专利名称：用于义膝的控制系统和方法
技术领域：
本发明主要涉及附加到肢体的设备(例如义肢和矫正器械)以及用于外部义膝的自适应控制方法和系统。具体地，本发明涉及对用于外部义膝的自适应控制系统进行配置和维护的系统和方法。
背景技术：
微电子技术的发展使修复系统(例如义膝)能够为装配了这些系统的患者提供更自然的功能。然而，电子技术的发展已经大大超过了控制系统的发展。因此，存在对用于修复系统的改进控制系统的需求。
此外，用于修复系统的电子控制系统的发展已经引起了对配置和监视该控制系统的系统和方法的需求。许多这样的系统已经包括了专用硬件和定制用户接口。此外，配置选项典型地已经基于修复师(prosthetist)对多个任意阻尼参数的设定(在一些情况下是在用户使用膝盖行走时)。定制的控制和配置使得训练修复师变得更加困难和昂贵，并使患者不能调整他们的设备。因此，存在对用于配置和监视修复系统中的控制系统的改进系统和方法的需求。
发明内容
本发明的系统、方法和设备中每一个都具有多个方面，没有单独的一个方面能够完全代表本发明的期望特性。现在简要地讨论本发明的突出特性，而不是限制所附权利要求中所表述的本发明的范围。在考虑了这个讨论之后，特别在阅读了标题为“具体实施方式
”这部分后，将会理解本发明的特性是如何提供下列优点的提供修复控制系统，所述修复控制系统为其用户提供了更自然和更舒适的运动；通过图形计算设备能够进行更方便和更直观的配置。
一个实施例是被配置为附加到肢体上的设备，所述设备包括磁流变(MR)阻尼器。所述设备可以是用于义肢或矫正器械。MR阻尼器可以被配置为以切变模式操作。在一个实施例中，MR阻尼器包括旋转MR阻尼器。控制器被配置为操作阻尼器。运动计算设备可以适于间歇地将配置参数传送给控制器。所述控制器也可以适于间歇地将配置参数传送给移动计算设备。所述配置参数可以包括目标值。在一个实施例中，所述控制器适于间歇地将操作数据传送给移动计算设备。
所述移动计算设备可以是个人数字助理。所述个人数字助理可以是商业上现货供应(commercial off-the-shelf)的单元。在其它实施例中，所述移动计算设备可以是移动手持电话、个人计算机或移动个人计算机。所述移动计算设备可以包括图形用户接口。所述图形用户接口可以显示将参数值与状态机条件相关联的标记。所述状态机条件可以包括地形条件和/或步法周期状态。所述图形用户接口可以显示将参数值与自适应参数相关联的标记。
另一个实施例是被配置为附加到肢体上的设备，所述设备包括被配置为操作传动器的控制器。所述设备可以是用于义肢或矫正器械。移动计算设备可以具有图标图形用户接口并适于间歇地将配置参数传送给控制器。所述控制器还可以被配置为将数据传送给所述移动计算设备。所述图形用户接口可以显示将参数值与状态机条件相关联的标记。所述状态机条件可以包括地形条件和/或步法周期状态。所述图形用户接口可以显示将参数值与自适应参数相关联的标记。
另一个实施例是包括MR阻尼器的义膝或矫正膝盖系统。所述MR阻尼器可以被配置为以切变模式操作。所述MR阻尼器可以包括旋转MR阻尼器。软件系统被配置为在系统操作时自适应地改变阻尼器的阻尼参数。移动计算设备可以适于间歇性地将阻尼参数传送给所述软件系统。所述软件系统还可以被配置为将数据传送给所述移动计算设备。所述阻尼参数可以包括目标值。
另一个实施例是包括MR阻尼器的义膝或矫正膝盖系统。所述MR阻尼器可以被配置为以切变模式操作。所述MR阻尼器可以包括旋转MR阻尼器。控制器可以被配置为操作所述阻尼器，其中所述控制器被配置为从计算网络接收数据。所述计算网络可以包括因特网。无线收发机可以被配置为从所述计算网络接收所述数据。所述数据可以从网络计算设备发送。所述控制器也可以被配置为向所述网络发送数据。从所述计算网络接收到的所述数据可以是可执行软件。所述控制器可以被配置为执行所述可执行软件。
义膝或矫正膝盖系统的另一个实施例可以包括MR阻尼器和被配置为操作所述阻尼器的控制器。所述MR阻尼器可以被配置为以切变模式操作。所述MR阻尼器可以包括旋转MR阻尼器。所述控制器被配置为向计算网络发送数据。所述计算网络可以包括因特网。无线收发机可以被配置为向所述计算网络发送数据。所述数据可以从网络计算设备发送。
另一个实施例是维护义肢或矫正器械中的电磁传动器的方法，所述电磁传动器由具有第一电流极性的第一电流脉冲激励。所述义肢可以是MR膝盖。所述方法可以包括将第二电流脉冲施加到电磁传动器，其中所述第二电流脉冲具有与第一电流的极性相反的电流极性。所述第二电流脉冲可以具有根据最大电流值而确定的大小。所述最大电流值可以在具有与第一电流的极性相反的电流极性的第三脉冲的时间之后来测量。优选地，所述第二电流脉冲具有所述最大电流值的五分之一到二分之一范围内的大小。更优选地，所述第二电流脉冲具有所述最大电流值的四分之一到三分之一范围内的大小。在一个实施例中，所述第二电流脉冲具有大约为所述最大电流值的四分之一的大小。
另一个实施例是在下楼梯时控制义膝的摆动伸展的方法。所述义膝可以是MR膝盖。所述方法可以包括识别楼梯摆动伸展状态；测量膝盖的伸展角度；以及仅当伸展角度小于预定值时向所识别的膝盖摆动施加第一增益值的阻尼，否则施加第二增益值的阻尼。所述第二增益值可以是实质为0。所述第一增益值可以大于第二二增益值。所述第一增益值可以远大于所述第二增益值。所述预定值可以包括软碰撞角度。所述的识别步骤可以包括检测缺少预摆动。所述检测缺少预摆动的步骤可以包括测量力矩并确定力矩是否小于多个测量力矩的加权平均值。测量所述力矩可以包括测量膝盖角速率、测量膝盖负荷以及根据膝盖角速率和膝盖负荷计算力矩。
另一个实施例是控制义膝系统的方法，包括测量膝盖运动的至少一个特性；至少部分地基于膝盖运动的至少一个测量特性来识别控制状态；至少部分地基于控制状态来计算阻尼值；以及施加阻尼值以控制MR阻尼器的阻力。所述MR阻尼器可以被配置为以切变模式操作。所述MR阻尼器可以包括旋转MR阻尼器。所述测量可以包括从膝盖角度传感器接收数值和/或从负荷传感器接收数值。从负荷传感器接收数值可以包括从应变仪接收至少一个数值。在一个实施例中，阻尼值至少部分地基于先前的阻尼值而被滤波。所述滤波可以包括应用定点无限冲击响应滤波器，从而对阻尼值进行滤波。所述计算可以包括适应阻尼参数。所述适应可以至少部分地基于经验函数。
另一个实施例是义膝系统，所述系统包括MR阻尼器；至少一个被配置为测量膝盖运动的传感器；以及被配置为至少部分地基于膝盖运动的测量而识别控制状态并被配置为至少部分地基于控制状态向阻尼器发送控制信号的软件系统。所述MR阻尼器可以被配置为以切变模式操作。在一个实施例中，所述MR阻尼器包括旋转MR阻尼器。所述至少一个传感器可以包括膝盖角度传感器、负荷传感器和/或至少一个应变仪。所述控制信号可以包括电流。所述阻尼器可以被配置为响应电流来改变旋转的阻力。所述软件系统还可以被配置为至少部分地基于先前的控制信号值来对控制信号的值进行滤波。所述软件系统也可以被配置为应用定点无限冲击响应滤波器，从而对控制信号的值进行滤波。
另一个实施例是控制具有运动阻尼器的义肢的方法。所述方法可以包括测量义肢运动的至少一个特性；至少部分地基于控制状态来计算阻尼值；应用定点无限冲击响应滤波器，从而至少部分地基于先前的阻尼值对阻尼值进行滤波；以及施加阻尼值以控制阻尼器的抵抗力。
另一个实施例是控制附加到肢体的设备的方法。所述受控设备可以是用于义肢或矫正设备。所述方法包括以第一频率从至少一个传感器读取数据。基于至少一个传感器的数据以第二频率更新阻尼值。所述阻尼值以第一频率被施加到传动器。优选地，所述第一频率大于所述第二频率。
另一个实施例是控制附加到肢体的设备的方法。所述受控设备可以是用于义肢或矫正设备。所述方法包括以第一频率控制传感器和传动器中至少一个。以第二频率处理与所述传感器和传动器中至少一个相关的数据。优选地，所述第一频率大于所述第二频率。
另一个实施例是义肢或矫正系统。所述系统包括适于以第一频率控制传感器和传动器中至少一个的第一模块。第二模块适于以第二频率对与所述传感器和传动器中至少一个相关的数据进行处理。优选地，所述第一频率大于所述第二频率。
另一个实施例是义肢或矫正系统。所述系统包括以第一频率控制传感器和传动器中至少一个的装置以及以第二频率对与所述传感器和传动器中至少一个相关的数据进行处理的装置。优选地，所述第一频率大于所述第二频率。
另一个实施例是在其上存储有计算机程序的计算机可读介质，当计算机执行所述计算机程序时，以第一频率控制传感器和传动器中至少一个并且以第二频率对与所述传感器和传动器中至少一个相关的数据进行处理。优选地，所述第一频率大于所述第二频率。
图1是修复设备(例如义膝)的控制系统的一个实施例的简化框图。
图2是示出了使用例如图1所示控制系统来控制膝盖的方法的一个实施例的顶级流程图。
图3是概念性地示出了用于对例如图1所示义膝中的控制系统进行远程配置和监视的系统的实施例的示图。
图3A是概念性地示出了包括义膝系统的、图3中的系统的一个实施例的示图。
图4是示出了用于配置使用了例如图4所示系统的实施例的控制系统的方法的一个实施例的流程图。
图5是示出了用于配置例如图1所示的控制系统的图形用户接口的一个实施例的屏幕抓图。
图6是示出了用于配置例如图4所示的控制系统的图形用户接口的另一个实施例的屏幕抓图。
图7是更详细地示出了图2所示方法的一个实施例的流程图。
图8是示出了例如图1所示的控制系统中步法周期的状态和转变的概念状态图。
图9是示出了例如图1所示的控制系统中特定状态转变的更加详细的状态图。
图10是示出了将例如图1所示的义肢控制系统中的传动器的剩余磁化强度最小化的方法的一个实施例的流程图。
图11是示出了在例如图1所示的控制系统中当走下斜面(例如楼梯)时控制义膝的方法的一个实施例的流程图。
具体实施例方式
下面对本发明的一些特定实施例进行详细描述。然而，本发明能够以权利要求所限定和覆盖的多种不同方式来实施。在描述中，参考了附图，其中所有附图中相似的标号代表相似的部件。
可以理解的是，取决于实施例，这里描述的任何方法的动作和事件能够以任意顺序执行，可以一起增加、合并或省去(例如，不是所有的动作或事件为实践该方法所必需)，除非文中特意并清楚地声明。此外，除非清楚地声明，动作或事件可以同时执行(例如通过中断处理或多处理器)而不是顺序执行。
此外，为了讨论的便利和清楚，这里描述的系统和方法的一些实施例是关于义膝的。然而可以理解的是，关于示例性实施例所讨论的概念还可以用于针对膝盖、踝、足或其它关节的系统和方法。此外，这些概念还可以应用于矫正器械、肌肉替换或肌肉辅助设备以及义肢。
这里使用的术语“修复”和“假肢”是宽范围的术语，以它们的普通含义使用，不加限制地是指能够用作身体部位的人工替换或支撑的任意系统、设备或装置。
这里使用的术语“矫正”和“矫正器械”是宽范围的术语，以它们的普通含义使用，不加限制地是指能够用于支撑、对准、防止、保护、矫正畸形、固定或改进身体部位(例如关节和/或肢体)的功能的任意系统、设备或装置。
图1是示出了义肢的一个实施例以及用于配置和监视该修复设备的系统的顶层框图。修复系统100可以包括义膝，所述义膝包括用于控制膝盖在关节处产生的阻力总数的阻尼器。在膝盖实施例中，系统100包括磁流变(MR)阻尼器和传感器，用于提供例如测量膝盖角度、变化的膝盖角度速率和膝盖的机械负荷的数据。更优选地，膝盖系统包括以切变(shear)模式操作的MR阻尼器，例如在上文并入的美国专利No.6,764,520、美国申请No.60/569,512和美国申请No.60/624,986中所述，即以切变模式操作的义膝关节，例如将MR流控元件(fluid)设置在相邻的表面之间(例如在平行板面之间或在内部和外部圆柱之间的环形空间中)。在这个典型实施例中，控制电流通过传动器线圈施加到MR流控元件以调节关节在旋转运动时的阻力。
例如义膝的修复术设备100可以包括与存储器104相连的计算机处理器102。该处理器可以是任意通用或专用处理器，例如MotorolaMC68HC912B32CFU8。存储器104可以包括易失性组件，例如DRAM或SRAM。存储器104也可以包括非易失性组件，例如基于存储器或磁盘的存储装置。处理器102可以连接到一个或多个传感器106，所述传感器106提供关于例如角速率、位置或膝盖100的角度的数据。
处理器102与一个或多个传动器108相连。在一个实施例中，修复设备包括一个或多个活动关节，并且每一个关节具有一个或多个传动器108。关节中的传动器108包括被配置为用于控制阻尼(例如关节运动的阻力)的阻尼器。阻尼通常是指向扭矩(例如膝盖、足或其它关节的转动运动或扭矩)提供阻力。
在一个实施例中，通过对来自传感器106的数据进行频繁处理以及相应地频繁更新输入到传动器108的控制输入，以实现维持修复设备100的平滑和相对自然的运动。因此，低级传感器读取过程可以被配置为频繁地提供传动器的普遍控制。高级过程可以同时以低速操作，例如检测状态的改变或适于用户的特殊步法模式。在一个优选实施例中，传感器102以至少大约1000Hz的频率或占空因数(由低级过程-例如处理器102上中断驱动的软件过程-使用)产生数据以维持给定状态的阻尼。在这个优选实施例中，处理器102也执行高级过程，利用至少大约为200Hz的频率或占空因数来更新系统状态。传动器108中的控制可以在低级过程中以较高频率(例如用于从传感器102读取的频率)出现。在一个优选实施例中，传动器108的控制维持在1000Hz。通过在比高级状态确定和运动适应较高的频率处维持低级传动器控制，能够运用较低功率(更长的电池寿命)和较低成本的处理器102。低级和高级例程可以通过本领域内公知的过程间通信(IPC)机制来进行通信，例如通过共享内存块或共享数据结构。
在一个实施例中，软件系统将来自传感器的输入翻译为传动器的当前命令，并监视向用户提供失败模式警告的系统运行状况。辅助功能可以包括与实现了用户控制功能、关键性能参数记录、诊断和测试功能以及在调试模式下记录参数的外部设备进行通信。
在一个实施例中，所述软件被逻辑地分解为这里讨论的低级和高级例程或模块。较低等级或操作系统代码可以提供基本的功能并支持膝盖的操作。高等级代码在关于义肢操作的较高等级上做出决策，并通过低级代码提供的接口来实现这些决策。具体地，在一个典型实施例中，低级代码包括硬件初始化、调度、通信、高级代码加载、低级调试和测试、数据记录、虚拟阻尼器实现。在本实施例中，高级例程包括高级初始化、参数读取例程、主操作例程、状态机操作、阻尼参数等级和模式确定、自动适应设定、安全、参数设定例程、用户控制函数、用户特定数据存储。低级和高级例程之间的接口可以通过一系列的函数调用来实现。在典型实施例中，高级例程提供了由低级例程使用的接口，包括初始化函数、参数读取函数、主操作函数和输出控制函数。附加的专门函数接口包括校准、参数存储和PDA接口函数。高级和低级例程之间的其它接口包括虚拟阻尼器控制函数和调试支持。
在典型实施例中，当为系统加电后，低级代码开始操作并初始化硬件系统。低级例程检查存储的高级例程的存在。如果存在高级例程，那么高级例程被加载到存储器并开始执行。如果没有高级例程，低级代码打开通信信道并等待外部指令。如果存在高级例程且成功加载并通过校验和验证，那么低级例程首先调用高级例程所提出的初始化例程。这一步完成之后，低级例程开始调度系统。调度器每隔1ms执行低级例程，并每隔5ms执行高级例程。在每一个5ms循环的开始，低级例程首先确定高级代码是否已经完成其最后的操作周期。如果没有，调度被推迟到下一个1ms时隙。如果高级例程确实完成了最后的操作周期，那么执行用于参数读取函数、主操作函数和输出控制函数的高级例程。这个循环持续进行，直到断电或除非被来自仪器系统或来自其它计算设备的通信接收所中断，如下文所述。
在优选实施例中，低级代码是固件且高级代码是用户代码。固件子系统的模块包括通信、数据记录、调试例程、全局变量、中断服务向量、调度器、串行通信例程、初始化例程、共享通信数据、串行外设接口控制例程、定时器控制例程、版本信息、警告控制例程、a/d控制、阻尼控制例程和汇编语言启动系统。用户代码子系统包括全局变量、仪器变量、非易失存储管理、主控例程、系统状况监视器、传感器和传动器控制以及共享通信数据。
可以理解的是，每一个模块包括多种子例程、过程、定义声明和宏。每一个模块可以单独编译并链接为单个可执行例程。下文对每一个模块的描述以便于描述系统的一个实施例的功能。因此，每一个模块执行的过程可以被重新分配给一个其它模块、与单个模块相结合、或在例如共享动态链接库中可用。可以使用任意计算机语言和环境来创造模块，包括例如C、Java、C++或FORTRAN之类的通用语言。
在优选实施例中，全局变量模块被配置为示例变量。系统100维护作为浮点值全局数组的大结构。该结构为多个目的服务。第一，它为用户代码中使用的多数变量和固件中使用的一些变量提供了集中存储区。第二，它允许数据模块中的例程访问那些变量，从而不需要用户代码的介入就能对它们进行记录和访问。
在典型实施例中，全局数据结构可以包括三个数据数组。第一个是浮点变量的全局数组。如果仪器系统被配置用于报告变量，那么它被放置在这个数组中。第二数组是提供关于全局数组中所包含的变量的信息的结构的数组，因此适于记录和报告。没有必要在第二数组中包括对全局数组中的每一个变量的引用，而只需对仪器系统所访问的那些变量进行引用。数据模块使用这个结构数组中的信息来管理信息的记录和传输。第三数组与第二数组相同，但用于管理当PDA连接时发送至PDA的变量。这通常是能够向仪器系统发送的变量的子集。
通过把高级适应和/或步法相关计算的函数与低级控制函数相分离，可以与低级控制软件相独立地更新或取代高级过程中的软件。有利地，这种软件划分还封装了不同的硬件实施例和来自高级功能的相应的低级软件。因此，可以使用例如与特定活动有关的控制程序而不需要根据给定的硬件实施例来定制或配置。
电池110和相关功率控制与开关电子设备(未示出)可以与处理器102、存储器104、传感器106以及传动器108中的每一个相连。电池110也可以包括充电电路或包括用于将电池110连接到充电电路的连接器。
虽然这里讨论的修复设备的实施例是关于义膝的实施例，修复设备100也可以在除了膝盖的修复设备中实施，例如义足和义踝，如2005年2月11日提交的美国申请No.11/056,344中所述，其全体内容在此一并引入作为参考。可以理解的是，上文描述的概念也能够并入矫正设备。
系统100中的处理器102也可以被连接到接口112。接口112可以包括串行端口、通用串行总线(USB)、并行端口、蓝牙收发机和/或任意其它通信端口。特别地，接口112也可以包括网络接口。例如，接口112可以提供的网络连接包括下面的网络因特网、内部网、局域网(LAN)或广域网(WAN)。另外，网络的连通性可以是例如远程调制解调器、以太网(IEEE 802.3)令牌环(IEEE 802.5)、光纤分布式数据链路接口(FDDI)、异步传输模式(ATM)、无线以太网(IEEE802.11)、蓝牙(IEEE 802.15.1)或包括IRDA的红外接口。要注意的是计算设备可以是桌面、服务器、便携式、手持、机顶或任意其它期望的配置类型。正如这里所用，所述网络包括例如公共因特网、因特网内的专用网络、因特网内的安全网络、专用网络、公共网络、增值网络、内部网等的网络变化。
在多种实施例中，处理器102、存储器104、传感器106和接口112可以包括一个或多个集成电路，这些组件中的每一个都以任意方式在那些电路之间进行划分。另外，组件也可以包括离散电子组件而不是集成电路，或是离散组件与集成电路两者的组合。更一般地，可以理解的是，虽然这里包括的框图中的每一个元件可能为了方便而以分离元件的形式进行讨论，但是多种实施例可以在合并、分离、或以其他方式重新排列为离散电子组件、集成电路或其它数字或模拟电路中包括所述特性。此外，虽然讨论的一些实施例是关于软件和硬件组件之间的特定的功能划分，多种实施例可以在软件、硬件或固件的任意组合中并入这里描述的特性。
在操作中，处理器102从传感器106接收数据。基于配置参数和传感器数据，处理器102上的自适应控制软件向膝盖传动器108发送控制信号。在一个实施例中，膝盖传动器108是磁流变(MR)制动器。制动器可以在可变扭矩转动设备的种类中。MR传动器108提供了与所施加的电流和运动速率成比例的抵抗运动扭矩。控制信号可以驱动脉宽调制器控制通过传动器108的线圈的电流，从而控制了抵抗扭矩的大小。
图2是示出了用于控制例如义膝100的修复设备的方法200的一个实施例的流程图。可以理解的是，取决于实施例，可以增加附加步骤，可以移除其它步骤，可以合并步骤，或者可以重新排列步骤的顺序。在其它实施例中，一些步骤可以同时执行(例如通过中断处理)而不是顺序执行。方法200在步骤210处开始，在这里为设备100上电。继续执行到步骤220，可以调整义肢100的设置或控制参数(例如在新的义肢100初始上电后)。下文将参考图4对步骤220做更加详细的讨论。继续执行到步骤230，处理器102可以读取操作日志。例如，如果处理器102在日志中检测到先前的崩溃或其它操作异常，它可以执行附加的诊断例程。在一个实施例中，处理器可以通过接口112将部分日志传送到例如服务中心。
下一步到步骤240，方法200产生主控制序列。在步骤240，系统100可以对传动器240消磁。例如在MR阻尼器中，向传动器施加控制电流可能导致驻留磁场传到组成传动器的钢板。这能够导致传动器性能的退化。有利地，应用具有与用于阻尼的电流脉冲的极性相反极性的电流能够对传动器进行消磁(即消除驻留磁化)。下文参考图10对步骤240进行更加详细的讨论。
继续到步骤250，系统100可以执行安全例程。安全例程可以包括例如检测膝盖100的用户是否失去平衡并保持膝盖在锁定的直立位置以避免用户跌倒。继续到步骤260，方法200确定系统100的状态。在一个实施例中，状态可以对应于义肢中的物理的或肌肉运动知觉的状态。优选地，系统100中的膝盖实施例的状态与人的步法周期有关。下文将参考图8和9对步骤260进行更加详细的讨论。继续到步骤270，方法200包括将阻尼值施加到传动器108。下文将参考图7对步骤270进行更加详细的讨论。
继续到步骤280，可以执行家务管理功能。在一个实施例中，这可以包括处理器102从传感器106读取数值(例如在中断处理例程中)。家务管理功能也可以包括与维护电池110有关的活动，例如电池调节、检查充电电平或向用户指示电池110处于特定放电电平。下一步到步骤290，系统100检查输入到系统的中断(例如进入调整模式的命令)。如果系统被中断，方法200返回到步骤220。如果系统没有被中断，方法200继续执行到步骤240。在一个实施例中，步骤270可以在低级过程中执行，所述低级过程以比在高级过程中运行的步骤260处状态确定时高的频率操作。
如图3所示，系统100可以与移动计算设备320进行数字通信。计算设备语境中的术语“运动”通常是指被配置为容易地进行传送的任意计算设备。这种设备通常(但不是必需)被配置为由电池供电。例如，移动计算设备可以是个人数据助理(PDA)、移动手持电话、膝上计算机或任意其它通用或专用移动计算设备。在多种实施例中，移动计算设备320使用例如Microsoft PocketPC或PalmOS的标准移动操作系统来进行操作。此外，移动计算设备可以是商业上现货供应的(COTS)单元。通常，移动计算设备320包括与接口112相兼容的接口322。处理器324连接到接口322并执行提供用户接口326的软件。在一个实施例中，接口326是包括例如液晶显示器(LCD)之类的位映射显示器的图形用户接口。移动计算设备320也可以包括网络接口328。网络接口328可以与网络计算设备340(例如桌面、膝上、或服务器计算机)进行通信。图3A是概念性地示出图3中的系统的一个具体实施例的示图，图3A中的系统包括义膝100、PDA 320和桌面计算机340。
网络计算设备可以包括与处理器344相连的网络接口342以及用户接口346。在一个实施例中，网络接口342也可以与修复系统100中的网络接口112进行通信。
在一个实施例中，移动计算设备320可以提供用户接口以配置系统100的操作参数。具体地，用户接口326可以包括一个或多个用于配置和监视膝盖100的显示器。下文将参考图4对修复系统100的配置进行更加详细的讨论。
除了配置膝盖100之外，移动计算设备320也可以被配置用于从膝盖100接收性能和诊断信息。例如，修复系统100可以通过接口112和122将例如在特定膝盖系统100上执行的步骤总数之类的数据发送至移动计算设备320，通过用户接口126进行显示。此外，如果控制系统检测到特定类型的错误，这些错误可以被包括在数据中。在一个实施例中，用户接口126可以描述特定类型的错误已经发生的次数。
除了通过移动计算设备320进行配置和维护之外，在一个实施例中，网络计算设备140可以适于从膝盖100直接配置和接收维护数据。在这种情况下，膝盖100可以具有集成在其内部的无线收发机以处理计算机网络连接功能。在另一实施例中，网络计算设备140可以适于通过移动计算设备320从膝盖配置并接收维护数据。图3示出了用于提供对膝盖100的配置和维护访问的多种不同的实施例。
在多种实施例中，例如RS232、蓝牙或WiFi的短距离协议以及例如可编程移动手持电话、PC、膝上计算机、PDA等的因特网连接的设备使用因特网或其它适合的数据网络作为长距离传输介质来与修复设备远程地进行通信。
运行在膝盖或其它修复设备100中的处理器102上的软件程序可以与双侧发射机应答器或收发机一样简单，所述发射机应答器或收发机通过因特网穿过移动计算设备320上的接口322和328在接口112与网络计算设备340上的接口342之间建立桥路。从互联网连接的设备到系统中的服务中心端所使用的通信协议可以是任意种类的适合的网络协议。实施例可以使用例如TCP的面向连接的协议，或是面向连接的协议与例如IP的无连接分组协议的组合。传输控制协议(TCP)是传输层协议，用于在计算机系统之间提供可靠的、面向连接的传输层链路。网络层向传输层提供服务。使用双向握手方案，TCP提供了用于在计算机系统之间建立、维持并终止逻辑连接的机制。TCP传输层使用IP作为其网络层协议。另外，TCP提供了协议端口以通过在每一个消息中包括目的地端口号和源端口号来区分在单个设备上执行的多个程序。TCP执行的功能例如有字节流发送、数据流定义、数据应答、丢失或被破坏数据的再发送以及通过单一网络连接来复用多个连接。最后，TCP负责将信息封装到数据报结构中。所述程序可以是运行在PC上的网络服务，每当修复设备连接并需要服务时，所述网络服务就向服务中心发送消息。
在一个实施例中，修复设备100直接与网络相连，并连接到网络计算设备340。例如，接口112可以是通过LAN或公共热点与网络相连的WiFi(例如802.11a，802.11b，802.11g)接口，从而向网络计算设备340或移动计算设备320中任意一个发送并接收数据。
设备100与网络计算设备340之间的网络连接(可以通过移动计算设备320)可以使用任意适合的应用层协议，包括例如HTTP、CORBA、COM、RPC、FTP、SMTP、POP3或Telnet。
图4是示出了配置修复设备100的操作参数的方法400的一个实施例的流程图。虽然配置方法400的实施例将关于设备100的膝盖实施例来进行讨论，可以理解的是方法400的其它实施例也能够用于配置其它修复或矫正设备100。
方法400从开始状态进行到状态410，例如在410处移动计算设备320从修复设备100接收当前参数值。在一个实施例中，参数可以是通过接口112传输的目标值(例如目标弯曲角度)。下一步到步骤420，参数的值可以显示在图形用户接口上(例如移动计算设备320中的用户接口326)。图形用户接口可以将与状态机条件相关的图形标记与参数值相关联。
图5是用于配置修复系统100中的膝盖实施例的设置的用户接口显示器500的一个实施例的屏幕显示。笔记本控制510可以被设置用于在不同参数屏幕之间进行选择，每一个屏幕允许对一个或多个参数进行配置。该笔记本控制510可以包括滚动条520，从而使得能够滚动通过附加数值集。显示器500可以包括附加情报图标525，用于描述例如系统100的电池充电电平之类的信息。在图5中的典型显示器500中，使用数据条目控制530和532在同一屏幕上显示了两个配置参数。每一个参数与图形标记540和542相关联，图形标记540和542将输入的每一个数值与不同的状态机条件相关联(例如通过标记540将楼梯或斜面前进与参数530相关联，平地前进与标记542相连)。
继续到方法400中的步骤430，显示器可以提供图形标记以区分自适应值。在一个实施例中，适应配置控制550可以被设置于图5中的显示器500上。控制550可以以不同的颜色来显示，以指示自适应是否已经启用。在一个实施例中，当配置中的自适应由控制550启用时，系统100自动地适应配置参数(例如为新用户配置的膝盖)。这个适应在上文并入的美国专利No.6,610,101中做了更加详细的描述。这个自适应由以一种颜色(例如蓝色)显示的控制550来指示。当系统100不处于自适应模式中时(例如在系统100的初始训练后)，控制以第二颜色(例如灰色)显示以指示这种情况。
下一步到步骤440，可以通过显示器500从用户接收参数的新值。继续到步骤450，通过从移动计算设备320经过接口322和112向修复系统100传输这些新值，所述新值在修复系统100上被更新，方法400结束。
图6示出了网络修复配置和监视系统的一个实施例的屏幕抓图。在一个实施例中，膝盖100可以通过运行在移动计算设备320上的虚拟网络计算机(VNC)来访问，所述虚拟网络计算机通过网络计算设备340中的用户接口146来显示和操作。在这个实施例中，膝盖100使用短距离协议(RS232)和a3线缆将膝盖100中的接口112与移动计算设备320相连，在此例中移动计算设备320是例如运行控制膝盖100的一些设置的GUI的程序的个人计算。
远程服务人员能够使用VNC程序在网络计算设备340上打开远程屏幕，所述远程屏幕在接口346上表示了移动计算设备320的接口326。服务人员的网络计算设备340在因特网的另一端使用。在一个实施例中，该连接使得能够通过因特网进行膝盖100的远程调试和维护，因此可以在世界的任何地方进行。网络计算设备340可以访问修复系统100的配置程序，或者可以访问能够提供关于设备100的更详细信息和更好地控制设备100的诊断程序。
修复设备100的实施例可以允许下面一些或全部功能远程或远距离维护、远程修复配置、修复系统100上软件升级的安装、医疗数据的收集、与患者对修复系统100的使用相关的活动数据的收集以及系统100的远程优化。
系统的软件升级机制例如可以是自动的，从而设备100与直接来自网络计算设备340的最新(并且最安全)版本的软件保持同步。软件升级可以包括用于替换已经安装在设备100上的软件的软件，或是用于向设备100增加新的特性或能力的软件。在其它实施例中，软件升级可以从移动计算设备320下载。这种更新可以自动地和/或手动地开始。此外，可以通过网络计算设备340对移动计算设备320进行软件升级。
在一个实施例中，修复系统100的用户可以利用包括网络计算设备340的服务中心来维持个人简档，并定期利用数据来更新数据库。
图7是示出了控制由修复系统100施加到传动器108的阻尼的方法700的一个实施例的流程图。方法700开始，在710处由传感器106对膝盖角度和变化的角速率进行测量。下一步到步骤715，由传感器106对膝盖负荷进行测量。在一个实施例中，基于应变仪传感器的读数来计算负荷测量。下一步到步骤720，计算膝盖力矩。在一个实施例中这是应变仪前部和尾部的计数之差。
移动到步骤260，基于测量到的值来确定膝盖状态。下文参考图8和9对该确定进行了更加详细的讨论。下一步到步骤240，可以执行对传动器108的消磁。下文参考图10对消磁过程进行更加详细的讨论。
移动到步骤730，基于膝盖状态来计算阻尼电流。表1列举了用于计算MR膝盖系统100的一个实施例中的电流的公式。这些公式运用从给定设备的重量、用户配置而获得的常数值、基于特定传感器的常数以及系统100的几何结构。摆动弯曲期间的阻尼基于预配置的目标角度。优选地，缺省目标角度是60度。
表1一个实施例中的状态的阻尼公式
在步骤740的开始，筛选程序施加到已计算的阻尼电流。在决策步骤240，电流与最后施加的阻尼电流相比较。如果新值大于最后的值，方法700继续执行步骤742。如果新值小于最后的值，方法700继续执行步骤744。
继续到步骤742，施加了上滤波器以平滑阻尼值，从而适应来自106的测量中的抖动或噪声。在一个实施例中，滤波器是无限冲击响应滤波器。滤波器接收已计算的电流C、先前的阻尼控制周期ON-1的数值以及滤波器系数F作为输入。输出ON＝F*C+(1-F)*ON-1。在一个实施例中，使用定点数学来执行该计算以使处理能够更快地进行。在一个实施例中，定点数表现为8位，允许245级滤波。下一步，方法200移动到步骤750。返回步骤744，与步骤742相同地施加下滤波器，只是滤波器的值不同。使用不同的滤波系数进行上和下滤波能够更好地控制滤波，并能够比阻尼的数量减小更快地或更慢地增加阻尼的数量。
下一步到步骤750，将滤波后的电流值施加到传动器108。最后在步骤755，存储所施加的滤波后电流值，在以后调用方法700时使用。
返回到图7中的步骤260，在方法700的一个实施例中，基于测量的传感器数值和当前状态来确定膝盖状态。在系统100的一个实施例中，处理器可以以频繁的时间间隔确定是否改变状态或保留现有状态。优选地，这些时间间隔不大于5ms。在特定实施例中不允许进行某些状态转换。
可以理解的是，在某些实施例中，与图7中示出的步骤有关的动作和事件可以在不同的过程中执行。例如，低级的硬件特定过程可以执行关于读取传感器102的步骤(例如步骤710和715)，以及关于将电流施加到传动器的步骤(例如步骤750)；而高级过程执行关于确定状态和计算新的阻尼电流值的步骤(例如步骤260和730、740、742或744)。在一个实施例中，低级过程以一个频率执行关于相关步骤的动作，而高级过程以第二频率执行关于各个相关步骤的动作。优选地，第一频率大于第二频率。更优选地，第一频率是1000Hz，第二频率是200Hz。
图8是示出了与针对义膝的方法200的一个实施例的状态机相对应的人类步法周期的概念性模型的状态图。状态810是站立弯曲状态(STF)。这表示膝盖从与地面的初始接触通过膝盖持续的负荷响应到达的状态。在这一状态中用户可以弯曲或伸展膝盖至某一角度。只要膝盖没有已经开始伸展就一直保持在这个状态中。义膝的简单的(例如，机械的)实施例典型地不支持由这个状态所表现的膝盖的站立弯曲。优选地，膝盖系统100识别这个状态并允许站立弯曲，从而为用户实现更加自然的步法。
状态820是站立伸展状态(STE)。这个状态表示了膝盖从弯曲到完全展开的步法位置。在使用不高级义肢时已经形成特定步法的患者不会经历这个状态。
状态830是预摆动状态(PS)。这个状态表示了在站立与摆动之间的转变状态。在这个状态中，在方法200的一个实施例中，膝盖扭矩可以降低到最小值以允许容易地进行膝盖弯曲的开始。在正常走路中，这个状态在足部保持在地面上时膝盖在预摆动中打破平衡以允许膝盖弯曲开始期间发生。
状态840是摆动弯曲状态(SWF)。这个状态表示了人的步法中小腿的摆动阶段。膝盖弯曲角度的典型值是60度。状态850是摆动伸展状态(SWE)。这个状态表示了膝盖开始伸展所处的步法阶段。
正常等级的地面行走典型地包括下列两个状态模式之一。这个模式包括STF状态810向STE状态820、PS状态830、SWF状态840且最后向SWE状态850的状态转变模式。这个模式遵循更接近地类似于名义上的人类行走的步法模式。然而，这个模式在被截肢者中不太普遍，因此需要更多的练习来一贯地使用这个特性。有利地，通过识别状态810、820、830、840和850中的每一个，义膝系统100可以通过在早期站立中初始膝盖弯曲之后维持膝盖稳定性来支持这个模式。一旦患者学会相信义膝系统100带来的站立控制，就可以利用这个步法模式。
如上所述，习惯于不高级义肢的长期截肢者可以发展第二特性行走模式。这个模式包括STF状态810向PS状态830、SWF状态840并最终向SWE状态850的状态转变模式。因而跳过了站立伸展状态，这是由于义肢在从初始接触一直到预摆动保持伸展。尽管这背离了正常的人类运动，但这是经股骨截肢者的典型步法模式。
将参考图9对状态机的转变和由方法700的一个实施例识别相关的条件进行更加详细的讨论。一个支持的转变910位于STF状态810与STE状态820之间。当负荷传感器测量指示膝盖上加负荷的站立，变化的角速率的符号指示膝盖已经从弯曲变化到伸展，并且当膝盖已经在伸展中持续了最小时间段时，这个状态被识别。在一个实施例中，这个最小时间段是20ms。
第二转变912是从STF状态810到PS状态830的转变。这个转变在截肢者以第二模式行走时发生，上文已讨论。这个转变可以由几种情况来防护，以避免给用户造成疏忽的膝盖支撑丢失。这个转变可以在没有发生实质弯曲或伸展(即膝盖运动在小的可配置阈值角度内)的最小时期内被识别。另外，膝盖优选地在完全伸展的2度内，并且膝盖伸展力矩优选地是参数化常量乘以在操作期间测量到的最大伸展力矩的平均值。更优选地，参数化常量为0.2。优选地，系统100在每个步骤中动态地测量最大膝盖伸展力矩，为下一步骤重新计算并应用稳定性因子。这有利地提供了动态稳定性校准，而不是由修复师在设备配置时做出的固定校准。动态稳定性控制使系统100能够展现出增强的用户站立稳定性，同时在走动中维持了膝盖弯曲的容易开始。
第三转变914是从状态810到SWF状态840的转变。这个转变典型地在楼梯或斜坡上发生。在这些活动中，膝盖传感器106检测快速卸载之前的站立弯曲时期。此处，膝盖直接移动到摆动状态而不经过预摆动状态。此外，多个条件可以用于识别这个状态以提高用户的稳定性。首先，膝盖必须卸载或者负荷必须小于与本步骤中测量的最大负荷线性相关。优选地，这个线性关系包括乘以因子0.05。其次，膝盖角度必须大于特定角度。优选地，这个特定角度是10度。最后，站立阶段的持续时间必须被测量为至少是特定时间。优选地，这个特定时间大约为0.23s。
STE状态820与STF状态810之间的转变922也被识别。这个状态转变可能在站立和行走中发生。这个转变是由在从站立伸展到站立弯曲的站立中膝盖力矩方向的变化而触发的。这个转变可以被延迟，直到弯曲的角速度超过最小值。识别转变922通常需要检测到角速率大于选择的滞后值。优选地，这个选择的值大约为10。
可以在STE状态820与PS状态830之间识别转变920。转变920可以在受力的站立中发生，并通常当用户使用站立弯曲(与名义上第一人类行走模式相同)行走时发生。在一个实施例中，这个转变可以由测试用于识别转变912的相同条件来识别。
可以在STE状态820与SWF状态840之间识别另一个转变924。这个转变924典型地是较少出现的状态转变，可能在一步一步地上楼梯时出现。在这个步行模式中，膝盖读取快速卸载之前的站立伸展时期。此处，膝盖直接移动到摆动而不是运动到预摆动状态。在一个实施例中，使用与用于识别转变914的相同条件(上文已讨论)来识别这个转变。
在PS状态830与SWF状态840之间可以识别另一个转变930。这个转变表示了预摆动的结束和初始摆动的开始。这一处可以启动低级阻尼以控制蹱部上升。在一个典型实施例中，当总受力在大于0.02秒的时间内大于5kg时，认为膝盖在地面上或受力。否则，认为足部离地。这个转变930在膝盖没有在地面上或膝盖的角度必须大于特定角度时被识别。优选地，这个特定角度是10度。
可以在PS状态830与STF状态810之间识别另一个转变932。这个安全转变用于避免当用户没有准备好进行摆动时在站立期间支撑的疏忽丢失。这实现了系统100的跌倒恢复站立控制特性。下面的条件可以用于识别转变932。膝盖角度大于特定角度。优选地，这个特定角度是7度。已计算的膝盖力矩大于伸展期间平均最大力矩的特定分数。优选地，这个分数是0.01。最后，在膝盖上测量到的总受力大于膝盖上的平均总受力的分数。要注意，在一个实施例中，这个平均总受力可以由常数值(例如19kg)来表示。
还可以识别从摆动伸展SWF状态840开始的的多个转变。可以在状态840与SWE状态850之间识别转变940。这个转变940在卸载摆动期间发生，或者当用户坐下时被触发，从而在从坐下位置开始的站立期间内发生的伸展很少或没有阻力。在行走时，当膝盖正在伸展且角速度的滤波后测量大于某一非校准最小值时检测到这个转变。优选地，这个滤波后测量是基于上文描述的无限冲击响应滤波器。最小值优选地小于-2。也可以检测非滤波的角速度上的条件(例如角速率是否小于特定值)。优选地，这个特定值是10。
当坐下时，可以运用一组不同的条件来识别转变940。例如，膝盖角度大于特定角度。优选地，这个角度是75度且角速度处于较小的特定范围(例如+或-1.5)，即膝盖相对静止。
从SWF状态840开始的第二转变是至状态STF 810的转变942。这个转变在小步行走或“拖着脚走”时发生。识别转变942通常说明足部与地面一定程度的接触，并且在以下时刻发生必须认为膝盖处于负荷中或‘在地面上’，膝盖角度小于某一特定角度(例如20度)，以及滤波后的速度小于特定值(例如5)。
可以识别从摆动伸展状态850至STF状态810的转变950。这是从摆动到站立的正常转变。在一个实施例中，测试两个条件以识别转变950。首先，膝盖负荷传感器106在大于特定时间(例如0.02秒)的时期读取到至少特定的总受力(例如5kg)。第二，膝盖弯曲角度小于特定角度。优选地，这个角度是50度。
除了上述条件之外，转变950也可以关于一个或多个子状态而发生。在一个实施例中，在SWE状态850中识别出三个子状态。这些状态可以被看作‘保持状态’，其中膝盖系统100被编程用于在终端(terminal)摆动的末期施加扭矩。可以使用上文描述的图形用户接口来配置这些子状态的使用。当满足某些条件时，子状态转变变得有效且允许膝盖在摆动阶段的末期的固定时期内保持伸展。优选地，这个固定时期大约为4.5秒。这使用户能够容易地进入车辆而不需在移动期间保持义肢胫骨处于伸展中。这个特性在短期内消除了重力的效应，否则这个重力效应将导致膝盖移动到弯曲中并导致移动过程的不适。子状态转变优选地以下列顺序发生子状态1到子状态2到子状态3。
子状态1可以在终端摆动期间被识别，其中在终端与膝盖中的阻尼器相碰撞后发现正的速度。这个子状态用作子状态转变序列启动的激励开关。扭矩输出与上文中表1的摆动伸展中所建立的相等。为了在状态850中识别向子状态1的转变，测量的角速度大于0，膝盖角度小于特定角度(例如30度)，且用户不在楼梯上。
子状态2启动提供‘伸展保持’的有效扭矩。这个状态中的阻尼可以等于STF 810状态阻尼的分数乘以速度的绝对值加上固定‘保持’值。向子状态2的转变是在下列时刻被识别的在摆动阶段中峰值膝盖角度大于特定值(例如20度)，角度度低(例如低于特定最小值(例如5))，以及膝盖角度必须小于某一固定常数角度(例如2度)。
如果膝盖在某一固定时期内保持在子状态2中，通常将转变至子状态3。子状态3准备膝盖系统100与地面接触并承受负荷。这个子状态中的阻尼输出可以等于子状态2中的阻尼输出减去固定‘保持’值。当时间大于特定保持时间时，识别向子状态3的转变。可以使用上文描述的图形用户接口来配置这个保持时间。初始值优选地为4.5秒。另外，可以要求滤波后的速度大于特定值。在一个实施例中，这个值为10。
图10是示出了用于执行图2中的消磁步骤240的方法1000的一个实施例的流程图。方法1000开始，在步骤1010处当状态之间发生转变时(如上所述)，该转变被识别。下一步到决策步骤1020，检查这个新状态以确定它是否为最小扭矩状态。在一个实施例中，当检测到下楼梯时，摆动伸展850状态可以是一种这样的最小扭矩状态。如果状态不是最小扭矩状态，方法1000结束。如果状态是最小扭矩状态，方法1000执行到步骤1030。下一步到决策步骤1030，对最大施加的输出电流的测量结果与阈值电流值进行比较。这个阈值可以是可配置的。如果没有超过阈值，方法1000终止。如果超过了阈值，方法1000移动到步骤1040。下一步到步骤1040，施加与施加到传动器108的控制阻尼的电流脉冲的极性相反的电流脉冲。在一个实施例中，这个相反极性脉冲的大小是基于从最近一次执行方法1000以来已经施加的最大阻尼电流脉冲。优选地，这个相反极性脉冲在最大施加的阻尼脉冲的10-50％的范围内。更优选地，相反极性脉冲的值大约为25％。在其它实施例中，这个脉冲可以为33％。此外，这个相反极性脉冲的幅度可以大于或小于这个分数或固定值，取决于传动器108的具体实施例的电磁特性。
例如，在修复系统100的膝盖实施例中，当下斜坡或楼梯时允许膝盖不受阻尼地摆动是有优势的。图11示出了用于允许膝盖在下降时自由摆动的方法1100的一个实施例。方法1100典型地关于步法状态SWF 840而执行。方法1100开始，在步骤210处测量膝盖伸展角度(根据方法200来描述)。下一步到步骤220处，计算膝盖的力矩。根据方法1100来描述下面的步骤1130-1160。然而，可以理解的是，这些步骤可以在方法700的一个实施例的步骤730处执行。继续到决策步骤1130，将膝盖力矩与力矩测量的加权平均值进行比较。在一些实施例中，这个平均值可以在从加电开始的步骤的时期中或具体系统100的使用期限中得以维持。如果膝盖力矩不小于加权平均值，方法1100结束。如果力矩更大，方法1100进行到步骤1140。在决策步骤1040处，测量的膝盖的伸展角度与特定值进行比较。优选地，可以使用用户接口来配置这个特定值。在一个实施例中，缺省特定值在3-7度的范围内。如果角度小于这个特定角度，方法1100进行到步骤1150。如果角度大于这个特定角度，方法进行到步骤1160。转到步骤1150，按照上述方法计算当前状态的阻尼，方法1100结束。回到步骤1160，阻尼值被设置为实质上小于正常计算值的值，方法1100终止。优选地，阻尼值被本质上设为0。
本发明的实施例能够有效地利用其它场响应(FR)流控元件和介质。在一个实施例中，使用电流变(ER)流控元件，其流变能够被电(能量)场改变。因此，电流变(ER)流控元件经受流变或粘滞性改变或变化，这些改变与变化依赖于施加的电场的大小。如果期望或需要，可以有效地利用其它适合的电子或电力控制或可控的介质。
这里公开、讲授或提出的本发明的实施例及其概念能够与其它类型的义膝和其它修复设备及关节(包括踝、髋、肘和腕)一同使用。2005年2月11日提交的美国专利申请No.11/056,344中公开了义踝的一些实施例，将其全部内容在此一并引入。
根据上文所述可以理解的是，本发明的实施例通过提供一种义肢或矫正器械控制系统克服了现有技术领域中长期存在的问题，所述义肢或矫正器械控制系统为其用户提供了更自然和更舒适的运动。此外，所述系统能够通过图形计算设备进行更方便和更直观的配置。另外，所述系统提供了远程配置和维护，这通过减少对修复医生的个人访问来允许向患者提供更有效率和更灵活的服务。
虽然上文的详细描述已经示出、描述并指出本发明的新颖特征并应用了多个实施例，本领域的技术人员可以理解的是，在不背离本发明的精神的前提下，可以对示出的设备或过程在形式和细节上进行多种省略、替换和改变。可以看出的是，本发明可以以不提供这里提出的所有特性和益处的形式来实施，因为某些特性可以与其它特性分开使用或实践。本发明的范围由所附权利要求限定，而不是上文的描述。本发明的范围包括权利要求等价物的意义和范围内的所有改变。
权利要求
1.一种被配置为附加到肢体上的设备，包括磁流变阻尼器，以切变模式操作；控制器，被配置为操作所述阻尼器；以及移动计算设备，适于间歇地向所述控制器传送配置参数。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备包括义膝。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述配置参数包括目标值。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器适于间歇地向所述移动计算设备传送配置参数。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器适于间歇地向所述移动计算设备传送操作数据。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁流变阻尼器包括旋转磁流变阻尼器。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述移动计算设备是个人数字助理。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述个人数字助理是商业上现货供应的单元。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述移动计算设备是移动手持电话。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述移动计算设备是个人计算机。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述移动计算设备是移动个人计算机。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述移动计算设备包括图标图形用户接口。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述图标图形用户接口显示将参数值与状态机条件相关联的标记。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述状态机条件包括地形条件。
15.根据权利要求13所述的设备，其中所述状态机条件包括步法周期状态。
16.根据权利要求12所述的设备，其中所述图标图形用户接口显示将参数值与自适应参数相关联的标记。
17.一种被配置为附加到肢体上的设备，包括控制器，被配置为操作传动器；以及移动计算设备，具有图标图形用户接口，并适于间歇地向所述控制器传送配置参数。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述控制器还被配置为向所述移动计算设备传送数据。
19.根据权利要求17所述的设备，其中所述图形用户接口显示将参数值与状态机条件相关联的标记。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述状态机条件包括地形条件。
21.根据权利要求19所述的设备，其中所述状态机条件包括步法周期状态。
22.根据权利要求17所述的设备，其中所述图形用户接口显示将参数值与自适应参数相关联的标记。
23.一种被配置为附加到肢体上的设备，包括磁流变阻尼器，以切变模式操作；软件系统，被配置为在系统操作时自适应地改变所述阻尼器的阻尼参数；以及移动计算设备，适于间歇地向所述软件系统传送阻尼参数。
24.根据权利要求23所述的设备，其中所述磁流变阻尼器包括旋转磁流变阻尼器。
25.根据权利要求23所述的设备，其中所述修复系统包括义膝。
26.根据权利要求23所述的设备，其中所述软件系统还被配置为向所述移动计算设备传送数据。
27.根据权利要求23所述的设备，其中所述阻尼参数包括目标值。
28.一种被配置为附加到肢体上的设备，包括磁流变阻尼器，以切变模式操作；以及控制器，被配置为操作所述阻尼器，其中所述控制器被配置为从计算网络接收数据。
29.根据权利要求28所述的设备，其中所述设备包括义膝。
30.根据权利要求28所述的设备，其中所述磁流变阻尼器包括旋转磁流变阻尼器。
31.根据权利要求28所述的设备，其中所述计算网络包括因特网。
32.根据权利要求28所述的设备，还包括被配置为从所述计算网络接收数据的无线收发机。
33.根据权利要求28所述的设备，其中所述数据包括可执行软件。
34.根据权利要求33所述的设备，其中所述控制器被配置为执行所述可执行软件。
35.根据权利要求28所述的设备，其中所述数据从网络计算设备发送。
36.根据权利要求28所述的设备，其中所述控制器被配置为向所述网络发送数据。
37.一种被配置为附加到肢体上的设备，包括磁流变阻尼器，以切变模式操作；以及控制器，被配置为操作所述阻尼器，其中所述控制器被配置为向计算网络发送数据。
38.根据权利要求37所述的设备，其中所述设备包括义膝。
39.根据权利要求37所述的设备，其中所述磁流变阻尼器包括旋转磁流变阻尼器。
40.根据权利要求37所述的设备，其中所述计算网络包括因特网。
41.根据权利要求37所述的设备，还包括被配置为向所述计算网络发送数据的无线收发机。
42.根据权利要求37所述的设备，其中所述数据从网络计算设备发送。
43.一种维护附加到肢体上的设备中的电磁传动器的方法，所述电磁传动器由具有第一电流极性的第一电流脉冲激励，所述方法包括将第二电流脉冲施加到所述电磁传动器，其中所述电流脉冲具有与第一电流的极性相反的电流极性。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述第二电流脉冲具有根据最大电流值而确定的大小。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述最大电流值从具有与第一电流的极性相反的电流极性的第三脉冲的时间开始来测量。
46.根据权利要求44所述的方法，其中所述第二电流脉冲具有所述最大电流值的约四分之一的大小。
47.根据权利要求44所述的方法，其中所述第二电流脉冲具有所述最大电流值的五分之一到二分之一范围内的大小。
48.根据权利要求44所述的方法，其中所述第二电流脉冲具有所述最大电流值的四分之一到三分之一范围内的大小。
49.根据权利要求43所述的方法，其中所述义肢包括磁流变膝盖。
50.一种在下楼梯时在摆动伸展期间控制义膝的方法，所述方法包括识别楼梯摆动伸展状态；测量膝盖的伸展角度；仅当伸展角度小于预定值时向所识别的膝盖摆动施加第一增益值的阻尼，否则施加第二增益值的阻尼。
51.根据权利要求50所述的方法，其中所述第二增益值实质为0。
52.根据权利要求50所述的方法，其中所述第一增益值大于第二增益值。
53.根据权利要求50所述的方法，其中所述第一增益值远大于所述第二增益值。
54.根据权利要求50所述的方法，其中所述预定值包括软碰撞角度。
55.根据权利要求50所述的方法，其中所述膝盖包括磁流变膝盖。
56.根据权利要求50所述的方法，其中所述识别步骤包括检测缺少预摆动。
57.
58.根据权利要求56所述的方法，其中所述检测缺少预摆动的步骤包括测量力矩；以及确定力矩是否小于多个测量力矩的加权平均值。
59.根据权利要求58所述的方法，其中测量所述力矩包括测量膝盖角速率；测量膝盖负荷；以及根据膝盖角速率和膝盖负荷计算力矩。
60.一种控制义膝系统的方法，包括测量膝盖运动的至少一个特性；至少部分地基于膝盖运动的至少一个测量特性来识别控制状态；至少部分地基于控制状态来计算阻尼值；至少部分地基于先前的阻尼值而对阻尼值进行滤波；以及施加所述阻尼值，从而控制以切变模式操作的磁流变阻尼器的阻力。
61.根据权利要求60所述的方法，其中所述以切变模式操作的磁流变阻尼器包括以切变模式操作的旋转磁流变阻尼器。
62.根据权利要求60所述的方法，其中所述测量包括从膝盖角度传感器接收数值。
63.根据权利要求60所述的方法，其中所述测量包括从负荷传感器接收数值。
64.根据权利要求63所述的方法，其中从所述负荷传感器接收数值包括从应变仪接收至少一个数值。
65.根据权利要求60所述的方法，其中所述滤波包括应用定点无限冲击响应滤波器，从而对所述阻尼值进行滤波。
66.根据权利要求60所述的方法，其中所述计算包括适应阻尼参数。
67.根据权利要求66所述的方法，其中所述适应是至少部分地基于经验函数。
68.一种被配置为附加到肢体上的设备，包括磁流变阻尼器，以切变模式操作；至少一个传感器，被配置为测量膝盖运动；软件系统，被配置为至少部分地基于膝盖运动的测量来识别控制状态，并被配置为至少部分地基于控制状态向阻尼器发送控制信号，其中所述软件系统还被配置为至少部分地基于先前控制信号的值对控制信号的值进行滤波。
69.根据权利要求68所述的设备，其中所述磁流变阻尼器包括旋转磁流变阻尼器。
70.根据权利要求68所述的设备，其中所述至少一个传感器包括膝盖角度传感器。
71.根据权利要求68所述的设备，其中所述至少一个传感器包括负荷传感器。
72.根据权利要求68所述的设备，其中所述负荷传感器包括至少一个应变仪。
73.根据权利要求68所述的设备，其中所述控制信号包括电流，其中所述阻尼器被配置为响应所述电流来改变旋转的阻力。
74.根据权利要求68所述的设备，其中所述软件系统被配置为应用定点无限冲击响应滤波器，对控制信号的值进行滤波。
75.一种控制具有运动阻尼器的义肢的方法，包括测量义肢运动的至少一个特性；至少部分地基于控制状态来计算阻尼值；应用定点无限冲击响应滤波器，以至少部分地基于先前的阻尼值对阻尼值进行滤波；以及施加阻尼值以控制阻尼器的阻力。
全文摘要
一种包括磁流变(MR)阻尼器的修复或矫正系统。所述MR阻尼器可以被配置为以切变模式操作。在一个实施例中，所述MR阻尼器包括旋转MR阻尼器。控制器被配置为操作所述阻尼器。移动计算设备可以适于间歇地将配置参数传送给所述控制器。还公开了一种控制修复或矫正系统的方法。
文档编号A61F2/76GK1984623SQ200580014676
公开日2007年6月20日 申请日期2005年3月10日 优先权日2004年3月10日
发明者查尔斯·布里斯毕, 斯科特·B·埃利奥特, 马格努斯·奥德松 申请人:奥瑟Hf公司