[go: up one dir, main page]

CN110392559A - 具有校正液压系统的假肢膝关节 - Google Patents

具有校正液压系统的假肢膝关节 Download PDF

Info

Publication number
CN110392559A
CN110392559A CN201880015358.8A CN201880015358A CN110392559A CN 110392559 A CN110392559 A CN 110392559A CN 201880015358 A CN201880015358 A CN 201880015358A CN 110392559 A CN110392559 A CN 110392559A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fluid
valve
channel
artificial limb
cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201880015358.8A
Other languages
English (en)
Inventor
S·W·普林斯
J·M·拜尔斯
R·M·格利登四世
H·A·昆特罗
M·L·帕尔默
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boteo USA Ltd.
Original Assignee
Free Innovation Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Free Innovation Co Ltd filed Critical Free Innovation Co Ltd
Publication of CN110392559A publication Critical patent/CN110392559A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A61F2/70—Operating or control means electrical
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/60—Artificial legs or feet or parts thereof
    • A61F2/64—Knee joints
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/60—Artificial legs or feet or parts thereof
    • A61F2/66—Feet; Ankle joints
    • A61F2/6607—Ankle joints
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A61F2/74—Operating or control means fluid, i.e. hydraulic or pneumatic
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A61F2/74—Operating or control means fluid, i.e. hydraulic or pneumatic
    • A61F2/741—Operating or control means fluid, i.e. hydraulic or pneumatic using powered actuators, e.g. stepper motors or solenoids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A61F2/74—Operating or control means fluid, i.e. hydraulic or pneumatic
    • A61F2/748—Valve systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2002/5003—Prostheses not implantable in the body having damping means, e.g. shock absorbers
    • A61F2002/5006—Dampers, e.g. hydraulic damper
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A61F2/70—Operating or control means electrical
    • A61F2002/704—Operating or control means electrical computer-controlled, e.g. robotic control
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/76—Means for assembling, fitting or testing prostheses, e.g. for measuring or balancing, e.g. alignment means
    • A61F2002/7615—Measuring means
    • A61F2002/7635—Measuring means for measuring force, pressure or mechanical tension
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/76—Means for assembling, fitting or testing prostheses, e.g. for measuring or balancing, e.g. alignment means
    • A61F2002/7615—Measuring means
    • A61F2002/764—Measuring means for measuring acceleration
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/76—Means for assembling, fitting or testing prostheses, e.g. for measuring or balancing, e.g. alignment means
    • A61F2002/7615—Measuring means
    • A61F2002/7645—Measuring means for measuring torque, e.g. hinge or turning moment, moment of force
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/76—Means for assembling, fitting or testing prostheses, e.g. for measuring or balancing, e.g. alignment means
    • A61F2002/7615—Measuring means
    • A61F2002/7655—Measuring means for measuring fluid pressure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/76—Means for assembling, fitting or testing prostheses, e.g. for measuring or balancing, e.g. alignment means
    • A61F2002/7615—Measuring means
    • A61F2002/7665—Measuring means for measuring temperatures

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

本文描述的是假肢系统、装置及其使用方法。通常，假肢可以构造成基于步态的阶段对假肢关节的转动设置阻力。假肢可包括第一缸、可在第一缸内滑动的第一活塞、流体槽和流体回路。流体回路可包括多个互连的流体通道，其具有单向可变阻力阀和一组止回阀，该组止回阀构造成在活塞压缩和伸展期间提供通过可变阻力阀的单向流动。

Description

具有校正液压系统的假肢膝关节
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年3月2日提交的美国临时申请第62/466,305号的优先权，该美国临时申请的内容通过引用而整体并入本文。
技术领域
本文的系统和方法涉及具有液压阻尼系统的假肢，包括但不限于假肢膝关节和踝关节。
背景技术
假肢被设计用于替代可能由于创伤、疾病或先天条件而缺失的身体部位。正在持续努力开发诸如具有更自然的步态或功能的假肢膝关节之类的假肢。一些假肢膝关节包括液压系统以控制与小腿部件联接的旋转件(rotor)的绕膝关节的转动。一些液压系统包括液压缸、活塞、液压流体、以及具有液压流体通道和阀的液压回路，该阀用于控制流过液压系统的液压流体的阻力。因此可以控制假肢关节的运动范围以模仿自然步态。然而，液压系统需要能够具有快速响应时间，以便在站立阶段和摆动阶段运动之间转换时将假肢关节转换到不同阻力水平。液压系统的尺寸和复杂性也影响假肢的性能和成本。因此，可能需要额外的假肢装置。
发明内容
本文描述了假肢关节系统和方法。诸如假肢膝关节之类的下肢假肢可以联接到液压阻尼系统并且被构造成基于步态的阶段来设置假肢膝关节的阻力。为了提高用户安全性，液压系统应在诸如意外失去供电之类的情况下以可预测的方式运行。假肢可包括第一缸、可在第一缸内滑动的第一活塞、流体槽和流体回路。流体回路可包括具有单向可变阻力阀和一组止回阀的多个相交的或互连的流体通道或路径，该组止回阀可构造成在活塞的压缩和伸展期间或在假肢的屈曲和伸展期间允许通过单向可变阻力阀的单向流动。
在一个示例中，提供了一种假肢，该假肢包括具有第一缸端口和第二缸端口的第一缸、可在第一缸内滑动的第一活塞、包括槽端口的流体槽、以及流体回路。所述流体回路可包括：第一流体通道，所述第一流体通道包括第一通道入口、第一通道出口和单向可变阻力阀，所述单向可变阻力阀构造成对于通过所述第一流体通道的流设置可变阻力；第二流体通道，所述第二流体通道包括第二通道入口、第二通道出口和第二通道止回阀。第三流体通道可包括第三通道入口、第三通道出口和第三通道止回阀。第四流体通道可包括第四通道入口、第四通道出口和第四通道止回阀。第五流体通道可包括第五通道入口、第五通道出口和第五通道止回阀。第一相交部(例如，互连部)可包括第一通道入口、第二通道出口和第五通道出口。第二相交部可包括第一缸端口、第二通道入口和第三通道出口。第三相交部可包括槽端口、第三通道入口和第四通道入口。第四相交部可包括第二缸端口、第四通道出口和第五通道入口。还可以提供包括上述部件的液压组件以供肢体假肢、矫形器、辅助装置或机器人连杆使用。
所述假肢或液压组件还可包括在缸压缩期间的屈曲状态，其中流体回路可构造成允许流体沿第一流体路径顺序地流过第二缸端口、第五通道止回阀、可变阻力阀、第三通道止回阀，并流到第一缸端口。所述屈曲状态还可以进一步配置成允许流体在第二流体路径中从可变阻力阀流到槽端口，并且可选地阻止流体流过第二通道止回阀和第四通道止回阀。所述屈曲状态可以配置成允许流体同时在第一和第二流体路径中流动。所述假肢还可以包括在缸伸展期间的伸展状态，其中流体回路构造成允许流体沿着第三流体路径顺序地流过第一缸端口、第二通道止回阀、可变阻力阀、第四通道止回阀，并流到第二缸端口。所述伸展状态可以进一步配置成允许流体沿着第四流体路径顺序地从槽端口流到第四通道止回阀，并且可以进一步配置成阻止流体流过第二通道止回阀和第四通道止回阀，和/或配置成允许流体同时在第三和第四流体路径中流动。所述假肢可以包括机械传感器，其中可以基于来自机械传感器的输入确定可变阻力阀的阻力。可变阻力阀可选自由电磁阀、滑阀和音圈阀(voice coil valve)构成的群组。
所述流体回路还可包括三通阀，所述三通阀可包括在第二槽端口处连接到所述流体槽的第一阀端口、连接到所述第二相交部的第二阀端口、以及连接到所述第四相交部的第三阀端口。所述假肢或流体回路还可包括沿第六流体通道位于第三阀端口和第四相交部之间的可变阻力器(variable resistor)。第六流体通道可包括在第四相交部处的第六通道入口和连接至第三阀端口的第六通道出口。可变阻力器可以是用户可调节的，具有动态或静态设置。可变阻力器可以是构造成允许从第四相交部到第三阀端口的流动的单向可变阻力器。
所述三通阀可以是常开三通阀，并且在一些其他示例中，可以构造成在打开时允许流体在第一、第二和第三阀端口之间通过，并且在关闭时阻断流体在第一、第二和第三阀端口之间通过。可变阻力器可以构造成不管三通阀是打开还是关闭，都阻断从第三阀端口到第四相交部的流体流动。所述假肢还可以包括在缸压缩期间的断电屈曲状态，其中流体回路构造成允许流体沿着第五流体路径顺序地流过第二缸端口、可变阻力器、第三阀端口、第二阀端口，并流到第一缸端口。所述断电屈曲状态的流体回路可以进一步构造成允许流体沿着第六流体路径从第一阀端口流到流体槽。所述假肢还可以包括断电伸展状态，其中流体回路可以构造成允许流体沿着第七流体路径顺序地流过第一缸端口、第二阀端口、第一阀端口、第一槽端口、第四流体通道，并流到第二缸端口。在一些另外的示例中，第一流体通道中的可变阻力阀可以是三通滑阀并且还包括次级通道入口。
所述流体回路还可以进一步包括第七流体通道，第七流体通道包括第七通道入口、第七通道出口和第七通道止回阀，其中第七通道入口可以连接到第一缸端口或第二相交部。第八流体通道可包括第八通道入口、第八通道出口和可变阻力器。第五相交部可包括第七流体通道出口、第八通道出口和三通滑阀的次级入口，其中第一相交部还包括第八通道入口。所述假肢还可以进一步包括在缸压缩期间的断电屈曲状态，其中流体回路可以构造成允许流体沿着第八流体路径顺序地流过第二缸端口、第五流体通道、第八流体通道、可变阻力阀的第二入口、第三流体通道，并流到第一缸端口。所述断电屈曲状态的流体回路可以进一步构造成允许流体从第一通道出口流到流体槽。
所述假肢或液压组件还可以进一步包括在缸伸展期间的断电伸展状态，其中流体回路可以构造成允许流体沿着第九流体路径顺序地流过第一缸端口、第七流体通道、可变阻力阀的第一第二入口、第四流体通道，并流到第二缸端口。所述断电伸展状态可以进一步配置成允许流体从流体槽流到第四流体通道。三通滑阀可包括弹簧，并且可以构造成在三通滑阀未通电时常规地允许流体在次级入口和第一通道出口之间连通。流体槽还可包括弹簧偏压活塞或气动活塞。所述假肢还可以进一步包括联接到第一活塞的上关节构件，以及联接到上关节构件和第一缸的下关节构件。所述假肢可以是假肢膝关节或假肢踝关节。所述假肢还可以进一步包括设置在第一缸和第一活塞中的至少一者上的负荷传感器。
在其他示例中，提供了使用上述液压组件或假肢的方法，包括：在假肢屈曲期间和当假肢可变阻力阀被供电时，如在所述屈曲状态期间所指示的那样在流体回路中传输液压流体；以及，在假肢伸展期间和当假肢可变阻力阀被供电时，如在所述伸展状态期间所指示的那样在流体回路中传输液压流体。使用液压组件或假肢的另一种方法可包括：在假肢屈曲期间和当假肢可变阻力阀被供电时，如在所述屈曲状态期间所指示的那样在流体回路中传输液压流体；以及，在假肢伸展期间和当假肢可变阻力阀被供电时，如在所述伸展状态期间所指示的那样在流体回路中传输液压流体；以及，在假肢屈曲期间和当假肢可变阻力阀未被供电时，如在所述断电屈曲状态期间所指示的那样在流体回路中传输液压流体。使用液压组件或假肢的又一种方法可包括：在假肢屈曲期间和当假肢可变阻力阀被供电时，如在所述屈曲状态期间所指示的那样在流体回路中传输液压流体；以及，在假肢伸展期间和当假肢可变阻力阀被供电时，如在所述伸展状态期间所指示的那样在流体回路中传输液压流体；以及，在假肢屈曲期间和当假肢可变阻力阀未被供电时，如在所述断电屈曲状态期间所指示的那样在流体回路中传输液压流体；以及，在假肢伸展期间和当假肢可变阻力阀未被供电时，如在所述断电伸展状态期间所指示的那样在流体回路中传输液压流体。
在另一个示例中，提供了一种流体回路，其包括第一流体通道，该第一流体通道包括第一通道入口、第一通道出口和单向可变阻力阀，该单向可变阻力阀构造成对于通过第一流体通道的流设置可变阻力。第二流体通道可包括第二通道入口、第二通道出口和第二通道止回阀。第三流体通道可包括第三通道入口、第三通道出口和第三通道止回阀。第四流体通道可包括第四通道入口、第四通道出口和第四通道止回阀。第五流体通道可包括第五通道入口、第五通道出口和第五通道止回阀。第一相交部(例如，互连部)可包括第一通道入口、第二通道出口和第五通道出口。第二相交部可包括第一双向通道、第二通道入口和第三通道出口。第三相交部可包括第二双向通道、第三通道入口和第四通道入口。第四相交部可包括第三双向通道、第四通道出口和第五通道出口。流体回路还可包括第一状态，其中流体回路构造成允许流体沿着第一流体路径顺序地流过第三双向通道、第五通道止回阀、可变阻力阀、第三通道止回阀，并流到第一方向通道。所述第一状态可以进一步配置成允许流体在第二流体路径中从可变阻力阀流到第二双向通道，并且可以进一步配置成阻止流体流过第二通道止回阀和第四通道止回阀。所述第一状态可以配置成允许流体同时沿第一和第二流体路径流动。
所述流体回路还可包括第二状态，其中流体回路可构造成允许流体沿第三流体路径顺序地流过第一双向通道、第二通道止回阀、可变阻力阀、第四通道止回阀，并流到第三双向通道。所述第二状态可以进一步配置成允许流体沿第四流体路径顺序地从第二双向通道流到第四通道止回阀。所述第二状态可以进一步配置成阻止流体流过第二通道止回阀和第四通道止回阀。所述第二状态可以构造成允许流体同时在第三和第四流体路径中流动。所述流体回路可以进一步包括机械传感器，并且基于来自机械传感器的输入可以确定可变阻力阀的阻力。可变阻力阀可选自由电磁阀、滑阀和音圈阀组成的群组。所述流体回路还可包括三通阀，所述三通阀包括连接到所述第二双向通道的第一阀端口、连接到所述第二相交部的第二阀端口、以及连接到所述第四相交部的第三阀端口。所述流体回路还可包括沿第六流体通道位于第三阀端口和第四相交部之间的可变阻力器，第六流体通道可包括在第四相交部处的第六通道入口和连接至第三阀端口的第六通道出口。可变阻力器是单向可变阻力器，其构造成允许从第四相交部到第三阀端口的流动。可变阻力器可以是用户可调节的，具有动态或静态设置。所述三通阀可以是常开三通阀。所述三通阀可以构造成在打开时允许流体在第一、第二和第三阀端口之间通过，并且在关闭时阻止流体在第一、第二和第三阀端口之间通过。可变阻力器可以构造成不管三通阀是打开还是关闭，都阻断从第三阀端口到第四相交部的流体流动。
所述流体回路可以进一步包括第三状态，其中流体回路可以构造成允许流体沿着第五流体路径顺序地流过第三双向通道、可变阻力器、第三阀端口、第二阀端口，并流到第一双向通道。流体回路的第三状态可以进一步配置成允许流体沿着第六流体路径从第一阀端口流到第二双向通道。所述流体回路还可包括断电伸展状态，其中流体回路可构造成允许流体沿第七流体路径顺序地流过第一缸端口、第二阀端口、第一阀端口、第一槽端口、第四流体通道，并流到第二缸端口。可变阻力阀可以是三通滑阀并且还包括次级通道入口。所述流体回路还可包括第七流体通道，所述第七流体通道包括第七通道入口、第七通道出口和第七通道止回阀，其中所述第七通道入口连接到所述第一双向通道或所述第二相交部。第八流体通道可包括第八通道入口、第八通道出口和可变阻力器，以及，第七流体通道出口、第八通道出口和三通滑阀的次级入口构成第五相交部。第一相交部还可包括第八通道入口。所述流体回路还可包括第三状态，其中流体回路可构造成允许流体沿第八流体路径顺序地流过第三双向通道、第五流体通道、第八流体通道、可变阻力阀的次级通道入口、第三流体通道，并流到第一双向通道。流体回路的第三状态可以进一步配置成允许流体从第一通道出口流到第二双向通道。
所述流体回路还可包括第四状态，其中流体回路可构造成允许流体沿第九流体路径顺序地流过第一双向通道、第七流体通道、可变阻力阀的第一第二入口、第四流体通道，并流到第三双向通道。所述第四状态可以进一步配置成允许流体从第二双向通道流到第四流体通道。所述三通滑阀可包括弹簧，并且可以构造成在三通滑阀未通电时常规地允许流体在次级入口和第一通道出口之间连通。所述流体回路还可包括缸，所述缸包括第一可变容积室、第二可变容积室和位于它们之间的可滑动活塞，其中所述第一双向通道联接到所述第一可变容积室，所述第三双向通道联接到第二可变容积室。所述流体回路还可以进一步包括连接到第二双向流体通道的流体槽。
在另一个示例中，提供了一种液压组件或假肢组件，其包括第一缸，第一缸包括第一可变容积腔、第二可变容积腔、在它们之间的活塞，联接到活塞并且可滑动地伸出第一可变容积腔的活塞轴、通向第一可变容积腔的第一缸端口、以及通向第二可变容积腔的第二缸端口。流体回路可包括包含比例阀的第一单向流体路径、从第一缸端口到第一单向流体路径的第二单向流体路径、从第一单向流体路径到第一缸端口的第三单向流体路径、从第一单向流体路径到第二缸端口的第四单向流体路径、以及从第二缸端口到第一单向流体路径的第五单向流体路径。所述液压组件或假肢组件还可包括联接到第一单向流体路径和第四单向流体路径的流体槽，和/或三通阀，所述三通阀具有连接到流体槽的第一阀端口、连接到第一缸端口的第二阀端口和连接到第二缸端口的第三阀端口。所述液压组件或假肢组件还可以进一步包括在第三阀端口和第二缸端口之间的用户可调节的可变阻力器。所述三通阀可以是常开的。所述比例阀可以是三通比例阀，并且可包括次级通道入口。所述流体回路还可包括从第五单向流体路径到比例阀的次级入口的第六单向流体路径，以及从第一缸端口到比例阀的次级入口的第七单向流体路径。第六单向流体路径可包括用户可调节的可变阻力器。假肢组件还可以进一步包括传感器，以及连接到传感器和比例阀的控制器，其中传感器可以构造成基于传感器通过比例阀来调节阻力。
第一缸可以限定纵向轴线。流体回路可以平行于第一缸并且侧向偏离所述纵向轴线。流体槽可以与流体回路平行并且与流体回路成一直线/对齐。
在另一个示例中，提供了一种液压组件或假肢，其包括限定纵向轴线的第一缸。第一缸可包括第一缸端口和第二缸端口。第一活塞可在第一缸内滑动。流体回路可以与第一缸平行并且侧向偏离所述纵向轴线。所述流体回路可包括一组流体通道和可变阻力阀，该可变阻力阀构造成对于通过该组流体通道的流设置可变阻力。流体槽可以与流体回路平行并且与流体回路成一直线。流体槽可包括槽端口。流体回路和流体槽可沿第一缸的长度附接到第一缸。
附图说明
图1A-1B是假肢膝关节的一个变型的示意性侧视图。
图2A-2D是假肢膝关节的一个示例性变型的说明性外部视图。图2A是侧视图，图2B是透视图，图2C是后视图，图2D是前视图。
图3A-3B是液压系统的一个示例性变型的说明性外部视图。图3A是透视图，图3B是侧视图，图3C是图3A-3B中的液压系统的横截面侧视图。
图4是假肢关节的一个变型的框图。
图5A-5C是液压系统的一个变型的说明性示意图。图5A示出了系统架构，图5B示出了针对屈曲的流体流动，图5C示出了针对伸展的流体流动。
图6A-6F是控制阀的一个变型的说明性示意图。图6A是套管和阀芯(即阀柱，spool)的横截面侧视图，图6B是套管的侧视图，图6C-6E是使用该阀的流体流动的横截面侧视图，图6F是套管、阀芯和孔口的侧视图。
图7A-7E是液压系统的另一种变型的说明性示意图。图7A示出了系统架构，图7B示出了针对通电屈曲的流体流动，图7C示出了针对通电伸展的流体流动，图7D示出了针对断电屈曲的流体流动，图7E示出了针对断电伸展的流体流动。
图8A-8F是控制阀的一个示例性变型的横截面侧视图。图8A示出了比例滑阀的横截面侧视图，图8B示出了断电阀的横截面侧视图，图8C示出了阀的示意图，图8D示出了针对断电屈曲的阀的示意图，图8E示出了针对断电伸展的阀的示意图。
图9A-9E是液压系统的又一变型的说明性示意图。图9A示出了系统架构，图9B示出了针对通电屈曲的流体流动，图9C示出了针对通电伸展的流体流动，图9D示出了针对断电屈曲的流体流动，图9E示出了针对断电伸展的流体流动。
图10A-10D是使用控制阀的另一种变型的流体流动的说明性示意图。
图11A-11E是控制阀的另一示例性变型的横截面侧视图。图11A示出了三端口滑阀的横截面侧视图，图11B示出了阀的示意图，图11C和11D示出了针对通电流体流动的阀的示意图，图11E示出了针对断电流体流动的阀的示意图。
图12是假肢膝关节的另一种变型的示意性侧视图。
图13A是控制阀的另一种变型的横截面侧视图。图13B-13E是图13A中所描绘的控制阀的一种变型的说明性示意图，图13B是套管和阀芯的横截面侧视图，图13C-13E是套管、阀芯和孔口的侧视图，图13F-13I示出了分别处于完全打开状态、高阻力状态、锁闭状态和断电状态的阀的示意图。
具体实施方式
本文描述了液压组件、假肢系统和用于控制液压组件或假肢的方法。可以使用微处理器来控制如本文所述的假肢关节，以基于使用者的步态阶段来调节关节的阻力。在假肢关节包括包含液压缸和活塞的液压系统的变型中，微处理器可以配置成调节液压流体控制阀以针对步态周期的不同阶段设定通过液压系统的液压流体的阻力。在一些变型中，液压系统可包括用以针对不同步态阶段设定动力损失期间通过液压系统的液压流体的阻力的组成部件(例如：阀，流体通道)。
I.系统
A.假肢膝关节
这里描述的是截肢者使用的假肢。在一些变型中，本文所示的假肢关节可以被构造为供膝以上截肢者使用的假肢膝关节。假肢膝关节可包括液压系统，该液压系统包括联接到液压阻尼器的液压缸。联接到液压系统的控制器可以配置成根据步态的阶段对于膝关节的转动设置阻力，从而允许用户以更自然的步态运动来移动。如更详细描述的，假肢关节可以被构造用于其他部位。例如，假肢关节可以被构造成用作膝以下截肢者或膝以上截肢者的假肢踝关节。
图1A-1B示出了假肢膝关节(100)的示意性侧视图。假肢膝关节(100)可包括上关节构件(110)，其围绕第一关节(112)可旋转地联接到下关节构件(120)。在一些变型中，上关节构件(110)可以是旋转件，下关节构件(120)可以是小腿部件，并且第一关节(112)可以是膝关节。上关节构件(110)和下关节构件(120)可以在屈曲和伸展时相对于彼此移动。在假肢关节是假肢踝关节的变型中，上关节构件和下关节构件可以在背屈和跖屈时相对于彼此移动。在一些变型中，上关节构件(110)和下关节构件(120)可围绕单个枢轴枢转、跨诸如球窝接头的不同接头枢转、或跨诸如多杆连杆或其他类型的连杆中的多个点枢转。
上关节构件(110)和下关节构件(120)可以联接到液压系统(160)，该液压系统构造成致动和/或抑制上关节构件(110)相对于下关节构件(120)的旋转。例如，液压系统(160)可以构造成设置假肢膝关节(100)的旋转阻力。液压系统(160)可包括可滑动地联接到液压缸(150)的活塞组件(130)。活塞组件(130)可包括位于缸(150)内的活塞(未示出)以及联接到活塞并伸出缸(150)之外的活塞轴。因此，活塞组件(130)可交替地压缩到缸(150)中或从缸(150)伸出。图1A示出了活塞组件(130)的伸展，而图1B示出了活塞组件(130)的压缩。上关节构件(110)可围绕第一关节(112)相对于下关节构件(120)旋转(116)。活塞组件(130)可以是线性活塞，而液压缸(150)的室可以是筒形的。活塞组件(130)可以在第一缸安装件(114)处联接到上关节构件(110)。缸(150)可以在第二缸安装件(122)处联接到下关节构件(120)。
在其他示例中，活塞组件(130)可以是位于缸(150)的旋转室中的旋转活塞(未示出)，使得活塞组件(130)可以相对于上关节构件(110)围绕第一缸安装件(114)的轴线旋转。缸(150)可以相对于下关节构件(120)围绕第二缸安装件(122)的轴线旋转。
当围绕第一关节(112)施加扭矩时，上关节构件(110)可绕第一关节(112)旋转(116)，使得活塞组件(130)压缩到缸(150)中或从缸(150)伸出。当上关节构件(110)和下关节构件(120)绕关节(112)旋转(116)时，活塞组件(130)可相对于上关节构件(110)绕第一缸安装件(114)的轴线旋转，并且缸(150)可相对于下关节构件(120)绕第二缸安装件(122)的轴线旋转。活塞组件(130)可以构造成使得缸(150)的内腔分成两个可变容积室。随着活塞组件(130)在缸(150)内移动，缸(150)内的液压流体从一个室移位到相对的室中。这两个室可以通过液压阻尼器流体连接，液压阻尼器可以包括一个或多个液压流体通道以及液压流体流动控制系统，如本文更详细描述的。例如，液压阻尼器可以通过两个或更多缸端口与缸(150)流体连接。如本文更详细描述的，液压流体流动控制系统可包括一个或多个阀、阀致动器和流体槽。
可以使用液压回路的控制阀(文中更详细地描述)来改变(例如，在锁闭状态和打开状态之间设置)这些关节构件围绕第一关节(112)的旋转的阻力。随着活塞组件(130)在缸(150)内移动(例如，压缩或伸展)，液压流体进入控制阀。控制器(例如，包括存储器的微处理器)可以配置成控制控制阀中的流体开口的面积。控制阀中的开口面积的变化可以改变液压系统(160)中的液压流体的流动阻力。对于通过液压系统(160)的液压流体流动的阻力可对应于假肢关节的旋转阻力并因此对应于步态的阶段。在一些变型中，控制阀可包括可滑动地联接到套管的阀芯。
上关节构件(110)可以联接到第一连接器(140)，下关节构件(120)可以联接到第二连接器(142)。在一些变型中，第一连接器(140)可以是近侧金字塔形连接器，第二连接器(142)可以是远侧金字塔形连接器。
图2A-2D示出了假肢膝关节(200)的一个示例性变型的外部视图。假肢膝关节(200)可包括第一上关节构件(210)(例如，旋转件)，其围绕第一关节(212)(例如，膝关节)联接到下关节构件(220)(例如，小腿部件)。上关节构件(210)和下关节构件(220)可以在屈曲和伸展时相对于彼此移动。上关节构件(210)可以联接到具有活塞和活塞轴的活塞组件(230)。活塞组件(230)可以在缸安装件(214)处联接到上关节构件(210)。活塞组件(230)可以相对于上关节构件(210)围绕缸安装件(214)的轴线旋转。上关节构件(210)可以联接到第一连接器(240)(例如，近侧金字塔)，下关节构件(220)可以联接到第二连接器(242)(例如，远侧金字塔)。在一些变型中，第一连接器(140)可以是近侧金字塔形连接器，第二连接器(142)可以是远侧金字塔形连接器。例如，第一连接器(240)可以被构造成附接到插座(未示出)，其中该插座可以被构造成附接到截肢者的残肢。第二连接器(242)可以构造成附接到假足和/或脚踝(未示出)。假肢(200)还可以包括用于致动假肢(200)的电源、无线连接器、电池电量显示器或其他特征部件的一个或多个按钮244或其他控制器。
图3A-3C示出了可以用在图1A-2D中所示的假肢膝关节(100,200)中的液压组件(300)的一个示例性变型。液压系统(300)可包括可滑动地联接到液压缸(320)的活塞组件(310)，该活塞组件(310)具有位于缸(320)中的活塞和从缸(320)伸出的活塞轴。活塞组件(310)的一端可包括第一安装件(312)和活塞(311)。液压缸(320)的一端可包括第二安装件(322)。在一些变型中，第一安装件(312)可以可旋转地联接到旋转件，并且第二安装件(322)可以可旋转地联接到小腿部件。如本文更详细描述的，液压阻尼器(330)可联接到液压缸(320)以控制通过缸(320)的液压流体的流动阻力。液压缸(320)可包括第一可变容积室和第二可变容积室(未示出)。随着活塞组件(310)在液压缸(320)内滑动，每个室的容积改变。该容积可以进一步依赖于活塞组件(310)的直径及其行程长度。在一些变型中，液压缸室(即，第一和第二可变容积室)的容积可以在约9ml和约30ml之间。例如，液压缸室的容积可以在约15ml和约20ml之间。
图3C是包括活塞组件(310)、液压缸(320)和液压阻尼器(330)的液压组件(300)的横截面侧视图。如本文更详细讨论的，流体回路可进一步包括联接到阀(332)(例如，可变阻力三端口阀)的一组流体通道，其构造成对于通过该组流体通道的流设置可变阻力。流体槽(340)(例如，蓄积器)可以与流体回路成一直线联接(例如，沿着相同的纵向轴线布置)。液压阻尼器(330)可以平行于并且附接到液压缸(320)的一侧(例如，沿侧向偏离液压缸(320)的纵向轴线)。液压阻尼器(330)可以沿着缸(320)的长度附接到液压缸(320)。因此，液压组件(300)的长度可以缩短和/或制造得更紧凑(相对于具有相互成一直线布置的缸和阻尼器的液压组件)，使得使用液压组件(300)的假肢可以适应更大的患者人群。
在一些变型中，活塞组件(310)可包括介于约20mm和约30mm之间的直径，以及介于约8mm和约30mm之间的长度。例如，直径可以在约22mm和约27mm之间，并且长度可以在约10mm和约20mm之间。液压阻尼器(330)可包括流体回路，该流体回路包括阀(332)、阀芯(334)和流体槽(340)。流体槽(340)(例如，蓄积器)可包括弹簧(342)、套管(344)、流体槽活塞(348)、联接到活塞(348)的密封件(346)、以及流体贮存器(未示出)。附加地或者作为替代地，流体槽(340)可包括气动元件(例如，使用氮气)以改变流体槽(340)的贮存容积。由于活塞(310)压缩和高温，流体槽(340)可用于接收流体。
在一些变型中，流体槽(340)可包括在约8mm和约30mm之间的直径，在约2mm和约60mm之间的长度。在一些变型中，弹簧(342)的未压缩长度可在约5mm和约120mm之间。例如，弹簧(342)可具有介于约30mm和约50mm之间的未压缩长度。在一些变型中，弹簧(342)可具有介于约0.2N/mm和约10N/mm之间的弹簧刚度。例如，弹簧(342)可具有介于约0.3N/mm和约1N/mm之间的弹簧刚度。在一些变型中，流体槽活塞(348)可包括在约8mm和约30mm之间的直径，以及在约5mm和约40mm之间的长度。例如，流体槽活塞(348)可包括在约15mm和约25mm之间的直径，以及在约15mm和约30mm之间的长度。在一些变型中，流体贮存器可包括在约1.0ml和约50.0ml之间的容积。例如，流体贮存器可包括在约1.0ml和约10.0ml之间的容积，其中流体体积在约1.0ml和约3ml之间。
如图3C所示，液压缸(320)可包括可滑动的活塞组件(310)、联接到活塞组件(310)的第一安装件(312)、联接到液压缸(320)的与第一安装件(312)相对的一端的第二安装件(322)、以及联接到活塞套管(318)的活塞密封件(316)。活塞组件(310)可包括缓冲器(324)和一个或多个衬套(326)。例如，第一衬套(326)可以在液压缸(320)的内部容积中联接到活塞组件(310)，并且第二衬套(未示出)可以布置在液压缸(320)和活塞组件(310)的外部部分上。擦拭器(329)可以在液压缸(320)的一个端部处可滑动地联接到活塞组件(310)。
图4是假肢关节(400)的一个变型的框图，其具有用于自动控制假肢关节(400)的旋转阻力的控制方案，并且可以用于本文所述的任何假肢膝关节(100,200)中。假肢关节(400)可包括用于设置假肢关节(400)的旋转阻力的液压系统(410)。液压系统(400)可以用作液压致动器或阻尼器，并且构造成控制液压流体的流动，从而控制假肢关节(400)的旋转。液压系统(410)可包括活塞(412)、液压缸(414)和液压阻尼器(416)，该液压阻尼器(416)构造成允许、限制和/或阻止液压系统(410)内的液压流体的运动，从而允许、限制和/或阻止假肢关节(400)的旋转。在一些变型中，液压阻尼器(416)可包括液压致动器，该液压致动器具有产生液压压力以驱动关节(400)旋转的马达。该液压致动器也可以作为阻尼器操作。
在一些变型中，液压系统(410)可以由控制器(420)使用一个或多个传感器(430)控制。控制器(420)可以包括一个或多个处理器(422)和存储器(424)。处理器(422)可以是被配置成运行和/或执行一组指令或代码的任何合适的处理设备，并且可以包括一个或多个数据处理器、图像处理器、图形处理单元、物理处理单元、数字信号处理器和/或中央处理单元。处理器(422)例如可以是通用处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和/或类似装置。处理器(422)可以被配置成运行和/或执行与系统和/或系统相关的网络(未示出)相关联的应用进程和/或其它模块、进程和/或功能。底层设备技术可以各种组件类型提供，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)技术，如互补金属氧化物半导体(CMOS)；双极技术，如射极耦合逻辑(ECL)；聚合物技术(如硅共轭聚合物和金属共轭聚合物-金属结构)；模拟数字混合，和/或类似技术。
在一些变型中，存储器(424)可以包括数据库(未示出)，并且可以是例如随机存取存储器(RAM)、存储缓冲器、硬盘驱动器，可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除只读存储器(EEPROM)、只读存储器(ROM)、闪存等。存储器(424)可以存储指令以使处理器(422)执行与系统(400)相关联的模块、进程和/或功能，例如液压流体控制、步态确定、绊倒恢复、传感器控制、通信和/或用户设置。
假肢关节(400)可包括一个或多个传感器(430)，包括但不限于惯性测量单元(IMU)(例如，分立集成电路)、角位置传感器、压差传感器、扭矩传感器、负载传感器和温度传感器。
可以提供IMU并且可以将其配置成沿三个轴线测量线性加速度和角加速度。例如，可以测量绝对倾斜度并将其用于设定关节应该处于的模式(例如，步行，骑自行车)。在一些变型中，IMU可以设置在和/或联接于假肢关节的旋转件和/或小腿部件上。IMU可以包括加速度计和/或陀螺仪。在一些变型中，IMU的加速度计可具有至少约4.8cm/s2的分辨率，约±39cm/s2的精度，以及约±16g之间的测量范围。IMU的陀螺仪可具有至少约0.07度/秒的分辨率，约±3度/秒之间的精度，和约±2000度/秒之间的测量范围。
角位置传感器可以设置在和/或联接于旋转件和/或小腿部件上。角位置传感器可以被配置成对膝关节的取向进行分类。该角度可用于计算膝关节的扭矩。在一些变型中，角位置传感器可以是霍尔传感器、光学编码器或其他角位置传感器。在一些变型中，角度传感器可以具有至少约0.025度/计数的分辨率，和小于约1度的精度，并且可以测量在约0度和约135度之间的屈曲。
压差传感器可以配置成测量液压系统中的压差。在一些变型中，可以使用压差和膝关节角度来计算膝关节的扭矩。在一些变型中，压差传感器可以是联接到活塞和/或缸的应变仪。在一些变型中，可以使用外部扭矩传感器来计算膝关节扭矩，该外部扭矩传感器设置在近侧连接器、旋转件、小腿部件上，或者与假肢关节的远端处的负载传感器组合。
在一些变型中，负载转换器/传感器(例如，应变仪)可以设置在活塞轴或活塞轴的连接元件之上或之中。负载传感器可以配置成测量假肢关节(400)的负载。例如，负载传感器可以配置成测量柔顺元件的偏转。在一些变型中，负载传感器可以是设置在远侧连接器和/或旋转件中的应变仪。在一些变型中，负载传感器和/或扭矩传感器可用于确定膝关节的用户负载和脚趾离地阈值。在一些变型中，负载传感器可具有至少约0.31N/计数的分辨率，小于约4.5N的精度，并且可以测量约0N至约2000N之间的负载。在一些变型中，扭矩传感器可以具有至少约0.025Nm/计数的分辨率，小于约0.125Nm的精度，并且可以测量在约0N和约101Nm之间的扭矩。
温度传感器可以设置在液压系统(410)和/或系统的电子元件(例如，控制器(420)、通信接口(440)、电源(450))之上或附近，以确保假肢关节(400)的安全操作。
图12是假肢膝关节(1200)的另一种变型的示意性侧视图。假肢膝关节(1200)可包括上关节构件(1210)，其围绕第一枢轴(1212)可旋转地联接到下关节构件(1220)。液压系统(1230)可在第一安装件(1214)处枢转地联接到上关节构件(1210)，并且在第二安装件(1222)处枢转地联接到下关节构件(1220)。在一些变型中，上关节构件(1210)可包括磁体，例如可构造成沿直径被极化并提供温度补偿的钐-钴磁体。假肢膝关节(1200)可包括定位成与液压系统(1230)平行并位于其远端的荷重传感器(1250)。例如，荷重传感器(1250)可以位于第二安装件(1222)、活塞轴和/或缸当中的一个或多个内。在一些变型中，可以使用位于缸内部或与缸流体连通的一个或多个压力计或压力传感器来测量缸内的绝对压力或各缸室之间的压差。压差可用于计算缸上的负载。可以使用所测得的缸上的负载和缸的力矩臂来计算膝关节扭矩。可以从膝盖角度测量来计算缸的力矩臂。
在所述假肢是假肢踝关节的变型中，一个或多个传感器可包括力或负载传感器、扭矩传感器、角度传感器、加速度计和/或陀螺仪。传感器可以位于假肢踝关节和/或人工足上。例如，力或负载传感器、扭矩传感器或这两者可以位于小腿部件或连接器上，并且配置成测量使用者施加到假肢踝关节和/或人工足的力、扭矩或两者。作为另一示例，角度传感器可以位于小腿部件和人工足之间的枢轴的踝关节轴上，以测量小腿部件和人工足之间的相对角度。作为另一示例，加速度计、陀螺仪或这两者可以位于足联接器安装件或人工足上并且配置成感测或测量冲击、取向等。类似地，将角度传感器定位在小腿部件和人工足之间可以允许对相对取向进行分类，而不必对其他结构(例如塔架)的相对取向进行分类，并且不必将传感器定位在塔架上。在一些变型中，该系统可包括在2011年1月27日提交的标题为“COMPACT AND ROBUST LOAD AND MOMENT SENSOR”的美国专利申请第13/015,423号中描述的元件中的一个或多个，此文献的内容通过引用整体并入本文。
再次参照图4，在一些变型中，假肢关节(400)可包括通信接口(440)，其包括收发器(未示出)。控制器(420)可以使用通信接口(440)以无线连接到外部计算设备，包括但不限于平板计算机、膝上型计算机、台式计算机、智能电话等。来自存储器(424)的患者数据可以由通信接口(440)接收并输出到外部设备。作为另一示例，通信接口(440)可包括在假肢关节(400)上的一个或多个输入设备，包括一个或多个按钮、旋钮、拨盘、开关等。
假肢关节(400)可包括电源(例如，电池)。液压阻尼器(416)、控制器(420)、传感器(430)和通信接口(440)可以联接到电源(450)以接收电力。在一些变型中，电源(450)可以设置在假肢关节(400)的壳体内，和/或通过例如电缆在外部连接到假肢关节(400)。作为另一示例，电源(450)可以设置在假肢关节(400)的背侧并且联接到液压系统(410)。
在一些变型中，该系统可包括在2015年5月8日提交的标题为“PROSTHETIC WITHVOICE COIL VALVE”的美国专利申请第14/707,957号和/或2014年8月22日提交的标题为“MICROPROCESSOR CONTROLLED PROSTHETIC ANKLE SYSTEM FOR FOOTWEAR AND TERRAINADAPTATION”的美国专利申请第14/466,081号中描述的一个或多个元件，这些美国专利申请均通过引用整体并入本文。
B.液压回路
在一些变型中，液压组件或系统可包括单端活塞、双作用缸(例如，在两个方向上提供可变阻力)，其联接到具有单个单向控制阀的流体回路。所述单个单向控制阀可以在屈曲(例如，缸压缩)和伸展(例如，缸伸展)两者中对液压流体流设置阻力。控制阀可以是单向的，因为流体回路确保对于压缩和伸展两者流体都在单一方向上流入控制阀。本文所述的液压组件可被提供用于肢体假肢、矫形器、辅助装置或机器人连杆。
图5A示出了液压组件(500)，其包括第一活塞(510)、液压缸(520)和液压流体流动回路(530)。活塞(510)可在液压缸(520)内滑动。联接到活塞(510)的活塞轴(512)可以将活塞(510)压缩到缸(520)内或者使活塞(510)从缸(520)中伸出。活塞(510)可以在结构上将缸(520)分成第一室(522)和相对的第二室(524)。第一室(522)可包括第一缸端口(526)，第二室(524)可包括第二缸端口(528)。在一些变型中，第一和第二缸端口(526,528)可以在活塞(510)的相对侧位于缸(520)的侧壁上。在一些变型中，第一缸端口(526)可位于缸(520)的第一端，而第二缸端口(528)可位于缸(520)的与第一端相对的第二端。
流体回路(530)可以通过第一和第二缸端口(526,528)联接到液压缸(520)，使得流体回路(530)可以构造成控制通过液压组件(500)的液压流体的阻力。流体回路(530)可包括多个液压流体通道，它们构造成控制第一室(522)、第二室(524)和流体槽(550)之间的液压流体流动。图5A示出了包括多个液压流体通道的流体回路(530)。第一液压流体通道(531)可包括第一通道入口(580)(在图5B中标记)、第一通道出口(581)和第一通道阀(540)，第一通道阀(540)构造成对于通过第一流体通道(531)的流设置可变阻力。在一些变型中，第一通道阀(540)可以是单向可变阻力阀。第二流体通道(532)可以包括第二通道入口(582)(在图5C中标记)、第二通道出口(583)和第二通道阀(542)。第三流体通道(533)可包括第三通道入口(584)(在图5B中标记)、第三通道出口(585)和第三通道阀(544)。第四流体通道(534)可包括第四通道入口(586)(在图5C中标记)、第四通道出口(587)和第四通道阀(546)。第五流体通道(535)可包括第五通道入口(588)(在图5B中标记)、第五通道出口(589)和第五通道阀(548)。
在一些变型中，第一互连部(590)(例如，相交部)可包括第一通道入口(580)、第二通道出口(583)和第五通道出口(589)。第二互连部(591)可包括第一缸端口(526)、第二通道入口(582)和第三通道出口(585)。第三互连部(592)可包括槽端口(556)、第三通道入口(584)和第四通道入口(586)。第四互连部(593)可包括第二缸端口(528)、第四通道出口(587)和第五通道入口(588)。在这些变型当中的一些变型中，第二互连部(591)可以包括第一双向通道。例如，第一双向通道可以从第一缸端口(526)延伸到第二互连部(591)。第三互连部(592)可以包括第二双向通道。例如，第二双向通道可以从第三互连部(592)延伸到第一槽端口(556)。第四互连部(593)可以包括第三双向通道。例如，第三双向通道可以从第四互连部(593)延伸到第二缸端口(528)。
在一些变型中，第一通道入口(580)可以连接在第二通道阀(542)和第五通道阀(548)之间。第一缸端口(526)可以连接在第二通道阀(542)和第三通道阀(544)之间。槽端口(556)可以连接在第三通道阀(544)和第四通道阀(546)之间。第二缸端口(528)可以连接在第四通道阀(546)和第五通道阀(548)之间。第二通道阀(542)和第五通道阀(548)可以串联连接。第三通道阀(544)和第四通道阀(546)可以串联连接。第二通道阀(542)和第三通道阀(544)可以并联连接。第四通道阀(546)和第五通道阀(548)可以并联连接。第一液压流体通道(531)的第一通道入口(580)可以连接在第二和第五流体通道(532,535)之间。第一液压流体通道(531)的第一通道出口(581)可以连接在第三和第四流体通道(533,534)之间。
第一阀(540)可以构造成对于通过第一液压流体通道(531)的液压流体的流动设置阻力。流体回路(530)可以构造成使得对于活塞(510)的伸展和压缩两者液压流体都沿相同方向流入第一液压流体通道(531)。因此，第一阀(540)可包括单向控制阀，而非双向阀。第一阀(540)可以是诸如比例方向控制阀之类的控制阀。在一些变型中，第一阀(540)可包括音圈阀、电磁阀和DC马达中的一个或多个。第一阀(540)可具有旋转的或线性的几何形状。在一些变型中，第一阀(540)的阻力可以基于来自一个或多个传感器(例如，机械传感器)的输入来确定，如本文更详细描述的。在一些变型中，第二至第五阀(542,544,546,548)可以是构造成允许液压流体沿单一方向流动的止回阀。
在一些变型中，致动器(538)可以联接到第一阀(540)。致动器(538)可以配置成基于施加到致动器(538)的电流的极性双向驱动第一阀(540)，以往复地和选择性地定位第一阀(540)来控制流体流动。因此，第一阀(540)可以由致动器(538)双向驱动。
第一阀(540)可包括具有孔口的套管和可在套管内移动的阀芯。致动器(538)可以联接到第一阀(540)以相对于套管的孔口移动阀芯来改变对于通过阀(540)的流体的流动阻力。在一些变型中，致动器(538)可以相对于孔口移动阀芯。因此，第一阀(540)可以构造成设置通过流体回路(530)的流体的阻力。如本文更详细描述的，止回阀可以构造成使得响应于活塞(510)的压缩和伸展而允许或阻止流体流过不同的流体通道。
流体回路(530)可以连接到流体槽(550)。在一些变型中，流体槽(550)可包括第二活塞(552)和弹簧(554)。流体槽(550)可以包括腔，该腔用作由于活塞(510)在缸(520)中的运动而排出的液压流体的贮存器。弹簧(554)可以构造成在所述腔的容积因流体体积增加而增加时产生作用于第二活塞(552)上的弹簧力，从而产生同等地作用在第二活塞(552)的两侧的内部压力。由于第二活塞(552)的两侧的压力面积不相等，因此作用在第二活塞(552)上的净力不为零，并且可趋向于将活塞轴(512)推出缸(520)，这导致线性的缸弹簧刚度。缸弹簧刚度可以对应于可帮助膝关节伸展的摆动伸展辅助。
致动器(538)和第一阀(540)可以联接到控制器，例如本文所述的控制器(420)。控制器可以配置成控制致动器(538)和第一阀(540)，由此控制流过液压组件(500)的流体的阻力，从而控制对于假肢旋转的阻力。例如，第一阀(540)的阻力可以基于来自一个或多个传感器的输入来确定，如本文更详细描述的。因此，可以在假肢膝关节的步态周期期间修正液压组件(500)的压缩和伸展，从而在步态期间控制假肢关节的压缩(屈曲)和伸展。
图5B示出了响应于活塞(510)的压缩(560)，例如响应于假肢膝关节的第一状态(例如，屈曲状态)，而通过液压组件(500)的液压流体流动。例如，当活塞(510)减小缸(520)的第二室(524)的容积时，可允许液压流体通过第二缸端口(528)进入流体回路(530)并从第一缸端口(526)离开。如图5B所示，流体回路(530)可以构造成允许液压流体沿第一流体路径(570)顺序流过第二缸端口(528)、第五通道阀(548)、第一阀(540)(例如，可变阻力阀)、第三通道阀(544)，并流入第一缸端口(526)。在一些变型中，屈曲状态可以配置成允许流体沿着第二流体路径(571)从第一阀(540)流入槽端口(556)。以这种方式，流体可以流入并被保持在流体槽(550)中，以使第二活塞(552)移位。在这些变型当中的一些变型中，屈曲状态可以配置成允许流体同时在第一和第二流体路径(570,571)中流动。
在一些变型中，屈曲状态可以配置成阻止流体流过第二通道阀(542)和第四通道阀(546)。例如，第二和第四通道阀(542,546)可以是分别构造为阻止从第五止回阀(548)的通道出口(589)和第二缸端口(528)接收的流的止回阀。相反地，第五止回阀、第一控制阀和第三止回阀(548,540,544)可构造成分别允许来自第二缸端口(528)、第五止回阀(548)的通道出口(589)和第一阀(540)的通道出口(581)流体流动。因此，液压流体流可以配置成从第二室(524)流经液压回路(530)和流体槽(550)并进入第一室(522)。
图5C示出了响应于活塞(510)的伸展，例如响应于假肢膝关节的第二状态(例如，伸展状态)，而通过液压组件(500)的液压流体流动。例如，当活塞(510)减小缸(520)的第一室(522)的容积时，液压流体可通过第一缸端口(526)进入流体回路(530)并从第二缸端口(528)离开。如图5C所示，流体回路(530)可构造成允许液压流体沿第三流体路径(572)顺序流过第一缸端口(526)、第二通道阀(542)、第一阀(540)(例如，可变阻力阀)、第四通道阀(546)，并流入第二缸端口(528)。在一些变型中，伸展状态可以配置成允许流体沿着第四流体路径(573)顺序地从槽端口(556)流到第四通道阀(546)。以这种方式，流体可以流出流体槽(550)以使第二活塞(552)移位。在这些变型当中的一些变型中，伸展状态可以配置成允许流体同时在第三和第四流体路径(572,573)中流动。
在一些变型中，伸展状态可以配置成阻止流体流过第三通道阀(544)和第五通道阀(548)。第三和第五通道阀(544,548)可以是分别构造成阻止从第一缸端口(526)和第二止回阀(542)的通道出口(583)接收的流的止回阀。相反地，第二止回阀、第一控制阀和第四止回阀(542,540,546)可构造成允许分别来自第一缸端口(526)、第二止回阀(542)的通道出口(583)和第一阀(540)的出口的流体流动。因此，液压流体流可以配置成从第一室(522)流经液压回路(530)和流体槽(550)并流入第二室(524)。
C.控制阀
本文描述的液压系统可包括控制阀，该控制阀构造成通过可变地设定流体流经的开口的面积来设定流过流体回路或液压组件的流体的流量。在一些变型中，阀可以包括套管和阀芯，套管具有流体可以从中流过的一个或多个孔口，阀芯在套管内可滑动地移动以进一步设定流体流过的孔口面积。本文所述的控制阀可被提供用于液压组件、肢体假肢、矫形器、辅助装置或机器人连杆。图6A是包括套管(610)和阀芯(620)的阀(600)的横截面侧视图。本文公开的阀可以由阀致动器驱动。阀芯(620)可以在套管(610)的第一内腔(612)内滑动，并且可以由诸如音圈致动器、螺线管致动器或其他致动器(例如，DC无刷马达)之类的致动器(未示出)驱动。套管(610)可以具有内径D。阀芯(620)可以限定第二内腔(622)。套管(610)的侧壁可以限定具有长度L的孔口(614)。当阀芯(620)滑过套管(610)时，阀芯(620)的一些部分可以与孔口(614)的一些部分重叠，使得孔口(614)的开口长度可以被限定为L0。图6B是套管(610)的侧视图，示出了图6A中所示的孔口(614)具有宽度W。孔口(614)可具有如图6B所示的长形形状(例如，长圆孔)。然而，孔口(614)的形状没有特别限制。在一些变型中，孔口(614)的长度L和L0可以在约0.5mm和约10.0mm之间，内径D在约2mm和约10mm之间，宽度W在约0.025mm和约0.5mm之间。例如，长度L和L0可以在约2mm和约5mm之间，内径D可以在约2mm和约5mm之间，宽度W可以在约0.05mm和约0.2mm之间。
如图6F所示，可以围绕套管(610)的圆周沿径向设置具有不同形状和尺寸的多个孔口(614,616)(例如，狭缝、孔)。在一些变型中，孔口的数量可以在1和12之间。例如，套管(610)可包括4个孔口。第二孔口(616)可包括在约0.5mm和约6mm之间的直径Dh。例如，直径Dh可以在约1.0mm和约3mm之间。在一些变型中，孔口的面积可以在约5mm2和约20mm2之间。例如，孔口的面积可以在约10mm2和约15mm2之间。
图6A中所示的阀(600)可以被构造成使阀芯(620)在套管(610)内线性滑动。阀(600)的孔口面积可以是由阀致动器控制的阀芯(620)的线性位置的函数。在其他变型中，阀芯(620)可以旋转方式在套管(610)内移动。在这些变型中，阀(600)的孔口面积可以是由阀致动器控制的阀芯(620)相对于孔口(614)的角向旋转的函数。不同的致动机构表现出不同的性能特征，包括响应速率、功耗、尺寸、成本、复杂性等。在一些变型中，音圈致动器可以直接地或通过一个或多个柔性元件与线性滑阀联接。可能需要向音圈致动器供电以保持特定的阀位置。在使用音圈致动器的一些变型中，阀可包括弹簧，以在致动器处于断电状态时设定断电阀位置。
在一些变型中，音圈致动器可包括可相对于彼此移动的永磁体和线圈。永磁体可以产生磁场，当电流施加到线圈时线圈在磁场内移动。在其他变型中，当磁体在施加电流的情况下移动时，线圈可以保持静止。施加的电流量可以对应于线圈相对于磁体的位置。电流的极性可以对应于线圈相对于磁体的行进方向。对于音圈致动器来说，产生的力可以与施加的电流成比例并且基本是线性的，使得线圈的速度可以与施加的电压成比例。因此，音圈致动器可以具有基本线性的时间和力响应。线圈的移动方向可以对应于电流的极性。在一些变型中，音圈致动器以及因而音圈控制阀可以具有快速响应速率(即，大于每秒100个周期)，以及低功耗(即，小于1.8瓦，或者12V时的150毫安)。这种致动器和/或阀在本文中可称为音圈或音圈阀。
在一些变型中，电磁阀可包括具有线圈的静止铁芯和可动衔铁。衔铁可以构造成在电流施加到线圈时移动。螺线管致动器还可包括弹簧，该弹簧构造成当从线圈移除电流时进行复位运动。螺线管致动器可以抵抗复位弹簧单向地操作。由于弹簧复位，阀在复位方向上的响应时间可以与弹簧刚度成比例。因此，可以提供刚性弹簧以实现快速响应时间。衔铁力必须克服此弹簧力以停留在任何给定的阀位置。因此，保持阀位置所需的功率量可以与阀的减小的响应时间成比例地增加。因此，电磁阀可以提供通/断(ON/OFF)操作，并且可以是非线性的(例如，产生与电流的平方成比例的力)。
在一些变型中，阀致动器可包括无刷DC马达。马达可以使用螺钉或旋转阀直接地或通过传动系统间接地联接到线性阀。本文公开的液压组件可以使用任何合适的阀致动器。将参照图6C-6E中描绘的横截面侧视图描述流体流经阀(600)。在图6C中，阀芯(620)在套管(610)中处于第一阀芯位置(650)。在第一阀芯位置(650)，流体以第一体积流量Q1从具有较高第一压力P1的区域经过第一内腔(612)流到具有较低第二压力P2的区域。阀芯(620)仅与孔口(614)的一小部分重叠，使得对流体流动具有相对低水平的阻力，从而使得截肢者经受对于关节旋转的相应的低水平阻力。
在图6D中，阀芯(620)在套管(610)中处于第二阀芯位置(652)。在第二阀芯位置(652)，流体以第二体积流量Q2从具有较高第一压力P1的区域经过第一内腔(612)流到具有较低第二压力P2的区域。第二体积流量Q2小于第一体积流量Q1。阀芯(620)与孔口(614)的很大一部分重叠，使得对流体流动具有相对中等和/或高水平的阻力，从而使得截肢者经受对于关节旋转的相应的中等和/或高水平阻力。在一些变型中，第一流量Q1可至高达约40ml/s，第二流量Q2可至高达约40ml/s。
在图6E中，阀芯(620)在套管(610)中处于第三阀芯位置(654)。在第三阀芯位置(654)，流体不流过阀(600)。孔口(614)被阀芯(620)完全阻挡。这种情况可以被称为锁闭并且对应于对流体流动的最大阻力，其中假肢关节可被固定于特定角度。在一些变型中，第一压力P1可至高达约4000psi，第二压力P2可至高达约4000psi。
D.断电阻力
出于安全原因，当诸如假肢膝关节之类的假肢处于断电状态时，假肢膝关节可以被构造成在屈曲时具有高阻力(例如，刚性)，同时允许自由伸展或低阻力伸展。在一些变型中，断电屈曲阻力可以是可配置的，以适应不同的用户偏好和重量。如本文更详细描述的，假肢膝关节的断电阻力可以使用断电滑阀(例如，通/断滑阀)或三端口阀(例如，具有附加端口的比例阀)来实现。
1.滑阀
在一些变型中，所描述的液压回路可包括主控制阀(例如，音圈阀)和次要通/断滑阀，所述次要通/断滑阀包括偏压弹簧和用户可调节的可变阻流器。当液压组件被供电时(例如，当阀致动器被供电时)，次要断电阀可以被构造成关闭并限制流过任何次要阀端口，使得流体的流动绕过次要断电阀。主控制阀可以构造成被弹簧偏压以在断电状态下完全关闭孔口，而次要阀可以构造成被弹簧偏压以完全打开次要阀的每个端口，从而允许流体流过每个端口。在其中活塞被压缩到缸内的断电屈曲状态下，流体可以配置成流过用户可调节的可变阻流器。在其中活塞从缸伸出的断电伸展状态下，可以绕过可变阻流器，并且次要阀可被构造成完全打开并允许不受限制的流体流动。本文所述的滑阀可被提供用于液压组件、肢体假肢、矫形器、辅助装置或机器人连杆。
图7A示出了包括第一活塞(710)和液压缸(720)的液压组件(700)。活塞(710)可在液压缸(720)内滑动。联接到活塞(710)的活塞轴(712)可以将活塞(710)压缩到缸(720)中或从缸(720)中伸出。活塞(710)可以在结构上将缸(720)分成第一室(722)和相对的第二室(724)。第一室(722)可包括第一缸端口(726)，第二室(724)可包括第二缸端口(728)。在一些变型中，第一和第二缸端口(726,728)可以在活塞(710)的相对侧位于缸(720)的侧壁上。在一些变型中，第一缸端口(726)可以位于缸(720)的第一端，而第二缸端口(728)可以位于缸(720)的与第一端相对的第二端。
流体回路(730)可以通过第一和第二缸端口(726,728)联接到液压缸(720)，使得流体回路(730)可以构造成控制通过液压组件(700)的液压流体的阻力。流体回路(730)可包括多个液压流体通道，其构造成控制在第一室(722)、第二室(724)和流体槽(755)之间的液压流体流动。第一液压流体通道(731)可包括第一通道入口(780)(在图7B中标记)、第一通道出口(781)和第一通道阀(741)，第一通道阀(741)构造成对于通过第一流体通道(731)的流设置可变阻力。在一些变型中，第一通道阀(741)可以是单向可变阻力阀。第二流体通道(732)可包括第二通道入口(782)(在图7C中标记)、第二通道出口(783)和第二通道阀(742)。第三流体通道(733)可包括第三通道入口(784)(在图7B中标记)、第三通道出口(785)和第三通道阀(743)。第四流体通道(734)可包括第四通道入口(786)(在图7C中标记)、第四通道出口(787)和第四通道阀(744)。第五流体通道(735)可包括第五通道入口(788)(在图7B中标记)、第五通道出口(789)和第五通道阀(745)。第六流体通道(736)可包括第六通道入口(752)、第六通道出口(753)和第一用户可调节可变阻流器(748)。
在一些变型中，第一互连部(790)(例如，相交部)可包括第一通道入口(780)、第二通道出口(783)和第五通道出口(789)。第二互连部(791)可包括第一缸端口(726)、第二通道入口(782)和第三通道出口(785)。第三互连部可包括槽端口(756)、第三通道入口(784)和第四通道入口(786)。第四互连部可包括第二缸端口(728)、第四通道出口(787)和第五通道入口(788)。
在一些变型中，第一通道入口(780)可以连接在第二通道阀(742)和第五通道阀(745)之间。第一缸端口(726)可以连接在第二通道阀(742)和第三通道阀(743)之间。槽端口(756)可以连接在第三通道阀(743)和第四通道阀(744)之间。第二缸端口(728)可以连接在第四通道阀(744)和第五通道阀(745)之间。第二通道阀(743)和第五通道阀(745)可以串联连接。第三通道阀(743)和第四通道阀(744)可以串联连接。第二通道阀(742)和第三通道阀(743)可以并联连接。第四通道阀(744)和第五通道阀(745)可以并联连接。第一液压流体通道(731)的第一通道入口(780)可以连接在第二和第五流体通道(732,735)之间。第一液压流体通道(731)的第一通道出口(781)可以连接在第三和第四流体通道(733,734)之间。
在一些变型中，第一可变阻流器(748)可沿第六流体通道(736)位于第三阀端口(751)和第四互连部(793)之间。第六流体通道(736)可包括在第四互连部(793)处的第六通道入口(752)和连接到第三阀端口(751)的第六通道出口(753)。在一些变型中，第一可变阻流器(748)可包括单向可变阻流器，其构造成允许从第四互连部(793)到第三阀端口(751)的流动。第一可变阻流器(748)可以构造成不管第六阀(746)是打开还是关闭都阻挡流体从第三阀端口(751)流向第四互连部(793)。
第一阀(741)可构造成对于通过第一液压流体通道(731)的液压流体的流动设置阻力。流体回路(730)可以构造成使得对于活塞(710)的伸展和压缩两者液压流体都以相同方向流入第一液压流体通道(731)。因此，第一阀(741)可以包括单向控制阀。第一阀(741)可以是诸如比例方向控制阀之类的控制阀。在一些变型中，第一阀(741)可包括音圈阀、电磁阀和DC马达中的一个或多个。第一阀(741)可具有旋转的或线性的几何形状。在一些变型中，第二至第五阀(742,743,744,745)可以是构造成允许液压流体沿单一方向流动的止回阀。
在一些变型中，致动器(754)可以联接到第一阀(741)。致动器(754)可以配置成基于施加到致动器(754)的电流的极性双向驱动第一阀(741)以往复地和选择性地定位第一阀(741)。因此，第一阀(741)可以由致动器(754)双向驱动。
第一阀(741)可包括具有孔口的套管和可在套管内移动的阀芯。致动器(754)可以联接到第一阀(741)以相对于套管的孔口移动阀芯，以改变对流过第一阀(741)的流体的阻力。在一些变型中，致动器(754)可以相对于孔口移动阀芯。因此，第一阀(741)可以构造成设置通过流体回路(730)的流体的阻力。如本文更详细描述的，止回阀可以构造成使得流体在活塞(710)压缩和伸展时流过不同的流体通道。
流体回路(730)可以连接到流体槽(755)。在一些变型中，流体槽(755)可包括第二活塞(758)和第二弹簧(759)。流体槽(755)可包括腔，该腔用作由于活塞(710)在缸(720)中移动而排出的液压流体的贮存器。流体槽(755)可以包括第一槽端口(756)和第二槽端口(757)。第二弹簧(759)可以构造成在所述腔的容积随着流体体积增加而增加时产生作用在第二活塞(758)上的弹簧力，从而产生同等地作用于第二活塞(758)的两侧的内部压力。由于第二活塞(758)两侧的压力面积不相等，因此作用在第二活塞(758)上的净力不为零，并且可趋向于将活塞轴(712)推出缸(720)，从而导致线性的缸弹簧刚度。缸弹簧刚度可以对应于可帮助膝关节伸展的摆动伸展辅助。
在一些变型中，液压回路(730)可包括第六阀(746)(例如，断电滑阀)，其可以是常开的三通阀或三端口阀。在一些变型中，第六阀(746)可包括第一弹簧(747)、第一阀端口(749)、第二阀端口(750)和第三阀端口(751)。第六阀(746)可构造成在打开时允许流体在第一、第二和第三阀端口(749,750,751)之间通过，并在关闭时阻挡流体在第一、第二和第三阀端口(749,750,751)之间通过。第一阀端口(749)可以在第二槽端口(757)处连接到流体槽(755)。第二阀端口(750)可以连接到第二互连部(791)，第三阀端口(751)可以连接到第四互连部(793)。
致动器(754)和第一阀(741)可以联接到控制器，诸如本文所述的控制器(420)。控制器可以配置成控制致动器(754)和第一阀(741)，从而控制流过液压组件(700)的流体的阻力，因而控制对于假肢旋转的阻力。因此，液压组件(700)的压缩和伸展可以在假肢膝关节的步态周期期间被修正，因此在步态期间控制假肢关节的压缩和伸展。
图7B示出了响应于活塞(710)的压缩(760)，诸如响应于假肢膝关节的通电屈曲状态，而通过液压组件(700)的液压流体流动。例如，当活塞(710)减小缸(720)的第二室(724)的容积时，液压流体可通过第二缸端口(728)进入流体回路(730)并从第一缸端口(726)离开。如图7B所示，流体回路(730)可以构造成允许液压流体沿第一路径(770)顺序地流过第二缸端口(728)、第五通道阀(745)、第一阀(741)(例如，可变阻力阀)、第三通道阀(743)，并流入第一缸端口(726)。在一些变型中，屈曲状态可以配置成允许流体沿第二路径(771)顺序地流过第二缸端口(728)、第五通道阀(745)、第一阀(741)，并流入槽端口(756)。在这些变型当中的一些变型中，屈曲状态可以配置成允许流体同时在第一和第二路径(770,771)中流动。
在一些变型中，屈曲状态可以配置成阻止流体流过第二通道阀(742)和第四通道阀(744)。第二和第四通道阀(742,744)可以是分别构造成阻止从第五止回阀(745)的出口和第二缸端口(728)接收的流的止回阀。相反地，第五止回阀、第一控制阀和第三止回阀(745,741,743)可以构造成分别允许来自第二缸端口(728)、第五止回阀(745)的通道出口(789)和第一阀(741)的通道出口(781)的流体流动。因此，液压流体流动可以配置成允许从第二室(724)流经液压回路(730)和流体槽(755)并进入第一室(722)。
图7C示出了响应于诸如由于假肢膝关节的通电伸展所导致的活塞(710)的伸展而通过液压组件(700)的液压流体流动。例如，当活塞(710)减小缸(720)的第一室(726)的容积时，液压流体可通过第一缸端口(726)进入流体回路(730)并从第二缸端口(728)离开。如图7C所示，流体回路(730)可以构造成允许液压流体沿第三流体路径(772)顺序地流过第一缸端口(726)、第二通道阀(742)、第一阀(741)(例如，可变阻力阀)、第四通道阀(744)并流入第二缸端口(728)。在一些变型中，伸展状态可以配置成允许流体沿第四流体路径(773)顺序地从槽端口(756)流到第四通道阀(744)。在这些变型当中的一些变型中，伸展状态可以配置成允许流体同时在第三和第四路径(772,773)中流动。
在一些变型中，伸展状态可以配置成阻止流体流过第三通道阀(743)和第五通道阀(745)。例如，第三和第五通道阀(743,745)可以是分别构造成阻止从第一缸端口(726)和第二止回阀(742)的通道出口(783)接收的流的止回阀。相反地，第二止回阀、第一控制阀和第四止回阀(742,740,744)可以分别构造成允许来自第一缸端口(726)、第二止回阀(742)的通道出口(783)和第一阀(741)的通道出口(781)的流体流动。因此，液压流体流动可以配置成允许从第一室(722)流经液压回路(730)和流体槽(755)并进入第二室(724)。
图7D示出了响应于假肢膝关节的断电屈曲状态而通过液压组件(700)的液压流体流动。例如，当活塞(710)减小缸(720)的第二室(724)的容积时，液压流体可通过第二缸端口(728)进入流体回路(730)并从第一缸端口(726)离开。如图7D所示，流体回路(730)可以构造成允许液压流体沿第五流体路径(774)顺序地流过第二缸端口(728)、第一可变阻流器(748)、第三阀端口(751)、第二阀端口(750)，并流入第一缸端口(726)。液压回路(730)可以进一步构造成允许流体沿着第六流体路径(775)从第一阀端口(749)流到流体槽(755)。
图7E示出了响应于诸如由于假肢膝关节的断电伸展状态所导致的活塞(710)的伸展而通过液压组件(700)的液压流体流动。例如，当活塞(710)减小缸(720)的第一室(722)的容积时，液压流体可通过第一缸端口(726)进入流体回路(730)并从第二缸端口(728)离开。如图7E所示，流体回路(730)可以构造成允许液压流体沿第七流体路径(776)顺序地流过第一缸端口(526)、第二阀端口(750)、第一阀端口(749)、第二槽端口(757)、第一槽端口(756)、第四流体通道(734)，并流入第二缸端口(528)。
图8A-8D是控制阀的一个示例性变型的横截面侧视图。图8A示出常开比例滑阀(800)的横截面侧视图，图8B示出断电阀(802)的横截面侧视图，图8C示出阀(800)的示意图。控制阀(800)可包括壳体(810)，壳体(810)具有第一端(812)、第二端(814)和一个或多个侧向开口(816)。控制阀(800)可包括液压阀(820)，其包括套管(830)、限定一个或多个孔口(842)的阀芯(840)、以及偏压弹簧(860)。控制阀(800)还可包括致动器(850)，其构造成驱动液压阀(820)。致动器(850)可包括磁体(852)、线圈架(854)和线圈(846)。在一些变型中，磁体(852)可包括介于约2mm和约60之间的内径，介于约2.5mm和约70mm之间的外径，以及介于约1.5mm和约50mm之间的长度。例如，磁体可包括约15mm和约25mm之间的内径，约20mm和约30mm之间的外径，以及约15mm和约20mm之间的长度。在一些变型中，磁体(852)可以包括钕，但是可以使用任何合适的磁组分。图8C还示出第一阀端口(870)、第二阀端口(872)和第三阀端口(874)。图8D示出对于断电屈曲的阀的示意图。阀芯(840)可相对于套管(830)定位为使得对于第一、第二和第三阀端口(870,872,874)中的每一个均阻挡流体流动。图8E示出对于断电伸展的阀的示意图。阀芯(840)可以与套管(830)的孔口(832)对齐，使得流体可以从第一阀端口(870)流入第二和第三阀端口(872,874)。第一、第二和第三阀端口(870,872,874)均可包括介于约0.5mm2和约30mm2之间的面积，并且与相邻的端口分隔开约0.25mm和约30mm之间的距离。在一些变型中，侧向开口(816)的数量可以在约1和约15之间。例如，控制阀(800)可包括大约4个侧向开口(816)。在一些变型中，侧向开口(816)可具有介于约1mm与约6mm之间的直径。例如，侧向开口(816)的直径可以在约2mm和约4mm之间。
2.三端口阀
三个端口的设计为主比例滑阀增加了一个额外的端口。当电源接通时，阀芯可以起作用以根据所需的阻力连续改变孔口面积。因此，对流体流动的阻力可以使用滑阀来控制，并且可以通过改变孔口面积在完全锁闭位置和完全打开位置之间改变。当断电时，阀芯可被弹簧偏压，使得阀中的第三端口打开，从而允许流到液压回路的不同区段。在一些变型中，三端口阀可以是音圈致动的并且利用磁传感器进行伺服控制以用于位置反馈。本文所述的三端口阀可被提供用于液压组件、肢体假肢、矫形器、辅助装置或机器人连杆。
在一些变型中，液压组件或系统可包括单端缸，其联接到具有单向三端口阀的流体回路。此单向控制阀可以在屈曲(例如，缸压缩)和伸展(例如，缸伸展)两者情况下都对液压流体流动设置阻力。控制阀可以是单向的，因为流体回路确保对于压缩和伸展两者流体都在单一方向上流入控制阀。在断电状态下，阀可以移动到断电位置，在该断电位置，流体可以流过用户可调节的可变阻流器以控制断电屈曲阻力。例如，在断电位置的伸展阻力可以对应于阀中的流体流动通路的开口面积，如本文更详细描述的。
图9A示出了液压组件(900)，其包括第一活塞(910)、液压缸(920)和液压流体流动回路(930)。活塞(910)可在液压缸(920)内滑动。联接到活塞(910)的活塞轴(912)可以将活塞(910)压缩到缸(920)中或者从缸(920)中伸出。活塞(910)可以在结构上将缸(920)分成第一室(922)和相对的第二室(924)。第一室(922)可包括第一缸端口(926)，第二室(924)可包括第二缸端口(928)。在一些变型中，第一和第二缸端口(926,928)可以在活塞(910)的相对侧位于缸(920)的侧壁上。在一些变型中，第一缸端口(926)可以位于缸(920)的第一端，而第二缸端口(928)可以位于缸(920)的与第一端相对的第二端。
流体回路(930)可以通过第一和第二缸端口(926,928)联接到液压缸(920)，使得流体回路(930)可以构造成控制通过液压组件(900)的液压流体的阻力。流体回路(930)可包括多个液压流体通道，其构造成控制在第一室(922)、第二室(924)和流体槽(950)之间的液压流体流动。第一液压流体通道(931)可包括第一通道入口(980)(在图9B中标记)、第一通道出口(981)和第一通道阀(940)，第一通道阀(940)构造成对于通过第一流体通道(931)的流动设置可变阻力。在一些变型中，第一通道阀(940)可包括三通滑阀和次级通道入口(941)。在一些变型中，第一通道阀(940)可以包括弹簧，并且可以构造成当第一通道阀(940)是未通电三通滑阀时常规地允许在第二通道入口(941)和第一通道出口(981)之间的流体连通。第二流体通道(932)可包括第二通道入口(982)(在图9C中标记)、第二通道出口(983)和第二通道阀(942)。第三流体通道(933)可包括第三通道入口(984)(在图9B中标记)、第三通道出口(985)和第三通道阀(943)。第四流体通道(934)可包括第四通道入口(986)(在图9E中标记)、第四通道出口(987)和第四通道阀(944)。第五流体通道(935)可包括第五通道入口(988)(在图9B中标记)、第五通道出口(989)和第五通道阀(945)。第七流体通道(937)可包括第七通道入口(961)(在图9E中标记)、第七通道出口(962)和第七通道阀(947)。第七通道入口(961)可以连接到第一缸端口(926)或第二互连部(991)(例如，相交部)。在一些变型中，第七通道阀(947)可包括止回阀。第八流体通道(938)可包括第八通道入口(963)(在图9E中标记)、第八通道出口(964)以及第二可变阻流器(948)。
在一些变型中，第一互连部(990)(例如，相交部)可包括第一通道入口(980)、第二通道出口(983)和第五通道出口(989)。在一些变型中，第一互连部(990)还可包括第八通道入口(963)(在图9E中标记)。第二互连部(991)可以包括第一缸端口(926)、第二通道入口(982)和第三通道出口(985)。第三互连部(992)可包括槽端口(956)、第三通道入口(984)和第四通道入口(986)。第四互连部(993)可包括第二缸端口(928)、第四通道出口(987)和第五通道入口(988)。第五互连部(994)可包括第七流体通道出口(962)、第八通道入口(963)、第八通道出口(964)和第一阀(940)的次级通道入口(941)。
在一些变型中，第一通道入口(980)可以连接在第二通道阀(942)和第五通道阀(945)之间。第一缸端口(926)可以连接在第二通道阀(942)和第三通道阀(943)之间。槽端口(956)可以连接在第三通道阀(943)和第四通道阀(944)之间。第二缸端口(928)可以连接在第四通道阀(944)和第五通道阀(945)之间。第二通道阀(942)和第五通道阀(945)可以串联连接。第三通道阀(943)和第四通道阀(944)可以串联连接。第二通道阀(942)和第三通道阀(943)可以并联连接。第四通道阀(944)和第五通道阀(945)可以并联连接。第一液压流体通道(931)的第一通道入口(980)可以连接在第二和第五流体通道(932,935)之间。第一液压流体通道(931)的第一通道出口(981)可以连接在第三和第四流体通道(933,934)之间。
第一阀(940)可以构造成对通过第一液压流体通道(931)的液压流体的流动设置阻力。流体回路(930)可以构造成使得对于活塞(910)的伸展和压缩两者液压流体都在相同方向上流入第一液压流体通道(931)。因此，第一阀(940)可包括单向控制阀，而非双向阀。第一阀(940)可以是诸如比例方向控制阀之类的控制阀。在一些变型中，第一阀(940)可包括音圈阀、电磁阀和DC马达中的一个或多个。第一阀(940)可具有旋转的或线性的几何形状。在一些变型中，第二至第五阀(942,943,944,945)可以是构造成允许液压流体沿单一方向流动的止回阀。
在一些变型中，致动器(939)可以联接到第一阀(940)。致动器(939)可以构造成基于施加到致动器(939)的电流的极性双向驱动第一阀(940)以往复地和选择性地定位第一阀(940)。因此，第一阀(940)可以由致动器(939)双向驱动。
第一阀(940)可包括具有孔口的套管和可相对于套管移动的阀芯。致动器(939)可以联接到第一阀(940)以相对于孔口移动阀芯，以改变对通过第一阀(940)的流体流动的阻力。在一些变型中，致动器(939)可以相对于孔口移动阀芯。因此，第一阀(940)可以构造成设置通过流体回路(930)的流体的阻力。如本文更详细描述的，止回阀可构造成使得在活塞(910)的压缩和伸展情况下流体流过不同的流体通道。
流体回路(930)可以连接到流体槽(950)。在一些变型中，流体槽(950)可包括弹簧偏压的第二活塞(951)和弹簧(952)。流体槽(950)可包括腔，该腔用作由于活塞(910)在缸(920)中的移动而排出的液压流体的贮存器。弹簧(952)可以构造成在所述腔的容积随着流体体积的增加而增加时产生作用在第二活塞(951)上的弹簧力，从而产生同等地作用在第二活塞(951)的两侧的内部压力。由于第二活塞(951)的两侧的压力面积不相等，因此作用在第二活塞(951)上的净力不为零，并且可趋向于将活塞轴(912)推出缸(920)，从而导致线性的缸弹簧刚度。缸弹簧刚度可以对应于可帮助膝关节伸展的摆动伸展辅助。
致动器(939)和第一阀(940)可以联接到控制器，例如本文所述的控制器(420)。控制器可以配置成控制致动器(939)和第一阀(940)，从而控制流过液压组件(900)的流体的阻力，因而控制对假肢旋转的阻力。因此，液压组件(900)的压缩和伸展可以在假肢膝关节的步态周期期间被修正，从而在步态期间控制假肢关节的压缩和伸展。
图9B示出响应于活塞(910)的压缩(968)，诸如响应于假肢膝关节的通电屈曲状态，而通过液压组件(900)的液压流体流动。例如，当活塞(910)减小缸(920)的第二室(924)的容积时，可以允许液压流体通过第二缸端口(928)进入流体回路(930)并从第一缸端口(926)离开。如图9B所示，流体回路(930)可构造成允许液压流体沿第一流体路径(970)顺序地流过第二缸端口(928)、第五通道阀(945)、第八流体通道(980)、第一阀(940)(例如，可变阻力三端口阀)、第三通道阀(943)，并流入第一缸端口(926)。在一些变型中，屈曲状态可以配置成允许流体沿着第二流体路径(971)从第一阀(940)流入槽端口(956)。在这些变型当中的一些变型中，屈曲状态可以配置成允许流体同时在第一和第二流体路径(970,971)中流动。
在一些变型中，屈曲状态可以配置成阻止流体流过第二通道阀(942)和第四通道阀(944)。第二和第四通道阀(942,944)可以是分别构造成阻止从第五止回阀(945)的出口和第二缸端口(928)接收的流的止回阀。相反地，第五止回阀、第一控制阀和第三止回阀(945,940,943)可分别构造成允许来自第二缸端口(928)、第五止回阀(948)的出口、第八通道入口(963)和第二通道入口(941)的流体流动。因此，液压流体流动可以配置成从第二室(924)流过液压回路(930)和流体槽(950)并流入第一室(922)。
图9C示出响应于诸如由于假肢膝关节的通电伸展所导致的活塞(910)的伸展(969)而通过液压组件(900)的液压流体流动。例如，当活塞(910)减小缸(920)的第一室(926)的容积时，液压流体可通过第一缸端口(922)进入流体回路(930)并从第二缸端口(928)离开。如图9C所示，流体回路(930)可构造成允许液压流体沿第三流体路径(972)顺序地流过第一缸端口(926)、第二通道阀(942)、第七流体通道(937)、次级通道入口(941)、第一阀(940)(例如，三通阀)、第四通道阀(944)，并流入第二缸端口(928)。在一些变型中，伸展状态可以配置成允许流体沿着第四流体路径(973)顺序地从槽端口(956)流到第四通道阀(944)。在这些变型当中的一些变型中，伸展状态可以配置成允许流体同时在第三和第四流体路径(972,973)中流动。
在一些变型中，伸展状态可以配置成阻止流体流过第三通道阀(943)和第五通道阀(945)。第三和第五通道阀(943,945)可以是分别构造成阻止从第一缸端口(926)和第二止回阀(942)的通道出口(983)接收的流的止回阀。相反地，第二止回阀、第一控制阀和第四止回阀(942,940,944)可以分别构造成允许来自第一缸端口(926)、第二止回阀(942)的通道出口(983)和第一阀(940)的通道出口(981)的流体流动。因此，液压流体流动可以配置成从第一室(922)流过液压回路(930)和流体槽(950)并流入第二室(924)。
图9D示出响应于活塞(910)的压缩(968)，诸如响应于假肢膝关节的断电屈曲状态，而通过液压组件(900)的液压流体流动。例如，当活塞(910)减小缸(920)的第二室(924)的容积时，可允许液压流体通过第二缸端口(928)进入流体回路(930)并从第一缸端口(926)离开。如图9D所示，流体回路(930)可以构造成允许液压流体沿着第八流体路径(978)顺序地流过第二缸端口(928)、第五流体通道(935)、第八流体通道(938)、第一阀(940)的次级通道入口(941)、第三流体通道(933)，并流入第一缸端口(926)。在一些变型中，屈曲状态可以配置成允许流体沿着第二流体路径(971)从第一阀(940)流入槽端口(956)。在这些变型当中的一些变型中，屈曲状态可以配置成允许流体同时在第一和第二流体路径(970,971)中流动。在这些变型当中的一些变型中，流体可以从第一通道出口(981)流到流体槽(950)。
图9E示出响应于诸如由于假肢膝关节的断电伸展状态所导致的活塞(910)的伸展而通过液压组件(900)的液压流体流动。例如，当活塞(910)减小缸(920)的第一室(922)的容积时，液压流体可通过第一缸端口(926)进入流体回路(930)并从第二缸端口(928)离开。如图9E所示，流体回路(930)可构造成允许液压流体沿第九流体路径(979)顺序地流过第一缸端口(926)、第七流体通道(937)、次级通道入口(941)、第四流体通道(934)，并流入第二缸端口(928)。在这些变型当中的一些变型中，可以提供从流体槽(950)到第四流体通道(934)的流体流动。
将参照图10A-10D描绘的横截面侧视图描述通过阀(1000)的流体流动。在图10A中，阀芯(1020)在套管(1010)中处于第一阀芯位置(1050)。在第一阀芯位置(1050)，流体以第一体积流量Q1从具有较高第一压力P1的区域经过第一内腔(1012)流到具有较低第二压力P2的区域。阀芯(1020)仅与第一孔口(1014)的小部分重叠，使得对流体流动具有相对低水平阻力，从而使得截肢者经受对于关节旋转范围的低水平阻力。第二孔口(1016)被阀芯(1020)完全阻挡。
在图10B中，阀芯(1020)在套管(1010)中处于第二阀芯位置(1052)。在第二阀芯位置(1052)，流体以第二体积流量Q2从具有较高第一压力P1的区域经过第一内腔(1012)流到具有较低第二压力P2的区域。第二体积流量Q2小于第一体积流量Q1。阀芯(1020)与第一孔口(1014)的大部分重叠，使得对流体流动具有相对中等和/或高水平的阻力，从而截肢者经受对于关节旋转的中等和/或高水平的阻力。第二孔口(1016)被阀芯(1020)完全阻挡。
在图10C中，阀芯(1020)在套管(1010)中处于第三阀芯位置(1054)。在第三阀芯位置(1054)，流体不会流过阀(1000)(例如，锁闭)。第一孔口(1014)和第二孔口(1016)被阀芯(1020)完全阻挡。在此构型中，阀(1000)对流体流动提供最大阻力，使得假肢关节可以被固定于特定角度。
在图10D中，阀芯(1020)在套管(1010)中处于第四阀芯位置(1056)。在第四阀芯位置(1056)，第一孔口(1014)被阀芯(1020)完全阻挡。然而，第二孔口(1016)变成未被阻挡，使得流体可以从具有较高第三压力P3的区域经过第二内腔(1022)流到具有较低第二压力P2的区域。在一些变型中，第一压力P1可至高达约4000psi，第二压力P2可至高达约4000psi，第三压力P3可至高达约4000psi。
图11A-11E是控制阀的一个示例性变型的横截面侧视图。图11A示出常闭比例三端口滑阀(1100)的横截面侧视图。图11B和11D示出阀(1100)的示意图。控制阀(1100)可包括壳体(1110)，该壳体具有第一端(1112)、第二端(1114)和一个或多个侧向开口(1116)。控制阀(1100)可包括液压阀(1120)，其包括限定孔口(1132)的套管(1130)、限定一个或多个开孔(1142)的阀芯(1140)、以及偏压弹簧(1160)。控制阀(1100)还可包括致动器(1150)，其构造成驱动液压阀(1120)。致动器(1150)可包括磁体(1152)(例如，音圈磁体)、线圈架(1154)和线圈(1146)(例如，音圈)。图11B和11D进一步示出第一阀端口(1170)、第二阀端口(1172)和第三阀端口(1174)。图11D示出对于断电屈曲的阀的示意图。阀芯(1140)可以相对于套管(1130)定位为使得对于第三阀端口(1174)阻挡流体流动，并且允许流体从第二阀端口(1172)流入第一阀端口(1170)。图11E示出对于断电伸展的阀的示意图。阀芯(1140)可以与套管(1130)的孔口(1132)对齐，使得进入第三阀端口(1174)的流体可以流入第一阀端口(1170)。
膝关节扭矩计算可用于本文所述的控制系统和装置。在一些变型中，可以通过将负荷传感器与液压缸成一直线放置来实现扭矩估计。通过知晓膝关节的角度，可以计算缸的力矩臂。通过将力矩臂与缸上的负载进行组合，可以计算围绕膝关节的扭矩。负荷传感器可以放置在远端缸安装件、活塞轴或缸内。在一些变型中，缸内部的压力计可用于测量压差，并且还可用于计算缸上的负载。
图13A是控制阀(1300)的另一示例性变型的横截面侧视图。控制阀(1300)可包括壳体(1310)，壳体(1310)具有第一端(1312)、第二端(1314)和一个或多个侧向开口(1316)。控制阀(1300)可包括液压阀(1320)，其包括套管(1310)、限定一个或多个开孔(1342)的阀芯(1320)、以及弹簧(1360)。控制阀(1300)还可包括致动器(1350)，其构造成驱动液压阀(1320)。致动器(1350)可包括磁体(1352)和线圈(1346)。在一些变型中，磁体(1352)可包括介于约2mm和约60之间的内径，介于约2.5mm和约70mm之间的外径，以及介于约1.5mm和约50mm之间的长度。例如，磁体(1352)可包括在约15mm和约25mm之间的内径，在约20mm和约30mm之间的外径，以及在约15mm和约20mm之间的长度。在一些变型中，磁体(1352)可包括钕，但是可以使用任何合适的磁组分。
图13B-13E是控制阀的一个变型的说明性示意图。图13B是套管和阀芯的横截面侧视图，图13C-13E是处于不同阻力状态的套管、阀芯和孔口的侧视图。图13B是包括套管(1310)和阀芯(1320)的阀(1300)的横截面侧视图。阀芯(1320)可以在套管(1310)的第一内腔(1312)中滑动，并且可以由诸如音圈致动器、电磁致动器或其他致动器(例如，DC无刷马达)之类的致动器(未示出)驱动。套管(1310)的侧壁可以限定一个或多个孔口(1314)。当阀芯(1320)滑过套管(1310)时，阀芯(1320)的一些部分可以与孔口(1314)的一些部分重叠。图13C是套管(1310)的侧视图，示出图13B中所示的孔口(1314)具有孔(1318a)和狭缝(1318b)。如图13C-13F所示，孔口(1314)可具有如同钥匙孔的形状。然而，孔口(1314)的形状没有特别限制。图13D示出处于高阻力状态的阀(1300)，其中狭缝(1318b)的大部分和孔(1318a)被阀芯(1320)阻挡，从而限制了流体流动。图13E示出处于打开状态的阀(1300)，其中阀芯(1320)阻挡了孔口(1314)的很小一部分(如果有的话)。
图13A-13E中描绘的阀(1300)可以构造成使阀芯(1320)在套管(1310)内线性滑动。阀(1300)的孔口面积可以是由阀致动器控制的阀芯(1320)的线性位置的函数。在其他变型中，阀芯(1320)可以旋转方式在套管(1310)内移动。在这些变型中，阀(1300)的孔口面积可以是由阀致动器控制的阀芯(1320)相对于孔口(1314)的角向旋转的函数。不同的致动机构表现出不同的性能特性，包括响应速率、功耗、尺寸、成本、复杂性等。在一些变型中，音圈致动器可以直接地或通过一个或多个柔性元件联接到线性滑阀。可能需要向音圈致动器供电以保持特定的阀位置。在使用音圈致动器的一些变型中，阀可包括弹簧，以在致动器处于断电状态时设定断电阀位置。
在一些变型中，音圈致动器可包括可相对于彼此移动的永磁体和线圈。永磁体可以产生磁场，当电流施加到线圈时线圈在该磁场中移动。在其他变型中，当施加电流时，线圈可保持静止而磁体移动。施加的电流量可以对应于线圈相对于磁体的位置。电流的极性可以对应于线圈相对于磁体的行进方向。对于音圈致动器来说，产生的力可以与施加的电流成比例并且基本是线性的，使得线圈的速度可以与施加的电压成比例。因此，音圈致动器可具有基本线性的时间和力响应。线圈的运动方向可以对应于电流的极性。在一些变型中，音圈致动器以及因而音圈控制阀可以具有快速响应速率(即，大于每秒100个周期)，以及低功耗(即，小于1.8瓦，或者12V时的150毫安)。这种致动器和/或阀在这里可以称为音圈或音圈阀。
在一些变型中，电磁阀可包括具有线圈的静止铁芯和可动衔铁。衔铁可以构造成在电流施加到线圈时移动。电磁致动器还可包括弹簧，该弹簧构造成当从线圈移除电流时进行复位运动。电磁致动器可以抵抗复位弹簧单向操作。由于弹簧复位，阀在返回方向上的响应时间可以与弹簧刚度成比例。因此，可以提供刚性弹簧以实现快速响应时间。衔铁力必须克服此弹簧力以停留在任何给定的阀位置。因此，保持阀位置所需的功率量可以与阀的减小的响应时间成比例地增加。因此，电磁阀可以提供通/断操作并且可以是非线性的(例如，产生与电流的平方成比例的力)。在一些变型中，阀致动器可包括无刷DC马达。马达可以使用螺钉或旋转阀直接地或通过传动系统间接地联接到线性阀。本文公开的液压组件可以使用任何合适的阀致动器。
图13F-13I描绘了通过阀(1300)的流体流动，并且特别示出处于完全打开状态(图13F)、高阻力状态(图13G)、锁闭状态(图13H)和断电状态(图13I)的阀的示意图。为了清楚起见，图13F中的相同元件未标记在图13G-13I中。
在图13F中，阀芯(1320)在套管(1310)中处于第一阀芯位置。在第一阀芯位置，流体从第二端口(1372)流过第一端口(1370)，而从第三端口(1374)的流动被阻挡。在第一阀芯位置，对流体流动具有相对低水平阻力，使得截肢者经受对于关节旋转的对应的低水平阻力。
在图13G中，阀芯(1320)在套管(1310)中处于第二阀芯位置。在第二阀芯位置，通过第二端口(1372)和第一端口(1370)的流体流动比在第一阀芯位置相对更低。例如，阀芯(1320)与孔口(1314)的大部分重叠，使得对于流体流动具有相对中等和/或高水平阻力，从而截肢者经受对于关节旋转的对应的中等和/或高水平阻力。
在图13H中，阀芯(1320)在套管(1310)中处于第三阀芯位置。在第三阀芯位置，流体不流过阀(1300)。所有孔口(1314)完全被阀芯(1320)阻挡。这种情况可以称为锁闭并且对应于对于流体流动的最大阻力，其中假肢关节可以被固定在特定角度。
如图13I中所示，当断电时，弹簧(1360)可以将线圈架(1354)偏压到硬停止位置，从而允许流体在第三端口(1374)和第一端口(1370)之间流动。图13I中的阀芯(1320)在套管(1310)中处于第四阀芯位置。在第四阀芯位置，流体流过第三端口(1374)和第一端口(1370)，而相对于第二端口(1372)的流体流动被阻挡。
II.方法
本文还描述了使用这里所述的系统和装置来控制假肢的旋转阻力的方法。在一些变型中，可以通过在假肢屈曲期间以及当假肢可变阻力阀被供电时如本文中在屈曲状态期间所描述的那样在流体回路中传输液压流体来开始该过程。在假肢伸展期间和当假肢可变阻力阀被供电时，液压流体可以如本文中在伸展状态期间所描述的那样在流体回路中传输。
在一些变型中，可以通过在假肢屈曲期间以及当假肢可变阻力阀被供电时如本文中在屈曲状态期间所描述的那样在流体回路中传输液压流体来开始该过程。在假肢伸展期间和当假肢可变阻力阀被供电时，液压流体可以如本文中在伸展状态期间所描述的那样在流体回路中传输。在假肢屈曲期间和当假肢可变阻力阀未被供电时，液压流体可以如本文中在断电屈曲状态期间所描述的那样在流体回路中传输。
在一些变型中，可以通过在假肢屈曲期间以及当假肢可变阻力阀被供电时如本文中在屈曲状态期间所描述的那样在流体回路中传输液压流体来开始该过程。在假肢伸展期间和当假肢可变阻力阀被供电时，液压流体可以如本文中在伸展状态期间所描述的那样在流体回路中传输。在假肢屈曲期间和当假肢可变阻力阀未被供电时，液压流体可以如本文中在断电屈曲状态期间所描述的那样在流体回路中传输。在假肢伸展期间和当假肢可变阻力阀未被供电时，液压流体可以如本文中在断电伸展状态期间所描述的那样在流体回路中传输。
本文描述的一些变型涉及具有非暂时性计算机可读介质(也可以称为非暂时性处理器可读介质)的计算机存储产品，其上具有用于执行各种计算机实现的操作的指令或计算机代码。计算机可读介质(或处理器可读介质)不包括暂时传播信号本身(例如，在诸如空间或电缆之类的传输介质上承载信息的传播的电磁波)，在这个意义上，它是非暂时性的。介质和计算机代码(也可以称为代码或算法)可以是为特定的一个或多个目的而设计和构造的代码。非暂时性计算机可读介质的示例包括但不限于：诸如硬盘、软盘和磁带之类的磁存储介质；诸如压缩盘/数字视频盘(CD/DVD)、光盘只读存储器(CD-ROM)和全息设备之类的光学存储介质；诸如光盘之类的磁光存储介质；诸如固态驱动器(SSD)和固态混合驱动器(SSHD)之类的固态存储设备；载波信号处理模块；以及专门配置用于存储和执行程序代码的硬件设备，例如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)器件。本文描述的其他变型涉及计算机程序产品，其可以包括例如这里公开的指令和/或计算机代码。
本文所描述的系统、设备和/或方法可以由软件(在硬件上执行)、硬件或其组合来执行。硬件模块可以包括例如通用处理器(或微处理器或微控制器)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或专用集成电路(ASIC)。软件模块(在硬件上执行)可以用各种软件语言(例如，计算机代码)表达，包括C、C++、Python、Ruby、Visual和/或其他面向对象的、过程的、或者其他编程语言和开发工具。计算机代码的示例包括但不限于微代码或微指令，诸如由编译器产生的机器指令，用于产生网络服务的代码，以及包含由使用翻译器的计算机执行的更高级指令的文件。计算机代码的另外的示例包括但不限于控制信号、加密代码和压缩代码。
在一些变型中，系统和方法可以经由例如一个或多个网络与其他计算设备(未示出)通信，每个网络可以是任何类型的网络(例如，有线网络、无线网络)。无线网络可以指没有通过任何类型的电缆连接的任何类型的数字网络。无线网络中的无线通信的示例包括但不限于蜂窝、无线电、卫星和微波通信。然而，无线网络可连接到有线网络以便与因特网、其他载波语音和数据网络、商业网络以及个人网络连接。有线网络通常由铜双绞线、同轴电缆和/或光纤电缆承载。有许多不同类型的有线网络，包括广域网(WAN)、城域网(MAN)、局域网(LAN)、互联网区域网(IAN)、校园网(CAN)、无线个域网(PAN)(例如，蓝牙、蓝牙低功耗)、诸如因特网之类的全球区域网络(GAN)、以及虚拟专用网络(VPN)。在下文中，网络是指通常通过因特网互连的无线、有线、公共和私人数据网络的任何组合，以提供统一的网络和信息访问系统。
蜂窝通信可以涵盖诸如GSM、PCS、CDMA或GPRS、W-CDMA、EDGE或CDMA2000、LTE、WiMAX和5G网络标准之类的技术。一些无线网络部署组合了来自多个蜂窝网络的网络或使用蜂窝、Wi-Fi和卫星通信的混合。在一些变型中，本文描述的系统、设备和方法可以包括射频接收器、发射器和/或光学(例如，红外)接收器和发射器，以与一个或多个设备和/或网络通信。
这里的具体示例和描述本质上是示例性的，并且本领域技术人员可以基于本文教导的内容开发出各种变型，而不会脱离本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求限定。

Claims (77)

1.一种假肢，包括：
具有第一缸端口和第二缸端口的第一缸；
能在第一缸内滑动的第一活塞；
包括槽端口的流体槽；和
流体回路，该流体回路包括：
第一流体通道，其包括第一通道入口、第一通道出口和单向的可变阻力阀，所述可变阻力阀构造成对于通过第一流体通道的流体流动设置可变阻力；
第二流体通道，其包括第二通道入口、第二通道出口和第二通道止回阀；
第三流体通道，其包括第三通道入口、第三通道出口和第三通道止回阀；
第四流体通道，其包括第四通道入口、第四通道出口和第四通道止回阀；
第五流体通道，其包括第五通道入口、第五通道出口和第五通道止回阀；
第一相交部，其包括第一通道入口、第二通道出口和第五通道出口；
第二相交部，其包括第一缸端口、第二通道入口和第三通道出口；
第三相交部，其包括槽端口、第三通道入口和第四通道入口；以及
第四相交部，其包括第二缸端口、第四通道出口和第五通道入口。
2.根据权利要求1所述的假肢，还包括在第一缸压缩期间的屈曲状态，其中所述流体回路构造成允许流体沿着第一流体路径顺序地流过所述第二缸端口、所述第五通道止回阀、所述可变阻力阀、所述第三通道止回阀，并流到所述第一缸端口。
3.根据权利要求2所述的假肢，其中所述屈曲状态还配置成允许流体沿着第二流体路径从所述可变阻力阀流到所述槽端口。
4.根据权利要求2或3所述的假肢，其中，所述屈曲状态还配置成阻止流体流过所述第二通道止回阀和所述第四通道止回阀。
5.根据权利要求3所述的假肢，其中所述屈曲状态还配置成允许流体同时在所述第一流体路径和所述第二流体路径中流动。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的假肢，还包括在缸伸展期间的伸展状态，其中所述流体回路构造成允许流体沿着第三流体路径顺序地流过所述第一缸端口、所述第二通道止回阀、所述可变阻力阀、所述第四通道止回阀，并流到所述第二缸端口。
7.根据权利要求6所述的假肢，其中，所述伸展状态还配置成允许流体沿着第四流体路径顺序地从所述槽端口流到所述第四通道止回阀。
8.根据权利要求6或7所述的假肢，其中，所述伸展状态还配置成阻止流体流过所述第三通道止回阀和所述第五通道止回阀。
9.根据权利要求7所述的假肢，其中，所述伸展状态还配置成允许流体同时在所述第三流体路径和所述第四流体路径中流动。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的假肢，还包括机械传感器，其中，基于来自所述机械传感器的输入确定所述可变阻力阀的阻力。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的假肢，其中所述可变阻力阀选自由电磁阀、滑阀和音圈阀组成的群组。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的假肢，其中所述流体回路还包括三通阀，所述三通阀包括在第二槽端口处连接到所述流体槽的第一阀端口、连接到所述第二相交部的第二阀端口、以及连接到所述第四相交部的第三阀端口。
13.根据权利要求12所述的假肢，还包括沿第六流体通道位于所述第三阀端口和所述第四相交部之间的可变阻力器，所述第六流体通道包括在所述第四相交部处的第六通道入口和连接到所述第三阀端口的第六通道出口。
14.根据权利要求13所述的假肢，其中所述可变阻力器包括单向可变阻力器，所述单向可变阻力器构造成允许从所述第四相交部向所述第三阀端口的流动。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的假肢，其中，所述三通阀是常开三通阀。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的假肢，其中，所述三通阀构造成在打开时允许流体在所述第一、第二和第三阀端口之间通过，并在关闭时阻止流体在所述第一、第二和第三阀端口之间通过。
17.根据权利要求16所述的假肢，其中，无论所述三通阀是打开还是关闭，所述可变阻力器都阻止流体从所述第三阀端口流到所述第四相交部。
18.根据权利要求17所述的假肢，还包括在缸压缩期间的断电屈曲状态，其中所述流体回路构造成允许流体沿着第五流体路径顺序地流过所述第二缸端口、所述可变阻力器、所述第三阀端口、所述第二阀端口，并流到所述第一缸端口。
19.根据权利要求18所述的假肢，其中所述断电屈曲状态的所述流体回路还构造成允许流体沿着第六流体路径从所述第一阀端口流到所述流体槽。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的假肢，还包括断电伸展状态，其中所述流体回路构造成允许流体沿着第七流体路径顺序地流过所述第一缸端口、所述第二阀端口、所述第一阀端口、所述第一槽端口、所述第四流体通道，并流到所述第二缸端口。
21.根据权利要求1至12中任一项所述的假肢，其中，所述可变阻力阀是三通滑阀，并且还包括次级通道入口。
22.根据权利要求21所述的假肢，其中所述流体回路还包括：
第七流体通道，其包括第七通道入口、第七通道出口和第七通道止回阀，其中所述第七通道入口连接到所述第一缸端口或所述第二相交部；
第八流体通道，其包括第八通道入口、第八通道出口和可变阻力器；和
第五相交部，其包括第七流体通道出口、第八通道出口和所述三通滑阀的次级通道入口；
其中所述第一相交部还包括所述第八通道入口。
23.根据权利要求22所述的假肢，还包括在缸压缩期间的断电屈曲状态，其中所述流体回路构造成允许流体沿着第八流体路径顺序地流过所述第二缸端口、所述第五流体通道、所述第八流体通道、所述可变阻力阀的次级通道入口、所述第三流体通道，并流到所述第一缸端口。
24.根据权利要求23所述的假肢，其中所述断电屈曲状态的所述流体回路还构造成允许流体从所述第一通道出口流到所述流体槽。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的假肢，还包括在缸伸展期间的断电伸展状态，其中所述流体回路构造成允许流体沿着第九流体路径顺序地流过所述第一缸端口、所述第七流体通道、所述第一通道入口、所述可变阻力阀、所述第四流体通道，并流到所述第二缸端口。
26.根据权利要求25所述的假肢，其中所述断电伸展状态还配置成允许流体从所述流体槽流到所述第四流体通道。
27.根据权利要求21所述的假肢，其中所述三通滑阀包括弹簧，并且构造成在所述三通滑阀未通电时常规地允许流体在所述次级通道入口和所述第一通道出口之间连通。
28.根据权利要求1至27中任一项所述的假肢，其中所述流体槽包括弹簧偏压活塞或气动活塞。
29.根据权利要求1至28中任一项所述的假肢，还包括：
联接到所述第一活塞的上关节构件；和
联接到所述上关节构件和所述第一缸的下关节构件。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的假肢，其中所述假肢是假肢膝关节。
31.根据权利要求1至29中任一项所述的假肢，其中所述假肢是假肢踝关节。
32.根据权利要求1至31中任一项所述的假肢，还包括设置在所述第一缸和所述第一活塞中的至少一个上的负荷传感器。
33.根据权利要求1至28中任一项所述的流体回路。
34.一种流体回路，包括：
第一流体通道，其包括第一通道入口、第一通道出口和单向的可变阻力阀，所述可变阻力阀构造成对于通过所述第一流体通道的流动设置可变阻力；
第二流体通道，其包括第二通道入口、第二通道出口和第二通道止回阀；
第三流体通道，其包括第三通道入口、第三通道出口和第三通道止回阀；
第四流体通道，其包括第四通道入口、第四通道出口和第四通道止回阀；
第五流体通道，其包括第五通道入口、第五通道出口和第五通道止回阀；
第一相交部，其包括第一通道入口、第二通道出口和第五通道出口；
第二相交部，其包括第一双向通道、第二通道入口和第三通道出口；
第三相交部，其包括第二双向通道、第三通道入口和第四通道入口；以及
第四相交部，其包括第三双向通道、第四通道出口和第五通道入口。
35.根据权利要求34所述的流体回路，还包括第一状态，其中所述流体回路构造成允许流体沿着第一流体路径顺序地流过所述第三双向通道、所述第五通道止回阀、所述可变阻力阀、所述第三通道止回阀，并流到所述第一方向通道。
36.根据权利要求35所述的流体回路，其中，所述第一状态还配置成允许流体沿着第二流体路径流过所述可变阻力阀并流到所述第二双向通道。
37.根据权利要求35或36所述的流体回路，其中，所述第一状态还配置成阻止流体流过所述第二通道止回阀和所述第四通道止回阀。
38.根据权利要求35或36所述的流体回路，其中，所述第一状态配置成允许流体同时在所述第一流体路径和所述第二流体路径中流动。
39.根据权利要求34至38中任一项所述的流体回路，还包括第二状态，其中所述流体回路构造成允许流体沿着第三流体路径顺序地流过所述第一双向通道、所述第二通道止回阀、所述可变阻力阀、所述第四通道止回阀，以及流到所述第三双向通道。
40.根据权利要求39所述的流体回路，其中，所述第二状态还配置成允许流体沿着第四流体路径顺序地流过所述第二双向通道和所述第四通道止回阀。
41.根据权利要求39或40所述的流体回路，其中，所述第二状态还配置成阻止流体流过所述第三通道止回阀和所述第五通道止回阀。
42.根据权利要求39或40所述的流体回路，其中，所述第二状态配置成允许流体同时沿着所述第三流体路径和所述第四流体路径流动。
43.根据权利要求34至42中任一项所述的流体回路，还包括机械传感器，并且基于来自所述机械传感器的输入确定所述可变阻力阀的阻力。
44.根据权利要求34至43中任一项所述的流体回路，其特征在于，所述可变阻力阀选自由电磁阀、滑阀和音圈阀组成的群组。
45.根据权利要求34至44中任一项所述的流体回路，其中，所述流体回路还包括三通阀，所述三通阀包括连接到所述第二双向通道的第一阀端口、连接到所述第二相交部的第二阀端口、以及连接到所述第四相交部的第三阀端口。
46.根据权利要求45所述的流体回路，还包括沿第六流体通道位于所述第三阀端口和所述第四相交部之间的可变阻力器，所述第六流体通道包括在所述第四相交部处的第六通道入口和连接到所述第三阀端口的第六通道出口。
47.根据权利要求46所述的流体回路，其中所述可变阻力器是单向可变阻力器，其构造成允许从所述第四相交部到所述第三阀端口的流动。
48.根据权利要求46或47所述的流体回路，其中所述三通阀是常开三通阀。
49.根据权利要求46至48中任一项所述的流体回路，其中，所述三通阀在打开时允许流体在所述第一、第二和第三阀端口之间通过，并且在关闭时阻止流体在所述第一、第二和第三阀端口之间通过。
50.根据权利要求49所述的流体回路，其中，无论所述三通阀是打开还是关闭，所述可变阻力器都阻止流体从所述第三阀端口流到所述第四相交部。
51.根据权利要求50所述的流体回路，还包括第三状态，其中所述流体回路构造成允许流体沿着第五流体路径顺序地流过所述第三双向通道、所述可变阻力器、所述第三阀端口、所述第二阀端口，并且流到所述第一双向通道。
52.根据权利要求51所述的流体回路，其中所述流体回路的所述第三状态还配置成允许流体沿着第六流体路径从所述第一阀端口流到所述第二双向通道。
53.根据权利要求50至52中任一项所述的流体回路，还包括断电伸展状态，其中所述流体回路构造成允许流体沿着第七流体路径顺序地流过所述第一缸端口、所述第二阀端口、所述第一阀端口、所述第四流体通道，并流到所述第二缸端口。
54.根据权利要求34至45中任一项所述的流体回路，其中，所述可变阻力阀是三通滑阀，并且还包括次级通道入口。
55.根据权利要求54所述的流体回路，其中所述流体回路还包括：
第七流体通道，其包括第七通道入口、第七通道出口和第七通道止回阀，其中所述第七通道入口连接到所述第一双向通道或所述第二相交部；
第八流体通道，其包括第八通道入口、第八通道出口和可变阻力器；以及
第五相交部，其包括所述第七流体通道出口、所述第八通道出口和所述三通滑阀的所述次级通道入口；
其中，所述第一相交部还包括所述第八通道入口。
56.根据权利要求55所述的流体回路，还包括第三状态，其中所述流体回路构造成允许流体沿着第八流体路径顺序地流过所述第三双向通道、所述第五流体通道、所述第八流体通道、所述次级通道入口、所述第三流体通道，并流到所述第一双向通道。
57.根据权利要求56所述的流体回路，其中所述流体回路的所述第三状态还配置成允许流体从所述第一通道出口流到所述第二双向通道。
58.根据权利要求55至57中任一项所述的流体回路，还包括第四状态，其中所述流体回路构造成允许流体沿着第九流体路径顺序地流过所述第一双向通道、所述第七流体通道、所述次级通道入口、所述第四流体通道，并流到所述第三双向通道。
59.根据权利要求58所述的流体回路，其中，所述第四状态还配置成允许流体从所述第二双向通道流到所述第四流体通道。
60.根据权利要求54所述的流体回路，其中，所述三通滑阀还包括弹簧，并且构造成在所述三通滑阀未通电时常规地允许流体在所述次级通道入口和所述第一通道出口之间连通。
61.根据权利要求34至60中任一项所述的流体回路，还包括：
缸，所述缸包括第一可变容积室、第二可变容积室、以及位于所述第一和第二可变容积室之间的可滑动活塞；
其中，所述第一双向通道联接到所述第一可变容积室，所述第三双向通道联接到所述第二可变容积室。
62.根据权利要求34至61中任一项所述的流体回路，还包括：
连接到所述第二双向流体通道的流体槽。
63.一种使用根据权利要求1至32中任一项所述的假肢的方法，包括：
在假肢屈曲期间和当假肢可变阻力阀通电时，如在所述屈曲状态期间所指示的那样在所述流体回路中传输液压流体；以及
在假肢伸展期间和当假肢可变阻力阀通电时，如在所述伸展状态期间所指示的那样在所述流体回路中传输液压流体。
64.一种使用根据权利要求18、19、23或24所述的假肢的方法，包括：
在假肢屈曲期间和当假肢可变阻力阀通电时，如在所述屈曲状态期间所指示的那样在所述流体回路中传输液压流体；
在假肢伸展期间和当假肢可变阻力阀通电时，如在所述伸展状态期间所指示的那样在所述流体回路中传输液压流体；以及
在假肢屈曲期间和当假肢可变阻力阀未通电时，如在所述断电屈曲状态期间所指示的那样在所述流体回路中传输液压流体。
65.一种使用根据权利要求20或21、35或26所述的假肢的方法，包括：
在假肢屈曲期间和当假肢可变阻力阀通电时，如在所述屈曲状态期间所指示的那样在所述流体回路中传输液压流体；
在假肢伸展期间和当假肢可变阻力阀通电时，如在所述伸展状态期间所指示的那样在所述流体回路中传输液压流体；
在假肢屈曲期间和当假肢可变阻力阀未通电时，如在所述断电屈曲状态期间所指示的那样在所述流体回路中传输液压流体；以及
在假肢伸展期间和当假肢可变阻力阀未通电时，如在所述断电伸展状态期间所指示的那样在所述流体回路中传输液压流体。
66.一种假肢组件，包括：
第一缸，所述第一缸包括第一可变容积腔、第二可变容积腔、位于所述第一和第二可变容积腔之间的活塞、联接到所述活塞并可滑动地伸出所述第一可变容积腔的活塞轴、联接到所述第一可变容积腔的第一缸端口、以及联接到所述第二可变容积腔的第二缸端口；以及
流体回路，其包括：
包含比例阀的第一单向流体路径；
从所述第一缸端口到所述第一单向流体路径的第二单向流体路径；
从所述第一单向流体路径到所述第一缸端口的第三单向流体路径；
从所述第一单向流体路径到所述第二缸端口的第四单向流体路径；以及
从所述第二缸端口到所述第一单向流体路径的第五单向流体路径。
67.根据权利要求66所述的假肢组件，还包括：
流体槽，所述流体槽联接到所述第一单向流体路径和所述第四单向流体路径。
68.根据权利要求67所述的假肢组件，还包括：
三通阀，所述三通阀具有连接到所述流体槽的第一阀端口、连接到所述第一缸端口的第二阀端口、以及连接到所述第二缸端口的第三阀端口。
69.根据权利要求68所述的假肢组件，还包括位于所述第三阀端口和所述第二缸端口之间的用户可调节的可变阻力器。
70.根据权利要求68或69所述的假肢组件，其中所述三通阀是常开的。
71.根据权利要求68所述的假肢组件，其中所述比例阀是三通比例阀，并且包括次级入口。
72.根据权利要求71所述的假肢组件，其中所述流体回路还包括：
从所述第五单向流体路径到所述比例阀的所述次级入口的第六单向流体路径；以及
从所述第一缸端口到所述比例阀的所述次级入口的第七单向流体路径。
73.根据权利要求72所述的假肢组件，其中所述第六单向流体路径包括用户可调节的可变阻力器。
74.根据权利要求66至73中任一项所述的假肢组件，还包括：
传感器；以及
控制器，所述控制器连接到所述传感器和所述比例阀，其中所述传感器配置成基于所述传感器通过所述比例阀来调节阻力。
75.根据权利要求1-33、61、62和66-74中任一项所述的假肢，其中所述第一缸限定纵向轴线，所述流体回路平行于所述第一缸并且侧向偏离所述纵向轴线，所述流体槽与所述流体回路平行且成一直线。
76.一种假肢，包括：
限定纵向轴线的第一缸，所述第一缸包括第一缸端口和第二缸端口；
能在所述第一缸内滑动的第一活塞；
平行于所述第一缸并且侧向偏离所述纵向轴线的流体回路，所述流体回路包括一组流体通道和可变阻力阀，该可变阻力阀构造成对于通过该组流体通道的流设置可变阻力；
流体槽，所述流体槽与所述流体回路平行且成一直线，所述流体槽包括槽端口。
77.根据权利要求1-33、61、62和66-76中任一项所述的假肢，其中所述流体回路和所述流体槽沿着所述第一缸的长度附接到所述第一缸。
CN201880015358.8A 2017-03-02 2018-03-02 具有校正液压系统的假肢膝关节 Pending CN110392559A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762466305P 2017-03-02 2017-03-02
US62/466,305 2017-03-02
PCT/US2018/020748 WO2018161023A1 (en) 2017-03-02 2018-03-02 Prosthetic knee with a rectification hydraulic system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110392559A true CN110392559A (zh) 2019-10-29

Family

ID=63371102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880015358.8A Pending CN110392559A (zh) 2017-03-02 2018-03-02 具有校正液压系统的假肢膝关节

Country Status (7)

Country Link
US (2) US11213407B2 (zh)
EP (1) EP3589241B1 (zh)
JP (1) JP7094310B2 (zh)
CN (1) CN110392559A (zh)
BR (1) BR112019017411B1 (zh)
RU (1) RU2019128664A (zh)
WO (1) WO2018161023A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111110410A (zh) * 2020-01-16 2020-05-08 上海理工大学 一种用于智能液压膝关节的全阻尼度调节结构
CN113940797A (zh) * 2021-09-30 2022-01-18 浙江强脑科技有限公司 一种假肢及其控制方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019203012B3 (de) 2019-03-06 2020-06-18 Zf Friedrichshafen Ag Schwingungsdämpferanordnung
KR102054621B1 (ko) * 2019-06-25 2019-12-10 조봉진 용접 가스 분배기
US20210015638A1 (en) * 2019-07-18 2021-01-21 College Park Industries, Inc. Single spool valve/motor control for bidirectional movement of hydraulic prosthetic and hall effect sensor for force measurement
CN114206272B (zh) * 2019-07-30 2025-04-01 科里居帕克工业有限公司 在过度伸展处具有阻力变化机构的液压假肢膝关节
DE102019122372B3 (de) * 2019-08-20 2021-01-14 Ottobock Se & Co. Kgaa Orthopädietechnische Einrichtung und Energiespeichereinrichtung
DE102019124545B3 (de) * 2019-09-12 2021-03-11 Otto Bock Healthcare Products Gmbh Hydraulikaktuator für Orthesen oder Prothesen und orthopädietechnische Einrichtung
DE102020004338B4 (de) * 2020-07-20 2022-11-03 Otto Bock Healthcare Products Gmbh Verfahren zur Steuerung einer Prothese oder Orthese
EP4262638A4 (en) * 2020-12-17 2024-10-23 University of Central Florida Research Foundation, Inc. METHOD AND APPARATUS FOR IMPROVING THE OPERATION OF A LEG PROSTHESIS
DE102021006128A1 (de) * 2021-12-13 2023-06-15 Ottobock Se & Co. Kgaa Künstliches Kniegelenk und Verfahren zu dessen Steuerung
DE102022126219A1 (de) 2022-10-10 2024-04-11 Otto Bock Healthcare Products Gmbh Gelenk
WO2024211094A1 (en) * 2023-04-07 2024-10-10 College Park Industries, Inc. Valve system for hydraulic prosthetic device
WO2024235756A1 (de) * 2023-05-12 2024-11-21 Ottobock Se & Co. Kgaa Schaltventil
DE102023117663B3 (de) * 2023-07-04 2024-05-08 Otto Bock Healthcare Products Gmbh Hydraulischer Aktuator und Stellventil
DE102023117664B3 (de) * 2023-07-04 2024-05-08 Otto Bock Healthcare Products Gmbh Stellventil

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070027555A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Palmer Michael L Novel computer controlled prosthetic knee device
US20080262635A1 (en) * 2006-12-14 2008-10-23 Chas. A. Blatchford & Sons Limited Prosthetic Ankle Joint Mechanism
CN101404959A (zh) * 2006-03-17 2009-04-08 奥托·博克保健Ip两合公司 关节装置
US20090192625A1 (en) * 2006-02-27 2009-07-30 Otto Bock Healthcare Ip Gmbh & Co., Kg Hip joint prosthesis
US20130268091A1 (en) * 2012-04-05 2013-10-10 Medi GmbH & Co., KG Adjustment-free multi-stage prosthesis air cylinder and multi-stage air pressure valve thereof
CN105748178A (zh) * 2014-12-16 2016-07-13 麦迪假体有限公司 液压减振缸、尤其是用于假肢膝关节的液压减振缸
US20160235558A1 (en) * 2015-02-13 2016-08-18 Jacob Quintus Laurence Anthony Boender Hydrualic prosthetic joint
WO2016142680A1 (en) * 2015-03-06 2016-09-15 Blatchford Products Limited Lower limb prosthesis comprising a hydraulic damping and a vacuum generating mechanism
CN106255477A (zh) * 2014-04-30 2016-12-21 奥托·博克保健有限公司 假肢
CN106344227A (zh) * 2016-08-23 2017-01-25 国家康复辅具研究中心 一种用于假肢膝关节的运动调节装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4726583A (en) * 1983-04-14 1988-02-23 Olsen Controls, Inc. Passive hydraulic resistance system
SU1416106A1 (ru) 1987-01-19 1988-08-15 Украинский Научно-Исследовательский Институт Протезирования,Протезостроения,Экспертизы И Восстановления Трудоспособности Инвалидов Устройство дл определени места установки коленных шарниров в протезах голени
US5064193A (en) * 1989-11-13 1991-11-12 Walker Fitness Systems, Inc. Automatic force generating and control system
US5062857A (en) * 1990-06-05 1991-11-05 Advanced Prosthestetics Development Corporation Myoelectrically controlled knee joint locking device
FR2735018B1 (fr) * 1995-06-09 1997-07-11 Proteval Piece prothetique pneumatique pour l'articulation du genou
US6113642A (en) * 1996-06-27 2000-09-05 Mauch, Inc. Computer controlled hydraulic resistance device for a prosthesis and other apparatus
JP4351200B2 (ja) * 2005-09-05 2009-10-28 株式会社長崎かなえ 義足
US8246302B2 (en) * 2007-09-06 2012-08-21 Hamilton Sundstrand Corporation Teeter-restraint device for wind turbines
US9351855B2 (en) * 2008-06-16 2016-05-31 Ekso Bionics, Inc. Powered lower extremity orthotic and method of operation
US8231688B2 (en) * 2008-06-16 2012-07-31 Berkeley Bionics Semi-actuated transfemoral prosthetic knee
EP2346467B1 (en) * 2008-09-24 2019-07-17 Ekso Bionics, Inc. Hip and knee actuation systems for lower limb orthotic devices
CA2874468C (en) * 2012-05-24 2018-01-09 Ekso Bionics, Inc. Powered lower extremity orthotic and method of operation
DE102012013141A1 (de) * 2012-07-03 2014-05-08 Otto Bock Healthcare Gmbh Orthetische oder prothetische Gelenkeinrichtung und Verfahren zu dessen Steuerung
US9028557B2 (en) * 2013-03-14 2015-05-12 Freedom Innovations, Llc Prosthetic with voice coil valve
CN103967712B (zh) * 2014-05-14 2016-08-31 大连理工大学 基于单桩平台的风能-波浪能集成发电结构
JP6400530B2 (ja) * 2015-06-19 2018-10-03 ナブテスコ株式会社 義足膝継手およびその制御方法
CN106344221A (zh) 2016-10-26 2017-01-25 四川大学 类骨多孔生物力学仿生设计脊柱融合器及制备方法和用途

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070027555A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Palmer Michael L Novel computer controlled prosthetic knee device
US20090192625A1 (en) * 2006-02-27 2009-07-30 Otto Bock Healthcare Ip Gmbh & Co., Kg Hip joint prosthesis
CN101404959A (zh) * 2006-03-17 2009-04-08 奥托·博克保健Ip两合公司 关节装置
US20080262635A1 (en) * 2006-12-14 2008-10-23 Chas. A. Blatchford & Sons Limited Prosthetic Ankle Joint Mechanism
US20130268091A1 (en) * 2012-04-05 2013-10-10 Medi GmbH & Co., KG Adjustment-free multi-stage prosthesis air cylinder and multi-stage air pressure valve thereof
CN106255477A (zh) * 2014-04-30 2016-12-21 奥托·博克保健有限公司 假肢
CN105748178A (zh) * 2014-12-16 2016-07-13 麦迪假体有限公司 液压减振缸、尤其是用于假肢膝关节的液压减振缸
US20160235558A1 (en) * 2015-02-13 2016-08-18 Jacob Quintus Laurence Anthony Boender Hydrualic prosthetic joint
WO2016142680A1 (en) * 2015-03-06 2016-09-15 Blatchford Products Limited Lower limb prosthesis comprising a hydraulic damping and a vacuum generating mechanism
CN106344227A (zh) * 2016-08-23 2017-01-25 国家康复辅具研究中心 一种用于假肢膝关节的运动调节装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵风青: "基于有限状态机的动力型假肢膝关节控制方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111110410A (zh) * 2020-01-16 2020-05-08 上海理工大学 一种用于智能液压膝关节的全阻尼度调节结构
CN113940797A (zh) * 2021-09-30 2022-01-18 浙江强脑科技有限公司 一种假肢及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3589241A4 (en) 2020-12-09
JP7094310B2 (ja) 2022-07-01
US20220087835A1 (en) 2022-03-24
US11213407B2 (en) 2022-01-04
BR112019017411A2 (pt) 2020-03-31
WO2018161023A1 (en) 2018-09-07
US20200237531A1 (en) 2020-07-30
RU2019128664A3 (zh) 2021-11-16
EP3589241A1 (en) 2020-01-08
BR112019017411B1 (pt) 2023-12-19
EP3589241B1 (en) 2024-08-07
US11844708B2 (en) 2023-12-19
RU2019128664A (ru) 2021-04-02
JP2020508838A (ja) 2020-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110392559A (zh) 具有校正液压系统的假肢膝关节
US7883546B2 (en) Power generating leg
KR101820006B1 (ko) 에너지 회수기능의 다리 달린 로봇 장치
Gerboni et al. Modular soft mechatronic manipulator for minimally invasive surgery (MIS): overall architecture and development of a fully integrated soft module
US20210145612A1 (en) Prosthetic with voice coil valve
US20160016309A1 (en) Motion system with plurality of stewart platform based actuators
JP2019527146A (ja) 半能動ロボット関節
US11925594B2 (en) Actuators and methods of use
US10363157B2 (en) Torque generating pouch and related methods
CA2874468A1 (en) Powered lower extremity orthotic and method of operation
CN112888405B (zh) 矫形外科技术关节和矫形外科技术装置
Ghorbani et al. Adjustable stiffness artificial tendons: Conceptual design and energetics study in bipedal walking robots
US9840005B1 (en) Cam-driven differential joint
Yu Actuation and control of lower limb prostheses
Wang et al. Study of smooth and accurate position controls of pneumatic artificial muscle actuators for robotic arms
Govind et al. A system and method of maneuvering powered exoskeleton using mechanical and hydraulic feedback
Cao et al. Structure Design and Motion Simulation of a Microprocessor-Controlled Prosthetic Knee
Vanderborght Description of Lucy
AMROLLAH Modeling and Optimization of a Highly Integrated Electro-Hydraulic Energy Converter for Robotic Applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210408

Address after: Arizona, USA

Applicant after: Boteo USA Ltd.

Address before: California, USA

Applicant before: FREEDOM INNOVATIONS, LLC

TA01 Transfer of patent application right
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20191029

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication