DE60122483T2

DE60122483T2 - Elektromechanische gelenkkontrollvorrichtung mit schlingfederkupplung

Info

Publication number: DE60122483T2
Application number: DE60122483T
Authority: DE
Inventors: E. Steven Rochester IRBY; R. Kenton Rochester KAUFMAN
Original assignee: Mayo Foundation for Medical Education and Research; Mayo Clinic in Florida
Current assignee: Mayo Foundation for Medical Education and Research; Mayo Clinic in Florida
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2021-04-07
Also published as: EP1272132A2; US6500138B1; ES2269373T3; WO2001076515A2; ATE336973T1; US6834752B2; AU2001249900A1; EP1272132B1; US20030062241A1; DE60122483D1; WO2001076515A3

Description

Diese Erfindung betrifft eine dynamische elektromechanische orthetische oder prothetische Vorrichtung mit einer Schlingfederkupplung.
Hintergrund
Viele Amputierte und Patienten mit teilweiser oder vollständiger Lähmung der Extremitäten benötigen eine Unterstützungstechnologie, wie zum Beispiel Prothesen bzw. Orthesen (die hierin durch den allgemeinen Ausdruck Orthese oder orthetische Vorrichtung bezeichnet werden), um die Mobilität zu verbessern.
Um effizient zu funktionieren, sollte zum Beispiel die untere Extremität die Fähigkeit besitzen: (1) das Körpergewicht während der Standphase des Fortbewegungszyklus zu tragen (wenn sich der Fuß mit dem Boden in Kontakt befindet); (2) die Gelenke zu drehen und zu koordinieren, um die Fortbewegung zu erzielen; (3) die Länge der Extremität durch Beugung des Knies während der Schwungphase des Gangs einzustellen (wenn sich der Fuß nicht in Kontakt mit dem Boden befindet); und (4) ferner die Trajektorie des Schwerpunkts durch eine leichte Beugung des Knies im mittleren Stand zu glätten.
Um eine effiziente Fortbewegung bereitzustellen, muß eine orthetische Knie-Knöchel-Fuß-Vorrichtung (KAFO) die Kniegelenkbeugung beim Aufsetzen des Absatzes während der Standphase des Gangs einschränken, während sie außerdem eine freie Kniebeugung während der Gangschwungphase ermöglicht. KAFOs mit elektromechanischen Kniehemmungskomponenten nutzen eine breite Vielfalt von elektronisch gesteuerten mechanischen Kupplungs- und Bremsgestaltungen, um eine Kniesteuerung während des Gehens bereitzustellen. Eine erfolgreiche Gestaltung umfaßt einen kleinen, leichten, elektronisch gesteuerten Knieverriegelungsmechanismus, der an einer herkömmlichen KAFO angebracht werden kann.
Bezugnehmend auf 1 umfaßt die in WO-A94/09727 gezeigte KAFO-Vorrichtung 10 eine Orthese mit einem oberen Abschnitt 12 mit einer Oberschenkelmanschette 14 und Oberschenkelhalteriemen 16, als auch einen unteren Abschnitt 18 mit einer unteren Bein/Fuß-Manschette 20 und einem entsprechenden Fußhalteriemen 22. Eine mediale Oberschenkelstrebe 24 und eine mediale Unterschenkelstrebe 26 sind durch ein herkömmliches Drehgelenk 28 am Kniegelenk auf der medialen Seite der Vorrichtung 10 verbunden. Auf der lateralen Seite der Vorrichtung ist eine laterale Oberschenkelstrebe 30 mit der Oberschenkelmanschette 14 verbunden und erstreckt sich an einer Biegung 32 nach außen, um mit der Ausgangsnabe 38 eines Kniedrehgelenkkupplungsmechanismus 34 in Eingriff zu treten. Die Eingangsnabe 36 des Kupplungsmechanismus 34 ist mit einer im wesentlichen geraden lateralen Unterschenkelstrebe 40 verbunden, die mit der unteren Bein/Fuß Manschette 20 verbunden ist.
Bezugnehmend auf 2, ist der Kupplungsmechanismus 34 eine Schlingfederkupplung. Schlingfederkupplungen sind eine bekannte Kategorie von Freilaufkupplungen, die in nur eine Drehrichtung eine Drehmomentübertragung von einer Welle zu einer anderen zulassen. Der Kupplungsmechanismus 34 umfaßt eine zylindrische Eingangswelle 42, die an der Eingangsnabe 36 befestigt ist, eine zylindrische Ausgangswelle 44, die an der Ausgangsnabe 38 befestigt ist, und eine zylindrische Feder 46, die Windungen mit einer im wesentlichen quadratischen Querschnittsform aufweist. Die Eingangswelle 42 und die Ausgangswelle 44 weisen denselben Durchmesser auf und werden durch eine (nicht gezeigten) Halteklammer Ende an Ende in einer aneinanderstoßenden Beziehung gehalten, und drehen sich um eine gemeinsame Achse. Diese Drehachse, die hierin als die Beugungsverlängerungsachse 48 bezeichnet wird, ist bezüglich der Drehachse des medialen Drehgelenks 28 kollinear (siehe 1). Die Feder 46 ist mit der Ausgangswelle 44 verbunden, rutscht auf der Eingangswelle 42 und dient als selbsteingreifende Bremse zwischen ihnen. Wenn in die Richtung des Pfeils A auf die Eingangsnabe 36 ein Drehmoment ausgeübt wird, schlingt sich die Feder 46 eng um die Welle, die durch die durch die aneinanderstoßenden Eingangswelle 42 und Ausgangswelle 44 gebildet wird, was die Eingangswelle 42 und die Ausgangswelle 44 miteinander verriegelt und das laterale elektromechanische Kniegelenk verriegelt. Wenn umgekehrt ein Drehmoment in eine Richtung eines entgegengesetzten Pfeils A ausgeübt wird, wickelt sich die Feder 46 von der Welle ab, die durch die Eingangswelle 42 und die Ausgangswelle 44 gebildet wird, was es ermöglicht, daß die Welle leicht in die entgegengesetzte Richtung rutscht und das elektromechanische Kniegelenk frei schwingen läßt. Wenn die Eingangswelle 42 und die Ausgangswelle 44 unter Last stehen und ausgekuppelt werden müssen, kann ein Steuerzapfen 50 auf der Feder 46 in die Richtung des Pfeils B bewegt werden, um die Feder 46 zu lösen.
Erneut auf 1 bezugnehmend, steht eine Umfangssteuermanschette 52 um die Feder 46 mit dem Steuerzapfen 50 in Eingriff. Die Steuermanschette 52 steht über eine Spannvorrichtung 54 in Eingriff, die am Ausgangselement eines elektrisch betätigten linearen Elektromagneten 56 befestigt ist, der an der lateralen Oberschenkelstrebe 32 angebracht ist. Der lineare Elektromagnet 56 wird durch ein elektronisches Steuersystem 58 gesteuert, das am Gürtel des Trägers befestigt ist. Das Steuersystem 58 empfängt elektrische Eingangssignale von einer Anordnung zweier Sätze von Fußkontaktsensoren und erzeugt beruhend auf diesen Signalen elektrische Ausgangssignale, um den Elektromagneten 56 zu steuern. Der erste Satz Sensoren 60, 62 besteht aus kraftempfindlichen Widerständen, die auf der Unterseite der unteren Bein/Fuß-Wiege 20 angebracht sind, und liefert abhängig vom Grad des Kontakts zwischen der Wiege 20 und einer Gehfläche veränderliche elektrische Eingangssignale an das Steuermodul 58. Die zweiten Sensoren sind an der Unterseite des (in 1 nicht gezeigten) entgegengesetzten Fußes des Trägers befestigt und liefern abhängig vom Grad des Kontakts zwischen dem entgegengesetzten Fuß und dem Boden veränderliche elektrische Eingangssignale an das Steuermodul 58. Ein Verknüp fungslogiknetzwerk im elektronischen Steuermodul 58 überwacht beruhend auf den Eingaben aus den Fußsensoren an der Orthese und dem entgegengesetzten Fuß elektrische Ausgangsbefehle. Beruhend auf der Eingabe von den Sensoren erzeugt ein Kontrolleralgorithmus ein Betätigungssignal, das zur Lösung des Kupplungsmechanismus 34 während der Schwungphase des Gangs an den Elektromagneten 56 gesendet wird.
Die in den 1–2 gezeigte prothetische/orthetische Vorrichtung 10 stellt ein gelenkiges Kniegelenksystem bereit, das die metabolischen Energieanforderungen während des Gangs reduziert. Die Verriegelungswirkung der Kupplung 34 stellt eine Kniestabilität während des Stands bereit, während sie eine freie Kniebewegung während der Schwungphase des Gangs zuläßt.
Zusammenfassung
Die orthetische Vorrichtung, die in den 1–2 dargestellt wird, liefert verglichen mit einer herkömmlichen festen Knieorthese eine beträchtlich verbesserte Leistung. Jedoch macht das extrem breite laterale Profil der Kupplung 34 die Vorrichtung 10 unattraktiv und schwierig unter Bekleidung, wie Hosen oder Röcken zu tragen. Zusätzlich erhöht der Versatz zwischen der lateralen Oberschenkelstrebe 30 und der lateralen Unterschenkelstrebe 40 verglichen mit herkömmlichen Reihenverstrebungen die Torsionsbelastung am Gelenk. Die Fußsensoren, die sowohl an der Vorrichtung 10 als auch dem gegenüberliegenden Fuß des Trägers befestigt sind, sind sowohl unattraktiv als auch unbequem zu verbinden/zu trennen.
Die Erfindung stellt eine Schlingfederkupplung mit einem beträchtlich reduzierten lateralen Profil bereit, was die Vorrichtung, die die Kupplung verwendet, sehr viel attraktiver macht, sie unter der Bekleidung zu tragen. Das reduzierte laterale Profil und die benachbarten Eingangs-/Ausgangsrahmen der Kupplung reduzieren außerdem die Torsion im lateralen Kniegelenkbereich. Die Schlingfederkupplung stellt eine bidirektionale Rotation, mehrere Verriegelungspositionen, eine Selbsteinkupplung und einfache Auskupplung unter Last mit einer sehr geringen Energieaufnahme aus einer Stromquelle wie einer Batterie bereit. Die Schlingfederkupplungsgestaltung stellt auch einen störungssicheren Verriegelungsmechanismus bereit, falls der Strom ausfällt. Die Kupplungsgestaltung mit niedrigem Profil macht die Vorrichtung leicht zur verwenden, und folglich wäre es wahrscheinlicher, daß mehr Patienten, die die Unterstützung einer orthetischen Vorrichtung benötigen, sie auf einer täglichen Grundlage tragen. Die einseitige Eingabe von den Sensoren an der orthetischen Vorrichtung macht den zusätzlichen Satz von Drähten und Sensoren überflüssig, die vorher den Fuß des Trägers auf der entgegengesetzten Seite behinderten, und vereinfachen außerdem die Befestigung und Entfernung der Vorrichtung.
In einem Aspekt ist die Erfindung eine Kupplung, die eine Ausgangsnabe auf einem Ausgangsrahmen und eine Eingangswelle auf einem Eingangsrahmen aufweist, wobei sich die Eingangswelle in einer Bohrung in der Ausgangsnabe dreht. Es ist eine Eingangsnabe an einem Ende der Eingangswelle befestigt, und eine Feder steht mit der Eingangsnabe und der Ausgangsnabe in Eingriff. Eine Umfangsfederklemme sichert die Feder so an der Eingangsnabe, daß der Eingangsrahmen und der Ausgangsrahmen auf einer Seite der Kupplung, die der Eingangsnabe gegenüberliegt, zueinander benachbart sind
In einem weiteren Aspekt ist die Erfindung eine orthetische Gelenksteuervorrichtung, die eine Kupplung mit einer Ausgangsnabe auf einem Ausgangsrahmen und eine Eingangswelle auf einem Eingangsrahmen aufweist, wobei sich die Eingangswelle in einer Bohrung in der Ausgangsnabe dreht. Es ist eine Eingangsnabe an einem Ende der Eingangswelle befestigt, eine Feder steht mit der Eingangsnabe und der Ausgangsnabe in Eingriff, und eine Umfangsfederklemme sichert die Feder an der Eingangsnabe. Der Eingangsrahmen und der Ausgangsrahmen sind auf einer Seite der Kupplung zueinander benachbart, die der Eingangsnabe gegenüberliegt. Eine erste Strebe ist am Eingangsrahmen befestigt, und eine zweite Strebe ist am Ausgangsrahmen befestigt.
In einem dritten Aspekt ist die Erfindung eine orthetische Knie-Knöchel-Fuß-Vorrichtung, die aufweist:

(a) eine mediale Oberschenkelstrebe und eine mediale Unterschenkelstrebe, wobei die mediale Oberschenkelstrebe und die mediale Unterschenkelstrebe an einem Drehgelenk befestigt sind, das sich um eine Beugungsverlängerungsachse dreht;
(b) eine laterale Oberschenkelstrebe und eine laterale Unterschenkelstrebe, wobei die laterale Oberschenkelstrebe und die laterale Unterschenkelstrebe an der Schlingfederkupplung befestigt sind, die sich um die Beugungsverlängerungsachse dreht;
(c) ein erstes orthetisches Element, das geeignet ist, mit dem Oberschenkel in Eingriff zu treten, wobei eine mediale Seite des ersten orthetischen Elements an der medialen Oberschenkelstrebe befestigt ist und eine laterale Seite des ersten orthetischen Elements an der lateralen Oberschenkelstrebe befestigt ist;
(d) ein zweites orthetisches Element, das geeignet ist, mit mindestens einem der unteren Extremität und des Fußes in Eingriff zu treten, wobei eine mediale Seite des zweiten orthetischen Elements an der medialen Unterschenkelstrebe befestigt ist und eine laterale Seite des zweiten orthetischen Elements an der lateralen Unterschenkelstrebe befestigt ist;
(e) eine elektrisch betätigte Vorrichtung, die an einer der ersten und zweiten lateralen Streben befestigt ist, wobei die elektrisch betätigte Vorrichtung, wenn sie betätigt wird, die Kupplung auskuppelt;
(f) Kontaktsensoren, die an einer Unterseite des zweiten orthetischen Elements befestigt sind und auf die durch eine Gehfläche eingewirkt wird, wobei die Kontaktsensoren ein elektrisches Signal erzeugen, das dem Grad des Kontakts zwischen dem zweiten orthetischen Element und einer Oberfläche entspricht;
(g) einen kinematischen Sensor, der ein elektrisches Signal erzeugt, das auf der relativen Position und/oder Bewegung des Eingangsrahmens bezüglich des Ausgangsrahmens beruht; und
(h) einen elektronischen Schaltungskomplex, der elektrische Eingangssignale aus den Kontaktsensoren und den kinematischen Sensoren empfängt und elektrische Ausgangssignale erzeugt, um die elektrisch betätigte Vorrichtung zu betätigen.

In einem vierten Aspekt ist die Erfindung ein Verfahren zur elektromechanischen Steuerung des Kniegelenks, das aufweist:

(a) Bereitstellen einer prothetischen Vorrichtung, die aufweist: eine Oberschenkelstrebe und eine Unterschenkelstrebe, wobei die Oberschenkelstrebe und die Unterschenkelstrebe an einer Schlingfederkupplung befestigt sind, die sich um eine Beugungsverlängerungsachse dreht; ein erstes prothetisches Element, das geeignet ist, mit dem Oberschenkel in Eingriff zu treten, wobei das erste prothetische Element an der Oberschenkelstrebe befestigt ist, und ein zweites prothetisches Element, das an der Unterschenkelstrebe befestigt ist; und

In einem fünften Aspekt ist die Erfindung ein Verfahren zur elektromechanischen Steuerung eines Kniegelenks in einer orthetischen Vorrichtung, das aufweist:

(a) Bereitstellen einer orthetischen Vorrichtung, die aufweist: eine Oberschenkelstrebe und eine Unterschenkelstrebe, wobei die laterale Oberschenkelstrebe und die laterale Unterschenkelstrebe an einer Schlingfederkupplung befestigt sind, die sich um eine Beugungsverlängerungsachse dreht; ein erstes orthetisches Element, das geeignet ist, mit dem Oberschenkel in Eingriff zu treten, wobei das erste orthetische Element an der Oberschenkelstrebe befestigt ist, und ein zweites orthetisches Element, das geeignet ist, mit mindestens einem der unteren Extremität und des Fußes in Eingriff zu treten, wobei das zweite orthetische Element an der Unterschenkelstrebe befestigt ist; und

In einem sechsten Aspekt ist die Erfindung ein Verfahren zur elektromechanischen Steuerung eines Gelenks in einer orthetischen Vorrichtung, das aufweist:

(a) Bereistellen einer orthetischen Vorrichtung, die aufweist: eine erste Strebe und eine zweite Strebe, wobei die erste Strebe und die zweite Strebe an einer Schlingfederkupplung befestigt sind, die sich um eine Beugungsverlängerungsachse dreht; ein erstes orthetisches Element, das an der ersten Strebe befestigt ist, und ein zweites orthetisches Element, das an der zweiten Strebe befestigt ist; und

Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung werden in den beigefügten Zeichnungen und der folgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen deutlich.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische perspektivische Vorderansicht einer Knie-Knöchel-Fuß-Orthese (KAFO).
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Schlingfederkupplungsmechanismus.
3 ist eine perspektivische Vorderansicht einer orthetischen Vorrichtung der Erfindung.
4 ist eine Seitenansicht einer orthetischen Vorrichtung der Erfindung.
5 ist eine perspektivische Ansicht mit aufgelösten Einzelteilen der Schlingfederkupplung der Erfindung.
6 ist eine detaillierte Seitenansicht einer Ausführungsform der Kupplung der Erfindung.
7 ist eine detaillierte Vorderansicht einer orthetischen Vorrichtung der Erfindung.
8 ist eine graphische Darstellung normaler sagittaler Kniebewegungen in Grad der Kniebeugung als Funktion des Gangzyklus in Prozent.
9 ist eine graphische Darstellung der normalen Fuß-Boden-Kontaktkräfte senkrecht zur Ebene des Bodens als auf das Körpergewicht normierte Kraft in Prozent als Funktion des Gangzyklus in Prozent.
10 ist eine Ansicht von unten der Orthese, die die Anordnung eines Paares kraftempfindlicher Sensoren zeigt.
11 ist ein schematischer Schaltplan des elektronischen Steuermoduls der Erfindung.
12 ist eine graphische Darstellung, die die Aktivierung des Elektromagneten als Funktion des Gangzyklus in Prozent zeigt.
13 ist eine schematische Darstellung der Schlingfederkupplung der Erfindung, die in einer prothetischen Vorrichtung verwendet wird.
Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen geben gleiche Elemente an.
Detaillierte Beschreibung
Eine Ausführungsform einer orthetischen Vorrichtung 110 der Erfindung wird in 3 gezeigt. Die Vorrichtung 110 weist einen oberen Abschnitt 112 mit einem ersten orthetischen Element 114 und einen Oberschenkelriemen 116 zur Befestigung der Vorrichtung an einem oberen Bein eines Trägers auf. Ein unterer Abschnitt 118 der Vorrichtung 110 weist ein zweites orthetisches Element 120, das so geformt ist, daß es das untere Bein und/oder den Fuß des Trägers hält, zusammen mit einem Unterschenkelriemen 122 zur Befestigung der Vorrichtung an der unteren Extremität auf. Eine mediale Oberschenkelstrebe 124 ist an der medialen Seite des ersten orthetischen Elements 114 befe stigt, und eine mediale Unterschenkelstrebe 126 ist an der medialen Seite des zweiten orthetischen Elements 120 befestigt. Ein herkömmliches Drehgelenk 128, das sich um eine Kniebeugungs-/Verlängerungsachse 148 dreht, verbindet die mediale Oberschenkelstrebe 124 und die mediale Unterschenkelstrebe 126. Eine im wesentlichen lineare laterale Oberschenkelstrebe 130 ist an einem Eingangsrahmen 136 eines Schlingfederkupplungsmechanismus 134 befestigt. Eine laterale Unterschenkelstrebe 140 weist einen im wesentlichen linearen unteren Abschnitt 142 und einen gebogenen oberen Abschnitt 144 auf, der mit einem Ausgangsrahmen 138 der Kupplung 134 verbunden ist. Der Eingangsrahmen 136 und der Ausgangsrahmen 138 sind zueinander benachbart und sind beide auf der medialen Seite des Kupplungsmechanismus 134 angeordnet, was verglichen mit einem Kupplungsmechanismus mit einem Eingangselement auf der medialen Seite der Kupplung und einem Ausgangselement auf der laterale Seite der Kupplung ein reduziertes laterales Profil erzeugt. Da der Eingangsrahmen 136 und der Ausgangsrahmen 138 zueinander benachbart und im wesentlichen ausgerichtet sind, reduziert die Kupplung 134 der Erfindung außerdem die Torsionskräfte, die auf die Orthese ausgeübt werden.
Der Eingangsrahmen 136, der Ausgangsrahmen 138 und andere Komponenten des Kupplungsmechanismus bestehen typischerweise aus einem Leichtmetall, wie zum Beispiel Aluminium, um das Gesamtgewicht der orthetischen Vorrichtung zu reduzieren. Jedoch wäre jedes Metall zur Verwendung bei der Herstellung der Kupplungskomponenten geeignet, und es kann zum Beispiel Stahl für alle oder einen Teil der Komponenten verwendet werden, falls das Gewicht nicht von besonderem Belang ist oder wenn eine verbesserte Haltbarkeit erforderlich ist.
Ein Spannelement 154 wirkt auf ein Spaltjoch 151 auf einer Außenseite einer Umfangssteuermanschette 152, die durch eine Umfangsverriegelungsfederklemme 164 gehalten wird. Das Spannelement wird durch das Ausgangselement einer elektromechanischen Betätigungsvorrichtung 156 betätigt, die an der lateralen Oberschenkelstrebe 130 angebracht ist. Die Betätigungsvorrich tung, in dieser Ausführungsform ein linearer Elektromagnet 156, wird durch ein elektronisches Steuersystem 158 gesteuert, das am Gürtel des Trägers befestigt oder an den medialen oder lateralen Oberschenkelstreben 124, 130 angebracht sein kann. Das Steuersystem 158 empfängt elektrische Eingangssignale von einem einzigen Satz Fußkontaktsensoren und erzeugt beruhend auf diesen Signalen elektrische Ausgangssignale, um den Elektromagneten 156 zu steuern. Die Sensoren 160, 162 sind kraftempfindliche Widerstände, die an der Unterseite des zweiten orthetischen Elements 120 angebracht sind und abhängig vom Grad des Kontakts zwischen dem zweiten Element 120 und einer Gehfläche veränderliche elektrische Eingangssignale an das Steuermodul 158 liefern. Es sind keine Sensoren auf der Unterseite des kontralateralen Fußes des Trägers erforderlich. Der elektronische Schaltungskomplex 158 überwacht elektrische Ausgangsbefehle beruhend auf den Eingaben von den Fußsensoren 160, 162 an der Vorrichtung 110. Beruhend auf der Eingabe von den Sensoren erzeugt ein Kontrolleralgorithmus ein Betätigungssignal, das zur Lösung des der Kupplungsmechanismus 134 während der Schwungphase des Gangs an den Elektromagneten 156 geschickt wird.
Bezugnehmend auf 4–5, ist der Eingangsrahmen 136 ein im wesentlichen ebenes Element, das typischerweise einen länglichen linearen Verbindungsabschnitt 170 zur Befestigung der Kupplung an einer Strebe einer orthetischen Vorrichtung aufweist. Jedoch kann der längliche Abschnitt 170 außerhalb der Ebene liegen, falls erforderlich, um enger parallel zum Profil einer typischen orthetischen Vorrichtung zu verlaufen. Der Verbindungsabschnitt 170 weist eine Reihe von Befestigungsöffnungen 172 zur einstellbaren Befestigung an der lateralen Oberschenkelstrebe 130 auf. Die Befestigungsöffnungen können auch verwendet werden, um eine Halterung 174 für den Elektromagneten 156 anzubringen, oder um ein Batteriebündel oder das (in den 4–5 nicht gezeigte) elektronische Steuermodul 158 anzubringen. Der Verbindungsabschnitt 170 des Eingangsrahmens 136 weist Verstärkungsflansche 176 ebenso wie ein Paar Randöffnungen 178 auf. Die Öffnungen 178 werden typischerweise verwendet, um Gewindestifte oder ähnliche Anschlagelemente zu halten (die in den 4–5 nicht gezeigt werden), die in eine Umfangsnut 180 im Ausgangsrahmen 138 eingreifen, um die Rotation des Eingangsrahmens 136 bezüglich des Ausgangsrahmens 138 zu begrenzen und eine Überstreckung des Kniegelenks zu verhindern. Der Eingangsrahmen 136 weist ferner eine Eingangsachse oder Eingangswelle 182 mit einer Längsachse auf, die im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Eingangsrahmens 136 und kollinear mit der Beugungs-/Verlängerungsachse 148 verläuft (siehe 3).
Der Ausgangsrahmen 138 ist ebenfalls ein im wesentlichen ebenes Element, das einen länglichen linearen Verbindungsabschnitt 184 aufweist. Der Verbindungsabschnitt 184, der ebenfalls außerhalb der Ebene liegen kann, falls notwendig, um mit einer Strebe einer orthetischen Vorrichtung verbunden zu werden, weist eine Reihe von Befestigungsöffnungen 186 zur einstellbaren Befestigung des Ausgangsrahmens 138 am gebogenen Abschnitt 144 der lateralen Unterschenkelstrebe 142 auf. Verstärkungsflansche 188 versteifen den Verbindungsabschnitt 184 und erstrecken sich in eine Richtung, die entgegengesetzt zu den Verstärkungsflanschen 176 am Eingangsrahmen 136 ist. Die Eingangswelle 182 ist in eine Bohrung 190 im Ausgangsrahmen 138 aufgenommen und kann sich darin frei drehen. Die Eingangswelle 182 dreht sich in der Bohrung 190 auf mindestens einer Flanschlagerbuchse 192. Das Lager 192 weist einen Buchsenabschnitt 193 in der Bohrung 190 und einen Umfangsflanschabschnitt 194 zwischen den benachbarten Eingangsrahmen 136 und Ausgangsrahmen 138 auf. Die Eingangswelle 182 wird konzentrisch in einer Ausgangsnabe 196 gehalten, die eine Längsachse aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Ausgangsrahmens 138 ist.
Ein Ende 183 der Eingangswelle 182 erstreckt sich über die Ausgangsnabe 196 hinaus und ist an einer Eingangsnabe 200 befestigt. Die Eingangsnabe 200 weist im wesentlichen denselben Durchmesser wie die Ausgangsnabe 196 auf und umfaßt eine im wesentlichen ebene Angriffsfläche 202, die an eine im wesentlichen ebene Angriffsfläche 204 an der Ausgangsnabe 196 anstößt. Das Ende 183 der Eingangswelle 182 ist mit einer im wesentli chen achteckigen Querschnittsform ausgearbeitet, obwohl andere ähnliche Formen und/oder Keilanordnungen verwendet werden können. Die bearbeiteten Abschnitte an der Eingangswelle 182 weisen im wesentlichen parallele Flächen auf, die an eine entsprechende, achteckig geformte innere Befestigungsfläche 206 der Eingangsnabe 200 angreifen. Ein radialer Gewindestift 208 in der Eingangsnabe 200 kann verwendet werden, um einen zuverlässigen Eingriff der Eingangswelle 182 und der Eingangsnabe 200 sicherzustellen.
In einer alternativen Ausführungsform, die in 6 dargestellt wird, weist das Ende 183 der Eingangswelle 182 eine im wesentlichen kreisförmige Querschnittsform auf. Es kann eine longitudinale Keilnut in das distale Ende 183 der Eingangswelle 182 eingearbeitet sein, um einen flachen Keil 185 aufzunehmen. Die Innenseite 206 der Eingangsnabe 200 weist außerdem eine ringförmige innere Befestigungsfläche 206 auf. Es kann ein (in 6 nicht gezeigter) radialer Gewindestift in der Eingangsnabe 200 verwendet werden, um den Keil 185 zu halten und den Eingriff mit der Eingangswelle 182 aufrechtzuerhalten.
Eine im wesentlichen zylindrisch geformte Schraubenfeder 210, die einen Durchmesser aufweist, der geringförmig kleiner als die Durchmesser der Ausgangsnabe 196 und der Eingangsnabe 200 ist, wird über die Ausgangsnabe 196 und die Eingangsnabe 200 gedrückt. Die Feder 210, die vorzugsweise aus Draht gefertigt ist, der eine im wesentlichen quadratische oder rechteckige Querschnittsform aufweist, steht mit einer Außenseite 214 der Ausgangsnabe 196 und einer Außenseite 216 der Eingangsnabe 200 in Reibungseingriff. Um eine stabilere Reibungsfläche bereitzustellen, können die Außenseite 214 der Ausgangsnabe 196 und die Außenseite 216 der Eingangsnabe 200 mit einer Buchse aus einem gehärteten oder verschleißfesten Material, wie zum Beispiel Stahl versehen oder damit überzogen sein.
Wie oben angegeben, wird ein Drehmoment, das auf die Kupplung 134 ausgeübt wird, die Tendenz haben, den Eingangsrahmen 136, die Eingangswelle 182 und die Eingangsnabe 200 bezüglich der Ausgangsnabe 196 zu drehen. Wenn das Drehmoment in eine er ste Richtung auf den Eingangsrahmen 136 und die Eingangsnabe 200 ausgeübt wird, so daß die Feder 210 in den Naben aufgewickelt wird, wird ein maximales Drehmoment durch die Kupplung 134 übertragen. Wenn das Drehmoment in eine zweite Richtung ausgeübt wird, die zur ersten Richtung entgegengesetzt ist, so daß die Feder 210 abgewickelt wird, wird ein minimales Drehmoment durch die Kupplung 134 auf die Ausgangsnabe 196 übertragen.
Erneut auf die 3–5 bezugnehmend, steht die Feder 210 durch eine Innenseite 221 einer Umfangssteuermanschette 152 in Eingriff, die über die Feder 210 rutscht und an der Schulter 212 am Ausgangsrahmen 138 anliegt. Die Steuermanschette 152 weist eine longitudinale Kerbe 222 auf, die einen Steuerzapfen 250 in der Feder 210 hält. Wenn sich die Kupplung 134 unter Last befindet und ausgekuppelt werden muß, kann die Steuermanschette um die Feder 210 gedreht werden. Die Kerbe 222 drückt den Zapfen 250 in die zweite Richtung, so daß die Feder 210 abgewickelt wird und die Kupplung 134 löst. Eine Außenseite 223 der Steuermanschette 152 weist ein Spaltjoch 151 auf, um die Umfangsbewegung der Steuermanschette zu ermöglichen (siehe 7).
Die Steuermanschette 152 wird durch eine Umfangsfederklemme 164 in der an der Schulter 212 anliegenden Position gehalten. Wenn der tangentiale Gewindestift 233 festgezogen ist, verriegelt die innere Angriffsfläche 231 der Federklemme 164 auch die Feder 210 an der Eingangsnabe 200.
Bezugnehmend auf 7, wird die Steuermanschette 152 durch einen elektrisch betätigten linearen Elektromagneten 156 um die Feder 210 in Umfangsrichtung bewegt. Wenn der Elektromagnet 156 erregt wird, verschiebt die (in 7 nicht gezeigte) Elektromagnetwelle das Spannelement 154, das in seinen linearen Abmessungen einstellbar ist, um die Wirkung des Kragens 152 auf den Federzapfen 250 zu steuern. Das Spannelement 154 wirkt auf ein Schäkelelement 232, das die lineare Wirkung des Elements 154 in eine Umfangsbewegung des Kragens 152 umsetzt. Das Schäkelelement 232 befindet sich in den beiden Pfosten 151A, 151B des Spaltjochs 151 und steht mit einem (in 7 nicht gezeig ten) linearen Stift in Eingriff, der sich zwischen den Pfosten 151A, 151B erstreckt.
Die Steuereingaben für den Elektromagneten 156, der die Kupplung 134 auskuppelt, werden aus natürlich auftretenden Gangereignissen abgeleitet. Das Timing und die Wiederholbarkeit dieser Ereignisse sind für eine erfolgreiche Anwendung entscheidend. Es wurde die zeitliche Abfolge der Fußkontaktereignisse verwendet, da sie die Gangkinematik und Kinetik betreffen, um die Steuersystemgestaltung zu leiten.
Bezugnehmend auf die 8–9, wurden die kinematischen und kinetischen Gangparameter zeitlich auf 100% eines Gangzyklus normiert. Die Standphase eines Gangzyklus beginnt bei 0% mit dem Fußkontakt. Für ein normales Individuum findet das Aufsetzen des entgegengesetzten Fußes (OFS) bei 50% des Gangzyklus statt. Als Vorbereitung auf das Vorsetzen der hinteren Extremität beginnt die gegenüberliegende Extremität, das Gewicht des Individuums aufzunehmen. Die Standphase endet und die Schwungphase beginnt mit dem Abheben der Zehen (TO) bei annähernd 62% des Gangzyklus. Die Schwungphase wird mit dem Aufsetzen des Fußes oder 100% des Gangzyklus abgeschlossen. Die Kniegelenkeinkupplung muß stattfinden, nachdem die Spitzenkniebeugung während der Schwungphase erzielt wird, jedoch nicht später als das Aufsetzen des Fußes (8). Die Kupplung 134 kann jederzeit nach der Spitzenkniebeugung im Schwung eingerastet werden, da eine Streckung infolge der Freilauffähigkeit der Schlingfederkupplungsgestaltung zu jeder Zeit möglich ist.
Bezugnehmend auf 9, stellt die gestrichelte Linie die Kräfte der gegenüberliegenden Extremität dar. Das normale Timing des gegenüberliegenden Aufsetzen des Fußes (OFS) und Abhebens der Zehen (TO) begrenzt die kritische Zeitspanne für die Kniegelenksteuerung. Der Elektromagnet 156 muß betätigt werden, um die Kupplung 134 zu lösen, nachdem eine ausreichende Gewichtsübertragung stattgefunden hat. Das heißt, nach dem OFS, jedoch vor dem TO, damit eine ausreichende Kniebeugung stattfindet und eine Fußhöhe während der Schwungphase des Gangs erhalten wird. Die hohe Geschwindigkeit der Belastung am Beginn des Stands schafft eine unantastbare Randbedingung, damit das Knie nicht in die Beugung zusammenklappt. Das Ausrücken muß stattfinden, nachdem eine ausreichende Gewichtsübertragung auf das gegenüberliegende Bein stattgefunden hat (nach dem gegenüberliegenden Aufsetzen des Fußes), jedoch früh genug, um es dem Knie zu ermöglichen, sich vor dem Abheben der Zehen (8) zu beugen. Folglich gibt es ein schmales Zeitfenster, in dem die Kupplung betätigt werden muß.
In Hinblick auf das obige, kann dann, wenn Informationen hinsichtlich: (1) des Kontakts zwischen dem zweiten orthetischen Element 120 (3) bezüglich einer Gehfläche, und (2) der Kniebeugung oder der Gelenkwinkeleingabe, d.h. der jeweiligen Rotationsverstellung und/oder Geschwindigkeit des Eingangsrahmens 136 bezüglich des Ausgangsrahmens 138 erhalten und an den Elektromagneten 156 übertragen werden, die Kupplung 134 in einer rechtzeitigen Weise gelöst und eingerückt werden, um einen natürlichen Gangzyklus eng anzunähern.
Bezugnehmend auf 10, können Informationen hinsichtlich des Aufsetzen des Absatzes und des Abhebens der Zehen mit einem Paar Sensoren 160, 162 erhalten werden, die am zweiten orthetischen Element 120 angeordnet sind, auf die durch die Gehfläche eingewirkt wird. Die Sensoren 160, 162 sind typischerweise kraftempfindliche Widerstandselemente, die abhängig von der Kraft, die auf sie ausgeübt wird, einen variablen Widerstand liefern. Um Informationen hinsichtlich des Gelenkwinkels bereitzustellen, müssen die Rotationsverstellung und/oder die Geschwindigkeit des Eingangsrahmens 136 bezüglich des Ausgangsrahmens 138 ausgewertet werden. Dies kann zum Beispiel erreicht werden, indem ein transparentes Fenster im Eingangsrahmen 136 angeordnet wird und eine Reihe von Markierungen auf einer benachbarten Fläche des Ausgangsrahmens 138 mit einer Lichtquelle beleuchtet werden.
Bezugnehmend auf 11, wird ein Grundschaltplan des Elektromagnet-Steuermodulschaltungskomplexes 300 dargestellt. Es werden elektrische Eingangssignale 302 aus einer Anordnung von Sensoren am zweiten orthetischen Element 120, elektrische Eingangssignale 304 hinsichtlich des Gelenkwinkels, und/oder manuelle elektrische Eingangssignale 306 vom Träger der Orthese an den elektronischen Schaltungskomplex geliefert, wie zum Beispiel einen Prozessor in einer digitalen Steuereinheit 308. Zum Beispiel kann der Träger wollen, daß die Kupplung manuell gelöst wird, bevor er sich in einem Sessel niederläßt, oder kann wollen, daß die Auskupplung beibehalten wird, während er sich in einer sitzenden Position befindet. Unter Verwendung dieser Eingangssignale entscheidet der Prozessor elektrische Ausgangssignale an eine elektromechanische Treiberschaltung 310. Die Treiberschaltung 310 steuert dann den Elektromotor 312 im Elektromagneten 156 an, um den Kupplungsmechanismus 134 zu lösen. Die digitale Steuereinheit 308 weist eine Batterie oder ein Batteriebündel auf, das wegwerfbar oder wiederaufladbar sein kann, um den Schaltungskomplex 300 zu versorgen.
Bezugnehmend auf 12, wird die Arbeitsweise des geschlossenen Regelschleifensystems der Erfindung dargestellt, das den natürlichen Gangzyklus simuliert. Die Standphase des Gangzyklus liegt im wesentlichen zwischen 0 und etwa 60%, und die Schwungphase liegt im wesentlichen zwischen etwa 60% und etwa 99%. Die elektrischen Eingangssignale aus der Anordnung der Sensoren am zweiten orthetischen Element signalisieren die Gewichtsverlagerung. Die elektrischen Ausgangssignale, die durch einen Fußschalter an den elektronischen Steuerschaltungskomplex geliefert werden, gehen bei etwa 50% des Gangzyklus im Vorgriff auf die Schwungphase auf null zurück. Es wird dann der Elektromagnet betätigt, wobei er die Kupplung löst und es ermöglicht, daß sich das elektromechanische Kniegelenk beugt. Unter Verwendung der Echtzeitgelenkwinkeleingabe wird dann, wenn der Kniegelenkwinkel von positiv (Kniegelenkbeugung) nach negativ (Kniegelenkstreckung) wechselt, der Elektromagnet deaktiviert (elektrische Ausgangssignale aus der elektronischen Steuervorrichtung gehen auf null). Die Kniegelenkstreckung ist aufgrund der Freilaufeigenschaften der Schlingfederkupplungsgestaltung immer möglich.
Die elektronische Steuereinheit 308 und der elektromechanische Antriebsschaltungskomplex, die in 11 dargestellt werden, sind typischerweise im elektronischen Steuermodul 158 enthalten (siehe 3). Das elektronische Steuermodul kann außerdem ein Batteriebündel als Stromquelle enthalten, oder das Batteriebündel kann eine getrennte Einheit sein, die in das elektronische Steuermodul eingesteckt wird. Die Batterien können wiederaufladbar oder wegwerfbar sein. Das elektronische Steuermodul kann zum Beispiel in einem Beutel, der am Bauch des Trägers getragen wird, oder in einem Rucksack getragen werden, oder kann an einer Strebe an der orthetischen Vorrichtung befestigt sein.
Die obige Beschreibung der Erfindung bezieht sich auf orthetische Vorrichtungen, bei denen die unteren Extremitäten des Trägers intakt sind. Wie oben angegeben, sollte jedoch verstanden werden, daß die Erfindung auch als eine prothetische Vorrichtung für einen Amputierten verwendet werden kann. Zum Beispiel kann bezugnehmend auf 13 der Kupplungsmechanismus und das Steuersystem der vorliegenden Erfindung auch als ein elektromechanisches Ersatzgelenk in einer prothetischen Vorrichtung 410 verwendet werden.

Claims

Kupplung (134) für eine orthetische Vorrichtung, die aufweist: eine Ausgangsnabe (196) an einem Ausgangsrahmen (138); eine Eingangswelle (182) an einem Eingangsrahmen (136), wobei sich die Eingangswelle in einer Bohrung (190) in der Ausgangsnabe dreht; eine Eingangsnabe (200) auf einem Ende der Eingangswelle; eine Feder (210), die mit der Eingangsnabe (200) und der Ausgangsnabe (196) in Eingriff steht, und eine Umfangsfederklemme (164), die die Feder (210) an der Eingangsnabe sichert; dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsrahmen (136) und der Ausgangsrahmen (138) auf einer Seite der Kupplung, die der Eingangsnabe gegenüberliegt, zueinander benachbart sind.
Kupplung nach Anspruch 1, wobei die Feder (210) ferner einen Steuerzapfen (250) aufweist.
Kupplung nach Anspruch 2, die ferner eine im wesentlichen zylindrische Steuermanschette (152) an einer Außenseite der Feder (210) aufweist, wobei die Steuermanschette mit dem Steuerzapfen an der Feder in Eingriff steht, und wobei die Feder vorzugsweise zylindrisch ist.
Kupplung nach Anspruch 3, wobei die Steuermanschette (152) an den Ausgangsrahmen (138) anstößt und eine longitudinale Nut (222) aufweist und der Steuerzapfen (250) in der Nut geführt wird.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Eingangsrahmen (136) und der Ausgangsrahmen (138) im wesentli chen planar sind, und eine Ebene des Eingangsrahmens im wesentlichen parallel zu einer Ebene des Ausgangsrahmens ist.
Kupplung nach Anspruch 5, wobei eine Längsachse der Eingangswelle (182) im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Eingangsrahmens (136) ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich die Eingangswelle (182) in Flanschgleitlagern (192) in der Bohrung (190) der Ausgangsnabe (196) dreht und sich ein Flansch (194) an einem Lager (192) zwischen der Eingangsnabe und der Ausgangsnabe befindet.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Eingangswelle (182) eine longitudinale Keilnut aufweist.
Kupplung nach Anspruch 8, wobei die Eingangsnabe (200) eine Innenseite aufweist, die der Eingangswelle (182) benachbart ist, und die Innenseite (206) der Eingangsnabe (200) eine Kerbe zum Eingriff eines Keils (185) aufweist.
Kupplung nach Anspruch 8, wobei die Eingangsnabe (200) ferner einen radialen Gewindestift aufweist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei sich ein erstes Ende (183) der Eingangswelle (182) über die Ausgangsnabe (196) hinaus erstreckt und das erste Ende der Eingangswelle einen achteckigen Querschnitt aufweist.
Kupplung nach Anspruch 11, wobei eine Innenseite (206) der Eingangsnabe (200) einen achteckigen Querschnitt aufweist, um mit dem ersten Ende (183) der Eingangswelle (182) in Eingriff zu treten.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Federklemme (164) einen tangentialen Gewindestift (233) aufweist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Ausgangsrahmen (138) ferner ringförmig gebogene Nuten (180) aufweist und die gebogenen Nuten mit einem Gewindestift am Eingangsrahmen (136) in Eingriff stehen, um das Ausmaß der Relativrotation zwischen dem Eingangsrahmen und dem Ausgangsrahmen zu begrenzen.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei sich die Eingangsnabe (200) auf einer Seite der Ausgangsnabe (196) befindet, die dem Eingangsrahmen (136) und dem Ausgangsrahmen (138) gegenüberliegt, und wobei, wenn sich der Eingangsrahmen (136) in eine erste Richtung dreht, um die Feder (210) aufzuwickeln, ein Drehmoment von der Eingangsnabe (200) auf die Ausgangsnabe (196) übertragen wird, und wenn sich der Eingangsrahmen (136) in eine zweite Richtung dreht, die zur ersten Richtung entgegengesetzt ist, um die Feder (210) abzuwickeln, sich die Eingangsnabe (200) bezüglich der Ausgangsnabe frei bewegt.
Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, wobei die Steuermanschette (152) an den Ausgangsrahmen anstößt.
Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, wobei die Klemme (164) an die Steuermanschette anstößt.
Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 17, wobei die Steuermanschette (152) ferner ein Joch an einer Außenseite davon aufweist.
Orthetische Gelenksteuervorrichtung, mit einer Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und mit: (a) einer ersten Strebe (130), die am Eingangsrahmen (136) befestigt ist; und (b) einer zweiten Strebe (140), die am Ausgangsrahmen (138) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Feder ferner einen Steuerzapfen (250) und die Kupplung (134) eine im wesentlichen zylindrische Steuermanschette (152) auf einer Außenseite der Feder (210) aufweist, wobei die Steuermanschette (250) eine Innenseite mit einer longitudinalen Nut (222) aufweist, die mit dem Steuerzapfen (250) an der Feder (210) in Eingriff steht.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei eine Außenseite der Steuermanschette ein Joch (151) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, die ferner eine elektrisch betätigte Vorrichtung (156), die an einer der ersten und zweiten Streben (130, 140) befestigt ist, und ein Solenoid mit einem Ausgangsschalter (154) aufweist, der am Joch (151) an der Steuermanschette befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Vorrichtung (156) ein lineares Solenoid ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, die ferner ein erstes orthetisches Element, das an der ersten Strebe (130) befestigt ist, und ein zweites orthetisches Element aufweist, das an der zweiten Strebe (140) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, die ferner Kontaktsensoren (160, 162) aufweist, die am ersten und/oder am zweiten orthetischen Element (114, 120) befestigt sind und auf die durch eine Gehfläche eingewirkt wird, wobei die Sensoren (160, 162) ein elektrisches Signal erzeugen, das dem Grad des Kontakts zwischen dem orthetischen Element (120) und der Gehfläche entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 25, die ferner einen kinematischen Sensor aufweist, der ein elektrisches Signal erzeugt, das auf der relativen Position und/oder Bewegung des Eingangsrahmens (136) bezüglich des Ausgangsrahmens (138) beruht.
Vorrichtung nach Anspruch 26, die ferner eine elektronische Schaltung (300) aufweist, die elektrische Eingangssignale (306) von den Kontaktsensoren und den kinematischen Sensoren empfängt und elektrische Ausgangssignale erzeugt, um die Vorrichtung zu betreiben.
Orthetische Knie-Knöchel-Fuß-Vorrichtung, mit einer Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und mit: (a) einer medialen Oberschenkelstrebe (124) und einer medialen Unterschenkelstrebe (126), wobei die mediale Oberschenkelstrebe und die mediale Unterschenkelstrebe an einem Drehgelenk (128) befestigt sind, das sich um eine Beugungsverlängerungsachse (148) dreht. (b) einer lateralen Oberschenkelstrebe (130) und einer lateralen Unterschenkelstrebe (140), wobei die laterale Oberschenkelstrebe und die laterale Unterschenkelstrebe an der Kupplung (134) befestigt sind, die sich um die Beugungsverlängerungsachse dreht; (c) einem ersten orthetischen Element (114), das geeignet ist, mit dem Oberschenkel in Eingriff zu treten, wobei eine mediale Seite des ersten orthetischen Elements an der medialen Oberschenkelstrebe befestigt ist und eine laterale Seite des ersten orthetischen Elements an der lateralen Oberschenkelstrebe befestigt ist; (d) einem zweiten orthetischen Element (120), das geeignet ist, mit der unteren Extremität und/oder dem Fuß in Eingriff zu treten, wobei eine mediale Seite des zweiten orthetischen Elements an der medialen Unterschenkelstrebe befestigt ist und eine laterale Seite des zweiten orthetischen Elements an der lateralen Unterschenkelstrebe befestigt ist; (e) einer elektrisch betätigten Vorrichtung (156), die an der ersten und/oder der zweiten lateralen Strebe befestigt ist, wobei die elektrisch betätigte Vorrichtung, wenn sie betätigt wird, die Kupplung auskuppelt; (f) Kontaktsensoren (160, 162), die an einer Unterseite des zweiten orthetischen Elements befestigt sind, wobei die Kontaktsensoren ein elektrisches Signal erzeugen, das dem Grad des Kontakts zwischen dem zweiten orthetischen Element und einer Oberfläche entspricht; (g) einem kinematischen Sensor (158), der ein elektrisches Signal erzeugt, das auf der relativen Position und/oder Bewegung des Eingangsrahmens bezüglich des Ausgangsrahmens beruht; und (h) einem elektronischen Steuermodul (158), das elektrische Eingangssignale von den Kontaktsensoren und den kinematischen Sensoren empfängt und elektrische Ausgangssignale erzeugt, um die elektrisch betätigte Vorrichtung zu betätigen.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Kupplung ferner eine Feder (210), die mit der Eingangsnabe und der Ausgangsnabe in Eingriff steht, und eine Umfangsfederklemme (164) aufweist, die die Feder an der Eingangsnabe sichert, und wobei die Feder ferner einen Steuerzapfen (250) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, die ferner eine im wesentlichen zylindrische Steuermanschette (152) auf einer Außenseite der Feder aufweist, wobei die Steuermanschette mit dem Steuerzapfen an der Feder in Eingriff steht.
Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Steuermanschette an den Ausgangsrahmen anstößt und eine longitudinale Nut (222) aufweist, und der Steuerzapfen in der Nut geführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 31, wobei der Eingangsrahmen und der Ausgangsrahmen im wesentlichen planar sind, und eine Ebene des Eingangsrahmens im wesentlichen parallel zu einer Ebene des Ausgangsrahmens ist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei eine Längsachse der Eingangswelle im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Eingangsrahmens ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 33, wobei sich die Eingangswelle in Flanschgleitlagern (192) in der Bohrung der Ausgangsnabe dreht, und sich ein Flansch (194) an einem Lager zwischen der Eingangsnabe und der Ausgangsnabe befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 34, wobei die Eingangswelle eine longitudinale Keilnut aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Eingangsnabe eine Innenseite aufweist, die der Eingangswelle benachbart ist, und die Innenseite der Eingangsnabe eine Kerbe zum Eingriff eines Keils aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 36, wobei sich ein erstes Ende der Eingangswelle über die Ausgangsnabe hinaus erstreckt und das erste Ende der Eingangswelle einen achteckigen Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei eine Innenseite der Eingangsnabe einen achteckigen Querschnitt aufweist, um mit dem ersten Ende der Eingangswelle in Eingriff zu treten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 38, wobei das elektronische Steuermodul (158) ferner ein Batteriebündel aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei das Batteriebündel Batterien aufweist, die aus wegwerfbaren und wiederaufladbaren Batterien ausgewählt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 40, wobei das elektronische Steuermodul in einem Beutel am Bauch des Trägers untergebracht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 41, wobei das elektronische Steuermodul (158) an der orthetischen Vorrichtung befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 42, wobei die elektronische Schaltung im elektronischen Steuermodul (158) manuelle elektrische Eingabe- und Vorrangssignale vom Träger der Vorrichtung empfängt und elektrische Ausgangssignale erzeugt, um die elektrisch betätigte Vorrichtung zu steuern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 43, wobei sich die Kupplung (134) auf einer Seite eines Kniegelenks eines Trägers der Vorrichtung befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 44, wobei die Kupplung (134) ein Kniegelenk eines Trägers der Vorrichtung steuert.
Verfahren zum elektromechanischen Steuern des Kniegelenks, das aufweist: (a) Bereitstellen einer orthetischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 45, und (b) Betätigen der Kupplung (134) unter Verwendung elektrischer Eingangssignale, die durch mindestens einen Kon taktsensor (160, 162) am zweiten prothetischen Element erzeugt werden, und elektrischer Eingangssignale, die durch den kinematischen Sensor erzeugt werden, die der relativen Position und/oder Bewegung des ersten und des zweiten prothetischen Elements entsprechen.