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EP4687775A1 - Method for controlling an orthopaedic joint arrangement - Google Patents

Method for controlling an orthopaedic joint arrangement

Info

Publication number
EP4687775A1
EP4687775A1 EP24718099.5A EP24718099A EP4687775A1 EP 4687775 A1 EP4687775 A1 EP 4687775A1 EP 24718099 A EP24718099 A EP 24718099A EP 4687775 A1 EP4687775 A1 EP 4687775A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
movement
resistance
speed
change
phase
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
EP24718099.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dirk Seifert
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.)
Otto Bock Healthcare Products GmbH
Original Assignee
Otto Bock Healthcare Products GmbH
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 Otto Bock Healthcare Products GmbH filed Critical Otto Bock Healthcare Products GmbH
Publication of EP4687775A1 publication Critical patent/EP4687775A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • A61F2002/764Measuring means for measuring acceleration
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    • A61F2/00Filters 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
    • A61F2/50Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/76Means for assembling, fitting or testing prostheses, e.g. for measuring or balancing, e.g. alignment means
    • A61F2002/7615Measuring means
    • A61F2002/7645Measuring means for measuring torque, e.g. hinge or turning moment, moment of force

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an orthopedic joint device of a lower extremity with an upper part and a lower part, which are pivotably mounted to one another about a pivot axis, with an actuator which is coupled to the upper part and the lower part and influences a state of movement of the upper part and/or lower part, wherein the actuator is coupled to a control device which is coupled to at least one sensor and activates, deactivates or modulates the actuator on the basis of sensor values of the at least one sensor, wherein at least one movement speed of at least one part of the orthopedic joint device is determined from the sensor values and the actuator is activated, deactivated or modulated on the basis of the movement speed in the stance phase.
  • Prostheses replace a missing or no longer existing limb and are used to provide functionality that is as close as possible to the functionality of the natural limb.
  • prostheses are used to provide the most natural appearance possible for the prosthetic user.
  • a prosthetic upper part is designed, for example, as a prosthetic shaft or as a component attached to a prosthetic shaft, where the prosthetic shaft is used to attach it to a limb or a limb stump.
  • the prosthetic joint for example a prosthetic knee joint or a prosthetic ankle joint, connects the upper part to a lower part, which in turn can have further prosthetic components, for example a lower leg tube or a prosthetic foot.
  • the actuators can initiate a movement, reverse a movement, support a movement or resist a movement.
  • An influence on a state of motion of the upper part and/or the lower part also occurs when a load is counteracted, a static state is maintained or a change in a state of motion is prevented or stopped due to external forces. This can happen, for example, if a uniform pivoting movement is to be maintained and external forces act in the direction of movement or act against the direction of movement.
  • EP 2 869 792 B1 discloses a method for controlling an orthopaedic joint device of a lower extremity with an upper part and a lower part articulated thereto, between which an energy conversion device and/or a storage device is arranged, via which kinetic energy from the relative movement between the upper part and the lower part is converted and/or stored during walking.
  • This energy can be fed back into the joint in order to compensate for the relative movement to support, whereby kinetic energy is converted and/or stored within a movement cycle of the joint device and is fed back as kinetic energy in a controlled and time-delayed manner within the same movement cycle of the joint device.
  • the conversion rate and/or storage rate of the energy conversion device or storage device is inversely proportional to the pivoting speed of the lower leg.
  • WO 2016/169 850 A1 relates to a method for controlling a damping change in an artificial joint of an orthosis, an exoskeleton or a prosthesis of a lower extremity with a resistance unit between an upper part and a lower part, which are pivotally attached to one another.
  • the resistance is changed via a resistance unit when a sensor signal from a control unit assigned to the adjustment device activates the adjustment device.
  • the resistance is changed depending on the position and/or length of the leg tendon or its temporal derivatives.
  • the object of the present invention is to provide a method for controlling an orthopedic joint device of the lower extremity, which enables the user to use the orthopedic device comfortably and safely with as little physical effort as possible.
  • an actuator which is coupled to the upper part and the lower part and influences a state of movement of the upper part and/or lower part
  • the actuator is coupled to a control device which is coupled to at least one sensor and activates, deactivates or modulates the actuator on the basis of sensor values of the at least one sensor, wherein at least one movement speed of at least one part of the orthopedic joint device is determined from the sensor values and the actuator is activated, deactivated or modulated on the basis of the movement speed in the stance phase, the movement speed in the stance phase and the resistance are inversely correlated with one another for at least part of the movement, for example, as the movement speed in the stance phase increases, the resistance is reduced.
  • the speed of movement is also particularly the Speed is viewed as the speed of movement; in addition, translational or rotational speeds of the upper and/or lower parts can also be used to determine the speed of movement. It is also possible to determine the speed via the temporal change of forces, moments, lever arms and/or force application points, for example via the rate of change with which a force application point on the sole of the foot moves from the forefoot towards the heel or vice versa, or via the rate of change of the ankle moment.
  • the resistance can be both flexion resistance and extension resistance.
  • the resistance can be passive resistance, such as that provided by a passive damping device, a locking device or a brake, or a force applied to the movement by an actuator, for example a drive or a force accumulator.
  • a moment or force applied by the actuator can counteract a movement in one direction of movement and influence the movement as resistance, and actively support a movement and do work in an opposite direction of movement.
  • a force can counteract knee flexion and represent a flexion resistance and actively support knee extension and act as a drive or support.
  • the resistance is increased when the movement speed in the stance phase decreases, so that when the walking speed decreases, the flexion resistance in the stance phase increases.
  • the slower the walking speed the longer the stance phase lasts and the smaller the stride length.
  • it is advantageous to increase the resistance to movement in particular the resistance to flexing of the knee joint, in order to make the sinking slow so that the person using it does not have to raise their center of gravity excessively at the end of the stance phase flexion in order to complete the step.
  • the extent of a movement for example flexing of a knee joint, can be reduced or completely prevented and/or the extent of movement can be increased or movement can be permitted as the speed increases.
  • Changing the resistance only above a specified threshold value of the change in the movement speed means that changes at very low and/or high speeds are disregarded and the control effort as well as the energy consumption are reduced.
  • the change in resistance only occurs from or up to a specified threshold value of the change in speed, which ensures that smaller changes in speed are disregarded and also reduces the control effort and energy consumption.
  • the change in resistance in at least one speed range is non-linear, in particular the resistance initially remains almost constant at low speeds and only drops slightly with a small increase in speed and is reduced with increasing speed, with saturation occurring in particular at a very high movement speed and the resistance to flexion or extension approaching a limit value.
  • the resistance in at least one speed range decreases proportionally to a power of the movement speed, in particular the square of the movement speed.
  • the reduction in resistance with increasing speed can also be designed in one step or several discrete steps or levels.
  • the resistance can be changed by changing the resistance level, i.e. a uniform increase in resistance, for example, over the entire swivel range.
  • the resistance level or resistance profile can change over the swivel range, for example, a resistance adapted to the load can be set depending on an angular position.
  • the resistance curve can also be changed to change the resistance, for example, starting from a standard resistance curve for a certain movement speed, if the speed is reduced, the resistance can be increased in certain areas over the swivel angle or over the duration of the movement, and if the movement speed is increased, the resistance can be reduced more.
  • the properties of the environment for example the inclination, geometry or condition of the ground
  • the relationships between the quantities or factors with the resistance may also depend on the speed of movement and may vary together with the speed. For example, a resistance may be increased more strongly or earlier at a low speed with a comparatively small knee angle than at a higher speed or a larger knee angle.
  • the resistance curve and/or the resistance level are changed separately for each stance phase, so that the correct resistance level or the correct resistance curve is provided for the current stance phase.
  • the speed of movement in particular the walking speed in orthopedic devices of the lower extremities, in particular with artificial knee joints, is calculated or determined using a determined position and/or length of a leg tendon and/or its rates of change and is used as the basis for the change in resistance as the speed of movement.
  • the leg tendon is in particular the connecting line between a hip pivot point and a foot point, whereby the foot point is defined in particular at the end of the extension of a lower leg part up to the sole of the foot.
  • the foot point can also be defined as the pivot point of the foot part relative to the lower leg or as a rolling point or instantaneous center of rotation of the foot part.
  • the length of the leg tendon thus changes due to a change in the knee angle, the position and location of the leg tendon changes due to a pivoting around the foot point in the stance phase or the hip pivot point in the swing phase.
  • Both the leg tendon of the treated side and the contralateral side can be used. Based on the known segment lengths, i.e. the distance from the knee joint axis to the hip pivot point and the foot point, and the determined position of the upper part of the knee joint to the lower part of the knee joint, it is possible to calculate the length of the leg tendon.
  • the position of the leg tendon is determined, for example, using spatial position sensors and angle sizes as well as segment lengths, for example on the basis of an absolute angle of a lower leg and a knee angle as well as the length of the lower leg and thigh.
  • the change in position can be determined using the temporal derivative of the position or using speeds and segment lengths.
  • the speed of movement is calculated from the position and/or length of the leg tendon and, if applicable, its changes over time and used as the basis for the change in resistance.
  • the speed of the hip, torso and/or body center of gravity can be determined from the leg tendon and its change in position and/or length.
  • the speed of movement is determined by means of temporal integration of accelerations recorded by sensors, for example the translational speed of the lower leg at the height of the knee joint axis or that of the torso.
  • sensors for example the translational speed of the lower leg at the height of the knee joint axis or that of the torso.
  • kinematic chains and their degrees of freedom which can be determined using sensors, it is possible to deduce the speed of one point, for example on the sole of the foot or on the lower leg at the height of the knee axis, from that of another point, for example from the foot to the hip.
  • It is also possible to deduce a speed based on sensor signals for example using a force sensor and an absolute angle sensor on a lower leg to deduce that a foot is in the middle stance phase and therefore almost at a standstill.
  • the speed of movement can also be determined relative to the ground and/or the environment, for example using environmental sensors such as LIDAR, radar, Doppler radar or ultrasound or navigation systems such as indoor navigation or global navigation systems such as QZSS or Galileo.
  • environmental sensors such as LIDAR, radar, Doppler radar or ultrasound
  • navigation systems such as indoor navigation or global navigation systems such as QZSS or Galileo.
  • a further development provides that at least a rotational speed of a thigh, a lower leg and/or an angular speed of an ankle joint, knee joint and/or hip joint is used as the movement speed.
  • the rotational speed of the lower leg in the standing phase can be used as the movement speed for the change in resistance.
  • the change in resistance occurs in real time, whereby an estimate can be made on the basis of the previous data or movement profiles as to what the future movements, speeds or loads might look like, so that an expected value can be preset and compared with can be compared with parameters measured in real time.
  • the speed and the other parameters or sizes are determined in the respective movement phase itself and as up-to-date as possible.
  • the change in resistance depending on the movement speed can take place in preparation for the stance phase and/or during the stance phase.
  • the adjustment can take place once per step or movement cycle, or the resistance can be adjusted multiple times or continuously.
  • the adjustment of the resistance with the movement speed can be limited, in particular the adjustment from step to step or from movement cycle to movement cycle, or the rate of change over time.
  • a resistance level is increased with decreasing movement speed by reducing resistance later and/or more slowly.
  • a later and/or slower reduction in resistance allows slower and more controlled movements to be carried out.
  • an increase in resistance can take place earlier or more quickly with decreasing speed.
  • the resistance is changed in such a way that when the speed is reduced by increasing the resistance, a movement is stopped earlier, a movement amplitude is reduced or a movement reversal is achieved earlier.
  • the resistance which is reduced with decreasing speed and/or increased with increasing speed, has a supporting effect in one direction of movement.
  • an actuator can apply an extension moment around a knee joint axis. This extension moment acts as a resistance against a bending movement and has a supporting effect during an extension movement.
  • a springy or elastic resistance which is generated, for example, by a force storage device or an active actuator such as an electric motor, also has a supporting effect in the opposite direction of movement. If the resistance is increased with decreasing speed and/or reduced with increasing speed, the supporting effect is also increased or reduced.
  • the walking speed in particular can be used as the speed.
  • flexion and extension it is advantageous to first apply resistance to the flexion movement in order to achieve controlled flexion, and then to support the extension movement after the movement is reversed.
  • the person using the exercise often generates higher forces and moments via the remaining limbs and joints.
  • a higher hip extension moment is applied in the stance phase to generate propulsion.
  • the hip extension moment also influences the moment acting on the knee joint axis, in particular the external flexion moment is reduced and the extension moment is increased in the middle and late stance phase.
  • a supporting knee extension moment in a middle stance phase can be reduced compared to a slower movement speed.
  • the support can be adjusted, for example, by changing an internal stretching torque provided by an actuator such as an electric motor, or by adjusting a spring stiffness, a spring point, a gear ratio, a lever arm, additional damping, or by switching a force accumulator on or off.
  • a lower spring stiffness, damping, or a lower lever arm leads to a reduction in resistance. It is also possible to change the resistance level with the speed by changing the resistance, for example a motor torque or spring stiffness, earlier or later depending on the speed. This also influences the level of support.
  • a resistance or force or moment is provided that acts against a movement and supports a movement in the opposite direction; the resistance provided during the movement phase is increased as the speed decreases and/or reduced as the speed increases.
  • the resistance can be varied over the course of the movement.
  • the state of a resistance device which influences the resistance, is determined by the control as a function of the speed adjusted.
  • the flow cross-section can be changed, with a magnetorheological brake, the applied magnetic field, or with a friction brake, a braking force. It is possible that for a state of the resistance device, the resistance to a movement is not constant, but depends on the movement, as is the case with a throttle valve, for example, whose flow resistance depends on the flow rate. The resistance therefore results from both the characteristics of the resistance device itself and from its state, which is changed via the control system depending on the speed.
  • the change in resistance occurs in at least one movement or movement phase that differs from the standing phase of level walking.
  • a change in resistance in the standing phase is useful when walking up and/or down slopes, when walking up and/or down stairs and/or over individual steps or ledges, when walking backwards and/or sideways or even when making turning movements.
  • Such a change in resistance is also advantageous when stopping and starting.
  • a change in resistance can be used in a special mode that is suitable for special movements and sports such as cycling, skiing or scootering, especially when under load.
  • the speed of movement is determined, in particular the walking speed or speed of travel, and if the speed of movement is reduced under load, the resistance is increased, or if the speed of movement is increased, the resistance is reduced.
  • the standing phase can be a movement phase in which the orthopaedic device is loaded with part or all of the body weight.
  • the resistance adjustment when walking downhill on an inclined surface and/or when overcoming height differences such as steps is carried out in such a way that a correlation of forward progression and downward movement in the standing phase of the treated side is adapted to the surface inclination or height difference recorded by sensors or depends on this.
  • a faster walking speed it is advantageous to sink in more quickly or to move the body downwards at a given inclination or height difference. move.
  • the resistance is increased as the speed of movement decreases, or reduced as the speed of movement increases.
  • the correlation of the distances covered in forward and downward directions over a certain period of time can also be used to adjust the resistance.
  • the quotient or another functional relationship can be used as a correlation of the speeds or distances covered.
  • the change in resistance can depend on the type of movement, the phase of movement, the surface, the environment and/or the current operating mode of the aid.
  • the adjustment of the resistance can, for example, be designed differently for climbing stairs than for walking down slopes. It is also possible for the change in resistance and speed to be individually adjustable for the user, for example to adapt to body weight or personal preference. Such individual adjustment can be made via controls or an app.
  • the type and/or extent of the change in resistance can also be adapted autonomously by the aid from step to step or during a movement in order to adapt to the user or to components of the orthopedic device, for example a shoe or cosmetics.
  • the resistance is a force or moment characteristic depending on the movement and/or position of the actuator or components of the orthopaedic device, such as friction, damping, elasticity, spring force or the like. It can be either a linear or a non-linear behavior.
  • a change in the resistance can be achieved by changing a friction value, damping, stiffness, zero point and/or the like.
  • One or more parameters of such characteristics can also be adjusted in the sense of a change in resistance, for example the progressivity of a non-linear stiffness or damping.
  • a resistance can also be achieved by a combination of several Characteristics are generated, for example a springy and a damping behavior, which act in series or in parallel.
  • the characteristics can also relate to degrees of freedom other than those between the upper and lower parts, for example the lower part angle in relation to the direction of gravity.
  • a knee-extending moment can be linearly related to the lower leg inclination in relation to the direction of gravity, which corresponds to a linear spring behavior, and the spring stiffness can be changed with the speed of movement.
  • a resistance can also be a moment or force applied by an actuator; this moment or force can be changed depending on the speed of movement.
  • control algorithms and sensor information can be used to track trajectories, control target variables or emulate system properties in the sense of impedance or admittance control via the pivoting movement of the upper and lower parts.
  • control target variables For example, the behavior of a linear or non-linear spring, the behavior of a damper or inertia can be emulated, or a combination of several properties, whereby the state of movement of the upper and/or lower parts can be influenced.
  • Such control offers a high degree of flexibility. Swiveling movements can also be actively supported using such controls.
  • the actuator emulates a spring characteristic
  • a movement against the spring is initially resisted and if the movement is reversed, the movement is supported.
  • the stiffness of this spring characteristic can be reduced, thereby reducing both the resistance to a movement and the degree of support in the opposite direction of movement.
  • Other control strategies can also be adjusted with the speed of movement so that the resistance decreases as the speed of movement increases.
  • Actuators can also activate and deactivate energy storage devices, for example a hydraulic spring accumulator, change the gear ratios of drives and/or couple or lock them. These types of actuation can also be used to influence the swivel movement and change the resistance.
  • the sensor signals are superimposed on a biosignal to change the resistance, whereby the biosignal is recorded by a human-machine interface (MMI) and transmitted to the control device.
  • MMI human-machine interface
  • the control via the MMI can also take place subconsciously and thus be integrated into the natural control of body movement by the central nervous system.
  • the resistance can thus be determined both by the voluntary and arbitrary signal of the human-machine interface and by the sensor signals with regard to the speed of movement and, if applicable, the additional sensor signals.
  • the human-machine interface is a sensor device via which electromyographic signals are recorded and transmitted to the control device.
  • the resistance to movement of the orthopedic device is modulated, in particular increased.
  • This can involve the tensing of a single muscle, several muscles, or one or more muscle groups. It can also be the intention of one or more muscle tensions or the influence of a movement, which is determined, for example, by recording nerve impulses in the central or peripheral nervous system.
  • the deformation of tissues, the conductivity of tissues, the absorption, reflection and/or propagation of sound and/or electromagnetic waves in tissues, electromagnetic fields, electrical potentials, substance concentrations, as well as electrochemical gradients in tissues can also be used as biosignals, in particular this can be used to determine the control of one or more muscles.
  • the MMI applies the method of pattern recognition, signal processing, classification and/or artificial intelligence to the recorded biosignals and the discrete and/or continuous values calculated from them to the control as biosignals.
  • biosignals can be used in different contexts, environments, operating modes, movements and/or movement phases.
  • the biosignal is superior to the movement speed signal in the control device in at least one movement phase, so that without the biosignal there is no change in resistance with speed.
  • the biosignal thus serves as a so-called trigger for a change in resistance.
  • the type of change is then changed and adapted by evaluating the movement speed, possibly in conjunction with other sensor variables and variables derived from sensor data. It is also possible for the movement speed to determine the extent to which the resistance can be influenced or modulated via the biosignal. At low speeds, the resistance can be adjusted by the biosignal up to a complete block, while at increasing movement speeds only a small increase is possible. If a threshold value for the movement speed is exceeded, the resistance can also be completely prevented by the biosignal.
  • the sensitivity of the resistance change can be changed depending on the biosignal based on the speed, in particular in the sense of lower sensitivity at higher speeds.
  • the biosignal is particularly suitable for defining the time and/or duration of the change in resistance, while the movement speed determines the type and/or extent of the change in resistance, possibly together with other sensor values and indicators.
  • the biosignal triggers a resistance adjustment and maintains this over a certain period of time or movement phase, even if control via the biosignal no longer occurs.
  • the biosignal can also be used to discretely adjust a resistance level, which is superimposed on a continuous or discrete adjustment with the movement speed.
  • control via the biosignal can be designed differently or deactivated.
  • the movement speed is averaged over a movement phase and the averaged movement speed is used for control.
  • the translational speed in one or more directions of at least one component of the orthopedic device, the torso, the center of gravity and/or the contralateral side can be determined from sensor values and used as the speed of movement, in particular a speed component parallel to the ground or in the horizontal direction.
  • the resistance is applied to a movement in at least one movement phase, whereby in one embodiment the resistance in at least one movement phase counteracts a bending movement and/or supports a stretching movement.
  • the resistance in at least one movement phase actively supports a movement when the direction of movement changes while the direction of action remains the same.
  • the resistance can be adjusted in a movement phase with a reversal of movement, whereby the resistance counteracts a movement in a first direction of movement and supports a movement in the opposite direction of movement.
  • An adjustment of the resistance with the speed of movement can take place in particular when walking down one or more steps, when walking down slopes and/or when walking down a height difference.
  • the resistance is also adjusted with the speed of movement when braking and/or stopping after a movement.
  • the resistance can be adjusted when overcoming differences in height, in particular when climbing one or more steps and/or climbing on inclined surfaces.
  • the resistance is increased with decreasing movement speed until a lock or until the movement of the upper part and lower part relative to each other stops.
  • the resistance is a linear or non-linear, elastic and/or damping behavior depending on the pivoting movement between the upper part and the lower part and/or on movements and/or loads detected by sensors.
  • a change in resistance can be made by adjusting one or more parameters of an elastic and/or damping behavior.
  • the resistance can be changed with the speed of movement so that the horizontal and vertical speed of movement and/or a horizontal and vertical path traveled correlate with each other in at least one movement phase, in particular in a ratio that depends on the slope of the ground determined by sensors or a height difference to be overcome.
  • the correlation of the resistance with the speed of movement can be changed depending on the operating mode, the movement, the movement phase and/or the ground.
  • Figure 1 - a schematic representation of a prosthetic leg
  • Figure 2 - a schematic movement sequence and a speed determination
  • Figure 3 - a resistance curve versus speed
  • Figure 4 - a resistance and velocity curve over time
  • Figure 6 a relationship between biosignal and resistance curve
  • Figure 8 shows a design of the control system
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a prosthetic knee joint as part of a prosthesis.
  • the prosthetic knee joint has an upper part 10 and a Lower part 20, which are pivotably mounted on one another about a pivot axis 15.
  • a prosthetic foot 60 is arranged on the lower part 20 at the distal end.
  • a prosthetic shaft or another device for receiving a thigh stump or for securing to a person is arranged or formed on the upper part 10.
  • a resistance device 30 as a linearly acting hydraulic actuator is arranged between the upper part 10 and the lower part 20.
  • the hydraulic actuator 30 is designed with a hydraulic chamber or a cylinder, which is arranged or formed in a housing or base body 31.
  • a piston 32 is displaceably mounted in the cylinder.
  • the piston 32 can be displaced along the longitudinal extent of the cylinder and is fastened to a piston rod 33, which protrudes from the housing or base body 31.
  • the piston 32 divides the cylinder into chambers that are fluidically connected to one another via a hydraulic line.
  • the base body 31 or the housing can be pivotably mounted on the lower part 20 at a fastening point 23 in order to prevent the piston 32 from tilting during a pivoting movement of the upper part 10 relative to the lower part 20.
  • the end of the piston rod 33 facing away from the piston 32 is attached to the upper part 10, in the embodiment shown on a boom to increase the distance to the pivot axis 15, at an upper fastening point 21.
  • An electric motor can be arranged in the housing 31 to generate a pressure within one of the chambers, which drives a pump (not shown) in order to apply pressure to the hydraulic fluid within one of the two chambers and thereby move the piston 32 within the cylinder in one direction or the other.
  • the electric motor for driving the pump is an option that can be used in one embodiment in combination with the hydraulic actuator 30. In principle, a drive or motor is not necessary for a passive prosthetic knee joint.
  • An alternative design to the design of the actuator 30 as a passive linear damper, in particular linear hydraulics, is a Rotational damper, in particular a rotational hydraulic system, a magnetorheological resistance device or an electric motor, in particular in combination with a gear or a spindle drive.
  • the electric motor can be operated in generator mode.
  • a combination of several of the aforementioned resistance devices as an actuator is also implemented in one embodiment.
  • a human-machine interface 100 is assigned to the prosthesis, via which a biosignal can be transmitted from the human to the control device 40.
  • the human-machine interface (MMI) 100 as a switch or sensor can be housed in a separate component or, for example, be part of the prosthesis.
  • the MMI transmits a biosignal to the control device 40 wirelessly or via a wire and thereby triggers, for example, an increase in the flexion resistance at the beginning of the stance phase, whereby the increase in the stance phase is modulated by the evaluation of the sensor values of the sensors 50 or at least one of the sensors 50.
  • the MMI 100 therefore only gives the initial signal, which is then adjusted sensor-supported and autonomously as the movement progresses.
  • Figure 4 shows an example of the movement speed v and the resistance R in a dynamic coupling during a braking step.
  • the body is braked. This reduces the speed v, which in turn leads to an increase in the resistance R, resulting in a progressive reduction in the speed v and thus a progressive increase in the resistance R, until the position used comes to a standstill or the joint is locked, for example.
  • Raising the resistance level R' depending on the speed of movement can be done in different ways, two of which are shown in Figure 5.
  • the resistance curve is purely increased with decreasing speed v, whereby the characteristic or the curve as such remains essentially unchanged.
  • the dependence of the resistance level as a function of the speed can be selected similarly to the curve shown in Figure 3.
  • the shape of the curve of the average resistance level R' is changed; in the exemplary embodiment shown, the rate of change and the time of the resistance change are changed.
  • the change in the resistance level can depend on an operating mode of the orthopedic device, the type of movement or the movement phase. It is also possible that a change in the resistance level is only made in certain operating modes, movements or movement phases.
  • adjusting the flexion resistance depending on the speed of movement of either the person or a part of the orthosis or prosthesis can be useful in situations that deviate from walking, for example when kneeling, sitting down or squatting.
  • the shift in the body's centre of gravity or the speed of a swivelling or rolling movement forwards or backwards can be used as the speed of movement and an increase in the speed of movement can initiate a reduction in the flexion resistance.
  • a resistance can be increased earlier at an increasingly lower movement speed, i.e. at a small knee angle.
  • Both the level and the time or rate of change in the resistance can be changed with the movement speed.
  • the adjustment of the level or the course can be dynamic, so that the resistance can be changed continuously within a step in terms of both the level and the course. Alternatively, only one adjustment can be made per step, so that the level does not change within a step. Alternatively, the resistance can only be changed in an initial phase of the movement and kept constant in a later phase.
  • the speed of movement is preferably the walking speed of the person using the device. This can be the speed of the trunk, upper body, center of gravity or hips. In addition to a forward speed, a speed in a backward or sideways direction can also be used. The speed of a rotational movement around the longitudinal axis or the rate of change a direction of progression can be used as the speed. Alternatively or in addition, other reference points or reference elements can be used to record the speed of movement.
  • the speed of movement, in particular the walking speed can be calculated or estimated from one or more segment angular velocities, for example from the forward rotation of the lower leg in the stance phase.
  • an average walking speed in the stance phase can be determined.
  • the movement speed is therefore the average walking speed in the stance phase.
  • the walking speed can also be estimated from a relative angular velocity, for example the maximum knee angular velocity in the previous swing phase.
  • the speed in the swing phase can be estimated by integrating accelerations. This is particularly useful if the resistance is to be adjusted to the walking speed at the time of the initial contact or the heel strike, or is adjusted during the stance phase flexion. Due to the high dynamics of the initial contact, an estimate from the kinematic parameters recorded in the sensors is difficult at this time.
  • Another possibility is to estimate the speed of movement or walking speed from the cadence or other gait parameters such as stance phase duration, swing phase duration, stride length or stride duration.
  • a biosignal B from an MMI 80, 100 can also be incorporated into the control system. Such a combination is shown in Figure 6.
  • the resistance curve R is plotted against time
  • the curve of the biosignal B is plotted against time. If there is no change in the biosignal B or if there is no biosignal B at the control device 40, as shown by the dashed curve in the lower curve, for example because a muscle is not tensed, this is considered a signal not to change the resistance depending on the speed of movement, which is shown by the dashed, straight-line curve of the resistance R in the upper curve.
  • the resistance R is increased less than at a lower speed v2.
  • the biosignal B no speed-dependent adjustment of the resistance curve takes place in the embodiment shown. It is particularly expedient to generate the biosignal B via electrodes that are arranged on the patient and record a muscle contraction or pick up nerve signals.
  • the resistance level is modulated via the at least one biosignal, for example via a proportional change in the resistance depending on the biosignal, whereby the amplitude of the modulation or the sensitivity of the control depends on the speed of movement, as in the solid resistance curves in Figure 6.
  • the maximum increase in resistance by the biosignal can also depend on the speed of movement, thereby limiting the increase in resistance.
  • the resistance can be controlled proportionally by the biosignal or a corresponding modulation can take place.
  • the resistance level or resistance curve can also be adjusted based on the speed of movement without control by the MMI or without the biosignal, whereby the type and manner of resistance adjustment can be designed differently depending on the speed of movement with and without control by the MMI, or depending on the biosignal.
  • Figure 7 shows a design of a control system in which the biosignal B acts as a trigger for the increase in resistance and takes precedence over the adjustment of the resistance level or resistance R. If no biosignal is present, which is shown by the dashed line, the resistance R is at an initial level, which is also shown by the dashed line. If control is via the MMI and the biosignal B exceeds a threshold value BO or there is a minimum level of control via the MMI, the resistance R is adjusted depending on the speed of movement. This is shown in the range between tO and t1. If the biosignal is below the threshold value BO or falls below it again, for example because control is no longer taking place via the MMI, the resistance R remains at the initial level or is reduced to it again.
  • BO threshold value
  • the variants of control via an MMI shown in the figures are carried out at In the presence of a biosignal and a sufficiently low speed, the resistance increases compared to the initial level. However, it is also possible that the resistance level is reduced compared to the initial level by the biosignal, which is superimposed with an adjustment of the resistance level to the speed of movement, or that the extent to which the resistance level is adjusted by the biosignal depends on the speed of movement.
  • the actuator is controlled in the range from tO to t1, or from tO to t2 at reduced speed v2, so that the knee moment is changed as a function of the knee angle according to a linear torsion spring characteristic that has its neutral point at time tO, whereby no moment is generated at this time.
  • a linear torsion spring characteristic that has its neutral point at time tO, whereby no moment is generated at this time.
  • Such a characteristic can be achieved, for example, by an electric motor based on a knee angle signal from the control device.
  • the extension moment generated by the actuator increases according to the spring characteristic and provides resistance to the flexure movement. After the movement is reversed, the moment is reduced again until the neutral point is reached, which is the case at times t1 and t2.
  • a further extension is counteracted by the actuator with a bending moment in order to harmoniously stop the extension movement.
  • the stiffness of the spring characteristic which is realized via the actuator, increases, so that a higher stiffness results for the speed v2 than for v1.
  • the moment generated by the actuator according to the spring characteristic stored in the control system which acts as resistance to the bending, has an actively supportive effect after the movement is reversed.
  • Figure 9 shows different control characteristics of an actuator in the form of a rotary electromechanical drive, which act as resistance and influence a pivoting movement of the upper part 10 to the lower part 20 in a standing phase.
  • the characteristics are shown as the relationships between a degree of freedom or a sensor signal ⁇ p of the orthopedic device, here in the form of the knee angle, or its rate of change w, and the moment T generated by the actuator, based on the pivoting angle between the upper part 10 and lower part 20.
  • An increasing knee angle corresponds to knee flexion, a positive moment counteracts a flexion movement.
  • Shown on the left is a linear elastic relationship between the generated knee moment and the knee angle.
  • the resistance to flexion is reduced with increasing movement speed by shifting the zero crossing on the horizontal coordinate axis towards a larger knee angle.
  • a linear-elastic relationship is also shown, whereby the gradient, or stiffness, is reduced with increasing movement speed, which, for example, reduces the resistance to bending.
  • the linear-elastic characteristic enables the actuator to support a stretching movement.
  • a non-linear damping characteristic is shown, whereby the damping coefficients are reduced with increasing movement speed, which results in less resistance to movement when the knee angle speed w is kept constant compared to a slower movement speed.
  • such characteristics can also be implemented via one or more springs, hydraulic or pneumatic dampers, magnetorheological resistance devices or the like as well as their combination.
  • prostheses also apply to orthoses, particularly those that span the knee joint.
  • the control makes walking at different walking speeds easier and more comfortable for the user.

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Abstract

The invention relates to a method for controlling an orthopaedic joint arrangement of a lower extremity having an upper part (10) and a lower part (20), which are hinged to one another so as to be pivotable about a pivot axis (15), using an actuator (30) which is coupled to the upper part (10) and the lower part (20) and influences a movement state of the upper part (10) and/or lower part (20), wherein the actuator (30) is coupled to a control device (40) which is coupled to at least one sensor (50) and, on the basis of sensor values from the at least one sensor (50), activates, deactivates or modulates the actuator (30), wherein at least one movement speed of at least one part of the orthopaedic joint arrangement is detected from the sensor values and the actuator (30), on the basis of the movement speed in the standing phase, is activated, deactivated or modulated, wherein the movement speed in the standing phase and the resistance at least for part of the movement are inversely correlated.

Description

Verfahren zur Steuerung einer orthopädietechnischen Gelenkeinrichtung Method for controlling an orthopedic joint device

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer orthopädietechnischen Gelenkeinrichtung eine unteren Extremität mit einem Oberteil und einem Unterteil, die gelenkig aneinander um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert sind, mit einem Aktuator, der mit dem Oberteil und dem Unterteil gekoppelt ist einen Bewegungszustand von Oberteil und/oder Unterteil beeinflusst, wobei der Aktuator mit einer Steuerungseinrichtung gekoppelt ist, die mit zumindest einem Sensor gekoppelt ist und auf der Grundlage von Sensorwerten des zumindest einen Sensors den Aktuator aktiviert, deaktiviert oder moduliert, wobei aus den Sensorwerten zumindest eine Bewegungsgeschwindigkeit zumindest eines Teiles der orthopädietechnischen Gelenkeinrichtung ermittelt und der Aktuator auf der Grundlage der Bewegungsgeschwindigkeit in der Standphase aktiviert, deaktiviert oder moduliert wird. The invention relates to a method for controlling an orthopedic joint device of a lower extremity with an upper part and a lower part, which are pivotably mounted to one another about a pivot axis, with an actuator which is coupled to the upper part and the lower part and influences a state of movement of the upper part and/or lower part, wherein the actuator is coupled to a control device which is coupled to at least one sensor and activates, deactivates or modulates the actuator on the basis of sensor values of the at least one sensor, wherein at least one movement speed of at least one part of the orthopedic joint device is determined from the sensor values and the actuator is activated, deactivated or modulated on the basis of the movement speed in the stance phase.

Orthopädietechnische Gelenkeinrichtungen sind insbesondere Orthesen, Exoskelette oder Prothesen, die ein Oberteil und einem gelenkig daran gelagerten Unterteil aufweisen. Bei Orthesen und Exoskeletten werden das Oberteil und das Unterteil an einer noch vorhandenen Gliedmaße festgelegt, beispielsweise durch Schalen, Gurte, Riemen, Manschetten oder andere Befestigungseinrichtungen. Über Orthesen und Exoskelette können Bewegungen geführt, Verschwenkungen um eine Gelenkachse begrenzt, Verschwenkbewegungen verhindert oder eine Ausrichtung von Gliedmaßen zueinander unterstützt oder festgelegt werden. Bei polyzentrischen Gelenken ist die Schwenkachse der Momentandrehpol, der sich in Abhängigkeit von der Verschwenkbewegung verlagert. Darüber hinaus können Orthesen mit Dämpfereinrichtungen versehen sein, um eine Verschwenkbewegung um die Gelenkachse zu dämpfen. Die Dämpfereinrichtungen können mit einer Steuerung versehen sein, sodass in Abhängigkeit von Sensordaten eine veränderte Dämpfung in Flexionsrichtung und/oder Extensionsrichtung bereitgestellt werden kann. Ebenfalls ist es bekannt, Kraftspeicher dem Oberteil bzw. dem Unterteil zuzuordnen, sodass eine Bewegungsunterstützung über eine Freigabe der gespeicherten Energie aus dem Kraftspeicher erfolgen kann. Orthopedic joint devices are in particular orthoses, exoskeletons or prostheses that have an upper part and a lower part that is articulated to it. In orthoses and exoskeletons, the upper part and the lower part are attached to a limb that is still present, for example by means of shells, belts, straps, cuffs or other fastening devices. Orthoses and exoskeletons can be used to guide movements, limit pivoting around a joint axis, prevent pivoting movements or support or determine the alignment of limbs with respect to one another. In polycentric joints, the pivot axis is the instantaneous center of rotation, which shifts depending on the pivoting movement. In addition, orthoses can be provided with damping devices to dampen a pivoting movement around the joint axis. The damping devices can be provided with a control so that a changed damping in the flexion direction and/or extension direction can be provided depending on sensor data. It is also known to assign energy storage devices to the upper or lower part, so that movement support can be achieved by releasing the stored energy from the energy storage device.

Prothesen ersetzen eine nicht vorhandene oder nicht mehr vorhandene Gliedmaße und dienen zur Bereitstellung einer Funktionalität, die der Funktionalität der natürlichen Gliedmaße möglichst angenähert ist. Darüber hinaus dienen Prothesen dazu, ein möglichst natürliches Erscheinungsbild für den Prothesennutzer bereitzustellen. Ein Prothesenoberteil ist beispielsweise als ein Prothesenschaft oder als eine an einem Prothesenschaft befestigte Komponente ausgebildet, bei der der Prothesenschaft zur Festlegung an einer Gliedmaße oder einem Gliedmaßenstumpf dient. Das Prothesengelenk, beispielsweise ein Prothesenkniegelenk oder ein Prothesenknöchelgelenk verbindet das Oberteil mit einem Unterteil, das wiederum weitere prothetische Komponenten aufweisen kann, beispielsweise ein Unterschenkelrohr oder einen Prothesenfuß. Prostheses replace a missing or no longer existing limb and are used to provide functionality that is as close as possible to the functionality of the natural limb. In addition, prostheses are used to provide the most natural appearance possible for the prosthetic user. A prosthetic upper part is designed, for example, as a prosthetic shaft or as a component attached to a prosthetic shaft, where the prosthetic shaft is used to attach it to a limb or a limb stump. The prosthetic joint, for example a prosthetic knee joint or a prosthetic ankle joint, connects the upper part to a lower part, which in turn can have further prosthetic components, for example a lower leg tube or a prosthetic foot.

Insbesondere bei Orthesen, Exoskeletten und Prothesen der unteren Extremität, aber auch der oberen Extremität, sind zwischen dem Oberteil und dem Unterteil Dämpfer, insbesondere hydraulische Dämpfer oder andere Widerstandseinrichtungen angeordnet, die auf Grundlage von Sensordaten unterschiedliche Widerstände in einzelnen Zuständen oder Bewegungssituationen bereitstellen. Solche Widerstandseinrichtungen sind häufig als Linearaktuatoren ausgebildet, die einen definierten Widerstand gegen eine Flexionsbewegung und/oder Extensionsbewegung bereitstellen. Der Widerstand wird zum Beispiel durch eine Veränderung der Stellung von Ventilen verändert. Bei der Verringerung des Strömungsquerschnittes erhöht sich der entsprechende Widerstand gegen eine Bewegung. Passiv gedämpfte, insbesondere passiv hydraulisch gedämpfte Prothesen oder Orthesen arbeiten rein dissipativ. Dabei wird der Bewegung des Oberteils relativ zu dem Unterteil Energie entnommen, wobei sehr hohe Momente bzw. Kräfte erzeugt werden können. Gleichzeitig weist eine passive Dämpfung in einem geöffneten Zustand, wenn beispielsweise keine Ventile geschlossen oder Drosseln aktiviert sind, nur einen sehr geringen Widerstand auf. Der Arbeitsbereich einer solchen Orthese oder Prothese ist dahingehend eingeschränkt, dass keine Energie in die Bewegung geleitet werden kann, um diese zu unterstützen oder der Bewegung aktiv entgegen zu wirken oder aber aus einem statischen Zustand einer Veränderung vorzunehmen. Particularly in the case of orthoses, exoskeletons and prostheses of the lower extremities, but also of the upper extremities, dampers, in particular hydraulic dampers or other resistance devices, are arranged between the upper part and the lower part, which provide different resistances in individual states or movement situations based on sensor data. Such resistance devices are often designed as linear actuators that provide a defined resistance to a flexion movement and/or extension movement. The resistance is changed, for example, by changing the position of valves. When the flow cross-section is reduced, the corresponding resistance to a movement increases. Passively damped, in particular passively hydraulically damped prostheses or orthoses work purely dissipatively. Energy is taken from the movement of the upper part relative to the lower part, whereby very high moments or forces can be generated. At the same time, passive damping in an open state, for example when no valves are closed or throttles are activated, has only a very low resistance. The working range of such an orthosis or prosthesis is limited in that no energy can be directed into the movement to support it or To actively counteract movement or to make a change from a static state.

Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Orthesen, Exoskelette und Prothesen mit motorischen Antrieben bekannt, sogenannte aktive Orthesen oder Prothesen, bei denen eine Bewegung durch Aktivierung, Deaktivierung oder Modulierung des Antriebes eingeleitet, unterstützt oder abgebremst wird. Dazu wird gespeicherte elektrische Energie aus einer Batterie oder einem Akkumulator in dem Aktuator umgewandelt. Die motorischen Antriebe dienen ebenfalls dazu, das Bewegungsverhalten zwischen den Komponenten der Orthese oder Prothese zu beeinflussen, beispielsweise um eine Verschwenkbewegung abzubremsen. Motorische Antriebe können dazu im Bremsbetrieb oder im Rahmen einer Generatorschaltung betrieben werden. In addition, orthoses, exoskeletons and prostheses with motor drives are known from the state of the art, so-called active orthoses or prostheses, in which a movement is initiated, supported or slowed down by activating, deactivating or modulating the drive. For this purpose, stored electrical energy from a battery or accumulator is converted in the actuator. The motor drives also serve to influence the movement behavior between the components of the orthosis or prosthesis, for example to slow down a pivoting movement. Motor drives can be operated in braking mode or as part of a generator circuit.

Sowohl rein passive Einrichtungen wie Dämpfer, als auch semiaktive Einrichtungen wie Kraftspeicher, als auch motorische Antriebe beeinflussen das Bewegungsverhalten des Oberteils und/oder des Unterteils und sind Aktuatoren, die einen Bewegungszustand von Oberteil und/oder Unterteil beeinflussen. Die Aktuatoren können eine Bewegung veranlassen, eine Bewegung umkehren, eine Bewegung unterstützen oder einer Bewegung einen Widerstand entgegensetzen. Eine Beeinflussung eines Bewegungszustandes von Oberteil und/oder Unterteil liegt auch dann vor, wenn einer Belastung entgegengewirkt wird, ein statischer Zustand beibehalten wird oder eine Veränderung eines Bewegungszustandes aufgrund äußerer Kräfte verhindert oder unterbunden wird. Dies kann beispielsweise dann geschehen, wenn eine gleichmäßige Verschwenkbewegung weiter aufrechterhalten werden soll und äußere Kräfte in die Bewegungsrichtung wirken bzw. entgegen der Bewegungsrichtung wirken. Purely passive devices such as dampers, as well as semi-active devices such as energy storage devices and motor drives influence the movement behavior of the upper part and/or the lower part and are actuators that influence a state of motion of the upper part and/or the lower part. The actuators can initiate a movement, reverse a movement, support a movement or resist a movement. An influence on a state of motion of the upper part and/or the lower part also occurs when a load is counteracted, a static state is maintained or a change in a state of motion is prevented or stopped due to external forces. This can happen, for example, if a uniform pivoting movement is to be maintained and external forces act in the direction of movement or act against the direction of movement.

Aus der EP 2 869 792 B1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer orthopädietechnischen Gelenkeinrichtung einer unteren Extremität mit einem Oberteil und einem gelenkig daran gelagerten Unterteil bekannt, zwischen denen eine Energieumwandlungseinrichtung und/oder eine Speicherungseinrichtung angeordnet ist, über die während des Gehens kinetische Energie aus der Relativbewegung zwischen dem Oberteil und dem Unterteil umgewandelt und/oder gespeichert wird. Diese Energie kann dem Gelenk wieder zugeführt werden, um die Relativbewegung zu unterstützen, wobei innerhalb eines Bewegungszyklus der Gelenkeinrichtung kinetische Energie umgewandelt und/oder gespeichert und innerhalb desselben Bewegungszyklus der Gelenkseinrichtung gesteuert und zeitversetzt als kinetische Energie wieder zugeführt wird. Die Umwandlungsrate und/oder Speicherungsrate der Energieumwandlungseinrichtung bzw. Speicherungseinrichtung ist umgekehrt proportional zu der Verschwenkgeschwindigkeit des Unterschenkels. EP 2 869 792 B1 discloses a method for controlling an orthopaedic joint device of a lower extremity with an upper part and a lower part articulated thereto, between which an energy conversion device and/or a storage device is arranged, via which kinetic energy from the relative movement between the upper part and the lower part is converted and/or stored during walking. This energy can be fed back into the joint in order to compensate for the relative movement to support, whereby kinetic energy is converted and/or stored within a movement cycle of the joint device and is fed back as kinetic energy in a controlled and time-delayed manner within the same movement cycle of the joint device. The conversion rate and/or storage rate of the energy conversion device or storage device is inversely proportional to the pivoting speed of the lower leg.

Die WO 2016/169 850 A1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Dämpfungsveränderung bei einem künstlichen Gelenk einer Orthese, eines Exoskelettes oder einer Prothese einer unteren Extremität mit einer Widerstandseinheit zwischen einem Oberteil und einem Unterteil, die schwenkbar aneinander befestigt sind. Über eine Widerstandseinheit wird der Widerstand verändert, wenn ein Sensorsignal einer der Verstelleinrichtung zugeordneten Steuereinheit die Verstelleinrichtung aktiviert. Der Widerstand wird in Abhängigkeit von der Lage und/oder der Länge der Beinsehne bzw. deren zeitlichen Ableitungen verändert. WO 2016/169 850 A1 relates to a method for controlling a damping change in an artificial joint of an orthosis, an exoskeleton or a prosthesis of a lower extremity with a resistance unit between an upper part and a lower part, which are pivotally attached to one another. The resistance is changed via a resistance unit when a sensor signal from a control unit assigned to the adjustment device activates the adjustment device. The resistance is changed depending on the position and/or length of the leg tendon or its temporal derivatives.

Die WO 2016/169 848 A1 betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Steuerung einer Dämpfungsveränderung eines künstlichen Kniegelenkes, bei der für die Schwungphase der Flexionswiderstand reduziert wird. Während des Gehens oder Stehens wird der Verlauf zumindest einer Belastungskenngröße, die auf eine Orthese oder Prothese, an der das künstliche Kniegelenk angeordnet ist, einwirkt, erfasst. Wird ein Maximum des Belastungskenngrößenverlaufes während der Standphase oder des Stehens ermittelt und anschließend ein Schwellwert der Belastungskenngröße unterhalb des Maximums detektiert, wird die Flexionsdämpfung während der Standphase auf ein Schwungphasendämpfungsniveau verringert. WO 2016/169 848 A1 also relates to a method for controlling a damping change of an artificial knee joint, in which the flexion resistance is reduced for the swing phase. During walking or standing, the course of at least one load characteristic that acts on an orthosis or prosthesis to which the artificial knee joint is attached is recorded. If a maximum of the load characteristic course is determined during the stance phase or standing and a threshold value of the load characteristic below the maximum is subsequently detected, the flexion damping during the stance phase is reduced to a swing phase damping level.

Beispielsweise wird in der Standphase bei orthopädietechnischen Einrichtungen der unteren Extremität von mikroprozessorgesteuerten Kniegelenken der Bewegungswiderstand in Flexionsrichtung genutzt, um ein kontrolliertes Einbeugen in unterschiedlichen Situationen der Bewegung zu ermöglichen. In Abhängigkeit von der jeweiligen Bewegungssituationen, beispielsweise das Gehen in der Ebene mit Standphasenbeugung, das Abwärtsgehen auf Rampen oder das Abwärtsgehen auf Treppen, wird die Widerstandshöhe oder der Verlauf des Widerstandes verändert. Bei der Standphasenflexion ergibt sich in der Regel ein Widerstand, der höher als der Widerstand beim Stehen ist. Befindet sich die Orthopädietechnische Einrichtung für eine gewisse Zeit in Ruhe, beispielsweise wenn der Nutzer für eine längere Zeit steht, wird das Gelenk gesperrt und bei einer Bewegung wird die Sperrung wieder aufgehoben. For example, in the stance phase of orthopedic devices for the lower extremities, microprocessor-controlled knee joints use the resistance to movement in the direction of flexion to enable controlled bending in different movement situations. Depending on the respective movement situation, for example walking on a level surface with stance phase flexion, walking down ramps or walking down stairs, the level of resistance or the course of the resistance is changed. During stance phase flexion, there is usually a resistance that is higher than the resistance when standing. If the orthopaedic device is at rest for a certain time, for example if the user is standing for a longer period of time, the joint is locked and when movement occurs, the lock is released again.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung einer orthopädietechnischen Gelenkeinrichtung der unteren Extremität bereitzustellen, das für die nutzende Person eine angenehme und sichere Nutzung der orthopädietechnischen Einrichtung bei möglichst geringem körperlichen Aufwand ermöglicht. The object of the present invention is to provide a method for controlling an orthopedic joint device of the lower extremity, which enables the user to use the orthopedic device comfortably and safely with as little physical effort as possible.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren offenbart. This object is achieved by a method having the features of the main claim. Advantageous embodiments and further developments of the invention are disclosed in the subclaims, the description and the figures.

Bei dem Verfahren zur Steuerung einer orthopädietechnischen Gelenkeinrichtung einer unteren Extremität mit einem Oberteil und einem Unterteil, die gelenkig aneinander um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert sind, mit einem Aktuator, der mit dem Oberteil und dem Unterteil gekoppelt ist und einen Bewegungszustand von Oberteil und/oder Unterteil beeinflusst, wobei der Aktuator mit einer Steuerungseinrichtung gekoppelt ist, die mit zumindest einem Sensor gekoppelt ist und auf der Grundlage von Sensorwerten des zumindest einen Sensors den Aktuator aktiviert, deaktiviert oder moduliert, wobei aus den Sensorwerten zumindest eine Bewegungsgeschwindigkeit zumindest eines Teiles der orthopädietechnischen Gelenkeinrichtung ermittelt und der Aktuator auf der Grundlage der Bewegungsgeschwindigkeit in der Standphase aktiviert, deaktiviert oder moduliert wird, werden die Bewegungsgeschwindigkeit in der Standphase und der Widerstand zumindest für einen Teil der Bewegung umgekehrt miteinander korreliert, zum Beispielwird bei einer zunehmenden Bewegungsgeschwindigkeit in der Standphase der Widerstand verringert. Es erfolgt somit eine Anpassung des Widerstandes einer Relativbewegung von Oberteil und Unterteil um die Schwenkachse in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit, wobei bei einer erhöhten Bewegungsgeschwindigkeit ein verringerter Widerstand in der Standphase bereitgestellt wird. Als Bewegungsgeschwindigkeit wird auch insbesondere die Geschwindigkeit angesehen, daneben können auch translatorische oder auch rotatorische Geschwindigkeiten von Oberteil und/oder Unterteil zur Bestimmung der Bewegungsgeschwindigkeit herangezogen werden. Es ist auch möglich über die zeitliche Veränderung von Kräften, Momenten, Hebelarmen und/oder Kraftangriffspunkten die Geschwindigkeit zu ermitteln, zum Beispiel über die Änderungsrate mit der ein Kraftangriffspunkt an der Fußsohle vom Vorfuß in Richtung Ferse oder umgekehrt wandert oder über die Änderungsrate des Knöchelmoments. Der Widerstand kann sowohl der Flexionswiderstand als auch der Extensionswiderstand sein. Bei dem Widerstand kann es sich um einen passiven Widerstand, wie er durch eine passive Dämpfungseinrichtung, eine Sperrvorrichtung oder eine Bremse bereitgestellt wird, oder um eine der Bewegung entgegengebrachte Kraft eines Aktuators, beispielsweise eines Antriebes oder eines Kraftspeichers, handeln. Ein durch den Aktuator aufgebrachtes Moment oder eine aufgebrachte Kraft kann in einer Bewegungsrichtung einer Bewegung entgegenwirken und als Widerstand die Bewegung beeinflussen und in einer umgekehrten Bewegungsrichtung eine Bewegung aktiv unterstützen und Arbeit verrichten. Eine Kraft kann zum Beispiel einer Kniebeugung entgegenwirken und einen Beugewiderstand darstellen und eine Kniestreckung aktiv unterstützen und als Antrieb oder Unterstützung wirken. In the method for controlling an orthopedic joint device of a lower extremity with an upper part and a lower part, which are pivotably mounted to one another about a pivot axis, with an actuator which is coupled to the upper part and the lower part and influences a state of movement of the upper part and/or lower part, wherein the actuator is coupled to a control device which is coupled to at least one sensor and activates, deactivates or modulates the actuator on the basis of sensor values of the at least one sensor, wherein at least one movement speed of at least one part of the orthopedic joint device is determined from the sensor values and the actuator is activated, deactivated or modulated on the basis of the movement speed in the stance phase, the movement speed in the stance phase and the resistance are inversely correlated with one another for at least part of the movement, for example, as the movement speed in the stance phase increases, the resistance is reduced. This results in an adjustment of the resistance of a relative movement of the upper and lower parts around the pivot axis depending on the speed of movement, whereby a reduced resistance is provided in the standing phase at an increased speed of movement. The speed of movement is also particularly the Speed is viewed as the speed of movement; in addition, translational or rotational speeds of the upper and/or lower parts can also be used to determine the speed of movement. It is also possible to determine the speed via the temporal change of forces, moments, lever arms and/or force application points, for example via the rate of change with which a force application point on the sole of the foot moves from the forefoot towards the heel or vice versa, or via the rate of change of the ankle moment. The resistance can be both flexion resistance and extension resistance. The resistance can be passive resistance, such as that provided by a passive damping device, a locking device or a brake, or a force applied to the movement by an actuator, for example a drive or a force accumulator. A moment or force applied by the actuator can counteract a movement in one direction of movement and influence the movement as resistance, and actively support a movement and do work in an opposite direction of movement. For example, a force can counteract knee flexion and represent a flexion resistance and actively support knee extension and act as a drive or support.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird bei einer abnehmenden Bewegungsgeschwindigkeit in der Standphase der Widerstand erhöht, sodass bei einer abnehmenden Gehgeschwindigkeit der Beugewiderstand in der Standphase vergrößert wird. Je langsamer die Gehgeschwindigkeit desto länger dauerte die Standphase und desto kleiner wird die Schrittlänge. Dementsprechend ist es vorteilhaft, den Widerstand gegen die Bewegung, insbesondere den Widerstand gegen ein Einbeugen des Kniegelenkes zu vergrößern, um das Absinken langsam zu gestalten, sodass die nutzende Person am Ende der Standphasenflexion ihren Schwerpunkt nicht übermäßig weit anheben muss, um den Schritt zu vervollständigen. Durch die Erhöhung des Widerstandes mit abnehmender Geschwindigkeit kann das Ausmaß einer Bewegung, zum Beispiel das Einbeugen eines Kniegelenks, reduziert oder ganz unterbunden werden und/oder bei zunehmender Geschwindigkeit ein Bewegungsausmaß vergrößert oder eine Bewegung zugelassen werden. In einer Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine Veränderung des Widerstandes erst ab einem festgelegten Schwellwert und/oder nur bis zu einem festgelegten Schwellwert der Bewegungsgeschwindigkeit. Die Bewegungsgeschwindigkeit ist insbesondere die Gehgeschwindigkeit, wobei neben einer Vorwärtsprogression auch die Geschwindigkeit in Rückwärtsrichtung oder in Seitwärtsrichtung herangezogen werden kann. Alternativ ist die Geschwindigkeit eine Drehbewegung um eine Achse. Vorzugsweise wird die Bewegungsgeschwindigkeit in der jeweiligen Standphase selbst ermittelt, die Ermittlung erfolgt möglichst aktuell und berücksichtigt nur als Randbedingungen die Geschwindigkeiten in einem vorangegangenen Schritt oder in einer vorangegangenen Bewegungsphase, da sich die Bewegungsgeschwindigkeit jederzeit ändern kann und eine Veränderung des Widerstandes am besten auf die aktuellen Bedingungen angepasst ist und nicht auf den Schritt oder die Bewegung zu einem vorherigen Zeitpunkt. Die Veränderung des Widerstandes erst ab einem festgelegten Schwellwert der Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit bewirkt, dass Veränderungen bei sehr kleinen und/oder großen Geschwindigkeiten unberücksichtigt bleiben und der Steuerungsaufwand ebenso wie der Energieverbrauch verringert wird. Alternativ oder ergänzend erfolgt die Veränderung des Widerstands erst ab bzw. bis zu einem festgelegten Schwellwert der Veränderung der Geschwindigkeit, wodurch erzielt wird, dass kleinere Veränderungen der Geschwindigkeit unberücksichtigt bleiben und ebenso der Steuerungsaufwand und Energieverbrauch verringert wird. In a further development of the method, the resistance is increased when the movement speed in the stance phase decreases, so that when the walking speed decreases, the flexion resistance in the stance phase increases. The slower the walking speed, the longer the stance phase lasts and the smaller the stride length. Accordingly, it is advantageous to increase the resistance to movement, in particular the resistance to flexing of the knee joint, in order to make the sinking slow so that the person using it does not have to raise their center of gravity excessively at the end of the stance phase flexion in order to complete the step. By increasing the resistance with decreasing speed, the extent of a movement, for example flexing of a knee joint, can be reduced or completely prevented and/or the extent of movement can be increased or movement can be permitted as the speed increases. In one embodiment of the method, a change in resistance only occurs above a specified threshold value and/or only up to a specified threshold value of the movement speed. The movement speed is in particular the walking speed, whereby in addition to a forward progression, the speed in the backward or sideways direction can also be used. Alternatively, the speed is a rotational movement about an axis. Preferably, the movement speed is determined in the respective stance phase itself, the determination is carried out as up-to-date as possible and only takes into account the speeds in a previous step or in a previous movement phase as boundary conditions, since the movement speed can change at any time and a change in resistance is best adapted to the current conditions and not to the step or movement at a previous point in time. Changing the resistance only above a specified threshold value of the change in the movement speed means that changes at very low and/or high speeds are disregarded and the control effort as well as the energy consumption are reduced. Alternatively or additionally, the change in resistance only occurs from or up to a specified threshold value of the change in speed, which ensures that smaller changes in speed are disregarded and also reduces the control effort and energy consumption.

In einer Ausgestaltung erfolgt die Veränderung des Widerstandes in zumindest einem Geschwindigkeitsbereich nicht linear, insbesondere bleibt der Widerstand bei geringen Geschwindigkeiten zunächst nahezu konstant und fällt bei einer geringen Geschwindigkeitszunahme nur geringfügig ab und wird mit zunehmender Geschwindigkeit reduziert, wobei sich insbesondere bei einer sehr hohen Bewegungsgeschwindigkeit eine Sättigung einstellt und sich der Widerstand gegen die Flexion oder Extension einem Grenzwert nähert. Alternativ oder ergänzend nimmt der Widerstand in zumindest einem Geschwindigkeitsbereich proportional zu einer Potenz der Bewegungsgeschwindigkeit ab, insbesondere dem Quadrat der Bewegungsgeschwindigkeit. Die Widerstandsreduktion mit zunehmender Geschwindigkeit kann auch in einer Stufe oder mehreren diskreten Stufen oder Niveaus ausgestaltet sein. Die Veränderung des Widerstandes kann durch eine Veränderung des Widerstandsniveaus erfolgen, also eine gleichmäßige Anhebung des Widerstands beispielsweise über den gesamten Verschwenkbereich. Das Widerstandsniveau oder Widerstandsprofil kann sich über den Verschwenkbereich verändern, beispielsweise kann in Abhängigkeit von einer Winkelstellung ein an die Belastung angepasster Widerstand eingestellt werden. Es kann auch eine Änderung des Widerstandsverlaufes zur Veränderung des Widerstandes durchgeführt werden, beispielsweise kann ausgehend von einem Standard-Widerstandsverlauf für eine bestimmte Bewegungsgeschwindigkeit bei einer Verringerung der Geschwindigkeit eine Erhöhung des Widerstandes in Teilbereichen über den Verschwenkwinkel oder über die Dauer der Bewegung erfolgen und bei einer Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit eine verstärkte Absenkung. In one embodiment, the change in resistance in at least one speed range is non-linear, in particular the resistance initially remains almost constant at low speeds and only drops slightly with a small increase in speed and is reduced with increasing speed, with saturation occurring in particular at a very high movement speed and the resistance to flexion or extension approaching a limit value. Alternatively or additionally, the resistance in at least one speed range decreases proportionally to a power of the movement speed, in particular the square of the movement speed. The reduction in resistance with increasing speed can also be designed in one step or several discrete steps or levels. The resistance can be changed by changing the resistance level, i.e. a uniform increase in resistance, for example, over the entire swivel range. The resistance level or resistance profile can change over the swivel range, for example, a resistance adapted to the load can be set depending on an angular position. The resistance curve can also be changed to change the resistance, for example, starting from a standard resistance curve for a certain movement speed, if the speed is reduced, the resistance can be increased in certain areas over the swivel angle or over the duration of the movement, and if the movement speed is increased, the resistance can be reduced more.

Die Veränderung des Widerstandes kann zusätzlich in Abhängigkeit von Kräften, Relativ- und/oder Absolutwinkeln und/oder Momenten der Lage von Komponenten oder Gliedmaßen zueinander oder gegenüber der Umgebung und/oder deren zeitlichen Verläufen sowie zeitlichen Ableitungen, die von Sensoren ermittelt oder die aus Sensoren errechnet werden, erfolgen. Diese Größen können sich auf die versorgte, aber auch auf die kontralaterale Seite beziehen. Die Veränderung des Widerstandes kann auch direkt von der Zeit abhängen. Die Anpassung des Widerstandes kann somit auch aufgrund anderer, ermittelter Größen erfolgen, beispielsweise einem Kniewinkel, einem Segmentwinkel, einem Beinsehnenwinkel, dem Bodenreaktionskraftvektor, einem Moment, einer Kraft, einem Hebelarm, einer Größe der kontralateralen Seite oder eine Kombination einer oder mehrerer dieser Größen bzw. Faktoren. Auch die zeitlichen Ableitungen können für die Anpassung des Widerstandes herangezogen werden. Es ist auch möglich, dass die Eigenschaften der Umgebung, zum Beispiel die Neigung, Geometrie oder Beschaffenheit des Untergrunds aus Sensordaten ermittelt und für die Anpassung des Widerstandes herangezogen werden. In diesem Fall können die Zusammenhänge zwischen den Größen oder Faktoren mit dem Widerstand zusätzlich von der Bewegungsgeschwindigkeit abhängig sein und zusammen mit der Geschwindigkeit variiert werden. Zum Beispiel kann ein Widerstand bei einer geringen Geschwindigkeit bei einem vergleichsweise geringen Kniewinkel stärker oder früher angehoben werden als bei einer höheren Geschwindigkeit oder einem größeren Kniewinkel. In einer Ausgestaltung erfolgt eine Veränderung des Widerstands Verlaufes und/oder des Widerstandsniveaus für jede Standphase separat, sodass für die jeweils aktuelle Standphase das jeweils richtige Widerstandsniveau oder der richtige Widerstandsverlauf bereitgestellt wird. The change in resistance can also occur depending on forces, relative and/or absolute angles and/or moments of the position of components or limbs in relation to one another or to the environment and/or their temporal progressions as well as temporal derivatives determined by sensors or calculated from sensors. These quantities can relate to the supplied side or the contralateral side. The change in resistance can also depend directly on time. The resistance can therefore also be adjusted based on other determined quantities, for example a knee angle, a segment angle, a leg tendon angle, the ground reaction force vector, a moment, a force, a lever arm, a size of the contralateral side or a combination of one or more of these quantities or factors. The temporal derivatives can also be used to adjust the resistance. It is also possible that the properties of the environment, for example the inclination, geometry or condition of the ground, are determined from sensor data and used to adjust the resistance. In this case, the relationships between the quantities or factors with the resistance may also depend on the speed of movement and may vary together with the speed. For example, a resistance may be increased more strongly or earlier at a low speed with a comparatively small knee angle than at a higher speed or a larger knee angle. In one embodiment, the resistance curve and/or the resistance level are changed separately for each stance phase, so that the correct resistance level or the correct resistance curve is provided for the current stance phase.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Bewegungsgeschwindigkeit, insbesondere die Gehgeschwindigkeit bei orthopädietechnischen Einrichtungen der unteren Extremität, insbesondere mit künstlichen Kniegelenken, über eine ermittelte Lage und/oder Länge einer Beinsehne und/oder deren Änderungsraten errechnet oder ermittelt und als Bewegungsgeschwindigkeit der Veränderung des Widerstandes zugrunde gelegt wird. Als Beinsehne wird insbesondere die Verbindungslinie zwischen einem Hüftdrehpunkt und einem Fußpunkt angesehen, wobei der Fußpunkt insbesondere an dem Ende der Verlängerung eines Unterschenkelteils bis in den Fußsohlenbereich definiert ist. Der Fußpunkt kann auch als der Drehpunkt des Fußteils relativ zu dem Unterschenkel oder als ein Abrollpunkt oder Momentandrehpol des Fußteils definiert sein. Die Länge der Beinsehne verändert sich somit durch eine Veränderung des Kniewinkels, die Position und Lage der Beinsehne verändert sich durch eine Verschwenkung um den Fußpunkt in der Standphase oder den Hüftdrehpunkt in der Schwungphase. Es kann sowohl die Beinsehne der versorgten als auch der kontralateralen Seite herangezogen werden. Aufgrund der bekannten Segmentlängen, also des Abstandes von der Knie Gelenkachse zu dem Hüftdrehpunkt und dem Fußpunkt, und der ermittelten Stellung des Oberteils des Kniegelenkes zu dem Unterteil des Kniegelenkes ist es möglich, die Länge der Beinsehne zu errechnen. Die Lage der Beinsehne wird beispielsweise über Raumlagesensoren und Winkelgrößen sowie Segmentlängen ermittelt, zum Beispiel auf Basis eines Absolutwinkels eines Unterschenkels und eines Kniewinkels sowie der Länge des Unterschenkels und des Oberschenkels. Die Lageänderung kann über die zeitliche Ableitung der Lage oder über Geschwindigkeiten und Segmentlängen ermittelt werden. Aus der Lage und/oder Länge der Beinsehne sowie gegebenenfalls deren zeitlichen Änderungen wird die Bewegungsgeschwindigkeit errechnet und der Veränderung des Widerstandes zugrunde gelegt. In der Standphase kann über die Beinsehne und deren Lage- und/oder Längenänderung auf die Geschwindigkeit der Hüfte, des Rumpfes und/oder des Körperschwerpunkts geschlossen werden. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Bewegungsgeschwindigkeit mittels zeitlicher Integration von über Sensoren erfassten Beschleunigungen ermittelt wird, zum Beispiel die translatorische Geschwindigkeit des Unterschenkels auf der Höhe der Kniegelenksachse oder jene des Rumpfes. Über kinematische Ketten und deren Freiheitsgrade, die über Sensoren ermittelt werden können, kann von der Geschwindigkeit eines Punktes, zum Beispiel auf der Fußsohle oder auf dem Unterschenkel auf Höhe der Knieachse, auf die eines anderen geschlossen werden, zum Beispiel vom Fuß auf die Hüfte. Es ist auch möglich auf Grundlage von Sensorsignalen auf eine Geschwindigkeit zu schließen, zum Beispiel über einen Kraftsensor und einen Absolutwinkelsensor an einem Unterschenkel darauf zu schließen, dass sich ein Fuß in der mittleren Standphase und folglich annährend im Stillstand befindet. A further development provides that the speed of movement, in particular the walking speed in orthopedic devices of the lower extremities, in particular with artificial knee joints, is calculated or determined using a determined position and/or length of a leg tendon and/or its rates of change and is used as the basis for the change in resistance as the speed of movement. The leg tendon is in particular the connecting line between a hip pivot point and a foot point, whereby the foot point is defined in particular at the end of the extension of a lower leg part up to the sole of the foot. The foot point can also be defined as the pivot point of the foot part relative to the lower leg or as a rolling point or instantaneous center of rotation of the foot part. The length of the leg tendon thus changes due to a change in the knee angle, the position and location of the leg tendon changes due to a pivoting around the foot point in the stance phase or the hip pivot point in the swing phase. Both the leg tendon of the treated side and the contralateral side can be used. Based on the known segment lengths, i.e. the distance from the knee joint axis to the hip pivot point and the foot point, and the determined position of the upper part of the knee joint to the lower part of the knee joint, it is possible to calculate the length of the leg tendon. The position of the leg tendon is determined, for example, using spatial position sensors and angle sizes as well as segment lengths, for example on the basis of an absolute angle of a lower leg and a knee angle as well as the length of the lower leg and thigh. The change in position can be determined using the temporal derivative of the position or using speeds and segment lengths. The speed of movement is calculated from the position and/or length of the leg tendon and, if applicable, its changes over time and used as the basis for the change in resistance. In the stance phase, the speed of the hip, torso and/or body center of gravity can be determined from the leg tendon and its change in position and/or length. A further development provides that the speed of movement is determined by means of temporal integration of accelerations recorded by sensors, for example the translational speed of the lower leg at the height of the knee joint axis or that of the torso. Using kinematic chains and their degrees of freedom, which can be determined using sensors, it is possible to deduce the speed of one point, for example on the sole of the foot or on the lower leg at the height of the knee axis, from that of another point, for example from the foot to the hip. It is also possible to deduce a speed based on sensor signals, for example using a force sensor and an absolute angle sensor on a lower leg to deduce that a foot is in the middle stance phase and therefore almost at a standstill.

Alternativ oder ergänzend kann die Bewegungsgeschwindigkeit auch relativ zum Untergrund und/oder der Umgebung bestimmt werden, zum Beispiel mittels Umgebungssensorik wie LIDAR, Radar, Doppler-Radar oder Ultraschall oder Navigations-Systemen wie Indoor-Navigation oder globalen Navigations-Systemen wie QZSS oder Galileo. Alternatively or additionally, the speed of movement can also be determined relative to the ground and/or the environment, for example using environmental sensors such as LIDAR, radar, Doppler radar or ultrasound or navigation systems such as indoor navigation or global navigation systems such as QZSS or Galileo.

Es ist möglich als Bewegungsgeschwindigkeit die absolute Geschwindigkeit und/oder eine oder mehrere Komponenten, zum Beispiel die Komponenten parallel zum Untergrund oder die horizontale Komponente, heranzuziehen. It is possible to use the absolute speed and/or one or more components, for example the components parallel to the ground or the horizontal component, as the speed of movement.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass zumindest eine Rotationsgeschwindigkeit eines Oberschenkels, eines Unterschenkels und/oder eine Winkelgeschwindigkeit eines Knöchelgelenks, Kniegelenks und/oder Hüftgelenks als Bewegungsgeschwindigkeit herangezogen wird. Es kann zum Beispiel die Rotationsgeschwindigkeit des Unterschenkels in der Standphase als Bewegungsgeschwindigkeit für die Veränderung des Widerstandes herangezogen werden. A further development provides that at least a rotational speed of a thigh, a lower leg and/or an angular speed of an ankle joint, knee joint and/or hip joint is used as the movement speed. For example, the rotational speed of the lower leg in the standing phase can be used as the movement speed for the change in resistance.

Die Veränderung des Widerstandes erfolgt insbesondere in Echtzeit, wobei anhand der vorhergehenden Daten oder Bewegungsprofile eine Abschätzung darüber getroffen werden kann, wie die zukünftigen Bewegungen, Geschwindigkeiten oder Belastungen aussehen könnten, sodass eine Erwartungsgröße voreingestellt und mit in Echtzeit gemessenen Parametern abgeglichen werden kann. Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit und die anderen Parameter oder Größen in der jeweiligen Bewegungsphase selbst und möglichst aktuell ermittelt. Die Veränderung des Widerstandes in Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit kann vorbereitend auf die Standphase erfolgen und/oder während der Standphase vorgenommen werden. Die Anpassung kann einmal pro Schritt oder Bewegungszyklus erfolgen oder mehrfache oder kontinuierliche Anpassung des Widerstandes stattfinden. Die Anpassung des Widerstandes mit der Bewegungsgeschwindigkeit kann limitiert werden, insbesondere die Anpassung von Schritt zu Schritt oder von Bewegungszyklus zu Bewegungszyklus oder aber auch die zeitliche Änderungsrate. In einer Ausgestaltung wird ein Widerstandsniveau mit abnehmender Bewegungsgeschwindigkeit erhöht, indem eine Reduktion eines Widerstandes später und/oder langsamer erfolgt. Eine spätere und/oder langsamere Reduktion eines Widerstandes erlaubt es bei langsameren Bewegungen eine langsamere und kontrolliertere Bewegung durchzuführen. Alternativ oder ergänzend kann eine Widerstandserhöhung bei abnehmender Geschwindigkeit zeitlich früher oder schneller erfolgen. The change in resistance occurs in real time, whereby an estimate can be made on the basis of the previous data or movement profiles as to what the future movements, speeds or loads might look like, so that an expected value can be preset and compared with can be compared with parameters measured in real time. Preferably, the speed and the other parameters or sizes are determined in the respective movement phase itself and as up-to-date as possible. The change in resistance depending on the movement speed can take place in preparation for the stance phase and/or during the stance phase. The adjustment can take place once per step or movement cycle, or the resistance can be adjusted multiple times or continuously. The adjustment of the resistance with the movement speed can be limited, in particular the adjustment from step to step or from movement cycle to movement cycle, or the rate of change over time. In one embodiment, a resistance level is increased with decreasing movement speed by reducing resistance later and/or more slowly. A later and/or slower reduction in resistance allows slower and more controlled movements to be carried out. Alternatively or additionally, an increase in resistance can take place earlier or more quickly with decreasing speed.

In einer Weiterbildung wird der Widerstand so verändert, dass bei Verringerung der Geschwindigkeit durch Erhöhung des Widerstandes eine Bewegung früher abgestoppt, eine Bewegungsamplitude verringert oder eine Bewegungsumkehr früher erreicht wird. In a further development, the resistance is changed in such a way that when the speed is reduced by increasing the resistance, a movement is stopped earlier, a movement amplitude is reduced or a movement reversal is achieved earlier.

In einer Ausgestaltung wirkt der Widerstand, der mit abnehmender Geschwindigkeit verringert und/oder mit zunehmender Geschwindigkeit erhöht wird, in einer Bewegungsrichtung unterstützend. Durch einen Aktuator kann zum Beispiel ein Streckmoment um eine Kniegelenksachse aufgebracht werden. Dieses Streckmoment wirkt als Widerstand gegen eine Beugebewegung und wirkt bei einer Streckbewegung unterstützend. Auch ein federnder oder elastischer Widerstand, der zum Beispiel durch eine Kraftspeicher oder einen aktiven Aktuator wie einen Elektromotor erzeugt wird, wirkt bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung unterstützend. Wird der Widerstand mit abnehmender Geschwindigkeit erhöht und/oder mit zunehmender Geschwindigkeit reduziert, wird auch die unterstützende Wirkung erhöht oder reduziert. Als Geschwindigkeit kann dabei insbesondere die Gehgeschwindigkeit herangezogen werden. Um einen harmonischen Bewegungsablauf bei unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten zu realisieren, ist es sinnvoll nicht nur den Widerstand gegen die Bewegung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit zu verändern, sondern alternativ oder ergänzend die Unterstützung einer Bewegung. Zum Beispiel ist es in der Standphasenbeugung und Standphasenstreckung vorteilhaft zunächst einen Widerstand gegen die Beugebewegung aufzubringen, um ein kontrolliertes Einbeugen zu erzielen, und nach Bewegungsumkehr die Streckbewegung zu unterstützen. Bei höheren Bewegungsgeschwindigkeiten werden durch die anwendende Person über die erhaltenen Gliedmaße und Gelenke oft höhere Kräfte und Momente erzeugt. Zum Beispiel wird in der Standphase ein höheres Hüftstreckmoment aufgebracht, um den Vortrieb zu erzeugen. Durch das Hüftstreckmoment wird auch das auf die Kniegelenksachse wirkende Moment beeinflusst, insbesondere das externe Beugemoment reduziert und das Streckmoment in der mittleren und späten Standphase erhöht. Entsprechend kann ein unterstützendes kniestreckendes Moment in einer mittleren Standphase gegenüber einer langsameren Bewegungsgeschwindigkeit reduziert werden. Die Anpassung der Unterstützung kann zum Beispiel über die Veränderung eines durch einen Aktuator, wie einen Elektromotor, bereitgestellten internen Streckmoments erfolgen oder aber auch über die Anpassung einer Federsteifigkeit, eines Fedemullpunkts, einer Übersetzung, eines Hebelarms, einer zusätzlich wirkenden Dämpfung oder das Zu- oder Wegschalten eines Kraftspeichers. Eine geringere Federsteifigkeit, Dämpfung oder ein geringerer Hebelarm führt beispielsweise zu einer Reduktion des Widerstands. Es ist auch möglich das Widerstandsniveau mit der Geschwindigkeit zu verändern, indem eine frühere oder spätere Veränderung des Widerstandes, zum Beispiel eines Motormoments oder einer Federsteifigkeit, in Abhängigkeit der Geschwindigkeit vorgenommen wird. Dies beeinflusst auch das Niveau der Unterstützung. Insbesondere wird in einer Bewegungsphase die eine Bewegungsumkehr umfasst ein Widerstand bzw. Kraft oder Moment bereitgestellt, der gegen eine Bewegung wirkt und bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung eine Bewegung unterstützt; der über die Bewegungsphase bereitgestellte Widerstand wird mit abnehmender Geschwindigkeit erhöht und/oder mit zunehmender Geschwindigkeit reduziert. Der Widerstand kann dabei im Bewegungsverlauf variiert werden. In one embodiment, the resistance, which is reduced with decreasing speed and/or increased with increasing speed, has a supporting effect in one direction of movement. For example, an actuator can apply an extension moment around a knee joint axis. This extension moment acts as a resistance against a bending movement and has a supporting effect during an extension movement. A springy or elastic resistance, which is generated, for example, by a force storage device or an active actuator such as an electric motor, also has a supporting effect in the opposite direction of movement. If the resistance is increased with decreasing speed and/or reduced with increasing speed, the supporting effect is also increased or reduced. The walking speed in particular can be used as the speed. In order to achieve a harmonious In order to realize a movement sequence at different movement speeds, it is sensible not only to change the resistance to the movement depending on the speed, but also to support a movement alternatively or in addition. For example, in the stance phase flexion and extension it is advantageous to first apply resistance to the flexion movement in order to achieve controlled flexion, and then to support the extension movement after the movement is reversed. At higher movement speeds the person using the exercise often generates higher forces and moments via the remaining limbs and joints. For example, a higher hip extension moment is applied in the stance phase to generate propulsion. The hip extension moment also influences the moment acting on the knee joint axis, in particular the external flexion moment is reduced and the extension moment is increased in the middle and late stance phase. Accordingly, a supporting knee extension moment in a middle stance phase can be reduced compared to a slower movement speed. The support can be adjusted, for example, by changing an internal stretching torque provided by an actuator such as an electric motor, or by adjusting a spring stiffness, a spring point, a gear ratio, a lever arm, additional damping, or by switching a force accumulator on or off. A lower spring stiffness, damping, or a lower lever arm, for example, leads to a reduction in resistance. It is also possible to change the resistance level with the speed by changing the resistance, for example a motor torque or spring stiffness, earlier or later depending on the speed. This also influences the level of support. In particular, in a movement phase that includes a reversal of movement, a resistance or force or moment is provided that acts against a movement and supports a movement in the opposite direction; the resistance provided during the movement phase is increased as the speed decreases and/or reduced as the speed increases. The resistance can be varied over the course of the movement.

In einer Ausgestaltung wird der Zustand einer Widerstandseinrichtung, welcher den Widerstand beeinflusst, durch die Steuerung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit angepasst. Bei einem hydraulischen Drosselventil kann der Strömungsquerschnitt verändert werden, bei einer magnetorheologischen Bremse das angelegte Magnetfeld oder bei einer Reibungsbremse eine Bremskraft. Es ist dabei möglich, dass für einen Zustand der Widerstandseinrichtung der Widerstand gegen eine Bewegung nicht konstant ist, sondern von der Bewegung abhängt, wie zum Beispiel bei einem Drosselventil, dessen Strömungswiderstand von der Durchflussrate abhängt. Der Widerstand ergibt sich somit sowohl aus der Charakteristik der Widerstandseinrichtung selber als auch aus deren Zustand, der über die Steuerung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit verändert wird. In one embodiment, the state of a resistance device, which influences the resistance, is determined by the control as a function of the speed adjusted. With a hydraulic throttle valve, the flow cross-section can be changed, with a magnetorheological brake, the applied magnetic field, or with a friction brake, a braking force. It is possible that for a state of the resistance device, the resistance to a movement is not constant, but depends on the movement, as is the case with a throttle valve, for example, whose flow resistance depends on the flow rate. The resistance therefore results from both the characteristics of the resistance device itself and from its state, which is changed via the control system depending on the speed.

In einer Ausgestaltung erfolgt die Veränderung des Widerstandes in zumindest einer Bewegung oder Bewegungsphase, die von der Standphase des ebenen Gehens abweicht. Insbesondere ist eine Veränderung des Widerstandes in der Standphase beim Gehen auf Neigungen hinauf und/oder hinab, beim Hinauf- und/oder Hinabgehen auf Treppen und/oder über einzelne Stufen oder Absätze, beim Rückwärts- und/oder Seitwärtsgehen oder auch bei Drehbewegungen sinnvoll. Auch beim Abstoppen und Losgehen ist eine solche Veränderung des Widerstandes vorteilhaft. Nicht zuletzt kann eine Veränderung des Widerstandes in einem Sondermodus angewendet werden, der für spezielle Bewegungen und Sportarten wie dem Fahrradfahren, dem Skifahren oder dem Rollerfahren geeignet ist, insbesondere bei Belastung. Hierzu wird die Bewegungsgeschwindigkeit ermittelt, insbesondere die Gehgeschwindigkeit oder Fortbewegungsgeschwindigkeit, und bei Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit unter Belastung der Widerstand erhöht, bzw. bei Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit der Widerstand verringert. Bei der Standphase kann es sich um eine Bewegungsphase handeln, in der die orthopädietechnische Hilfseinrichtung mit einem Teil oder dem gesamten Körpergewicht belastet wird. In one embodiment, the change in resistance occurs in at least one movement or movement phase that differs from the standing phase of level walking. In particular, a change in resistance in the standing phase is useful when walking up and/or down slopes, when walking up and/or down stairs and/or over individual steps or ledges, when walking backwards and/or sideways or even when making turning movements. Such a change in resistance is also advantageous when stopping and starting. Last but not least, a change in resistance can be used in a special mode that is suitable for special movements and sports such as cycling, skiing or scootering, especially when under load. For this purpose, the speed of movement is determined, in particular the walking speed or speed of travel, and if the speed of movement is reduced under load, the resistance is increased, or if the speed of movement is increased, the resistance is reduced. The standing phase can be a movement phase in which the orthopaedic device is loaded with part or all of the body weight.

In einer Weiterbildung erfolgt die Widerstandsanpassung beim Abwärtsgehen auf geneigtem Untergrund und/oder beim Überwinden von Höhendifferenzen wie zum Beispiel Stufen so, dass eine Korrelation von Vorwärtsprogression und Abwärtsbewegung in der Standphase der versorgten Seite an die über Sensoren erfasste Untergrundneigung oder Höhendifferenz angepasst wird oder von dieser abhängt. Bei schnellerer Gehgeschwindigkeit ist es vorteilhaft bei gegebener Neigung oder Höhendifferenz schneller einzusinken bzw. den Körper abwärts zu bewegen. Ausgehend von einer ermittelten Korrelation von Vorwärts- und Abwärts- Geschwindigkeit, die für die ermittelte Untergrundneigung vorteilhaft ist, wird der Widerstand mit Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit erhöht, beziehungsweise mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit reduziert. Neben der Korrelation der Geschwindigkeiten kann auch die Korrelation der zurückgelegten Wege in Vorwärts- und Abwärtsrichtung über eine gewisse Zeitspanne für die Anpassung des Widerstandes herangezogen werden. Als Korrelation der Geschwindigkeiten oder zurückgelegten Wegstrecken kann beispielsweise der Quotient oder ein anderer funktioneller Zusammenhang herangezogen werden. In a further development, the resistance adjustment when walking downhill on an inclined surface and/or when overcoming height differences such as steps is carried out in such a way that a correlation of forward progression and downward movement in the standing phase of the treated side is adapted to the surface inclination or height difference recorded by sensors or depends on this. At a faster walking speed, it is advantageous to sink in more quickly or to move the body downwards at a given inclination or height difference. move. Based on a determined correlation of forward and downward speed, which is advantageous for the determined ground gradient, the resistance is increased as the speed of movement decreases, or reduced as the speed of movement increases. In addition to the correlation of the speeds, the correlation of the distances covered in forward and downward directions over a certain period of time can also be used to adjust the resistance. The quotient or another functional relationship can be used as a correlation of the speeds or distances covered.

Die Veränderung des Widerstandes kann abhängig von der Art der Bewegung, der Bewegungsphase, dem Untergrund, der Umgebung und/oder dem aktuellen Betriebsmodus des Hilfsmittels sein. Die Anpassung des Widerstandes kann zum Beispiel für das Treppensteigen anders gestaltet sein als für das Abwärtsgehen auf Neigungen. Es ist auch möglich, dass die Veränderung des Widerstandes mit der Geschwindigkeit individuell für die nutzende Person anpassbar ist, zum Beispiel für eine Anpassung an das Körpergewicht oder die persönliche Präferenz. Eine solche individuelle Anpassung kann über Bedienelemente oder auch ein App erfolgen. Die Art und/oder das Ausmaß der Veränderung des Widerstandes kann auch autonom durch die Hilfseinrichtung von Schritt zu Schritt oder während einer Bewegung adaptiert werden, um eine Anpassung an die nutzende Person oder an Komponenten der orthopädietechnischen Einrichtung, zum Beispiel einen Schuh oder eine Kosmetik, zu erzielen. The change in resistance can depend on the type of movement, the phase of movement, the surface, the environment and/or the current operating mode of the aid. The adjustment of the resistance can, for example, be designed differently for climbing stairs than for walking down slopes. It is also possible for the change in resistance and speed to be individually adjustable for the user, for example to adapt to body weight or personal preference. Such individual adjustment can be made via controls or an app. The type and/or extent of the change in resistance can also be adapted autonomously by the aid from step to step or during a movement in order to adapt to the user or to components of the orthopedic device, for example a shoe or cosmetics.

In einer Ausführung handelt es sich bei dem Widerstand um eine Kraft- oder Momenten-Charakteristik in Abhängigkeit von der Bewegung und/oder Position des Aktuators oder von Komponenten der orthopädietechnischen Einrichtung, wie zum Beispiel eine Reibung, eine Dämpfung, eine Elastizität, eine Federkraft oder dergleichen. Es kann sich sowohl um ein lineares als auch ein nichtlineares Verhalten handeln. Eine Veränderung des Widerstandes kann entsprechend durch die Veränderung eines Reibungswertes, einer Dämpfung, einer Steifigkeit, eines Nullpunkts und/oder dergleichen erreicht werden. Es können auch ein oder mehrere Parameter derartiger Charakteristiken im Sinne einer Widerstandsveränderung angepasst werden, zum Beispiel die Progressivität einer nichtlinearen Steifigkeit oder Dämpfung. Auch kann ein Widerstand durch eine Kombination mehrerer Charakteristiken erzeugt werden, zum Beispiel ein federndes und ein dämpfendes Verhalten, die in Serie oder parallel wirken. Die Charakteristiken, wie Steifigkeiten und Dämpfungen, können sich auch auf andere Freiheitsgrade als jene zwischen Ober- und Unterteil beziehen, zum Beispiel auf den Unterteilwinkel in Relation zur Richtung der Erdanziehung. Es kann zum Beispiel ein kniestreckendes Moment in einem linearen Zusammenhang mit der Unterschenkelneigung gegenüber der Richtung der Erdanziehung stehen, was einem linearen Federverhalten entspricht, und die Federsteifigkeit mit der Bewegungsgeschwindigkeit verändert werden. Ein Widerstand kann auch ein durch einen Aktuator aufgebrachtes Moment oder eine aufgebrachte Kraft sein; dieses Moment oder diese Kraft kann in Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit verändert werden. In one embodiment, the resistance is a force or moment characteristic depending on the movement and/or position of the actuator or components of the orthopaedic device, such as friction, damping, elasticity, spring force or the like. It can be either a linear or a non-linear behavior. A change in the resistance can be achieved by changing a friction value, damping, stiffness, zero point and/or the like. One or more parameters of such characteristics can also be adjusted in the sense of a change in resistance, for example the progressivity of a non-linear stiffness or damping. A resistance can also be achieved by a combination of several Characteristics are generated, for example a springy and a damping behavior, which act in series or in parallel. The characteristics, such as stiffness and damping, can also relate to degrees of freedom other than those between the upper and lower parts, for example the lower part angle in relation to the direction of gravity. For example, a knee-extending moment can be linearly related to the lower leg inclination in relation to the direction of gravity, which corresponds to a linear spring behavior, and the spring stiffness can be changed with the speed of movement. A resistance can also be a moment or force applied by an actuator; this moment or force can be changed depending on the speed of movement.

Bei einem aktiven elektromechanischen oder auch piezoelektrischen Aktuator können über Ströme und Spannungen Widerstände gegen eine Bewegung aufgebracht oder aber auch Bewegungen unterstützt werden. Es können daher Spannungen und/oder Ströme in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit verändert werden. Neben dem Aufbringen von Momenten und Momentenverläufen können über Steuerungsalgorithmen und Sensorinformationen über die Verschwenkbewegung von Oberteil und Unterteil Trajektorien verfolgt, Zielgrößen angesteuert oder Systemeigenschaften im Sinne einer Impedanz- oder Admittanz- Regelung emuliert werden. Zum Beispiel kann das Verhalten einer linearen oder nichtlinearen Feder, das Verhalten eines Dämpfers oder eine Trägheit emuliert werden oder eine Kombination mehrerer Eigenschaften, wodurch der Bewegungszustand von Oberteil und/oder Unterteil beeinflusst werden kann. Eine solche Ansteuerung bietet ein hohes Maß an Flexibilität. Durch derartige Steuerungen können Verschwenkbewegungen auch aktiv unterstützt werden. Wird zum Beispiel durch den Aktuator eine Federcharakteristik emuliert, wird einer Bewegung entgegen der Feder zunächst ein Widerstand entgegengebracht und bei einer Bewegungsumkehr die Bewegung unterstützt. Mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit kann beispielsweise die Steifigkeit dieser Federcharakteristik reduziert werden, wodurch sowohl der Widerstand gegen eine Bewegung als auch der Grad der Unterstützung in entgegengesetzte Bewegungsrichtung verringert werden. Auch andere Steuerungsstrategien können mit der Bewegungsgeschwindigkeit so angepasst werden, dass sich mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit ein geringerer Widerstand ergibt. Über Aktuatoren können auch Energiespeicher aktiviert und deaktiviert werden, zum Beispiel ein hydraulischer Federspeicher, Übersetzungen von Antrieben verändert und/oder diese ein- oder ausgekoppelt bzw. verriegelt werden. Diese Arten der Aktuierung können ebenfalls zur Beeinflussung der Verschwenkbewegung und Veränderung des Widerstandes angewendet werden. With an active electromechanical or piezoelectric actuator, resistance to a movement can be applied or movements can be supported using currents and voltages. Voltages and/or currents can therefore be changed depending on the speed of movement. In addition to applying moments and moment curves, control algorithms and sensor information can be used to track trajectories, control target variables or emulate system properties in the sense of impedance or admittance control via the pivoting movement of the upper and lower parts. For example, the behavior of a linear or non-linear spring, the behavior of a damper or inertia can be emulated, or a combination of several properties, whereby the state of movement of the upper and/or lower parts can be influenced. Such control offers a high degree of flexibility. Swiveling movements can also be actively supported using such controls. For example, if the actuator emulates a spring characteristic, a movement against the spring is initially resisted and if the movement is reversed, the movement is supported. For example, as the speed of movement increases, the stiffness of this spring characteristic can be reduced, thereby reducing both the resistance to a movement and the degree of support in the opposite direction of movement. Other control strategies can also be adjusted with the speed of movement so that the resistance decreases as the speed of movement increases. Actuators can also activate and deactivate energy storage devices, for example a hydraulic spring accumulator, change the gear ratios of drives and/or couple or lock them. These types of actuation can also be used to influence the swivel movement and change the resistance.

In einer Weiterbildung findet eine Überlagerung der Sensorsignale zur Veränderung des Widerstandes mit einem Biosignal statt, wobei das Biosignal von einem Mensch- Maschine-Interface (MMI) erfasst und der Steuerungseinrichtung übermittelt wird. Dadurch ist es möglich, den Widerstand, insbesondere den Flexionswiderstand, willentlich anzupassen. Die Ansteuerung über das MMI kann auch unterbewusst stattfinden und sich so in die natürliche Steuerung der Körperbewegung durch das Zentralnervensystem integrieren. Der Widerstand kann somit sowohl durch das willentliche und willkürliche Signal des Mensch-Maschine-Interface als auch durch die Sensorsignale hinsichtlich der Bewegungsgeschwindigkeit und gegebenenfalls der zusätzlichen Sensorsignale bestimmt werden. In einer Ausgestaltung ist das Mensch-Maschine-Interface eine Sensoreinrichtung, über die elektromyografische Signale erfasst und der Steuerungseinrichtung übermittelt werden. Durch die Anspannung der Muskulatur in dem Bereich der Elektroden wird ein Bewegungswiderstand der orthopädietechnischen Einrichtung, beispielsweise der Prothese oder Orthese, moduliert, insbesondere erhöht. Es kann sich sowohl um die Anspannung eines einzelnen Muskels als auch mehrerer Muskeln als auch einer oder mehrerer Muskelgruppen handeln. Es kann sich auch um die Intention einer oder mehrerer Muskelanspannungen oder der Beeinflussung einer Bewegung handeln, die beispielsweise über die Erfassung von Nervenimpulsen im zentralen oder peripheren Nervensystem ermittelt wird. Es können auch die Deformation von Geweben, die Leitfähigkeit von Geweben, die Absorption, Reflektion und/oder Ausbreitung von Schall und/oder elektromagnetischen Wellen in Gewebe, elektromagnetische-Felder, elektrische Potentiale, Stoffkonzentrationen, als auch elektrochemische Gradienten in Geweben als Biosignale herangezogen werden, insbesondere kann daraus auf die Ansteuerung von einem oder mehreren Muskeln geschlossen werden. Es ist auch möglich, dass durch das MMI Verfahren der Mustererkennung, der Signalverarbeitung, der Klassifikation und/oder der künstlichen Intelligenz auf die erfassten Biosignale angewendet werden und die daraus errechneten diskreten und/oder kontinuierlichen Werte der Steuerung als Biosignale zur Verfügung gestellt werden. Es können unterschiedliche Biosignale in unterschiedlichen Kontexten, Umgebungen, Betriebsmodi, Bewegungen und/oder Bewegungsphasen herangezogen werden. In a further development, the sensor signals are superimposed on a biosignal to change the resistance, whereby the biosignal is recorded by a human-machine interface (MMI) and transmitted to the control device. This makes it possible to adjust the resistance, in particular the flexion resistance, at will. The control via the MMI can also take place subconsciously and thus be integrated into the natural control of body movement by the central nervous system. The resistance can thus be determined both by the voluntary and arbitrary signal of the human-machine interface and by the sensor signals with regard to the speed of movement and, if applicable, the additional sensor signals. In one embodiment, the human-machine interface is a sensor device via which electromyographic signals are recorded and transmitted to the control device. By tensing the muscles in the area of the electrodes, the resistance to movement of the orthopedic device, for example the prosthesis or orthosis, is modulated, in particular increased. This can involve the tensing of a single muscle, several muscles, or one or more muscle groups. It can also be the intention of one or more muscle tensions or the influence of a movement, which is determined, for example, by recording nerve impulses in the central or peripheral nervous system. The deformation of tissues, the conductivity of tissues, the absorption, reflection and/or propagation of sound and/or electromagnetic waves in tissues, electromagnetic fields, electrical potentials, substance concentrations, as well as electrochemical gradients in tissues can also be used as biosignals, in particular this can be used to determine the control of one or more muscles. It is also possible that the MMI applies the method of pattern recognition, signal processing, classification and/or artificial intelligence to the recorded biosignals and the discrete and/or continuous values calculated from them to the control as biosignals. Different biosignals can be used in different contexts, environments, operating modes, movements and/or movement phases.

In einer Ausgestaltung ist in zumindest einer Bewegungsphase das Biosignal dem Signal der Bewegungsgeschwindigkeit in der Steuerungseinrichtung übergeordnet, sodass ohne das Biosignal keine Veränderung des Widerstandes mit der Geschwindigkeit erfolgt. Das Biosignal dient damit als sogenannter Trigger oder Auslöser für eine Veränderung des Widerstandes. Die Art und Weise der Veränderung wird dann über die Auswertung der Bewegungsgeschwindigkeit, gegebenenfalls in Verbindung mit anderen Sensorgrößen und von Sensordaten abgeleiteten Größen, verändert und angepasst. Es ist auch möglich, dass über die Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt wird, in welchem Ausmaß eine Beeinflussung oder Modulation des Widerstands über das Biosignal zulässig ist. So kann bei geringer Geschwindigkeit eine Widerstandsanpassung durch das Biosignal bis zu einer vollständigen Sperre möglich sein, während bei zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit nur noch eine geringe Erhöhung möglich ist. Bei Überschreitung eines Schwellwertes der Bewegungsgeschwindigkeit kann die Anpassung des Widerstandes durch das Biosignal auch vollständig unterbunden werden. Alternativ oder ergänzend kann die Sensitivität der Widerstandsveränderung in Abhängigkeit des Biosignals auf Grundlage der Geschwindigkeit verändert werden, insbesondere im Sinne einer geringeren Sensitivität bei höherer Geschwindigkeit. Das Biosignal ist insbesondere dazu geeignet, den Zeitpunkt und/oder die Dauer der Veränderung des Widerstandes zu definieren, während die Bewegungsgeschwindigkeit die Art und/oder das Ausmaß der Veränderung des Widerstandes bestimmt, gegebenenfalls zusammen mit anderen Sensorwerten und Indikatoren. In einer Ausgestaltung wird durch das Biosignal eine Widerstandsanpassung getriggert und diese über einen gewissen Zeitraum oder eine Bewegungsphase aufrechterhalten, auch wenn keine Ansteuerung über das Biosignal mehr erfolgt. Über das Biosignal kann neben einer kontinuierlichen Modulation auch eine diskrete Anpassung eines Widerstandsniveaus erfolgen, die einer kontinuierlichen oder disktreten Anpassung mit der Bewegungsgeschwindigkeit überlagert ist. In Abhängigkeit der Situation, des Bewegungsablaufes, der Bewegungsphase oder des Betriebsmodus kann die Steuerung über das Biosignal unterschiedlich ausgestaltet sein oder deaktiviert werden. In einer Ausgestaltung wird die Bewegungsgeschwindigkeit über eine Bewegungsphase gemittelt wird und die gemittelte Bewegungsgeschwindigkeit für die Steuerung herangezogen wird. In one embodiment, the biosignal is superior to the movement speed signal in the control device in at least one movement phase, so that without the biosignal there is no change in resistance with speed. The biosignal thus serves as a so-called trigger for a change in resistance. The type of change is then changed and adapted by evaluating the movement speed, possibly in conjunction with other sensor variables and variables derived from sensor data. It is also possible for the movement speed to determine the extent to which the resistance can be influenced or modulated via the biosignal. At low speeds, the resistance can be adjusted by the biosignal up to a complete block, while at increasing movement speeds only a small increase is possible. If a threshold value for the movement speed is exceeded, the resistance can also be completely prevented by the biosignal. Alternatively or additionally, the sensitivity of the resistance change can be changed depending on the biosignal based on the speed, in particular in the sense of lower sensitivity at higher speeds. The biosignal is particularly suitable for defining the time and/or duration of the change in resistance, while the movement speed determines the type and/or extent of the change in resistance, possibly together with other sensor values and indicators. In one embodiment, the biosignal triggers a resistance adjustment and maintains this over a certain period of time or movement phase, even if control via the biosignal no longer occurs. In addition to continuous modulation, the biosignal can also be used to discretely adjust a resistance level, which is superimposed on a continuous or discrete adjustment with the movement speed. Depending on the situation, the movement sequence, the movement phase or the operating mode, control via the biosignal can be designed differently or deactivated. In one embodiment, the movement speed is averaged over a movement phase and the averaged movement speed is used for control.

Die translatorische Geschwindigkeit in einer oder mehrere Richtungen von zumindest einer Komponente der orthopädischen Einrichtung, der Rumpfes, des Körperschwerpunkts und/oder der kontralateralen Seite kann aus Sensorwerten ermittelt und als Bewegungsgeschwindigkeit herangezogen werden, insbesondere eine Geschwindigkeitskomponente parallel zum Untergrund oder in horizontaler Richtung. The translational speed in one or more directions of at least one component of the orthopedic device, the torso, the center of gravity and/or the contralateral side can be determined from sensor values and used as the speed of movement, in particular a speed component parallel to the ground or in the horizontal direction.

Der Widerstand wird in zumindest einer Bewegungsphase einer Bewegung entgegengebracht, wobei in einer Ausgestaltung der Widerstand in zumindest einer Bewegungsphase einer Beugebewegung entgegenwirkt und/oder eine Streckbewegung unterstützt. Der Widerstand in zumindest einer Bewegungsphase unterstützt eine Bewegung aktiv, wenn bei gleichbleibender Wirkungsrichtung sich die Bewegungsrichtung ändert. Der Widerstand kann in einer Bewegungsphase mit Bewegungsumkehr angepasst werden, wobei der Widerstand einer Bewegung in einer ersten Bewegungsrichtung entgegengebracht und eine Bewegung in entgegengesetzter Bewegungsrichtung unterstützt. The resistance is applied to a movement in at least one movement phase, whereby in one embodiment the resistance in at least one movement phase counteracts a bending movement and/or supports a stretching movement. The resistance in at least one movement phase actively supports a movement when the direction of movement changes while the direction of action remains the same. The resistance can be adjusted in a movement phase with a reversal of movement, whereby the resistance counteracts a movement in a first direction of movement and supports a movement in the opposite direction of movement.

Eine Anpassung des Widerstands mit der Bewegungsgeschwindigkeit kann insbesondere beim Abwärtsgehen über eine oder mehrere Stufen, beim Abwärtsgehen auf Neigungen und/oder beim Abwärtsgehen über eine Höhendifferenz erfolgen. Ebenso erfolgt in einer Ausgestaltung eine Anpassung des Widerstands mit der Bewegungsgeschwindigkeit beim Abbremsen und/oder Stehenbleiben aus einer Bewegung heraus. An adjustment of the resistance with the speed of movement can take place in particular when walking down one or more steps, when walking down slopes and/or when walking down a height difference. In one embodiment, the resistance is also adjusted with the speed of movement when braking and/or stopping after a movement.

Eine Anpassung des Widerstandes kann beim Überwinden von Höhendifferenzen erfolgen, insbesondere dem Hinaufgehen über eine oder mehrere Stufen und/oder dem Hinaufgehen auf geneigtem Untergrund. The resistance can be adjusted when overcoming differences in height, in particular when climbing one or more steps and/or climbing on inclined surfaces.

Der Widerstand wird in einer Ausgestaltung mit abnehmender Bewegungsgeschwindigkeit bis auf eine Sperre oder bis zum Abstoppen der Bewegung von Oberteil und Unterteil zueinander erhöht. Bei dem Widerstand handelt es sich in einer Ausgestaltung um ein lineares oder nichtlineares, elastisches und/oder dämpfendes Verhalten in Abhängigkeit der Verschwenkbewegung zwischen Oberteil und Unterteil und/oder von durch Sensoren erfassten Bewegungen und/oder Belastungen. In one embodiment, the resistance is increased with decreasing movement speed until a lock or until the movement of the upper part and lower part relative to each other stops. In one embodiment, the resistance is a linear or non-linear, elastic and/or damping behavior depending on the pivoting movement between the upper part and the lower part and/or on movements and/or loads detected by sensors.

Eine Veränderung des Widerstands kann durch Anpassung eines oder mehrerer Parameter eines elastischen und/oder dämpfenden Verhaltens erfolgen. Der Widerstand kann mit der Bewegungsgeschwindigkeit so verändert werden, dass die horizontale und vertikale Bewegungsgeschwindigkeit und/oder ein horizontal und vertikal zurückgelegter Weg in zumindest einer Bewegungsphase miteinander korrelieren, insbesondere in einem Verhältnis, welches von der über Sensoren ermittelten Untergrundneigung oder einer zu überwindenden Höhendifferenz abhängt. Die Korrelation des Widerstandes mit der Bewegungsgeschwindigkeit kann in Abhängigkeit des Betriebsmodus, der Bewegung, der Bewegungsphase und/oder dem Untergrund verändert werden. A change in resistance can be made by adjusting one or more parameters of an elastic and/or damping behavior. The resistance can be changed with the speed of movement so that the horizontal and vertical speed of movement and/or a horizontal and vertical path traveled correlate with each other in at least one movement phase, in particular in a ratio that depends on the slope of the ground determined by sensors or a height difference to be overcome. The correlation of the resistance with the speed of movement can be changed depending on the operating mode, the movement, the movement phase and/or the ground.

Die Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens können miteinander und/oder mit anderen Steuerungsverfahren und Ausgestaltungen kombiniert werden, beispielsweise mit aus dem Stand der Technik bekannten Steuerungsverfahren. Nachfolgend werden Beispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen: The embodiments and further developments of the method can be combined with one another and/or with other control methods and embodiments, for example with control methods known from the prior art. Examples of the invention are explained in more detail below with reference to the attached figures. They show:

Figur 1 - eine schematische Darstellung eines Prothesenbeines; Figure 1 - a schematic representation of a prosthetic leg;

Figur 2 - einen schematischen Bewegungsablauf und eine Geschwindigkeitsbestimmung; Figure 2 - a schematic movement sequence and a speed determination;

Figur 3 - eine Widerstandverlauf über die Geschwindigkeit; Figure 3 - a resistance curve versus speed;

Figur 4 - eine Widerstands- und Geschwindigkeitsverlauf über die Zeit; Figure 4 - a resistance and velocity curve over time;

Figur 5 - verschiedene Widerstandsverläufe über die Zeit; Figure 5 - different resistance curves over time;

Figur 6 - einen Zusammenhang von Biosignal und Widerstandsverlauf; Figure 6 - a relationship between biosignal and resistance curve;

Figur 7 - eine Variante der Figur 6; Figure 7 - a variant of Figure 6;

Figur 8 eine Ausgestaltung der Steuerung; sowie Figure 8 shows a design of the control system; and

Figur 9 - unterschiedliche Ansteuerungs-Charakteristiken eine Aktuators Figure 9 - different control characteristics of an actuator

In der Figur 1 ist in einer schematischen Darstellung ein Prothesenkniegelenk als Teil einer Prothese dargestellt. Das Prothesenkniegelenk weist ein Oberteil 10 und ein Unterteil 20 auf, die um eine Schwenkachse 15 schwenkbar aneinander gelagert sind. An dem Unterteil 20 ist ein Prothesenfuß 60 an dem distalen Ende angeordnet. In der Ausgestaltung als Prothesenbein gemäß Figur 1 ist an dem Oberteil 10 ein Prothesenschaft oder eine andere Einrichtung zur Aufnahme eines Oberschenkelstumpfes oder zur Festlegung an einer Person angeordnet oder ausgebildet. Zwischen dem Oberteil 10 und dem Unterteil 20 ist eine Widerstandseinrichtung 30 als ein linear wirkender Hydraulikaktuator angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der hydraulische Aktuator 30 mit einer Hydraulikkammer oder einem Zylinder ausgebildet, der in einem Gehäuse oder Grundkörper 31 angeordnet oder ausgebildet ist. In dem Zylinder ist ein Kolben 32 verschieblich gelagert. Der Kolben 32 ist entlang der Längserstreckung des Zylinders verlagerbar und an einer Kolbenstange 33 befestigt, die aus dem Gehäuse oder Grundkörper 31 hinausragt. Der Kolben 32 unterteilt den Zylinder in Kammern, die über eine Hydraulikleitung in strömungstechnischer Verbindung miteinander stehen. Der Grundkörper 31 oder das Gehäuse kann verschwenkbar an dem Unterteil 20 an einer Befestigungsstelle 23 gelagert sein, um eine Verkantung des Kolbens 32 bei einer Verschwenkbewegung des Oberteils 10 relativ zu dem Unterteil 20 zu verhindern. Das dem Kolben 32 abgewandte Ende der Kolbenstange 33 ist an dem Oberteil 10, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an einem Ausleger zur Vergrößerung des Abstandes zu der Schwenkachse 15, an einer oberen Befestigungsstelle 21 befestigt. Bei einer Flexion wird der Kolben 32 nach unten gedrückt, sodass sich das Volumen einer Flexionskammer verkleinert, korrespondierend dazu vergrößert sich das Volumen einer Extensionskammer, verringert um das Volumen der einfahrenden Kolbenstange 33. In dem Gehäuse 31 kann zur Erzeugung eines Druckes innerhalb einer der Kammern ein Elektromotor angeordnet sein, der eine nicht dargestellte Pumpe antreibt, um das Hydraulikfluid innerhalb einer der beiden Kammern mit einem Druck zu beaufschlagen und dadurch den Kolben 32 innerhalb des Zylinders in die eine oder andere Richtung zu bewegen. Dadurch wird eine Flexionsbewegung oder eine Extensionsbewegung der orthopädietechnischen Einrichtung in Gestalt des Prothesenbeines bewirkt. Der Elektromotor zum Antreiben der Pumpe ist eine Option, die in einer Ausführungsform in Kombination mit dem hydraulischen Aktuator 30 eingesetzt werden kann. Grundsätzlich ist ein Antrieb oder Motor bei einem passiven Prothesenkniegelenk nicht notwendig. Eine alternative Ausgestaltung zu der Ausgestaltung des Aktuators 30 als passiven Lineardämpfer, insbesondere Linearhydraulik, ist ein Rotationsdämpfer, insbesondere eine Rotationshydraulik, eine magnetorheologische Widerstandseinrichtung oder ein Elektromotor, insbesondere in Kombination mit einem Getriebe oder einem Spindeltrieb. Der Elektromotor kann dabei im Generatorbetrieb betrieben werden. Auch eine Kombination mehrere der genannten Widerstandseinrichtungen als Aktuator sind in einer Ausgestaltung verwirklicht. Figure 1 shows a schematic representation of a prosthetic knee joint as part of a prosthesis. The prosthetic knee joint has an upper part 10 and a Lower part 20, which are pivotably mounted on one another about a pivot axis 15. A prosthetic foot 60 is arranged on the lower part 20 at the distal end. In the design as a prosthetic leg according to Figure 1, a prosthetic shaft or another device for receiving a thigh stump or for securing to a person is arranged or formed on the upper part 10. A resistance device 30 as a linearly acting hydraulic actuator is arranged between the upper part 10 and the lower part 20. In the exemplary embodiment shown, the hydraulic actuator 30 is designed with a hydraulic chamber or a cylinder, which is arranged or formed in a housing or base body 31. A piston 32 is displaceably mounted in the cylinder. The piston 32 can be displaced along the longitudinal extent of the cylinder and is fastened to a piston rod 33, which protrudes from the housing or base body 31. The piston 32 divides the cylinder into chambers that are fluidically connected to one another via a hydraulic line. The base body 31 or the housing can be pivotably mounted on the lower part 20 at a fastening point 23 in order to prevent the piston 32 from tilting during a pivoting movement of the upper part 10 relative to the lower part 20. The end of the piston rod 33 facing away from the piston 32 is attached to the upper part 10, in the embodiment shown on a boom to increase the distance to the pivot axis 15, at an upper fastening point 21. During flexion, the piston 32 is pressed downwards so that the volume of a flexion chamber decreases, and correspondingly the volume of an extension chamber increases, reduced by the volume of the retracting piston rod 33. An electric motor can be arranged in the housing 31 to generate a pressure within one of the chambers, which drives a pump (not shown) in order to apply pressure to the hydraulic fluid within one of the two chambers and thereby move the piston 32 within the cylinder in one direction or the other. This causes a flexion movement or an extension movement of the orthopedic device in the form of the prosthetic leg. The electric motor for driving the pump is an option that can be used in one embodiment in combination with the hydraulic actuator 30. In principle, a drive or motor is not necessary for a passive prosthetic knee joint. An alternative design to the design of the actuator 30 as a passive linear damper, in particular linear hydraulics, is a Rotational damper, in particular a rotational hydraulic system, a magnetorheological resistance device or an electric motor, in particular in combination with a gear or a spindle drive. The electric motor can be operated in generator mode. A combination of several of the aforementioned resistance devices as an actuator is also implemented in one embodiment.

Innerhalb des Gehäuses 31 oder an dem Gehäuse 31 ist ein Antrieb 34 angeordnet, der mit zumindest einem Stellventil 35 gekoppelt ist, über das oder die der hydraulische Widerstand in dem Aktuator 30 verändert werden kann. Der Aktuator 30 und insbesondere der Antrieb 34 ist mit einer Steuerungseinrichtung 40 gekoppelt, die auf der Grundlage von Sensorwerten den Antrieb 34 aktiviert, deaktiviert oder moduliert, um so einen angepassten Widerstand durch den passiv ausgebildeten Aktuator 30 bereitstellen zu können. Bei einer Ausgestaltung des Aktuators 30 als eine magnetorheologische Widerstandseinrichtung erfolgt die Veränderung der Widerstände durch Aktivierung, Deaktivierung oder Modulierung eines Magnetfeldes, der Antrieb 34 ist dann der Elektromagnet oder die Magnetspule. Bei der Ausgestaltung des Aktuators 30 als aktiver Antrieb mit einem Elektromotor erfolgt die Veränderung des Widerstandes durch die Aktivierung, Deaktivierung oder Modulierung von Spannungen welche das vom Elektromotor erzeugte Moment beeinflussen. A drive 34 is arranged inside the housing 31 or on the housing 31 and is coupled to at least one control valve 35, via which the hydraulic resistance in the actuator 30 can be changed. The actuator 30 and in particular the drive 34 is coupled to a control device 40 which activates, deactivates or modulates the drive 34 on the basis of sensor values in order to be able to provide an adapted resistance through the passively designed actuator 30. When the actuator 30 is designed as a magnetorheological resistance device, the resistances are changed by activating, deactivating or modulating a magnetic field, the drive 34 is then the electromagnet or the magnetic coil. When the actuator 30 is designed as an active drive with an electric motor, the resistance is changed by activating, deactivating or modulating voltages which influence the torque generated by the electric motor.

Sowohl an dem Oberteil 10 als auch an dem Unterteil 20 ist zumindest ein Sensor 50 zur Erfassung der Raumorientierung des Unterteils 20 bzw. des Oberteils 10 angeordnet. Insbesondere ist der Sensor 50 zur Erfassung der Raumorientierung nur an dem Oberteil 10 angeordnet. Über diesen Sensor 50, der beispielsweise als IMU (inertial measurement unit) ausgebildet sein kann, wird während der Benutzung des Prothesenkniegelenkes der Raumwinkel oder der Absolutwinkel zu einer festen Raumorientierung, beispielsweise der Richtung der Erdanziehung, ermittelt. Statt in einer Ausbildung als IMU zur Erfassung von Raumlagen kann der entsprechende Sensor 50 auch andere Zustandsdaten erfassen, insbesondere Zustandsdaten, die das künstliche Kniegelenk betreffen. Als Zustandsdaten werden insbesondere Positionen, Winkelstellungen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Kräfte sowie deren Verläufe oder Änderungen erfasst. Der ermittelte Raumwinkel des Oberteils 10 und/oder des Unterteils 20 oder eine andere Zustandsgröße wird mit einem Schwellwinkel verglichen. Bei Erreichen oder Überschreiten eines Schwellwertes, der in einer Steuerungseinrichtung 40 für den jeweiligen Sensorwert oder einer daraus abgeleiteten Größe abgelegt ist, wird der Antrieb 34 moduliert, aktiviert oder deaktiviert, um den Strömungswiderstand in dem Aktuator 30 in der Ausgestaltung als Hydraulikdämpfer, die Viskosität, die Bremskraft, das Moment, die Steifigkeit oder die der Flexionsbewegung entgegenwirkende Kraft anderweitig zu verändern. At least one sensor 50 for detecting the spatial orientation of the lower part 20 or the upper part 10 is arranged on both the upper part 10 and the lower part 20. In particular, the sensor 50 for detecting the spatial orientation is only arranged on the upper part 10. This sensor 50, which can be designed as an IMU (inertial measurement unit), for example, is used to determine the spatial angle or the absolute angle to a fixed spatial orientation, for example the direction of gravity, during use of the prosthetic knee joint. Instead of being designed as an IMU for detecting spatial positions, the corresponding sensor 50 can also detect other status data, in particular status data relating to the artificial knee joint. In particular, positions, angular positions, speeds, accelerations, forces and their progressions or changes are recorded as status data. The determined spatial angle of the upper part 10 and/or the lower part 20 or another status variable is compared with a threshold angle. When a threshold value is reached or exceeded, the is stored in a control device 40 for the respective sensor value or a variable derived therefrom, the drive 34 is modulated, activated or deactivated in order to otherwise change the flow resistance in the actuator 30 in the design as a hydraulic damper, the viscosity, the braking force, the torque, the stiffness or the force counteracting the flexion movement.

Der Aktuator 30 in einem künstlichen Kniegelenk dient üblicherweise dazu, eine Flexionsbewegung und eine Extensionsbewegung zu modulieren, um einen angemessenen oder gewünschten Bewegungsablauf zu erzeugen oder zu unterstützen. Eine Extensionsbewegung wird ggf. unterstützt und vorteilhafterweise kurz vor Erreichen einer maximalen Streckung abgebremst, um ein hartes Anschlägen zu vermeiden. Eine Flexionsbewegung wird in der Standphase und in der Schwungphase abgebremst oder unterbunden, um eine Begrenzung der Einbeugung zu gewährleisten. Um den Antrieb 34 zum Betätigen des Stellventils 35 antreiben zu können, ist ebenfalls ein Energiespeicher insbesondere in Gestalt eines Akkumulators dem Antrieb 34 zugeordnet. Der Energiespeicher kann unmittelbar neben dem Antrieb 34 oder auch an einer anderen Stelle der orthopädietechnischen Einrichtung angeordnet sein, wo mehr Raum zur Verfügung steht oder wo dies aufgrund der Gewichtsverteilung vorteilhaft erscheint. The actuator 30 in an artificial knee joint is usually used to modulate a flexion movement and an extension movement in order to generate or support an appropriate or desired movement sequence. An extension movement is supported if necessary and advantageously braked shortly before reaching maximum extension in order to avoid a hard impact. A flexion movement is braked or prevented in the stance phase and in the swing phase in order to ensure that the flexion is limited. In order to be able to drive the drive 34 to actuate the control valve 35, an energy storage device, in particular in the form of an accumulator, is also assigned to the drive 34. The energy storage device can be arranged directly next to the drive 34 or at another location in the orthopedic device where more space is available or where this appears advantageous due to the weight distribution.

Weiterhin sind an der Prothese oder Orthese die Steuerungseinrichtung 40 sowie zumindest eine Winkelerfassungseinrichtung als Sensor 50 angeordnet. Die Winkelerfassungseinrichtung 50 erfasst den Winkel zwischen dem Oberteil 10 und dem Unterteil 20 und ist beispielsweise als direkter Winkelsensor ausgebildet, der unmittelbar den Winkel detektiert. Alternativ kann der Winkel zwischen dem Oberteil 10 und dem Unterteil 20 über eine Auswertung der Sensordaten zweier Raumlagesensoren 50 ermittelt werden. Beide Verfahren können auch gleichzeitig oder einander ergänzend eingesetzt werden. Alle an der Prothese oder Orthese angeordneten Sensoren sind mit der Steuerungseinrichtung 40 gekoppelt und deren Sensorwerte dienen als Grundlage zur Steuerung des Antriebes 34 des Aktuators 30, wenn dieser als Dämpfer ausgebildet ist, bzw. als Eingangssignale für eine Motorsteuerung, wenn der Aktuator 30 als Motor ausgebildet ist. Für den Fall einer magnetorheologischen Dämpfung dienen die Sensorwerte zur Steuerung des Magnetfeldes bzw. dessen Veränderung. Auf der Grundlage der Sensordaten, insbesondere der Raumlagen und/oder Winkelpositionen ebenso wie Positionsdaten und Daten zur Belastung, Orientierung, Beschleunigung und/oder Deformation weiterer Komponenten wird der Antrieb 34 angesteuert, um einen Verschwenkungswiderstand durch den Aktuator 30 zu verringern oder zu vergrößern. Furthermore, the control device 40 and at least one angle detection device as a sensor 50 are arranged on the prosthesis or orthosis. The angle detection device 50 detects the angle between the upper part 10 and the lower part 20 and is designed, for example, as a direct angle sensor that detects the angle directly. Alternatively, the angle between the upper part 10 and the lower part 20 can be determined by evaluating the sensor data from two spatial position sensors 50. Both methods can also be used simultaneously or in addition to one another. All sensors arranged on the prosthesis or orthosis are coupled to the control device 40 and their sensor values serve as the basis for controlling the drive 34 of the actuator 30 if this is designed as a damper, or as input signals for a motor control if the actuator 30 is designed as a motor. In the case of magnetorheological damping, the sensor values are used to control the magnetic field or its change. Based on the sensor data, in particular the spatial positions and/or angular positions as well as position data and data on the load, orientation, acceleration and/or deformation of other components, the drive 34 is controlled in order to reduce or increase a swivel resistance by the actuator 30.

Weiterhin ist ein Mensch-Maschine-Interface 100 der Prothese zugeordnet, über das ein Biosignal von dem Menschen der Steuerungseinrichtung 40 übermittelt werden kann. Das Mensch-Maschine-Interface (MMI) 100 als Schalter oder Sensor kann in einer separaten Komponente untergebracht oder beispielsweise Teil der Prothese sein. Das MMI übermittelt drahtlos oder Drahtgebunden ein Biosignal an die Steuerungseinrichtung 40 und löst damit beispielsweise eine Erhöhung des Flexionswiderstandes zu Beginn der Standphase aus, wobei die Erhöhung in der Standphase durch die Auswertung der Sensorwerte der Sensoren 50 oder zumindest eines der Sensoren 50 moduliert wird. Das MMI 100 gibt somit nur das Anfangssignal, das im weiteren Verlauf der Bewegung dann sensorgestützt und autonom angepasst wird. Furthermore, a human-machine interface 100 is assigned to the prosthesis, via which a biosignal can be transmitted from the human to the control device 40. The human-machine interface (MMI) 100 as a switch or sensor can be housed in a separate component or, for example, be part of the prosthesis. The MMI transmits a biosignal to the control device 40 wirelessly or via a wire and thereby triggers, for example, an increase in the flexion resistance at the beginning of the stance phase, whereby the increase in the stance phase is modulated by the evaluation of the sensor values of the sensors 50 or at least one of the sensors 50. The MMI 100 therefore only gives the initial signal, which is then adjusted sensor-supported and autonomously as the movement progresses.

In der Figur 2 ist schematisch ein Prothesenbein mit einem Oberteil 10 in Gestalt eines Prothesenschaftes mit einer daran angeordneten Gelenkkomponente sowie einem Unterschenkelteil als Unterteil 20 dargestellt, die gelenkig aneinander angeordnet sind. Innerhalb des Oberteils 10 ist ein MMI 80 in Gestalt einer Sensoranordnung zur Erfassung myoelektrischer Signale untergebracht. Wenn beispielsweise Kontraktionen von Oberschenkelmuskeln gemessen werden, wird dieses Biosignal, das durch MMI 80 erfasst wird, der Steuerungseinrichtung 40 übermittelt und dient zur Auslösung der Widerstandsveränderung. In der Figur 2 ist ebenfalls eine Beinsehne 70 eingezeichnet, die sich proximal von dem Hüftdrehpunkt 71 bis zu einem Fußpunkt 72 erstreckt. Die Veränderung des Widerstandes über den Aktuator wird in Abhängigkeit von der Gehgeschwindigkeit in der Standphase vorgenommen. Die Gehgeschwindigkeit ist dabei die Bewegungsgeschwindigkeit des gesamten Körpers in der Standphase von dem Fersenstoß, der zu dem Zeitpunkt tO dargestellt ist, bis zu dem Ende der Standphase. Der Zeitpunkt t1 stellt einen Zeitpunkt in der terminalen Standphase dar. Die Bewegungsgeschwindigkeit ist in der Standphase nicht zwangsweise konstant, sondern kann mit der Zeit variieren. Die Hüfte oder der Hüftdrehpunkt 71 bewegt sich für diesen Fall in Gehrichtung nach vorne, während der Prothesenfuß auf dem Boden bleibt und damit auch im Wesentlichen der Fußdrehpunkt 72 stationär bleibt. Die Gehgeschwindigkeit kann aus dem zurückgelegten Weg zwischen zwei Zeitpunkten ermittelt werden, zum Beispiel dem Weg Ax in der Zeit zwischen tO bis t1 . Neben der mittleren Geschwindigkeit über einen längeren Zeitraum über die Sekante S kann auch die Momentangeschwindigkeit über die Tangente T aus der Bewegung bestimmt werden, was in der rechten Darstellung der Figur 2 dargestellt ist. Figure 2 shows a schematic representation of a prosthetic leg with an upper part 10 in the form of a prosthetic shaft with a joint component arranged thereon and a lower leg part as a lower part 20, which are arranged in an articulated manner to one another. An MMI 80 in the form of a sensor arrangement for detecting myoelectric signals is housed within the upper part 10. If, for example, contractions of thigh muscles are measured, this biosignal, which is detected by the MMI 80, is transmitted to the control device 40 and serves to trigger the change in resistance. Figure 2 also shows a leg tendon 70 which extends proximally from the hip pivot point 71 to a foot point 72. The change in resistance via the actuator is carried out depending on the walking speed in the stance phase. The walking speed is the movement speed of the entire body in the stance phase from the heel strike, which is shown at the time tO, to the end of the stance phase. The time t1 represents a time in the terminal stance phase. The speed of movement is not necessarily constant in the stance phase, but can vary over time. In this case, the hip or the hip pivot point 71 moves forward in the walking direction, while the prosthetic foot remains on the ground and thus the foot pivot point 72 also essentially remains stationary. The walking speed can can be determined from the distance traveled between two points in time, for example the distance Ax in the time between tO and t1 . In addition to the average speed over a longer period of time via the secant S, the instantaneous speed can also be determined from the movement via the tangent T, which is shown in the right-hand illustration of Figure 2.

Eine Anpassung des Widerstandes gegen eine Verlagerung des Unterteils 10 relativ zu dem Urteil 20, insbesondere gegen eine Flexion in der Standphase, erfolgt insbesondere in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der das Bein bewegt wird. Die Anpassung erfolgt insbesondere in Abhängigkeit von der Gehgeschwindigkeit. Bei einem Widerstand gegen die Flexion kann es sich um einen passiven Widerstand handeln, bei dem beispielsweise über eine Dämpfung Bewegungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird, oder um eine der Bewegung entgegengebrachte Kraft eines aktiven Aktuators. Ein gegen eine Verlagerung in eine Bewegungsrichtung wirkender Widerstand kann in entgegengesetzter Bewegungsrichtung aktiv unterstützend wirken. Neben der Bewegungsgeschwindigkeit, insbesondere der Gehgeschwindigkeit, können auch andere translatorische oder rotatorische Geschwindigkeiten beispielsweise des Oberteils 10 oder des Unterteils 20 herangezogen werden, die eine Bewegungsgeschwindigkeit charakterisieren. Solche anderen Bewegungsgeschwindigkeiten können auch auftreten, wenn eine Bewegung ausgeführt wird, die vom Gehen abweicht. An adjustment of the resistance to a displacement of the lower part 10 relative to the leg 20, in particular to flexion in the stance phase, takes place in particular as a function of the speed at which the leg is moved. The adjustment takes place in particular as a function of the walking speed. Resistance to flexion can be a passive resistance in which, for example, kinetic energy is converted into thermal energy via damping, or a force exerted against the movement by an active actuator. A resistance acting against a displacement in one direction of movement can have an actively supporting effect in the opposite direction of movement. In addition to the speed of movement, in particular the walking speed, other translational or rotational speeds, for example of the upper part 10 or the lower part 20, can also be used to characterize a speed of movement. Such other speeds of movement can also occur when a movement is carried out that deviates from walking.

Der Beugewiderstand in dem Kniegelenk in der Standphase wird mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit reduziert. In der Figur 3 ist dabei der Zusammenhang zwischen dem mittleren Niveau des Bewegungswiderstandes R‘ über der Bewegungsgeschwindigkeit v aufgetragen. Das mittlere Niveau des Bewegungswiderstandes R‘ wird mit zunehmender Gehgeschwindigkeit v reduziert, wobei sich bei geringer Gehgeschwindigkeit v und einer vergleichsweise hohen Gehgeschwindigkeit v eine Sättigung einstellt und sich die Kurve jeweils an einen Grenzwert annähert. Den Flexionswiderstand in der Standphase mit zunehmender Geschwindigkeit zu reduzieren ist beispielsweise auch beim Abwärtsgehen auf Rampen sinnvoll. Je langsamer die Gehgeschwindigkeit ist, desto länger dauert die Standphase und desto kleiner wird die Schrittlänge. Gleiches gilt für das Gehen in der Ebene. Dementsprechend ist es vorteilhaft, den Flexionswiderstand beim langsamen Gehen hoch zu wählen, damit nur ein langsames Absinken erfolgt und der Nutzer der Prothese oder Orthese nicht aufwendig den Körperschwerpunkt anheben muss. Bei einem schnellen Gehen ist bei einer kurzen Dauer der Standphase die Verringerung des Flexionswiderstandes vorteilhaft, damit der Nutzer tiefer einsinken kann, z.B. um den Impuls des Körpers abzufangen. Beim Gehen in der Ebene mit einer hohen Gehgeschwindigkeit wird durch eine Verringerung des Flexionswiderstandes nicht nur der kürzeren Dauer der Standphase, sondern auch dem stärker antreibenden Hüftmoment Rechnung getragen. Auch bei Bremsschritten ist es von Vorteil, bei höheren Geschwindigkeiten, beispielsweise bei einer schnellen Vorwärtsrotation des Unterschenkels und/oder der Beinsehne, einen geringeren Widerstand zu wählen, da die hohe kinetische Energie des Körpers abgefangen werden muss. Bei einer hohen Geschwindigkeit ist es vorteilhaft, den Körper bei einem geringeren Widerstand über eine größere Strecke, also über einen größeren Flexionswinkel, abzubremsen, während bei geringerer Geschwindigkeit ein schnelleres, präzises Abbremsen vorteilhaft ist. Da sich bei einem Abbremsen die Geschwindigkeit kontinuierlich reduziert, kann dies bei einer dynamischen Veränderung des Widerstandes mit der Geschwindigkeit zu einer allmählichen Erhöhung des Widerstandes führen. Die Rückkopplung aus Widerstand und Geschwindigkeit mit einer Widerstandserhöhung bei einer verringerten Geschwindigkeit führt dann im Bewegungsablauf zu einem progressiven Abbremsen und einem progressiven Widerstandsverlauf, der auch fließend in eine Sperrung oder in die Stehfunktion mit einem sehr stark erhöhten Flexionswiderstand übergehen kann. Damit kann ein entspanntes Stehen bei gebeugtem Gelenk ermöglicht werden. The flexion resistance in the knee joint in the stance phase is reduced with increasing movement speed. Figure 3 shows the relationship between the average level of movement resistance R' and the movement speed v. The average level of movement resistance R' is reduced with increasing walking speed v, whereby at low walking speed v and a comparatively high walking speed v saturation occurs and the curve approaches a limit value. Reducing the flexion resistance in the stance phase with increasing speed is also useful when walking down ramps, for example. The slower the walking speed, the longer the stance phase lasts and the smaller the step length. The same applies to walking on level ground. Accordingly, it is advantageous to reduce the flexion resistance when walking. When walking slowly, it is best to choose a high resistance so that the descent is slow and the user of the prosthesis or orthosis does not have to laboriously raise the body's center of gravity. When walking quickly and in a short stance phase, it is advantageous to reduce the flexion resistance so that the user can sink deeper, e.g. to absorb the body's momentum. When walking on level ground at a high walking speed, reducing the flexion resistance not only takes into account the shorter stance phase, but also the stronger driving hip moment. When braking, it is also advantageous to choose a lower resistance at higher speeds, for example when the lower leg and/or leg tendon are rotating quickly forwards, as the body's high kinetic energy must be absorbed. At high speeds, it is advantageous to brake the body over a greater distance, i.e. over a larger flexion angle, with less resistance, while at lower speeds, faster, more precise braking is advantageous. Since the speed is continuously reduced when braking, this can lead to a gradual increase in resistance if the resistance changes dynamically with the speed. The feedback between resistance and speed with an increase in resistance at a reduced speed then leads to a progressive braking and a progressive resistance curve in the movement sequence, which can also smoothly transition into a blocking or into the standing function with a very strongly increased flexion resistance. This can enable relaxed standing with the joint bent.

In der Figur 4 ist ein beispielhafter Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit v und des Widerstandes R bei einer dynamischen Kopplung bei einem Bremsschritt dargestellt. Ausgehend von einer anfänglichen Geschwindigkeit v und einem anfänglichen Widerstand R wird der Körper abgebremst. Dadurch verringert sich die Geschwindigkeit v, was wiederum dazu führt, dass der Widerstand R sich erhöht, sodass sich eine progressive Verringerung der Geschwindigkeit v und damit eine progressive Erhöhung des Widerstandes R ergibt, bis die nutzende Position zum Stillstand kommt bzw. das Gelenk zum Beispiel verriegelt ist. Figure 4 shows an example of the movement speed v and the resistance R in a dynamic coupling during a braking step. Starting from an initial speed v and an initial resistance R, the body is braked. This reduces the speed v, which in turn leads to an increase in the resistance R, resulting in a progressive reduction in the speed v and thus a progressive increase in the resistance R, until the position used comes to a standstill or the joint is locked, for example.

Das Anheben des Widerstandsniveaus R‘ in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit kann auf unterschiedliche Arten und Weisen geschehen, von denen zwei in der Figur 5 dargestellt sind. In der linken Darstellung erfolgt eine reine Anhebung des Widerstandsverlaufes mit abnehmender Geschwindigkeit v, wobei die Charakteristik oder der Verlauf als solcher im Wesentlichen unverändert bleibt. Die Abhängigkeit des Widerstandsniveaus als Funktion der Geschwindigkeit kann ähnlich zu dem in Figur 3 dargestellten Verlauf gewählt werden. In der rechten Darstellung wird die Form des Verlaufes des mittleren Widerstandsniveaus R‘ verändert, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Änderungsrate und der Zeitpunkt der Widerstandsänderung verändert. Die Veränderung des Widerstandsniveaus kann von einem Betriebsmodus der orthopädietechnischen Einrichtung, der Art der Bewegung oder von der Bewegungsphase abhängen. Es ist auch möglich, dass nur in gewissen Betriebsmodi, Bewegungen oder Bewegungsphasen eine Änderung des Widerstandniveaus vorgenommen wird. In Figur 5 rechts sind für zwei unterschiedliche Bewegungsphasen, gekennzeichnet als R1‘(v) und R2‘(v), unterschiedliche Abhängigkeiten des Widerstandsniveaus R‘ von der Geschwindigkeit v dargestellt, wobei in einer mittleren Bewegungsphase keine Anpassung des Widerstandsniveaus mit der Geschwindigkeit vorgenommen wird. Raising the resistance level R' depending on the speed of movement can be done in different ways, two of which are shown in Figure 5. In the left-hand illustration, the resistance curve is purely increased with decreasing speed v, whereby the characteristic or the curve as such remains essentially unchanged. The dependence of the resistance level as a function of the speed can be selected similarly to the curve shown in Figure 3. In the right-hand illustration, the shape of the curve of the average resistance level R' is changed; in the exemplary embodiment shown, the rate of change and the time of the resistance change are changed. The change in the resistance level can depend on an operating mode of the orthopedic device, the type of movement or the movement phase. It is also possible that a change in the resistance level is only made in certain operating modes, movements or movement phases. In Figure 5 on the right, different dependencies of the resistance level R' on the speed v are shown for two different movement phases, marked as R1'(v) and R2'(v), whereby in a middle movement phase, no adjustment of the resistance level with the speed is made.

Neben dem Gehen in der Ebene, dem Gehen auf Rampen und geneigten Untergründen, über Stufen oder bei einem Bremsschritt kann eine Anpassung des Flexionswiderstandes in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit entweder der Person oder eines Teils der Orthese oder Prothese in Situationen sinnvoll sein, die vom Gehen abweichen, beispielsweise beim Hinknien, beim Hinsetzen oder beim in die Hocke Gehen. Beispielsweise kann die Verlagerung eines Körperschwerpunktes oder die Geschwindigkeit einer Verschwenkbewegung oder Abrollbewegung nach vorne oder hinten als Bewegungsgeschwindigkeit herangezogen und bei einer Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit eine Verringerung des Flexionswiderstand des eingeleitet werden. In addition to walking on level ground, walking on ramps and inclined surfaces, over steps or when braking, adjusting the flexion resistance depending on the speed of movement of either the person or a part of the orthosis or prosthesis can be useful in situations that deviate from walking, for example when kneeling, sitting down or squatting. For example, the shift in the body's centre of gravity or the speed of a swivelling or rolling movement forwards or backwards can be used as the speed of movement and an increase in the speed of movement can initiate a reduction in the flexion resistance.

Die Anpassung des Widerstandes R kann sich auch auf ein Maximum, einen Durchschnittswert, momentane oder integrale Größen oder eine andere charakteristische Größe beziehen. Wird ein Widerstandsniveau mit der Geschwindigkeit verändert, muss der Widerstand über den Bewegungsablauf nicht konstant sein, sondern kann einem Verlauf folgen, der insbesondere von anderen Sensorgrößen abhängt. Beispielsweise kann eine Anhebung des Widerstandes in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit früher oder später in dem Bewegungsablauf erfolgen oder auch schneller oder langsamer angepasst werden. Durch die Veränderung des Verhältnisses von Bereichen mit einem geringeren Widerstand und Bereichen mit einem höheren Widerstand wird das Niveau insgesamt verändert. Auch ist es möglich, dass der Flexionswiderstand bis auf eine Sperrung des Gelenkes angehoben wird, wobei der Zeitpunkt oder der Schwellenwert, ab denen eine Sperre bewirkt wird, von der Bewegungsgeschwindigkeit abhängig gemacht werden kann. Neben einer Sperre kann durch einen Aktuator ein Moment oder eine Kraft aufgebracht werden, welches dem externen Moment oder der externen Kraft entgegengesetzt und gleichgroß ist, sodass ein Kräftegleichgewicht erzielt wird und eine Bewegung zwischen Ober- und Unterteil abgestoppt oder verhindert wird. The adaptation of the resistance R can also refer to a maximum, an average value, instantaneous or integral values or another characteristic value. If a resistance level is changed with the speed, the resistance does not have to be constant over the course of the movement, but can follow a course that depends in particular on other sensor values. For example, an increase in the resistance depending on the speed of movement can occur earlier or later in the The movement sequence can be adjusted to be faster or slower. By changing the ratio of areas with lower resistance to areas with higher resistance, the overall level is changed. It is also possible to increase the flexion resistance to the point where the joint is locked, whereby the point in time or threshold at which a lock is triggered can be made dependent on the speed of movement. In addition to a lock, an actuator can apply a moment or force that is opposite to and equal to the external moment or force, so that a balance of forces is achieved and movement between the upper and lower parts is stopped or prevented.

Zusätzlich zu der Geschwindigkeit können weitere ermittelte Größen herangezogen werden, um die Anpassung des Widerstandes an die Bewegungssituationen optimal gestalten zu können, beispielsweise der Gelenkwinkel, ein Segmentwinkel, ein Beinsehnenwinkel relativ zu einer Bezugsebene, ein Bodenreaktionskraftvektor, ein Parameter der kontralateralen Seite, die zeitlichen Ableitungen dieser Größen oder eine Kombination daraus. Beispielsweise kann ein Widerstand bei einer zunehmend geringeren Bewegungsgeschwindigkeit früher, also bei einem kleinen Kniewinkel, angehoben werden. Sowohl das Niveau, als auch der Zeitpunkt oder die Rate der Veränderung des Widerstandes können mit der Bewegungsgeschwindigkeit verändert werden. Die Anpassung des Niveaus oder des Verlaufes kann dynamisch erfolgen, sodass der Widerstand sowohl hinsichtlich des Niveaus als auch des Verlaufes kontinuierlich innerhalb eines Schrittes verändert werden kann. Alternativ kann auch nur eine Anpassung pro Schritt erfolgen, sodass sich das Niveau innerhalb eines Schrittes nicht ändert. Alternativ kann der Widerstand nur in einer Anfangsphase der Bewegung verändert und in einer späteren Phase konstant gehalten werden. In addition to the speed, other determined variables can be used to optimally adapt the resistance to the movement situation, for example the joint angle, a segment angle, a leg tendon angle relative to a reference plane, a ground reaction force vector, a parameter of the contralateral side, the time derivatives of these variables or a combination thereof. For example, a resistance can be increased earlier at an increasingly lower movement speed, i.e. at a small knee angle. Both the level and the time or rate of change in the resistance can be changed with the movement speed. The adjustment of the level or the course can be dynamic, so that the resistance can be changed continuously within a step in terms of both the level and the course. Alternatively, only one adjustment can be made per step, so that the level does not change within a step. Alternatively, the resistance can only be changed in an initial phase of the movement and kept constant in a later phase.

Die Bewegungsgeschwindigkeit ist vorzugsweise die Gehgeschwindigkeit, die die nutzende Person einnimmt. Dabei kann es sich insbesondere um die Geschwindigkeit von Rumpf, Oberkörper, Körperschwerpunkt oder Hüfte handeln. Neben einer Vorwärtsgeschwindigkeit kann auch eine Geschwindigkeit in Rückwärtsrichtung oder Seitwärtsrichtung herangezogen werden. Auch die Geschwindigkeit einer Drehbewegung um die Längsachse oder die Änderungsrate einer Progressionsrichtung kann als Geschwindigkeit herangezogen werden. Alternativ oder ergänzend können auch andere Bezugspunkte oder Bezugselemente herangezogen werden, um die Bewegungsgeschwindigkeit zu erfassen. Die Bewegungsgeschwindigkeit, insbesondere die Gehgeschwindigkeit, kann aus einer oder mehreren Segmentwinkelgeschwindigkeiten berechnet oder abgeschätzt werden, beispielsweise aus der Vorwärtsrotation des Unterschenkels in der Standphase. Ebenfalls können aus Winkelgeschwindigkeiten, beispielsweise aufgrund der Sensoren in den Gelenken, und den bekannten Segmentlängen, wie zum Beispiel der Länge des Unterschenkels oder des Oberschenkelteils, Bewegungsgeschwindigkeiten errechnet werden. Auch die Bewegungsgeschwindigkeit der Beinsehne, die translatorische Geschwindigkeit des Rumpfes und der Hüfte können auf diese Art und Weise errechnet oder abgeschätzt werden. Es ist möglich, nur eine Komponente der Geschwindigkeit als Bewegungsgeschwindigkeit heranzuziehen, beispielsweise die horizontale Bewegungskomponente bzw. die Komponente, die parallel zum Boden orientiert ist. Sofern ein Zeitintervall für eine Bewegung relevant ist, kann dieses sich an typischen Ereignissen während der Bewegung oder während eines Bewegungsablaufes orientieren, beim Gehen wäre dies beispielsweise der Heel-Strike oder Initialkontakt, der Toe-Off oder der Knee-Break. Beispielsweise kann durch die Bestimmung der Hüftposition über die Beinsehne zum Zeitpunkt des Initialkontaktes und zum aktuellen Zeitpunkt sowie der verstrichenen Zeit eine mittlere Gehgeschwindigkeit in der Standphase ermittelt werden. Damit ist die Bewegungsgeschwindigkeit die mittlere Gehgeschwindigkeit in der Standphase. Die Gehgeschwindigkeit kann auch aus einer Relativwinkelgeschwindigkeit geschätzt werden, zum Beispiel der maximalen Kniewinkelgeschwindigkeit in der vorangegangenen Schwungphase. Durch eine Integration von Beschleunigungen kann die Geschwindigkeit in der Schwungphase abgeschätzt werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn bereits zum Zeitpunkt des Initialkontaktes oder des Heel-Strike der Widerstand entsprechend der Gehgeschwindigkeit angepasst werden soll oder im Zuge der Standphasenbeugung angepasst wird. Aufgrund der hohen Dynamik bei dem Initialkontakt ist eine Schätzung aus den kinematischen Parametern, die in den Sensoren erfasst werden, zu diesem Zeitpunkt schwierig. Um abrupte Übergänge in der ermittelten Geschwindigkeit zu vermeiden, kann diese gefiltert oder zwischen unterschiedlichen Methoden verschliffen werden. Eine andere Möglichkeit ist die Abschätzung der Bewegungsgeschwindigkeit oder Gehgeschwindigkeit aus der Kadenz oder anderen Gangparametern wie der Dauer der Standphase, der Schwungphasendauer, der Schrittlänge oder der Schrittdauer. The speed of movement is preferably the walking speed of the person using the device. This can be the speed of the trunk, upper body, center of gravity or hips. In addition to a forward speed, a speed in a backward or sideways direction can also be used. The speed of a rotational movement around the longitudinal axis or the rate of change a direction of progression can be used as the speed. Alternatively or in addition, other reference points or reference elements can be used to record the speed of movement. The speed of movement, in particular the walking speed, can be calculated or estimated from one or more segment angular velocities, for example from the forward rotation of the lower leg in the stance phase. Movement speeds can also be calculated from angular velocities, for example based on the sensors in the joints, and the known segment lengths, such as the length of the lower leg or the thigh part. The movement speed of the leg tendon and the translational speed of the torso and the hip can also be calculated or estimated in this way. It is possible to use only one component of the speed as the movement speed, for example the horizontal movement component or the component that is oriented parallel to the ground. If a time interval is relevant for a movement, it can be based on typical events during the movement or during a movement sequence; for example, when walking, this would be the heel strike or initial contact, the toe-off or the knee break. For example, by determining the hip position via the leg tendon at the time of the initial contact and at the current time as well as the elapsed time, an average walking speed in the stance phase can be determined. The movement speed is therefore the average walking speed in the stance phase. The walking speed can also be estimated from a relative angular velocity, for example the maximum knee angular velocity in the previous swing phase. The speed in the swing phase can be estimated by integrating accelerations. This is particularly useful if the resistance is to be adjusted to the walking speed at the time of the initial contact or the heel strike, or is adjusted during the stance phase flexion. Due to the high dynamics of the initial contact, an estimate from the kinematic parameters recorded in the sensors is difficult at this time. To avoid abrupt transitions in the determined speed, it can be filtered or smoothed between different methods. Another possibility is to estimate the speed of movement or walking speed from the cadence or other gait parameters such as stance phase duration, swing phase duration, stride length or stride duration.

Zusätzlich zu der Anpassung des Widerstandes über die Bewegungsgeschwindigkeit kann ein Biosignal B eines MMI 80, 100 in die Steuerung mit einfließen. Eine solche Kombination ist in der Figur 6 dargestellt. In dem oberen Diagramm ist der Widerstandsverlauf R über der Zeit aufgetragen, in dem unteren Diagramm der Verlauf des Biosignals B über der Zeit. Liegt keine Veränderung des Biosignals B vor oder liegt kein Biosignal B an der Steuerungseinrichtung 40 an, wie es durch den gestrichelten Verlauf in der unteren Kurve dargestellt ist, beispielsweise weil ein Muskel nicht angespannt wird, gilt dies als ein Signal keine Veränderung des Widerstandes in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit durchzuführen, was durch den gestrichelten, geradlinigen Verlauf des Widerstandes R in der oberen Kurve dargestellt ist. Der Widerstand R befindet sich in der dargestellten Steuerung somit auf einem konstanten Niveau und ändert sich nicht über die unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Der Widerstandsverlauf kann jedoch auch auf Basis von anderen Sensorsignalen verändert werden. Wird jedoch über das MMI 80, 100 eine Veränderung des Biosignals B erzeugt, was durch die Erhöhung der durchgezogenen Linie des Biosignals B angedeutet wird, ist dies eine Eingangsgröße für die Steuerungseinrichtung 40, um den Widerstand R zu verändern, insbesondere zu erhöhen. Die grundsätzliche Erhöhung des Widerstandes R wird durch das Biosignal B ausgelöst, das Niveau der Widerstandserhöhung wird durch die jeweilige Geschwindigkeit v des Patienten, der Prothese, der Orthese oder eine der Komponenten der Orthese oder Prothese bestimmt. Eine Erhöhung des Widerstandes findet zwischen tO und t1 statt. Bei einer hohen Geschwindigkeit v1 wird der Widerstand R geringer erhöht als bei einer niedrigeren Geschwindigkeit v2. Ohne das Biosignal B findet in der dargestellten Ausgestaltung keine geschwindigkeitsabhängige Anpassung des Widerstandsverlaufes statt. Besonders zweckmäßig ist die Erzeugung des Biosignals B über Elektroden, die an dem Patienten angeordnet sind und eine Muskelkontraktion erfassen oder Nervensignale aufnehmen. In einer Variante der Steuerung erfolgt eine Modulation des Widerstandsniveaus über das zumindest eine Biosignal, zum Beispiel über eine proportionale Veränderung des Widerstandes in Abhängigkeit des Biosignals, wobei die Amplitude der Modulation oder die Sensitivität der Ansteuerung von der Bewegungsgeschwindigkeit abhängt, wie in den durchgezogenen Widerstandsverläufen in Figur 6 dargestellt. Alternativ oder ergänzend kann auch die maximale Widerstandserhöhung durch das Biosignal von der Bewegungsgeschwindigkeit abhängen, wodurch eine Limitierung der Widerstandserhöhung erzielt wird. Bis zum jeweiligen maximalen Widerstand oder Widerstandsniveau kann eine proportionale Steuerung des Widerstands durch das Biosignal erfolgen oder eine entsprechende Modulation. Ergänzend kann auch bereits ohne Ansteuerung durch das MMI oder ohne das Biosignal eine Anpassung des Widerstandsniveaus oder Widerstandsverlaufs auf Basis der Bewegungsgeschwindigkeit stattfinden, wobei die Art und Weise der Widerstandsanpassung in Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit mit und ohne Ansteuerung durch das MMI, beziehungsweise in Abhängigkeit des Biosignals, unterschiedlich gestaltet sein können. In addition to adjusting the resistance based on the speed of movement, a biosignal B from an MMI 80, 100 can also be incorporated into the control system. Such a combination is shown in Figure 6. In the upper diagram, the resistance curve R is plotted against time, and in the lower diagram, the curve of the biosignal B is plotted against time. If there is no change in the biosignal B or if there is no biosignal B at the control device 40, as shown by the dashed curve in the lower curve, for example because a muscle is not tensed, this is considered a signal not to change the resistance depending on the speed of movement, which is shown by the dashed, straight-line curve of the resistance R in the upper curve. The resistance R is therefore at a constant level in the control system shown and does not change across the different speeds. However, the resistance curve can also be changed based on other sensor signals. However, if a change in the biosignal B is generated via the MMI 80, 100, which is indicated by the increase in the solid line of the biosignal B, this is an input variable for the control device 40 in order to change the resistance R, in particular to increase it. The basic increase in the resistance R is triggered by the biosignal B, the level of the increase in resistance is determined by the respective speed v of the patient, the prosthesis, the orthosis or one of the components of the orthosis or prosthesis. An increase in resistance takes place between tO and t1. At a high speed v1, the resistance R is increased less than at a lower speed v2. Without the biosignal B, no speed-dependent adjustment of the resistance curve takes place in the embodiment shown. It is particularly expedient to generate the biosignal B via electrodes that are arranged on the patient and record a muscle contraction or pick up nerve signals. In one variant of the control, the resistance level is modulated via the at least one biosignal, for example via a proportional change in the resistance depending on the biosignal, whereby the amplitude of the modulation or the sensitivity of the control depends on the speed of movement, as in the solid resistance curves in Figure 6. Alternatively or additionally, the maximum increase in resistance by the biosignal can also depend on the speed of movement, thereby limiting the increase in resistance. Up to the respective maximum resistance or resistance level, the resistance can be controlled proportionally by the biosignal or a corresponding modulation can take place. In addition, the resistance level or resistance curve can also be adjusted based on the speed of movement without control by the MMI or without the biosignal, whereby the type and manner of resistance adjustment can be designed differently depending on the speed of movement with and without control by the MMI, or depending on the biosignal.

Figur 7 zeigt eine Ausgestaltung einer Steuerung, bei der das Biosignal B als Trigger für die Widerstandserhöhung wirkt und der Anpassung des Widerstandsniveaus oder Widerstands R übergeordnet ist. Wenn kein Biosignal anliegt, was durch den strichlierten Verlauf dargestellt ist, befindet sich der Widerstand R auf einem Ausgangsniveau, was ebenfalls durch den strichlierten Verlauf dargestellt ist. Erfolgt eine Ansteuerung über das MMI und überschreitet das Biosignal B einen Schwellwert BO oder liegt ein Mindestmaß an Ansteuerung über das MMI vor, erfolgt eine Anpassung des Widerstandes R in Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit. Dies ist im Bereich zwischen tO und t1 dargestellt. Liegt das Biosignal unterhalb des Schwellwerts BO oder unterschreitet es diesen wieder, beispielsweise weil keine Ansteuerung über das MMI mehr erfolgt, bleibt der Widerstand R auf dem Ausgangsniveau oder wird wieder auf dieses reduziert. In der dargestellten Variante bewirkt eine Variation des Biosignals oberhalb des Schwellwerts BO, dargestellt durch die durchgezogene Linie im Bereich tO bis t1 , keine weitere Modulation des Widerstands R. Das Widerstandsniveau wird in diesem Bereich durch die Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt und hängt gegebenenfalls auch von anderen Sensorinformationen ab, zum Beispiel einem Kniewinkel und einer Axialkraft. Bei einer Zunahme der Bewegungsgeschwindigkeit von v2 auf v1 wird das Widerstandsniveau reduziert und bei Abnahme der Bewegungsgeschwindigkeit erhöht. Figure 7 shows a design of a control system in which the biosignal B acts as a trigger for the increase in resistance and takes precedence over the adjustment of the resistance level or resistance R. If no biosignal is present, which is shown by the dashed line, the resistance R is at an initial level, which is also shown by the dashed line. If control is via the MMI and the biosignal B exceeds a threshold value BO or there is a minimum level of control via the MMI, the resistance R is adjusted depending on the speed of movement. This is shown in the range between tO and t1. If the biosignal is below the threshold value BO or falls below it again, for example because control is no longer taking place via the MMI, the resistance R remains at the initial level or is reduced to it again. In the variant shown, a variation of the biosignal above the threshold value BO, shown by the solid line in the range tO to t1, does not cause any further modulation of the resistance R. The resistance level in this range is determined by the movement speed and may also depend on other sensor information, for example a knee angle and an axial force. When the movement speed increases from v2 to v1, the resistance level is reduced and when the movement speed decreases, it is increased.

Die in den Figuren dargestellten Varianten der Ansteuerung über ein MMI erfolgt bei Vorliegen eines Biosignals und ausreichend geringer Geschwindigkeit eine Erhöhung des Widerstands gegenüber dem Ausgangsniveau. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Reduktion des Widerstandsniveaus gegenüber dem Ausgangsniveau durch das Biosignal erfolgt, dem eine Anpassung des Widerstandsniveaus an die Bewegungsgeschwindigkeit überlagert ist, beziehungsweise das Ausmaß der Anpassung des Widerstandsniveaus durch das Biosignal von der Bewegungsgeschwindigkeit abhängt. The variants of control via an MMI shown in the figures are carried out at In the presence of a biosignal and a sufficiently low speed, the resistance increases compared to the initial level. However, it is also possible that the resistance level is reduced compared to the initial level by the biosignal, which is superimposed with an adjustment of the resistance level to the speed of movement, or that the extent to which the resistance level is adjusted by the biosignal depends on the speed of movement.

Figur 8 zeigt eine Ausgestaltung der Steuerung in einer Standphasenbeugung und Standphasenstreckung, beispielsweise beim ebenen Gehen, beim Aufwärtsgehen auf einer Neigung oder beim Treppaufgehen. Dargestellt ist der Verlauf des Kniewinkels cpK sowie des internen Kniemoments MK, sowohl für eine erste Bewegungsgeschwindigkeit v1 als auch eine geringere Bewegungsgeschwindigkeit v2. Die geringe Bewegungsgeschwindigkeit geht in dem dargestellten Bewegungsablauf auch mit einer längeren Bewegungsdauer einher. Ein zunehmender Kniewinkel entspricht einer Kniebeugung, ein positives Kniemoment MK einem internen Beugemoment. Das Kniemoment wird in der speziellen Ausgestaltung durch einen aktiven Aktuator erzeugt. Der Aktuator wird in dem Bereich von tO bis t1 , bzw. von tO bis t2 bei reduzierter Geschwindigkeit v2, so angesteuert, dass das Kniemoment als Funktion des Kniewinkels entsprechend einer linearen Drehfeder-Charakteristik verändert wird, die zum Zeitpunkt tO ihren Neutralpunkt hat, wodurch zu diesem Zeitpunkt kein Moment erzeugt wird. Eine solche Charakteristik kann zum Beispiel durch einen Elektromotor auf Basis eines Kniewinkelsignals durch die Steuereinrichtung erzielt werden. Während der Standphasen-Beugung erhöht sich das durch den Aktuator erzeugte Streckmoment entsprechend der Federkennlinie und bringt der Beugebewegung einen Widerstand entgegen. Nach der Bewegungsumkehr reduziert sich das Moment wieder, bis der Neutralpunkt erreicht ist, was zu den Zeitpunkten t1 bzw. t2 der Fall ist. Einer weiteren Streckung wird in der dargestellten Ausführung durch den Aktuator ein Beugemoment entgegengebracht, um die Streckbewegung harmonisch abzustoppen. Mit abnehmender Bewegungsgeschwindigkeit wird die Steifigkeit der Federkennline, die über den Aktuator realisiert wird, erhöht, sodass sich für die Geschwindigkeit v2 eine höhere Steifigkeit als für v1 ergibt. Dies ist daran ersichtlich, dass sich bei Geschwindigkeit v2 trotz einem geringeren maximalen Kniebeugewinkel ein höheres maximales Streckmoment ergibt. Damit wird der Widerstand mit abnehmender Bewegungsgeschwindigkeit erhöht. Das durch den Aktuator gemäß der in der Steuerung hinterlegten Federkennlinie erzeugte Moment, das als Widerstand gegen die Beugung fungiert, wirkt nach der Bewegungsumkehr aktiv unterstützend. Durch die Anpassung des Widerstands in der Ausgestaltung einer Drehfeder-Charakteristik an die Bewegungsgeschwindigkeit wird auch das Ausmaß der Unterstützung angepasst. Eine derartige Anpassung des Widerstandes an die Bewegungsgeschwindigkeit ermöglicht einen besonders harmonischen Bewegungsablauf. Figure 8 shows a design of the control in a stance phase flexion and stance phase extension, for example when walking on level ground, walking uphill on an incline or climbing stairs. The curve of the knee angle cpK and the internal knee moment MK is shown, both for a first movement speed v1 and a lower movement speed v2. In the movement sequence shown, the low movement speed is also accompanied by a longer movement duration. An increasing knee angle corresponds to knee flexion, a positive knee moment MK to an internal flexion moment. In the special design, the knee moment is generated by an active actuator. The actuator is controlled in the range from tO to t1, or from tO to t2 at reduced speed v2, so that the knee moment is changed as a function of the knee angle according to a linear torsion spring characteristic that has its neutral point at time tO, whereby no moment is generated at this time. Such a characteristic can be achieved, for example, by an electric motor based on a knee angle signal from the control device. During the stance phase flexure, the extension moment generated by the actuator increases according to the spring characteristic and provides resistance to the flexure movement. After the movement is reversed, the moment is reduced again until the neutral point is reached, which is the case at times t1 and t2. In the embodiment shown, a further extension is counteracted by the actuator with a bending moment in order to harmoniously stop the extension movement. As the speed of movement decreases, the stiffness of the spring characteristic, which is realized via the actuator, increases, so that a higher stiffness results for the speed v2 than for v1. This can be seen from the fact that at speed v2, despite a lower maximum knee flexure angle, a higher maximum extension moment results. This means that the Resistance increases with decreasing movement speed. The moment generated by the actuator according to the spring characteristic stored in the control system, which acts as resistance to the bending, has an actively supportive effect after the movement is reversed. By adapting the resistance in the form of a torsion spring characteristic to the movement speed, the extent of the support is also adapted. Adapting the resistance to the movement speed in this way enables a particularly harmonious movement sequence.

Figur 9 zeigt unterschiedliche Ansteuerungs-Charakteristiken eines Aktuators in Gestalt eines rotatorischen elektromechanischen Antriebs, die als Widerstand wirken und eine Verschwenkbewegung des Oberteils 10 zu dem Unterteil 20 in einer Standphase beeinflussen. Die Charakteristiken sind dargestellt als die Zusammenhänge zwischen jeweils einem Freiheitsgrad oder einem Sensorsignal <p der orthopädietechnischen Einrichtung, hier in Gestalt des Kniewinkels, beziehungsweise dessen Änderungsrate w und dem vom Aktuator erzeugten Moment T, bezogen auf den Verschwenkwinkel zwischen Oberteil 10 und Unterteil 20. Ein zunehmender Kniewinkel entspricht einer Kniebeugung, ein positives Moment wirkt einer Beugebewegung entgegen. Links dargestellt ist ein linearelastischer Zusammenhang zwischen erzeugtem Kniemoment und dem Kniewinkel. Der Widerstand gegen eine Beugung wird dabei mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit verringert, indem der Nulldurchgang auf der horizontalen Koordinatenachse hin zu einem größeren Kniewinkel verschoben wird. Bei gleichem Kniewinkel ergibt sich dabei ein geringeres Streckmoment oder bereits ein Beugemoment. In der Mitte ist ebenfalls ein linear-elastischer Zusammenhang dargestellt, wobei die Steigung, beziehungsweise Steifigkeit, mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit verringert wird, wodurch beispielsweise der Widerstand gegen eine Beugung reduziert wird. Durch die linear-elastische Charakteristik unterstützt der Aktuator eine Streckbewegung. Rechts ist eine nichtlineare Dämpfungscharakteristik dargestellt, wobei die Dämpfungs-Koeffizienten mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit verringert werden, wodurch sich bei festgehaltener Kniewinkelgeschwindigkeit w gegenüber einer langsameren Bewegungsgeschwindigkeit ein geringerer Widerstand gegen eine Bewegung ergibt. Neben der Realisierung über einen elektromechanischen Aktuator können derartige Charakteristiken auch über eine oder mehrere Federn, hydraulische oder pneumatische Dämpfer, magnetorheologische Widerstandseinrichtung oder dergleichen sowie deren Kombination erzielt werden. Figure 9 shows different control characteristics of an actuator in the form of a rotary electromechanical drive, which act as resistance and influence a pivoting movement of the upper part 10 to the lower part 20 in a standing phase. The characteristics are shown as the relationships between a degree of freedom or a sensor signal <p of the orthopedic device, here in the form of the knee angle, or its rate of change w, and the moment T generated by the actuator, based on the pivoting angle between the upper part 10 and lower part 20. An increasing knee angle corresponds to knee flexion, a positive moment counteracts a flexion movement. Shown on the left is a linear elastic relationship between the generated knee moment and the knee angle. The resistance to flexion is reduced with increasing movement speed by shifting the zero crossing on the horizontal coordinate axis towards a larger knee angle. With the same knee angle, this results in a lower extension moment or even a flexion moment. In the middle, a linear-elastic relationship is also shown, whereby the gradient, or stiffness, is reduced with increasing movement speed, which, for example, reduces the resistance to bending. The linear-elastic characteristic enables the actuator to support a stretching movement. On the right, a non-linear damping characteristic is shown, whereby the damping coefficients are reduced with increasing movement speed, which results in less resistance to movement when the knee angle speed w is kept constant compared to a slower movement speed. In addition to implementation via an electromechanical actuator, such characteristics can also be implemented via one or more springs, hydraulic or pneumatic dampers, magnetorheological resistance devices or the like as well as their combination.

Die Ausführungen zu Prothesen gelten entsprechend auch für Orthesen, insbesondere für Orthesen, die das Kniegelenk übergreifen. Mit der Steuerung wird insbesondere das Gehen mit unterschiedlichen Gehgeschwindigkeit vereinfacht und für den Nutzer angenehmer gestaltet. The statements regarding prostheses also apply to orthoses, particularly those that span the knee joint. The control makes walking at different walking speeds easier and more comfortable for the user.

Claims

Patentansprüche patent claims 1. Verfahren zur Steuerung einer orthopädietechnischen Gelenkeinrichtung einer unteren Extremität mit einem Oberteil (10) und einem Unterteil (20), die gelenkig aneinander um eine Schwenkachse (15) verschwenkbar gelagert sind, mit einem Aktuator (30), der mit dem Oberteil (10) und dem Unterteil (20) gekoppelt ist und einen Bewegungszustand von Oberteil (10) und/oder Unterteil (20) beeinflusst, wobei der Aktuator (30) mit einer Steuerungseinrichtung (40) gekoppelt ist, die mit zumindest einem Sensor (50) gekoppelt ist und auf der Grundlage von Sensorwerten des zumindest einen Sensors (50) den Aktuator (30) aktiviert, deaktiviert oder moduliert, wobei aus den Sensorwerten zumindest eine Bewegungsgeschwindigkeit zumindest eines Teils der orthopädietechnischen Gelenkeinrichtung ermittelt und der Aktuator (30) auf der Grundlage der Bewegungsgeschwindigkeit in der Standphase aktiviert, deaktiviert oder moduliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsgeschwindigkeit in der Standphase und der Widerstand zumindest für einen Teil der Bewegung umgekehrt korreliert werden. 1. Method for controlling an orthopedic joint device of a lower extremity with an upper part (10) and a lower part (20), which are pivotably mounted to one another about a pivot axis (15), with an actuator (30) which is coupled to the upper part (10) and the lower part (20) and influences a state of movement of the upper part (10) and/or the lower part (20), wherein the actuator (30) is coupled to a control device (40) which is coupled to at least one sensor (50) and activates, deactivates or modulates the actuator (30) on the basis of sensor values of the at least one sensor (50), wherein at least one movement speed of at least part of the orthopedic joint device is determined from the sensor values and the actuator (30) is activated, deactivated or modulated on the basis of the movement speed in the stance phase, characterized in that the movement speed in the stance phase and the resistance at least for part the movement are inversely correlated. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einer abnehmenden Bewegungsgeschwindigkeit der Widerstand erhöht und bei einer zunehmenden Bewegungsgeschwindigkeit in der Standphase der Widerstand verringert wird. 2. Method according to claim 1, characterized in that with a decreasing movement speed the resistance is increased and with an increasing movement speed in the standing phase the resistance is reduced. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Veränderung des Widerstandes erst ab einem festgelegten Schwellwert und/oder bis zu einem festgelegten Schwellwert erfolgt. 3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that a change in the resistance only occurs from a specified threshold value and/or up to a specified threshold value. 4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Widerstandes nichtlinear erfolgt. 4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the change in resistance is non-linear. 5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Widerstandes durch Veränderung des Widerstandsniveaus bei gleichbleibendem oder geänderten Widerstandsverlauf erfolgt. 5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the change in resistance is carried out by changing the resistance level with a constant or changed resistance curve. 6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Widerstandes in Abhängigkeit von Kräften, Winkeln , Positionen und/oder Momenten, die von Sensoren (50) ermittelt oder die aus Sensorwerten errechnet werden, verändert wird. 6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the change in resistance is changed as a function of forces, angles, positions and/or moments which are determined by sensors (50) or which are calculated from sensor values. 7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Veränderung des Widerstandsverlaufes und/oder Widerstandsniveaus für jede Standphase separat erfolgt. 7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a change in the resistance curve and/or resistance level takes place separately for each stance phase. 8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsgeschwindigkeit, insbesondere die Gehgeschwindigkeit, über zumindest eine gemessene Winkelgeschwindigkeit und eine bekannte Beinsehnenlänge errechnet und als Bewegungsgeschwindigkeit der Veränderung des Widerstandes zugrunde gelegt wird. 8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the speed of movement, in particular the walking speed, is calculated via at least one measured angular velocity and a known leg tendon length and is used as the speed of movement of the change in resistance. 9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Widerstandes in Echtzeit erfolgt. 9. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the change in resistance occurs in real time. 10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Sensorsignalen zur Veränderung des Widerstandes ein Biosignal überlagert wird, das von einem Mensch-Maschine-Interface (80,100) erfasst und der Steuerungseinrichtung (40) übermittelt wird. 10. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a biosignal is superimposed on the sensor signals for changing the resistance, which biosignal is detected by a human-machine interface (80,100) and transmitted to the control device (40). 11 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Biosignal der Bewegungsgeschwindigkeit in zumindest einer Bewegungsphase übergeordnet ist und ohne Biosignal keine Veränderung des Widerstandes in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit erfolgt. 11. Method according to claim 10, characterized in that the biosignal is superior to the movement speed in at least one movement phase and without a biosignal no change in the resistance as a function of the movement speed occurs. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass über das Biosignal der Zeitpunkt der Veränderung des Widerstandes und über die Bewegungsgeschwindigkeit die Art der Veränderung des Widerstandes festgelegt wird. 12. Method according to claim 10 or 11, characterized in that the time of the change in the resistance and the The type of change in resistance is determined by the speed of movement. 13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsgeschwindigkeit über eine Bewegungsphase gemittelt wird und die gemittelte Bewegungsgeschwindigkeit für die Steuerung herangezogen wird. 13. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the movement speed is averaged over a movement phase and the averaged movement speed is used for the control. 14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die translatorische Geschwindigkeit in einer oder mehrere Richtungen von zumindest einer Komponente der orthopädischen Einrichtung, der Rumpfes, des Körperschwerpunkts und/oder der kontralateralen Seite aus Sensorwerten ermittelt und als Bewegungsgeschwindigkeit herangezogen wird, insbesondere eine Geschwindigkeitskomponente parallel zum Untergrund oder in horizontaler Richtung. 14. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the translational speed in one or more directions of at least one component of the orthopedic device, the torso, the body's center of gravity and/or the contralateral side is determined from sensor values and is used as the movement speed, in particular a speed component parallel to the ground or in the horizontal direction. 15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand in zumindest einer Bewegungsphase einer Bewegung entgegengebracht wird 15. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance is applied in at least one movement phase of a movement 16. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand in zumindest einer Bewegungsphase einer Beugebewegung entgegenwirkt und/oder eine Streckbewegung unterstützt 16. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance counteracts a bending movement in at least one movement phase and/or supports a stretching movement 17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand in zumindest einer Bewegungsphase eine Bewegung aktiv unterstützt 17. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance actively supports a movement in at least one movement phase 18. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand in einer Bewegungsphase mit Bewegungsumkehr angepasst wird. 18. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance is adjusted in a movement phase with reversal of movement. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand einer Bewegung in einer ersten Bewegungsrichtung entgegengebracht und eine Bewegung in entgegengesetzter Bewegungsrichtung unterstützt wird. 19. Method according to claim 18, characterized in that the resistance is opposed to a movement in a first direction of movement and a movement in the opposite direction of movement is supported. 20. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung des Widerstands mit der Bewegungsgeschwindigkeit beim Abwärtsgehen über eine oder mehrere Stufen, beim Abwärtsgehen auf Neigungen und/oder beim Abwärtsgehen über eine Höhendifferenz erfolgt. 20. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance is adapted to the speed of movement when walking downhill over one or more steps, when walking downhill on slopes and/or when walking downhill over a height difference. 21 . Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung des Widerstands mit der Bewegungsgeschwindigkeit beim Abbremsen und/oder Stehenbleiben aus einer Bewegung heraus erfolgt. 21. Method according to one of the preceding claims, characterized in that an adaptation of the resistance with the speed of movement takes place when braking and/or stopping from a movement. 22. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung des Widerstandes beim Überwinden von Höhendifferenzen erfolgt, insbesondere dem Hinaufgehen über eine oder mehrere Stufen und/oder dem Hinaufgehen auf geneigtem Untergrund. 22. Method according to one of the preceding claims, characterized in that an adaptation of the resistance takes place when overcoming height differences, in particular when climbing one or more steps and/or when climbing on inclined ground. 23. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand mit abnehmender Bewegungsgeschwindigkeit bis auf eine Sperre oder bis zum Abstoppen der Bewegung von Oberteil (10) und Unterteil (20) zueinander erhöht wird. 23. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance is increased with decreasing movement speed until a blockage or until the movement of the upper part (10) and lower part (20) relative to each other stops. 24. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Widerstand um ein lineares oder nichtlineares, elastisches und/oder dämpfendes Verhalten in Abhängigkeit der Verschwenkbewegung zwischen Oberteil (10) und Unterteil (20) und/oder von durch Sensoren (50) erfasste Bewegungen und/oder Belastungen handelt. 24. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance is a linear or non-linear, elastic and/or damping behavior depending on the pivoting movement between the upper part (10) and the lower part (20) and/or on movements and/or loads detected by sensors (50). 25. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Veränderung des Widerstands durch Anpassung eines oder mehrerer Parameter eines elastischen und/oder dämpfenden Verhaltens erfolgt. 25. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a change in the resistance takes place by adjusting one or more parameters of an elastic and/or damping behavior. 26. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand mit der Bewegungsgeschwindigkeit so verändert wird, dass die horizontale und vertikale Bewegungsgeschwindigkeit und/oder ein horizontal und vertikal zurückgelegter Weg in zumindest einer Bewegungsphase miteinander korrelieren, insbesondere in einem Verhältnis, welches von der über Sensoren (50) ermittelten Untergrundneigung oder einer zu überwindenden Höhendifferenz abhängt. 26. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance is changed with the speed of movement such that the horizontal and vertical speed of movement and/or a horizontal and vertical path traveled correlate with one another in at least one phase of movement, in particular in a ratio which depends on the ground slope determined by sensors (50) or a height difference to be overcome. 7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelation des Widerstandes mit der Bewegungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Betriebsmodus, der Bewegung, der Bewegungsphase und/oder dem Untergrund verändert wird. 7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the correlation of the resistance with the movement speed is changed depending on the operating mode, the movement, the movement phase and/or the surface.
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