La présente invention concerne un dispositif de contrôle d'une prothèse de genou pour amputé transfémoral. Le contrôle d'une prothèse est traditionnellement réalisé par la synchronisation du mouvement de la marche par des capteurs d'effort disposés dans la cheville ou le talon et 5 par une mesure angulaire de l'angle fémur tibia. Ce dispositif traditionnel n'assure qu'un contrôle imparfait de la prothèse, les efforts exercés sur le talon et la valeur de l'angle étant soumis à de fortes fluctuations en fonction des variations de pente du terrain où le sujet marche. Il ne restitue pas non plus la fonction d'équilibre naturel d'un membre inférieur, et ne permet pas de monter et descendre des 10 escaliers en contrôlant l'arrêt du mouvement à chaque instant ou bien de se lever d'une chaise ou de s'asseoir en contrôlant le mouvement pour l'interrompre. Le dispositif de contrôle selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Il comporte en effet en première caractéristique un dispositif électronique de mesure de l'accélération de la pesanteur donnant à la prothèse une référence de la verticale (1) 15 invariante quelle que soit la pente du terrain, et un calculateur qui détermine la position du tibia prothèse (3) en fonction de la position du fémur (2) (moignon) donnée par l'utilisateur. En utilisant la fonction naturelle d'équilibre telle qu'elle est réalisée spontanément par le cerveau, le dispositif de contrôle restitue des fonctions du mouvement, marcher, se lever, s'asseoir, par la seule position normale du fémur (2) dans 20 les différents mouvements. Selon des modes particuliers de réalisation le dispositif de contrôle peut piloter des prothèses mécaniques, électriques, hydrauliques ou pneumatiques. Quand le sujet marche, le tibia (3) est orienté par le dispositif de contrôle selon une 25 consigne fonction de l'angle du fémur (2) par rapport à la verticale. Cette consigne peut être corrigée pour la marche rapide par une pondération de la vitesse de rotation du fémur (2) afin d'améliorer la démarche. Le dispositif de contrôle dans le mouvement de la marche s'écrit par conséquent après linéarisation 30 tetatibia = K* tetafemur + constante K > 0 sur l'arrière K proche de 0 sur l'avant où : tetatibia est l'angle consigne du tibia (3) fourni par le dispositif de contrôle par rapport à la verticale (1) tetafemur est l'angle mesuré du fémur (2) par rapport à la verticale K est un coefficient positif, variable selon que le tibia se trouve en avant ou en arrière, le mouvement vers l'avant étant limité par la butée naturelle de l'articulation du genou (5). The present invention relates to a device for controlling a knee prosthesis for transfemoral amputee. The control of a prosthesis is traditionally performed by synchronizing the movement of the walk by force sensors arranged in the ankle or heel and by an angular measurement of the tibia femur angle. This traditional device provides only imperfect control of the prosthesis, the forces exerted on the heel and the value of the angle being subject to strong fluctuations depending on the slope variations of the terrain where the subject walks. It also does not restore the natural balance function of a lower limb, and does not allow climbing up and down stairs by controlling the stopping of movement at each moment or getting up from a chair or sit down and control the movement to interrupt it. The control device according to the invention overcomes these disadvantages. As a first feature, it comprises an electronic device for measuring the acceleration of gravity, giving the prosthesis a reference of the invariant vertical (1) irrespective of the slope of the ground, and a calculator which determines the position of the tibia. prosthesis (3) according to the position of the femur (2) (stump) given by the user. By using the natural balance function as it is spontaneously performed by the brain, the control device restores movement functions, walking, standing, sitting, by the normal position of the femur (2) alone. the different movements. According to particular embodiments, the control device can control mechanical, electrical, hydraulic or pneumatic prostheses. When the subject is running, the tibia (3) is oriented by the control device according to a function function of the angle of the femur (2) with respect to the vertical. This instruction can be corrected for fast walking by weighting the rotation speed of the femur (2) to improve the gait. The control device in the movement of the step is therefore written after linearization 30 tetatibia = K * tetafemur + constant K> 0 on the back K close to 0 on the front where: tetatibia is the tibia setpoint angle (3) provided by the control device in relation to the vertical (1) tetafemur is the measured angle of the femur (2) with respect to the vertical K is a positive coefficient, variable depending on whether the tibia lies forward or the forward movement being limited by the natural stop of the knee joint (5).
La constante est fonction de l'équilibre statique du sujet au repos Dans un mouvement différent de la marche, pour monter une marche d'escalier (6) par exemple, la consigne d'inclinaison du tibia (3) est, pour un angle faible d'inclinaison du fémur (2) destiné à soulever le pied prothèse (4), un angle égal ou proche mais de signe inverse ( Figure 1), c'est-à-dire que le coefficient K devient ici un nombre négatif. tetatibia = K'* tetafemur + constante K' < 0 sur l'avant K' > 0 sur l'arrière Dans la continuité de ce mouvement et pour un angle haut plus fort du fémur (2) correspondant à une hauteur de contremarche d'escalier, la consigne donnée au tibia (3) par le dispositif de contrôle devient un angle proche de la verticale (1), ce qui entraîne une rotation vers l'avant du tibia prothèse (3) pour la phase d'appui sur le giron (Figure 2). L'appui du pied prothèse (4) en supprimant un degré de liberté au mouvement alors que la consigne du dispositif de contrôle reste identique, permet au sujet de contrôler le mouvement par la seule recherche d'équilibre sur le giron. En effet, la montée d'escalier (6) découle naturellement de la poussée du pied valide sur le giron inférieur qui entraîne un déplacement du corps sur l'avant avec une recherche d'appui en avant du pied prothèse (4). Cet appui, en provoquant naturellement une rotation vers l'avant du tibia prothèse (Figure 3) alors que la même consigne que celle décrite précédemment dans la phase de recherche de l'appui est donnée par le dispositif de contrôle au tibia prothèse (3), a pour effet d'induire une rotation du fémur (2) commandée par la motorisation de la prothèse (Figure 3). Quand l'angle du fémur se rapproche de la verticale, et dans un effet réciproque de celui décrit au début de la séquence, l'angle fémur tibia continue de s'ouvrir pour finaliser la station jambe droite sur le giron, aussi longtemps que le sujet recherche un équilibre avant et maintient un angle fémur (2) plus faible que l'angle tibia (3) par rapport à la verticale (1), conformément au dispositif de contrôle décrit. La prothèse exerce donc une poussée identique à celui d'un membre normal sollicité dans une recherche d'appui sur l'avant du pied. L'amputé contrôle ainsi la prothèse à partir de sa propre sensation de verticalité. The constant is a function of the static equilibrium of the subject at rest In a different movement of walking, to mount a step of staircase (6) for example, the reference tilt of the tibia (3) is, for a low angle inclining the femur (2) for lifting the prosthesis foot (4), an equal or close angle but of opposite sign (Figure 1), that is to say that the K coefficient here becomes a negative number. tetatibia = K '* tetafemur + constant K' <0 on the front K '> 0 on the back In the continuity of this movement and for a higher high angle of the femur (2) corresponding to a riser height of staircase, the instruction given to the shin (3) by the control device becomes an angle close to the vertical (1), which causes a forward rotation of the tibia prosthesis (3) for the support phase on the lap (Figure 2). The support of the prosthesis foot (4) by eliminating a degree of freedom of movement while the setpoint of the control device remains the same, allows the subject to control the movement by the sole search for balance on the lap. Indeed, the stairway (6) is naturally derived from the push of the valid foot on the lower tread which causes a displacement of the body on the front with a search for support in front of the prosthesis foot (4). This support, naturally causing a rotation towards the front of the tibia prosthesis (Figure 3) while the same instruction as that described previously in the research phase of the support is given by the device to control the tibia prosthesis (3) , has the effect of inducing a rotation of the femur (2) controlled by the motorization of the prosthesis (Figure 3). When the angle of the femur approaches the vertical, and in a reciprocal effect of that described at the beginning of the sequence, the tibia femur angle continues to open to finalize the station right leg on the lap, as long as the subject seeks balance before and maintains a femur angle (2) lower than the tibia angle (3) relative to the vertical (1), according to the control device described. The prosthesis therefore exerts a thrust identical to that of a normal member urged in a search for support on the forefoot. The amputee thus controls the prosthesis from his own sensation of verticality.
Par effet réciproque, le dispositif de contrôle cité permet la descente d'escalier. Le dispositif de contrôle peut être associé, sans que cette caractéristique soit indispensable, à une motorisation de la cheville et du pied (4) qui accompagne le 5 mouvement du tibia (3). Complété par une consigne de déploiement du genou (5) vers l'avant pour un angle fort du tibia (3), le dispositif de contrôle permet le franchissement d'obstacles au sol. De même il contribue à permettre soit de se lever puisque dans ce mouvement le sujet est en recherche d'appui avant, soit de d'asseoir puisque le sujet se trouve dans la situation 10 réciproque d'appui arrière et que la suppression du degré de liberté du pied (4) dans ces deux cas, procure la poussée d'une jambe normale nécessaire au maintien de l'équilibre tel qu'il est recherché lorsqu'on se lève ou que l'on s'assoit. Le passage d'un mode de consigne K positif à un mode de consigne K' négatif nécessaire au franchissement d'escalier est réalisé par un capteur de proximité (11) qui détectant un 15 obstacle devant le pied active automatiquement la consigne appropriée. De même, un capteur de proximité situé en arrière (12) assure cette fonction pour s'asseoir et se lever. Selon des modes particuliers de réalisation, la formule du dispositif de contrôle est susceptible de variantes en ajoutant un coefficient de pondération de vitesse de rotation du fémur (2) pour rendre la démarche plus fluide, ou en l'exprimant sous différentes formes 20 non linéaires qui après linéarisation au premier ordre rejoignent la formule explicitée. Les dessins annexés illustrent le dispositif de contrôle objet de l'invention. La Figure 1 montre le soulèvement du pied (4) avec un degré de liberté, la Figure 2 montre la rotation précédent la phase d'appui sur le giron, et la Figure 3 montre l'effet de poussée obtenu 25 quand l'appui sur le pied (4) supprime un degré de liberté à l'ensemble tibia (3) fémur (2). En référence à la Figure 4, l'invention peut être réalisée au moyen d'un genou muni d'un moteur électrique(7), disposant d'un capteur de l'accélération de la pesanteur (verticale) (8) disposé dans la partie supérieure au niveau du fémur (2) et d'un capteur (9)disposé 30 dans la partie tibia (3), ce dernier capteur (9) pouvant être remplacé dans une variante par un capteur angulaire mécanique, optique ou électrique placé au niveau du genou (5) Les informations angulaires de ces deux capteurs par rapport à la verticale, sont transmises à un calculateur (10) qui génère la consigne de contrôle délivrée au moteur (7).Le moteur électrique (7) exerce une force sur l'ensemble fémur (2) tibia (3) selon la consigne objet de l'équation citée. Deux capteurs de détection de proximité, acoustiques ou optiques, disposés, l'un vers l'avant (11), l'autre vers l'arrière (12), servent à la sélection du mode de coefficient positif ou négatif décrit plus haut, négatif étant associé à la présence d'un obstacle ou d'un fauteuil détecté par l'un des deux capteurs de proximité. Le dispositif de contrôle selon l'invention est particulièrement destiné à contrôler les prothèses motorisées de type électrique. By reciprocal effect, the cited control device allows the descent of stairs. The control device may be associated, without this characteristic being essential, to an actuator of the ankle and foot (4) which accompanies the movement of the tibia (3). Supplemented by a deployment deployment of the knee (5) forward for a strong angle of the tibia (3), the control device allows the crossing of obstacles on the ground. Similarly, it helps to allow either to get up since in this movement the subject is in search of support before, or to sit because the subject is in the reciprocal situation of back support and that the suppression of the degree of freedom of the foot (4) in these two cases, provides the thrust of a normal leg necessary to maintain the balance as it is sought when you get up or sit. The transition from a positive K setpoint mode to a negative setpoint mode K 'necessary for the stairway crossing is performed by a proximity sensor (11) which detects an obstacle in front of the foot and automatically activates the appropriate setpoint. Similarly, a rearward proximity sensor (12) provides this function to sit and stand up. According to particular embodiments, the formula of the control device is capable of variants by adding a rotation speed weighting coefficient of the femur (2) to make the gait more fluid, or by expressing it in different non-linear forms. which after first order linearization join the explicit formula. The accompanying drawings illustrate the control device object of the invention. Figure 1 shows the lifting of the foot (4) with a degree of freedom, Figure 2 shows the rotation preceding the support phase on the tread, and Figure 3 shows the thrust effect obtained when the support on the foot (4) removes a degree of freedom to the whole tibia (3) femur (2). With reference to FIG. 4, the invention can be realized by means of a knee equipped with an electric motor (7), having a gravity acceleration sensor (vertical) (8) disposed in the upper part at the femur (2) and a sensor (9) disposed in the tibia portion (3), the latter sensor (9) being alternatively replaceable by a mechanical, optical or electrical angular sensor placed at the knee level (5) The angular information of these two sensors relative to the vertical, are transmitted to a computer (10) which generates the control setpoint delivered to the motor (7). The electric motor (7) exerts a force on the entire femur (2) tibia (3) according to the target object of the equation cited. Two proximity sensors, acoustic or optical, arranged, one towards the front (11), the other towards the rear (12), are used to select the positive or negative coefficient mode described above, negative being associated with the presence of an obstacle or chair detected by one of the two proximity sensors. The control device according to the invention is particularly intended to control motorized electric type prostheses.