腿矫形器和矫形器的制作方法

本发明涉及一种腿矫形器和一种具有用于将矫形器或者腿矫形器固定在矫形器使用者的躯干上的固定装置和至少一个关节装置的矫形器，通过所述至少一个关节装置，可固定在矫形器使用者的肢体上的第一矫形器部件相对于所述固定装置能偏转地支承。所述矫形器尤其构造并且设置成腿或者肩矫形器，以便作为外骨骼被使用在康复措施中。

背景技术：

在中风或者神经性的疾病或者损伤后有利的是，导入早期的康复，以抵抗运动能力、尤其甚至在行走能力方面的限制。在训练强度和康复结果之间存在积极的关联。由此有利的是，尽可能早地开始强度大的康复措施，但这在当前时间需要相应的培训过的人员。人工的行走治疗(步态治疗，Gangtherapie)(所述人工的行走治疗也能够在跑步机上被支持地实施)，由于必要的治疗医生一方面在时间上受到限制并且另一方面导致与此相应较短的治疗单元。

存在具有跑步机的固定安装的系统，如Hocoma公司的生产设备和结构技术的弗劳恩霍夫研究所(Fraunhofer-Instituts)的所谓的“触觉行者(Haptic-Walker)”，所述触觉行者构造成机器人支持的跑步模拟器并且主要应用在中风患者和患有局部瘫痪或者颅脑损伤的患者的马达式行走康复中。

先前已知的装置的问题是高昂的运营费用和所述装置的有限的机动性和固定的布置。

专利文献EP2163226A1涉及一种外骨骼(Auβenskelett)，所述外骨骼在滑雪期间应被穿戴。该外骨骼被固定在滑雪靴、小腿，大腿以及髋上。在相应的自然的关节的高度上布置关节装置。在髋区域内布置双关节。在大腿和小腿之间的关节装置通过可切换的离合器连接。传感器探测滑雪部分的运动和/或压力并且将相应的信号传输到离合器上。在存在潜在的过载的情况下，离合器被关闭，从而力能够通过围绕自然的关节的外骨骼而被传导。借助这样的外骨骼不能够实施自然的行走运动。

专利文献DE202013009698U1描述了一种用于具有侧面的耦合位置的矫形器或外骨骼(Exoskelett)的并联运动，其中，人类的肢体的理想的关节轴不与矫形器或者外骨骼的关节轴共轴地延伸。

技术实现要素：

本发明的任务是，提供一种矫形器，借助所述矫形器在机动性提高的情况下能够实现正确的运动模式、尤其是行走行为。

根据本发明，该任务通过具有独立权利要求的特征的腿矫形器和具有并列的独立权利要求的特征的矫形器解决，本发明的有利的构型和改进方案在从属权利要求、说明书以及附图中公开。

腿矫形器，其具有用于将腿矫形器固定在矫形器使用者的躯干上的固定装置和至少一个关节装置，通过所述至少一个关节装置可固定在该矫形器使用者的肢体上的第一矫形器部件相对于该固定装置能偏转地支承，腿矫形器设置为，该关节装置具有至少三个关节，所述至少三个关节分别具有至少一个摆动轴，并且所述至少一个摆动轴相交于一共同点，其中，摆动轴在共同点中构造至少三个独立的自由度。通过具有三个摆动轴和一个共同的交点的关节装置的构型可能的是，产生矫形器的运动行为，所述运动行为与呈球关节形状的自然关节相当。由此可以实现，位于人体内的球关节被位于外部的关节模仿，从而矫形器一方面能够承担必要的支撑和导向功能，另一方面能够通过矫形器使用者实现生理上正确的运动行为。通过具有三个相交于一点的关节轴的关节装置的构型，在一个位置中，即人体的内部产生球关节，在所述位置中在关节外部支承的情况下不可能直接机械方式地实现关节并且因此自然的运动被限制。如果接下来说到矫形器，则该说法不仅涉及腿矫形器而且涉及肩臂矫形器或者广泛的矫形器，如果解释特别的特性，则分别研究相应的实施方式。在相交于一个共同点的三个摆动轴的情况下，在关节的摆动轴的共同的交点中构成三个转动的自由度，所述三个转动的自由度相互独立，从而能够实现矫形器的如同在球关节支承中那样的运动。

可以给所述关节装置配置至少一个驱动装置或者能量储存器，以便矫形器在至少一个平面中可偏转地并且可被主动支持地构型。由此能够有利地实现，支持在行走中的矫形器使用者，例如在矢状面内弯曲和伸展，即在膝抬升和放下或臂或者肢体的其它部分抬升或者放下时支持在行走中的矫形器使用者。原则上也可能的是，设置多个驱动装置，所述多个驱动装置围绕关节的多个或者所有的摆动轴是有效的。除了具有外部能量源、例如电池或者蓄电池的马达驱动装置外，也可以配置能量储存器，例如弹簧或者诸如此类，以进行运动支持。

所述关节装置的至少一个关节的摆动轴的自由度有利地不影响其它关节的自由度，从而在例如纯粹的弯曲或伸展、或者内收或外展、以及内旋转或外旋转中不发生运动的跟随耦合(Mitkopplung)。在本发明的一个构型中所有的自由度都彼此去耦合地构造，本发明的一个变型设置为，仅仅一个关节与其它的关节去耦合，而其它的关节的自由度能够相互影响。如果例如一个轴被驱动，则驱动装置不在关节装置或者矫形器的其它的轴上施加力矩。这些未被驱动的轴能够相互影响，但围绕这些轴的力矩对所述被驱动的轴没有影响。

所述固定装置尤其在作为腿矫形器的构型中有利地构造用于将所述矫形器固定在骨盆、腹部区域或者腰部上，其中，第一矫形器部件构造成大腿支架(大腿夹板，Oberschenkelschiene)或者上臂支架。具有在骨盆、腹部区域或者腰部上的固定装置的矫形器的布置可以实现，将固定装置附加地定位在机架或者框架上，从而可以实现也支撑并且承载躯干，从而能够实现，在运动期间矫形器的减重。矫形器使用者不依赖于的是，在行走或者运动中承载他的全部人体重量，相反可以实现，通过固定装置减轻部分重力。

所述关节装置的关节的摆动轴优选相交于矫形器使用者的球关节的转动点中，即当矫形器构造成腿矫形器时相交于髋关节中，或者当矫形器构造成肩臂矫形器时相交于肩关节中，其中，由于在将矫形器固定在矫形器使用者上时存在的补偿可能性、出现的间隙以及人体的变化性，摆动轴延伸通过假想的球体就足够(该球体在大小上与髋关节的或者肩关节的关节头相当)。

第一矫形器部件可以具有多个铰接地相互连接的区段，其中每个区段通过关节与其它的区段连接。一个区段与固定装置耦合，另外的区段可以与另外的矫形器部件铰接地连接。通过固定在矫形器使用者的大腿或者上臂上的第一矫形器部件的铰接的连接，可以实现，通过矫形器支撑整个腿或者全部的臂，即也支撑小腿和脚或者下臂和手。另外的矫形器部件可固定地构造在相应的肢体上，其中，另外的矫形器部件之间的或者第一矫形器部件和衔接在其上的矫形器部件之间的关节的摆动轴在腿矫形器戴上的状态中与相应的肢体的关节轴、即自然关节的关节轴对准，以便通过矫形器部件不引起相应的肢体的自然运动性的损伤。

关节装置的关节的摆动轴可以分别具有一个自由度，优选分别具有恰好一个自由度，所述自由度相互不共线地延伸，由此它们通过补充自由度可以实现肢体的运动并且因此也实现矫形器的运动，所述运动与所述球关节的运动相当。

关节装置的摆动轴的自由度有利地在矢状面中定向，相反，关节装置的关节的摆动轴的另外两个自由度在额面中定向，以便产生垂直地投射在关节转动点中的轴。

只要运动限制是必要的或者自然关节的全部运动区域不应被用完，则所述关节的摆动区域、一个关节的至少所述摆动区域构造为可调节的。由此可以实现，能够实现对相应最大的运动半径的逐步的适配，从而一方面可以考虑医学上必要的运动限制，另一方面可以考虑治疗进步。

本发明的改进方案设置为，所述至少三个摆动轴中的至少两个相互非正交地取向。由此能够实现的是，能将所述关节在人体外在肢体或者躯干的旁边布置在能够实现矫形器的可携带性的位置上。在轴相互非正交地取向的情况下能够由一个关节实施组合运动，而其它关节不必随同运动。所述轴的定向因此能够与矫形器使用者的运动适配，因为在极其少有的情况下在恰好一个平面中围绕恰好一个位于该平面中的轴实施孤立的运动。优选不发生关节通过力传递装置耦合。

根据本发明的矫形器，其具有用于将矫形器固定在矫形器使用者的躯干上的固定装置和至少一个关节装置，通过所述至少一个关节装置可固定在该矫形器使用者的肢体上的第一矫形器部件相对于该固定装置能偏转地支承，其中，该关节装置具有至少三个关节，所述至少三个关节分别具有一个摆动轴，并且这些摆动轴相交于一共同点，所述矫形器设置为，所述关节装置的至少一个关节的摆动轴的自由度不影响其余关节的摆动轴的自由度，由此可以实现，至少围绕一个轴驱动装置变得有效，而不造成不期望的运动或者在自然的运动驱动的情况下由肌肉导入不期望的运动。上面对腿矫形器或者肩臂矫形器的阐述也相应地适用于根据本发明的矫形器。

所述关节的摆动轴优选相交于一个共同点并且在该共同的交点中构成至少三个独立的自由度。

附图说明

下面借助附图详细地解释本发明的实施例。附图示出：

图1具有关节轴的人体的示意图；

图2戴上的矫形器的示意图；

图3图1的变型，

图4在根据图1的位置中的戴上的矫形器的图示；

图5具有固定装置的部件的关节装置的单个图示；

图6本发明的实施方式的局部视图；

图7具有戴上的矫形器的矫形器使用者的俯视图；

图8在初始状态中的矫形器侧视图；

图9具有抬起的右腿的矫形器的侧视图；以及

图10在初始位置中的矫形器的前视图。

具体实施方式

图1以示意图示出具有躯干2和两个下肢体3的矫形器使用者1。矫形器使用者1的左肢体3外展，即在额面中向外偏转。

该偏转在此围绕髋轴4进行，所述髋轴延伸穿过未详细示出的髋关节。在下肢体的膝盖的区域内画入膝轴6，所述膝轴能够实现小腿的弯曲和伸展，脚踝轴7能够实现脚掌弯曲和脚背伸展。此外画入有腿轴8，围绕所述腿轴进行下肢体3的内旋转或者外旋转，从而脚在腿伸展时能够以脚尖向外或者向内地转动。

图2在局部视图中示出具有戴上的矫形器10的根据图1的矫形器使用者1的姿势，其中，矫形器10被示意地示出。矫形器10具有示意地示出的固定装置11，所述固定装置构造用于固定在矫形器使用者1的躯干2上。固定装置11能够构造成套环、壳形件或者多件式的筒，所述筒能够围绕躯干2、例如在腰部、髋或者骨盆的区域内、固定在矫形器使用者1上。该固定可以通过皮带、带扣、夹子或者可调节的固定元件实现。在固定装置11上(所述固定装置也在骨盆的区域内延伸)，为每个肢体3铰接地固定第一矫形器部件30。第一矫形器部件30具有三个区段31、32、33，所述三个区段相互通过关节22、23连接。最接近固定装置11的区段33，也称为固定区段，同样通过关节21支承在固定装置11上，从而整个第一矫形器部件30通过所述三个关节23、22、21能偏转地支承在固定装置11上。第一矫形器部件30固定在大腿上，有利地在矫形器使用者1的大腿区域内通过通常的套环或者皮带60固定在大腿上，所述套环或者皮带仅示意地示出。相对于大腿支架31在远侧衔接一小腿支架40，所述小腿支架通过矫形器膝关节34与大腿支架31可偏转地耦合。矫形器踝关节45衔接在该小腿支架的远侧端部40上，所述矫形器踝关节使小腿支架40与脚支架50铰接地耦合。不仅脚支架50而且小腿支架40都通过固定器具、例如皮带60、套环、尼龙搭扣(Klettverschlüsse)或者诸如此类固定在下肢体3的相应的部分上。矫形器膝关节34或者矫形器踝关节45的关节轴36、47相对于自然的膝关节或者踝关节的关节轴6、7共线地构造，从而能够实现下肢体3自然的运动。在矫形器踝关节45中也仅仅设置脚掌弯曲或者脚背伸展。

具有三个关节21、22、23的关节装置20这样地构造，使得各个关节21、22、23的关节轴24、25、28相交于共同点100，其中，关节轴24、25、28的交点相当于自然的髋关节的转动中心。在此，不必强制，这些轴24、25、28精确地相交于一个几何点中，当所有的轴24、25、28延伸穿过相当于髋关节的球节的球区域时，可能就足够了。

在示出的实施例中，相应单方的矫形器的关节21、22、23、34、45的所有的关节轴24、25、28、36、47装备有仅仅恰好一个旋转自由度。第一矫形器部件30的关节装置20的关节轴24、25、28相交于恰好一点，该点位于自然的髋关节的旋转中心内，其中，第一关节21的转动轴24垂直于额面地延伸，从而能够实现外展或者内收。第二关节22的摆动轴25主要用于大腿的伸展或者弯曲并且表现为髋转动点，所述髋转动点对于膝关节的抬升或者放下是必需的。布置在自然的髋关节下方的第三关节23构成转动轴28，所述转动轴相对于腿轴8基本上共线地延伸并且因此能够实现脚或者整个下肢体的内旋转或者外旋转。

关节装置20的摆动轴24、25、28的相应的旋转自由度不相互影响并且这样相互取向，使得在下肢体3的一个宽的偏转区域上能够实现髋关节的自然运动，尤其能够实现相应的下肢体3的外展和内收以及内旋转和外旋转。

图3示出在没有矫形器的情况下具有内旋转的右肢体3的矫形器使用者1。相应的轴的定向被画入，踝关节轴7以及膝关节轴6大致相互平行地延伸，腿轴8能够实现脚的内旋转和外旋转，两个另外的髋轴相交于髋关节中，即髋轴4(所述髋轴位于矢状面中并且能够实现下肢体3的外展和内收)以及髋轴5(所述髋轴位于额面中并且能够实现下肢体3的伸展和弯曲)。

图4示出具有戴上的矫形器10的根据图3的姿势的细节图。右肢体3的内旋转主要通过右边的第一关节21围绕摆动轴24的倾斜以及通过第三关节23围绕摆动轴28的扭转来实现。通过叠加两个关节21、23中的旋转运动可能的是，通过支起的脚部分50实现内旋转并且相应地也实现外旋转，由此借助矫形器很容易实现走曲线，而不进行环行(Zirkumduktion)，所述环行导致非生理性步态。此外可以从图4获知，第三关节23的摆动轴28不正交于所述第一和第二关节的摆动轴24、25地定向，而是具有相对于其他摆动轴23、24的倾斜姿态。通过第三关节23的倾斜的摆动轴28能够实现，下肢体在两个平面上实施运动，即腿转动和外展或者内收。对于仅仅希望腿内旋转或者外旋转的情况来说，一同进行的外展或者内收在这个仅仅在该平面内可运动的转动关节21中被补偿，而位于矫形器中的肢体不实施外展或者内收或者不被强制进行这样的运动。矫形器将腿正确地引导在这样的运动中，使得摆动轴24、25、28相对于腿的理想运动轴不一致的定向在矫形器的内部被补偿，其中，第二转动关节22在腿旋转时不被涉及并且与其它两个转动关节21、23去耦合。

第三关节23布置在自然的髋关节下方并且在后方和远侧的方向上相对于髋关节这样地定位，使得其位于大腿的后侧并且在后方与大腿间隔开。第三关节23的摆动轴28相对于能够实现脚的内旋转或者外旋转的腿轴8共线的取向是不可能的，因为为此第三转动关节23必须布置在脚的下方或者摆动轴28的平行的取向会与所述转动轴间隔地延伸，这将会妨碍摆动轴24、25、28相交于共同点100。

图5示出具有三个关节区段31、32、33的关节装置20的细节图，所述三个关节区段分别通过关节22、23相互连接。固定装置11被示出一部分并且同时示出相应的第一关节21之间的连接，所述第一关节的摆动轴24能够实现下肢体的外展和内收。

图5中可以看到，关节21、22、23的相应的摆动轴24、25、28相交于共同点100，所述共同点位于矫形器使用者的内部，即虚拟关节被投射到自然的髋关节的转动点中。由此可以实现，在髋内产生完整的并且自然的可运动性。关节装置20的所有关节21、22、23分别具有仅仅一个自由度，即转动自由度，其中，第一矫形器部件30与固定装置11连接的第一关节21的摆动轴24位于矢状面上，而其他的两个摆动轴25、28基本上位于额面上，其中，关节装置20的关节21、22、23的摆动轴24、25、28的自由度不相互影响，即彼此去耦合。

图5中示出用于左腿的矫形器的部件的构型。第一转动关节21这样定位，使得其摆动轴24基本上定位在与自然的髋关节相同的高度上，相反，主管弯曲和伸展的第二关节22，稍微在自然的髋关节的高度之下布置并且由此布置在延伸穿过第一摆动轴24的水平面下方。转动关节22也能够与自然的髋关节位于相同的平面上或者在其上方。延伸穿过第二转动关节22的第二摆动轴25，与第一摆动轴24相交于共同点100，第二摆动轴25因此朝向共同点100倾斜向上定向地延伸。

第三关节23的第三摆动轴28优选位于矢状面内，所述矢状面延伸穿过第一摆动轴24。但两个轴24、28之间的角度在这样的矢状面外延伸时是锐角，从而可以实现，将第三关节23定位在髋关节的下方和后方并且在矫形器使用者的骨盆的下方。

由于第二转动关节22定位在延伸穿过共同点100的水平面的下方，得到第二和第三关节22，23的摆动轴25、28之间的同样锐角。所有三个轴24、25、28由此相互不正交。

摆动区域止挡能够在所有关节21、22、23、34、45中可调节地构造，以便在生理局限中或者在必要的治疗局限中能够对最大摆动角度进行限制或者调整。

此外能够实现，给至少一个关节装置配置驱动装置或者能量储存器，例如马达，以便在运动的情况下支持矫形器使用者，例如引起大腿和/或小腿的伸展或者弯曲。

图6中示出在矫形器使用者1上的矫形器的前视图的局部视图。除了固定区段33以及关节22(所述关节的摆动轴25基本上能够实现在髋中的弯曲和伸展并且将固定区段3与接下来的区段32连接)，在矫形器使用者1的两侧设置驱动装置70，通过所述驱动装置，关节装置30能够借助固定在大腿上的围绕摆动轴25运动，以便对于病人而言使髋关节中的弯曲或者伸展变得容易。

图7示出戴上在矫形器使用者1上的矫形器10的俯视图，后套环形状的固定器具通过腰带固定在矫形器使用者1上。图中可以看到，布置在矫形器使用者1侧面的关节25的摆动轴25在初始姿势中基本上在额面中延伸并且自然的髋关节行走，从而与关节区段33、32耦合的驱动装置70能够支持或者引起不仅右边的而且左边的下肢体的弯曲。在该俯视图中还可以看到，将固定区段32与固定装置11连接的关节21布置在该矫形器使用者的后面并且摆动轴24基本上在矢状面中水平向前地指向，以便能够实现下肢体的外展或者内收。为此分别将连接区段33的各个外部的区段抬高或者放下。

在图7的俯视图中同样可以看到，第三关节23(所述第三关节不仅相对于第一关节21而且相对于第二关节22远侧地布置)，定位在矫形器使用者1后面并且构成倾斜向上地指向的摆动轴28，所述摆动轴也基本上位于相应的肢体的矢状面中并且与其它两个关节21、22的其它两个转动轴24、25在自然的髋关节的区域内相交。

图8示出矫形器10在初始状态中的侧视图。具有固定在其上的矫形器10的固定装置11构造成套环的形状，所述套环能够通过尼龙搭扣以皮带的形状被固定在躯干上。同样可以看到第一矫形器部件30的大腿支架31，所述大腿支架通过布置在包围大腿的套环中的皮带60能够固定在大腿上。在矫形器膝关节34下方布置小腿套环60，在矫形器踝关节45的区域内布置踝套环60，以便将小腿固定在小腿支架40上。通过矫形器踝关节45，脚部分50可摆动地与小腿支架40连接。除了围绕矫形器踝关节45的脚背伸展或者脚掌弯曲外，附加地能够围绕基本上水平地定向的摆动轴进行脚部分50的偏转，所述摆动轴在矢状面中定向。

由图8可以获知，给矫形器配置多个驱动装置70，所述多个驱动装置分别能够实现相应的矫形器部件的弯曲或者伸展。驱动装置70布置在固定区段33和中间区段32之间，以便能够实现大腿围绕关节22的摆动轴25弯曲。此外，在大腿支架31上，用于使小腿支架40相对于大腿支架31弯曲或者伸展的另外一个驱动装置70围绕矫形器膝关节34定位。为了围绕踝关节轴弯曲，在小腿支架40上布置第三驱动装置70，从而行走的基本运动能够通过驱动装置70导入或者支持。

由根据图8的侧视图可以获知，第一关节21和因此能够实现腿的外展和内收的第一摆动轴24也与共同点100或者虚拟的髋关节100一起位于共同的高度水平上。主要主管伸展和弯曲的第二转动关节22，在摆动轴25上，位于共同点100的下方，即相对于第一摆动轴24远侧地错开，但是关节轴25也可以在共同点100的相同高度上或者在其上方。第三关节23附加地相对于第二转动关节22或者相对于摆动轴25远侧地错开，并且由此在骨盆的下方，大约在共同点100和矫形器膝关节34之间的中点处。

图9示出具有右下肢体围绕摆动轴25屈曲的姿态的矫形器10的构型。围绕虚拟的髋关节100进行偏转，即围绕一个点偏转，关节装置20的三个轴相交于所述点。为了引起接近自然的运动，矫形器膝关节34同时被屈曲，从而小腿支架40基本上保持垂直地定向。

图10示出呈腿矫形器形状的矫形器的构型的前视图。除了固定装置11以外，为了实施在固定装置11和固定区段33之间的外展和内收在中间支架的两侧布置第一关节21。也可以看到用于引起第二关节区段32相对于固定区段33围绕第二关节22的扭转的驱动装置70，如同第一关节21的摆动轴与第三关节23对准地取向那样，所述第三关节主要为腿矫形器的内旋转和外旋转作贡献。

同样可以看到具有用于将矫形器固定在相应的下肢体上的皮带的套环60，如同用于引起脚部分50向外或者向内偏转的矫形器膝关节34、矫形器踝关节45以及摆动轴55。