1或外骨骼的其他部分的非接触距离传感器地直接测量的潜在地313，在要么在地面313上要么离开地面313的支撑腿318上的点，或者在躯干320上的点。
[0093]额外的实施例也可以使用没有严格定义在水平轴315或垂直轴314中而是定义为它们二者固定的一些组合的笛卡尔约束。一个例子如图39所示，其中，控制水平维度330和垂直维度331，以致它们之间存在固定比率，其将导致脚尖保持在虚线路径332上。将该路径约束与膝关节角度312轨迹组合将提供两种约束，从而能够计算余下的同时满足两个约束的摆动腿关节角度。当然，这只是几乎有无限多个可以定义的关系中的一个例子。
[0094]本发明还可以扩展到使用多于两个约束或少于两个约束，并且只要那些约束中的一个为笛卡尔约束的实施例中。例如，相同的方法扩展到只具有一个计算机控制的关节，如膝关节306，的系统中，该计算机控制的关节试图满足维持地面接触点的离地高度311的单一约束。在这样的场景中，该系统必须具有至少与打算满足的所需约束的数量一样多的可控制的自由度。因此，只具有一个可控制的膝关节306的系统不可能同时满足所需的地面接触X323和Y311的约束，因为该系统的几何结构没有提供可以解决保障满足系统上的两个约束的设置。类似的，该方法可以应用到具有对于两个约束的系统中，只要该系统存在比所需约束的数量更多的可控制的自由度。这样的一个实施例为，在矢状平面中具有可控制的髋关节308和膝关节306并且在正面图具有可控制的髋关节333的系统，其力求满足三个约束。这个系统的一组约束的例子可以是地面接触Y坐标、髋关节角度316，以及地面接触点334的正平面偏移，如图40所示。这些约束是一组有效的约束，因为它们为完全限定了该系统的所需几何结构的三个独立的约束。
[0095]本发明的另一组实施例调整髋308和膝306的运动以便实现所需的脚运动，其中，约束的改变贯穿整个脚步。一个在约束间移动并确定迈步状态的阶段的方法为使用有限的状态机。这些实施例允许系统根据在脚步过程中脚是如何前进的完成不同步骤。这些方法可以使用全部在前面的本发明的实施例中提出的相同约束。在典型的应用中，当这些约束使用在状态机实施例中，这些约束为约束轨迹的形式，采用关于通过脚步的时间定义。
[0096]在一个实施例中，该系统根据迈步的状态的不同约束，使用单一有限状态机来定义迈步的状态，如图41所示。在第一状态340，摆动腿310正打算弯曲并准备摆动。这可以用相对于支撑腿318上的点的脚尖X坐标323和摆动膝关节角度312轨迹的约束来定义。到下一个状态343的转移可以用多种方式定义，但是在这个例子中，转移发生在预定的膝关节角度312阈值。在第二状态341，摆动腿310通过最小的空隙阶段向脚301前进。这种运动可以使用相对于支撑腿318的脚尖X坐标323和脚尖Y坐标(在X、y空间中的简单路径)的约束定义。在完成最小的空隙阶段后，该状态根据相对于支撑腿318上的点一组脚尖X坐标323，转到下一个状态344。在第三状态345，使用相对于支撑腿上的点的脚后跟X坐标和膝关节角度312轨迹的约束，摆动腿310为脚跟着地做准备。上述过程可以扩展到本发明更复杂的实施例中，这些实施例结合了更多的状态，以便在任意一个时间更好地孤立脚301所需的行为，如图42所示。
[0097]以上结合优选实施例对本发明进行了描述，应当理解为，能够在不脱离本发明的精神的范围内，对本发明作出各种改进和修正。通常，本发明的保护范围应当仅受权利要求所述范围的限制。
【主权项】
1.一种控制带动力的下肢矫形器的方法，所述下肢矫形器具有至少一条带有至少两个执行器的腿，所述至少两个执行器被配置为由信号处理器控制并连接到人的下肢，所述方法包括: 当所述至少一条腿没有接触地面时，控制位于所述矫形器的所述至少一条腿上的参考点的轨迹，使其遵循由至少一个笛卡尔坐标限定的预定轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在水平轴中测量所述笛卡尔坐标。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在垂直轴中测量所述笛卡尔坐标。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在不完全水平或垂直的轴中测量所述笛卡尔坐标。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过垂直笛卡尔坐标和膝关节角度坐标限定所述轨迹。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过垂直笛卡尔坐标和髋关节角度坐标限定所述轨迹。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过水平笛卡尔坐标和膝关节角度坐标限定所述轨迹。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过水平笛卡尔坐标和髋关节角度坐标限定所述轨迹。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:测量所述参考点相对于一躯干连接件的轨迹，所述躯干连接件被配置为将所述矫形器连接至人的骨盆或躯干部位。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相对于绝对参考系测量所述参考点的所述轨迹。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相对于所述地面测量所述参考点的所述轨迹。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包括:根据与所述地面接触的所述矫形器的第二腿的方位，估计所述参考点的位置。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，从带有非接触式传感器的所述地面直接测量所述参考点的高度。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:在单一的步态周期内切换用于限定所述轨迹的坐标。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括保持一状态机以便在所述坐标中切换。
16.一种人工腿设备，配置为连接到人的下肢，该人工腿设备包括: 人工足，该人工足具有足尖和足跟； 小腿连接件，该小腿连接件连接到所述人工足； 大腿连接件，该大腿连接件配置为连接到人； 膝关节机构，该膝关节机构连接所述大腿连接件和所述小腿连接件，并使所述大腿连接件和所述小腿连接件能够相对于彼此进行弯曲和伸展运动； 扭矩发生器，该扭矩发生器配置为在所述大腿连接件和所述小腿连接件之间生成扭矩； 膝关节角度传感器，该膝关节角度传感器产生表示所述小腿连接件和大腿连接件之间的角度的膝关节角度信号； 站立传感器，该站立传感器配置为识别所述人工足的哪一部分与地面接触； 电源，该电源配置为提供电能；以及 信号处理器，该信号处理器连接到所述电源、所述扭矩发生器、所述膝关节角度传感器和所述站立传感器，其中，所述信号处理器接收来自所述膝关节角度传感器和所述站立传感器的信号，确定所述人工足处于迈步状态中，并且通过所述扭矩发生器控制所述小腿连接件和所述大腿连接件之间的角度，以使所述人工足遵循预定轨迹。
17.根据权利要求16所述的人工腿设备，其特在于，所述预定轨迹通常平行于所述地面。
18.—种人工腿设备，配置为连接到人的下肢，该人工腿设备包括: 小腿连接件，该小腿连接件配置为连接到人； 大腿连接件，该大腿连接件配置为连接到人； 躯干连接件，该躯干连接件配置为连接到人； 膝关节机构，该膝关节机构连接所述大腿连接件和所述小腿连接件，并使所述大腿连接件和所述小腿连接件能够相对于彼此进行弯曲和伸展运动； 膝关节扭矩发生器，该膝关节扭矩发生器配置为在所述小腿连接件和所述大腿连接件之间生成扭矩； 膝关节角度传感器，该膝关节角度传感器产生表示所述小腿连接件和大腿连接件之间的角度的膝关节角度信号； 髋关节机构，该髋关节机构连接所述大腿连接件和所述躯干连接件，并使所述大腿连接件和所述躯干连接件能够相对于彼此进行弯曲和伸展运动； 髋关节扭矩发生器，该髋关节扭矩发生器配置为在所述大腿连接件和所述躯干连接件之间生成扭矩； 髋关节角度传感器，该髋关节角度传感器产生表示所述大腿连接件和躯干连接件之间的角度的髋关节角度信号； 电源，该电源配置为提供电能；以及 信号处理器，该信号处理器连接到所述电源、所述膝关节扭矩发生器、髋关节扭矩发生器、所述膝关节角度传感器和所述髋关节角度传感器，其中，所述信号处理器接收来自所述膝关节角度传感器和所述髋关节角度传感器的信号，并且分别通过所述膝关节扭矩发生器和髋关节扭矩发生器控制所述小腿连接件和所述大腿连接件之间的角度以及所述大腿连接件和所述躯干连接件之间的角度，以使所述人工腿上的参考点遵循由至少一个笛卡尔坐标限定的预定轨迹。
19.根据权利要求18所述的人工腿设备，其特征在于，所述笛卡尔坐标为所述参考点相对地面的高度。
20.一种人工腿设备，配置为连接到人的下肢，该人工腿设备包括: 人工足，该人工足具有足尖和足跟； 小腿连接件，该小腿连接件连接到所述人工足； 大腿连接件； 躯干连接件，该躯干连接件配置为连接到人； 膝关节机构，该膝关节机构连接所述大腿连接件和所述小腿连接件，并使所述大腿连接件和所述小腿连接件能够相对于彼此进行弯曲和伸展运动； 膝关节扭矩发生器，该膝关节扭矩发生器配置为在所述小腿连接件和所述大腿连接件之间生成扭矩； 膝关节角度传感器，该膝关节角度传感器产生表示所述小腿连接件和大腿连接件之间的角度的膝关节角度信号； 髋关节机构，该髋关节机构连接所述躯干连接件和所述大腿连接件，并使所述躯干连接件和所述大腿连接件能够相对于彼此进行弯曲和伸展运动； 髋关节扭矩发生器，该髋关节扭矩发生器配置为在所述大腿连接件和所述躯干连接件之间生成扭矩； 髋关节角度传感器，该髋关节角度传感器产生表示所述大腿连接件和躯干连接件之间的角度的髋关节角度信号； 站立传感器，该站立传感器配置为识别所述人工足的哪一部分与地面接触； 电源，该电源配置为提供电能；以及 信号处理器，该信号处理器连接到所述电源、所述膝关节扭矩发生器、髋关节扭矩发生器、以及所述膝关节角度传感器、所述髋关节角度传感器和所述站立传感器中的每一个，其中，所述信号处理器接收来自所述膝关节角度传感器、所述髋关节角度传感器和所述站立传感器的信号，确定所述人工腿处在迈步状态中，并且分别通过所述膝关节扭矩发生器和髋关节扭矩发生器控制所述小腿连接件和所述大腿连接件之间的角度以及所述大腿连接件和所述躯干连接件之间的角度，以使所述人工足遵循预定轨迹。
21.根据权利要求20所述的人工腿设备，其特征在于，所述预定轨迹基本平行于所述地面。
【专利摘要】一种带动力的下肢矫形器（100；310），包括连接到人工足（108；301）的小腿连接件（105；305），连接到该小腿连接件（105；305）的膝关节机构（107；306），以及大腿连接件（103；307），根据来自各个矫形器上安装的传感器（122,124,126,127）的信号控制该带动力的下肢矫形器，以致该人工足（108；301）遵循由至少一个笛卡尔坐标限定的预定轨迹。
【IPC分类】A61F2-68
【公开号】CN104684509
【申请号】CN201380039769
【发明人】提姆·斯威夫特, 亚当-布莱恩·佐斯, 凯瑟琳·斯特拉塞尔, 马修·罗莎, 荷梅勇·卡扎若尼, 迪伦-米勒·费尔班克斯, 密涅瓦-瓦苏德万·皮莱, 米克拉斯·施瓦兹, 布拉姆-吉尔伯特-安东·兰布雷希特, 塞巴斯蒂安·克鲁泽
【申请人】艾克索仿生技术公司, 加利福尼亚大学董事会
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年5月21日
【公告号】CA2874468A1, EP2854717A1, WO2014007917A1