一些实施例中，在将人工足108在一定轨迹上调节至一点，使得人工足108位于截肢者身体的前面时，信号处理器130在适于当前步行速度的时间内伸展膝关节。在本发明的一些实施例中，在向前迈步状态149中，其中，假肢膝关节100在驱动模式下操作，信号处理器130控制大腿连接件103和小腿连接件105之间的角度，使得小腿连接件105的绝对角度遵循一定轨迹。
[0071]反向迈步
在本发明的一些实施例中，当半驱动式假肢膝关节100工作在步态站立状态140下时，且信号处理器得知人工足108已从截肢者躯体前面的地面上分离信号后，处理器130开始执行反向迈步状态。在本发明的一些实施例中，在反向迈步状态150中，半驱动式假肢膝关节100工作在驱动模式下。
[0072]这意味着，在反向迈步状态下，向扭矩发生器104中输入能量，能够控制膝关节机构107的运动，或向膝关节机构107上施加理想的扭矩，这一过程发生在反向迈步状态的150的一部分中或整个状态中。
[0073]在本发明的一些实施例中，在反向迈步状态150中，信号处理器130控制大腿连接件103和小腿连接件105之间的角度，使得人工足108遵循一定轨迹。在本发明的另一些实施例中，在假肢膝关节100工作在驱动模式下的反向迈步状态150中，信号处理器130控制大腿连接件103和小腿连接件105之间的角度，该角度为大腿角度信号156的函数，这样使得人工足108遵循一定轨迹。这使得截肢者反向迈步150时将人工足108向前和向后移动(即，改变方向)，并使人工足108位于一定轨迹上。在一些实施例中，人工足108的轨迹为大致平行于地面的直线。另外应当理解，可以使用小腿角度传感器，结合膝关节角度传感器120，以测得大腿角度信号156。在本发明的更具体的实施例中，在假肢膝关节100工作在驱动模式下的反向迈步状态150中，信号处理器130控制大腿连接件103和小腿连接件105之间的角度，该角度首先为大腿角度信号156的函数，接着为时间的函数。例如，在一些实施例中，在将人工足108在一个轨迹上调节至一点，使得人工足108位于截肢者身体的前面时，信号处理器130在适于当前步行速度的时间内伸展膝关节。在本发明的一些实施例中，在假肢膝关节100工作在驱动模式下的反向迈步状态150中，信号处理器130控制大腿连接件103和小腿连接件105之间的角度，使得小腿连接件105的绝对角度遵循一定轨迹。
[0074]上升迈步
在本发明的一些实施例中，当半驱动式假肢膝关节100工作在步态站立状态140下，并且信号处理器得知人工足108已从截肢者躯体前面的地面上分离后，信号处理器130开始执行反向迈步状态。在本发明的一些实施例中，在上升迈步状态143中，半驱动式假肢膝关节100工作在驱动模式下。这意味着，在上升迈步状态143中，其中半驱动式假肢膝关节100工作在驱动模式下，假肢膝关节100用于将电