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可穿用式物料操作系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):1179942閱讀:210來源:國知局
專利名稱:可穿用式物料操作系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明大致涉及物料操作系統(tǒng),更具體地,涉及由其穿用者穿用的下肢外骨骼領(lǐng)域,該下肢外骨骼能在其穿用者前方進(jìn)行負(fù)重。
背景技術(shù)
一般的,提供矯形設(shè)備來輔助人進(jìn)行行走或負(fù)重,這是已知的現(xiàn)有技術(shù)。例如,公布號(hào)為2007/0056592的美國專利申請?zhí)峁┝艘环N包括動(dòng)力單元的外骨骼,該動(dòng)力單元向扭矩發(fā)生器輸出能量,所述扭矩發(fā)生器連接外骨骼大腿連接件和外骨骼小腿連接件。上述公布號(hào)為2007/0056592的美國專利申請基本解決了向外骨骼的膝部提供能量的問題。在另一公布號(hào)為2007/0123997的美國專利申請中,提出一種由人類穿用的外骨骼,其包括髖關(guān)節(jié),該髖關(guān)節(jié)具有反向彈簧或執(zhí)行器,用于輔助抬升外骨骼以及推進(jìn)外骨骼前行。該公布號(hào)為2007/0123997的專利申請中還提到,可攜帶背包以最佳利用該外骨骼,但未給出有關(guān)背包結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說明。另外,該2007/0123997專利申請還提到,步態(tài)站立期時(shí)在髖部增加了來自髖部執(zhí)行器的正能量,以推進(jìn)人體和背包前行,并在步態(tài)邁步期時(shí)抵消人體和外骨骼的質(zhì)量。盡管上述所引有助于輔助使用者行走或負(fù)載背包,但并未給出使其使用者支撐前方負(fù)載、以充分利用外骨骼來減少人花費(fèi)的能量的方法。因此,需要一種外骨骼設(shè)備,該外骨骼設(shè)備能為使用者提供一種裝置,以操作前方負(fù)載,并減少操作和轉(zhuǎn)移該負(fù)載所需的能量。

發(fā)明內(nèi)容
在一種由人穿用的下肢外骨骼的數(shù)個(gè)實(shí)施例中,上述需求得以解決。該外骨骼包括外骨骼軀干,用于連接至人的上身,以及第一和第二腿部支撐件,用于連接至人的下肢, 并在步態(tài)站立期時(shí)擱放在支撐件表面上。每個(gè)腿部支撐件包括大腿連接件和小腿連接件, 由各膝關(guān)節(jié)連接,以在各小腿和大腿連接件之間進(jìn)行彎曲和伸展。優(yōu)選地,負(fù)載保持機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)連接至外骨骼軀干,以支撐位于人前方的、連接至外骨骼的負(fù)載。在一些實(shí)施例中,負(fù)載保持機(jī)構(gòu)連接至從外骨骼延伸出的肩上構(gòu)件。在使用中,連接至各第一和第二腿部支撐件的髖部扭矩發(fā)生器在步態(tài)站立期時(shí)產(chǎn)生扭矩,該扭矩位于外骨骼軀干與第一和第二大腿連接件其中之一之間,其中,至少一個(gè)扭矩發(fā)生器在步態(tài)站立
6期時(shí)產(chǎn)生位于外骨骼軀干與第一和第二腿部支撐件其中之一之間的第一扭矩,該第一扭矩與第二扭矩反向,所述第二扭矩由負(fù)載的重量作用在外骨骼上而產(chǎn)生。在優(yōu)選實(shí)施例中,動(dòng)力單元與扭矩發(fā)生器相連,基于外骨骼上的傳感器所感測到的信號(hào),選擇性地向髖部扭矩發(fā)生器輸出扭矩。本發(fā)明更多的發(fā)明目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合附圖、通過以下對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述而清晰展現(xiàn),其中附圖中同一附圖標(biāo)記指相同的部件。


本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合附圖、通過以下對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述而清晰展現(xiàn),附圖中同一附圖標(biāo)記指相同的部件,其中圖1為下肢外骨骼的正面透視圖;圖2為下肢外骨骼的正面透視圖,其中外骨骼軀干包括框架構(gòu)件;圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的正面透視圖,其中負(fù)載保持機(jī)構(gòu)連接至外骨骼軀干;圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的正面透視圖,該實(shí)施例包括負(fù)載保持機(jī)構(gòu),所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)通過柔性鉸鏈連接至肩上構(gòu)件;圖5為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的正面透視圖,該實(shí)施例包括負(fù)載支承平臺(tái)構(gòu)件,該負(fù)載支承平臺(tái)構(gòu)件可移動(dòng)地連接在負(fù)載保持機(jī)構(gòu)上;圖6為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的正面透視圖,該實(shí)施例包括負(fù)載保持機(jī)構(gòu),該負(fù)載保持機(jī)構(gòu)通過鉸鏈連接至外骨骼軀干;圖7為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的正面透視圖,該實(shí)施例包括連接至負(fù)載承重傳感器的U形肩上構(gòu)件;圖8為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的正面透視圖,該實(shí)施例包括安裝在側(cè)部的多重自由度的負(fù)載保持機(jī)構(gòu);圖9為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的正面透視圖,該實(shí)施例包括安裝在前方的多重自由度的負(fù)載保持機(jī)構(gòu);圖10為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的正面透視圖,該實(shí)施例包括連接至肩上構(gòu)件的多重自由度的負(fù)載保持機(jī)構(gòu);圖11描繪了對應(yīng)于本發(fā)明的使用者將盒子帶入卡車、以充分利用負(fù)載保持機(jī)構(gòu)的情形;圖12描繪了使用者使用本發(fā)明的負(fù)載保持機(jī)構(gòu)支撐投射物的情形;圖13描繪了使用者充分利用本發(fā)明的外骨骼和負(fù)載保持機(jī)構(gòu),以輔助舉起投射物的情形;圖14為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的正面透視圖,該實(shí)施例包括U形肩上構(gòu)件,該U形肩上構(gòu)件連接至負(fù)載承重傳感器,并包括懸掛機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式對應(yīng)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,圖1為展示下肢外骨骼100的透視圖,該下肢外骨骼 100由人187穿用。下肢外骨骼100除其它部件外,還包括兩個(gè)腿部支撐件101和102,用
7于連接至人的各下肢143和144,并用于在步態(tài)站立期時(shí)擱放在地面或支撐件表面上。腿部支撐件101和102除其它部件外,還包括各大腿連接件103和104,以及小腿連接件105和 106。兩個(gè)膝關(guān)節(jié)107和108用于在腿部支撐件步態(tài)邁步期時(shí)實(shí)現(xiàn)腿部支撐件101和102的各大腿連接件103和104與相應(yīng)的小腿連接件105和106之間的彎曲(由箭頭213示意) 和伸展(由箭頭214示意)。在一些實(shí)施例中,膝關(guān)節(jié)107和108用于在腿部支撐件的步態(tài)站立期時(shí)抵抗腿部支撐件101和102的各大腿連接件103和104與相應(yīng)的小腿連接件105 和106之間的彎曲。下肢外骨骼100進(jìn)一步包括外骨骼軀干109。外骨骼軀干109除其它部件外,還包括上身接口設(shè)備150,用于將外骨骼軀干109連接至穿用外骨骼的人的上身149。應(yīng)當(dāng)理解的是,上身149指的是大腿以上的任何部位,包括臀部。所述上身接口裝置150的例子包括但不限于背心、皮帶、綁帶、肩帶、胸帶、石膏、背帶和腰帶等其中一個(gè)或多個(gè)的組合。外骨骼軀干109在各髖部彎曲-伸展關(guān)節(jié)125和12處可旋轉(zhuǎn)地連接至腿部支撐件101和102,以使腿部支撐件101和102分別關(guān)于髖部彎曲-伸展軸151和152進(jìn)行髖部彎曲和伸展旋轉(zhuǎn)(分別由髖部伸展箭頭215和髖部彎曲箭頭216所示)。在一些實(shí)施例中,如圖1所示,外骨骼軀干109包括兩個(gè)髖部連接件114和115,在髖部彎曲-伸展關(guān)節(jié) 125和126處可旋轉(zhuǎn)地連接至大腿連接件103和104,以使腿部支撐件101和102關(guān)于髖部彎曲-伸展軸151和152分別進(jìn)行彎曲和伸展。髖部連接件114和115可在外展-內(nèi)收關(guān)節(jié)113處可旋轉(zhuǎn)地相互連接,以使腿部支撐件101和102進(jìn)行外展和/或內(nèi)收。腿部支撐件101和102的外展和內(nèi)收分別由箭頭217和218示意。腿部支撐件101和102可通過下肢接口綁帶135和136連接至人的下肢143和 144。在一些實(shí)施例中,如圖1所示,下肢接口綁帶135和136連接至各大腿連接件103和 104。在另外的實(shí)施例中,下肢接口綁帶135和136連接至各小腿連接件105和106。下肢接口綁帶還可同時(shí)連接至小腿連接件105、106和大腿連接件103和104。每個(gè)下肢接口綁帶135和136包括但不限于綁帶、條狀物、C形支架、石膏和彈性體中的一個(gè)或多個(gè)的組合。 在操作中,人187通過上身接口設(shè)備150(圖1中為簡單繃帶)連接至(或穿用)下肢外骨骼100,并通過下肢接口綁帶135和136連接至腿部支撐件101和102。從圖2中可見,下肢外骨骼100進(jìn)一步包括兩個(gè)髖部扭矩發(fā)生器145和146,用于在外骨骼軀干109和各腿部支撐件101和102之間制造扭矩。另外,兩個(gè)扭矩發(fā)生器110和111可橫跨各膝關(guān)節(jié)107 和108連接。在一些實(shí)施例中,髖部扭矩發(fā)生器145和146為驅(qū)動(dòng)式執(zhí)行器。優(yōu)選地,下肢外骨骼100進(jìn)一步包括至少一個(gè)動(dòng)力單元201,能向髖部執(zhí)行器145和146提供能量。在一些實(shí)施例中,只有一個(gè)動(dòng)力單元向髖部執(zhí)行器145和146提供能量,而在另一些實(shí)施例中,每個(gè)髖部執(zhí)行器145和146都接收來自單獨(dú)的動(dòng)力單元(未圖示)的能量。髖部執(zhí)行器145和 146包括任何能產(chǎn)生扭矩的設(shè)備或設(shè)備的組合。髖部執(zhí)行器145和146的例子包括但不限于AC (交流)電動(dòng)機(jī)、刷式DC (直流)電動(dòng)機(jī)、無刷直流電動(dòng)機(jī)、帶變速器的直流電動(dòng)機(jī)、電子整流電動(dòng)機(jī)(ECMs)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、液壓執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器以及其組合。在本發(fā)明的一些實(shí)施例,扭矩發(fā)生器145和146包括彈簧。在另一些實(shí)施例中,髖部執(zhí)行器145和146由壓縮氣體驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明要使用的髖部執(zhí)行器的更多細(xì)節(jié)參見申請?zhí)枮?2/468487、名稱為“通過使用負(fù)載外骨骼、以降低人在穩(wěn)步行走時(shí)的氧耗的設(shè)備和方法”的美國專利申請,在此以引用的方式并入該申請。優(yōu)選地,外骨骼100還包括控制器或信號(hào)處理器137,其與動(dòng)力單元201相連,以調(diào)節(jié)動(dòng)力單元201。信號(hào)處理器137包括選自以下一組的一個(gè)或多個(gè)部件模擬設(shè)備;模擬計(jì)算機(jī)模塊;數(shù)字設(shè)備,包括但不限于小規(guī)模、中規(guī)模和大規(guī)模集成電路、專用集成電路、可編程門陣列、可編程邏輯陣列;數(shù)字計(jì)算模塊,包括但不限于微計(jì)算機(jī)、微處理器、微控制器和可編程邏輯控制器。在一些實(shí)施例中,信號(hào)處理器137選自一組由機(jī)電式繼電器或MOSFET 開關(guān)組成的部件或部件的組合。在信號(hào)處理器137的控制下,動(dòng)力單元201產(chǎn)生控制信號(hào), 用于(除其它用途之外)扭矩發(fā)生器145和146施加的扭矩。應(yīng)當(dāng)理解的是,信號(hào)處理器 137可并容納在動(dòng)力單元201內(nèi),或位于動(dòng)力單元201之外。圖2展示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,其中外骨骼軀干109為框架構(gòu)件180的形式,該框架構(gòu)件180沿人187的背部向上延伸到至少人187的肩部區(qū)域。如圖3所示,負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221連接至外骨骼軀干109,并用于支撐位于人187前的前方負(fù)載IM的至少一部分重量。在操作中,當(dāng)下肢外骨骼100由人187穿用時(shí),扭矩發(fā)生器145用于在步態(tài)站立期時(shí), 在外骨骼軀干109和腿部支撐件101之間產(chǎn)生扭矩。該扭矩與前方負(fù)載154的重量所產(chǎn)生的扭矩反向。類似地,扭矩發(fā)生器146用于在步態(tài)站立期時(shí)在外骨骼軀干109和腿部支撐件101之間產(chǎn)生扭矩。該扭矩與前方負(fù)載154的重量所產(chǎn)生的扭矩反向。另外,盡管未圖示,外骨骼軀干109還可用于在人187的后方支撐后方負(fù)載。在圖3的優(yōu)選實(shí)施例中,負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221通過一個(gè)或多個(gè)肩上承載構(gòu)件138連接至外骨骼軀干109。通過這種設(shè)置,來自負(fù)載154的重量由外骨骼100而不是人187承受。在圖4的實(shí)施例中,負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221通過柔性鉸鏈225連接至每個(gè)肩上構(gòu)件138。柔性鉸鏈225包括選自包括皮革、纖維、彈性體、橡膠、布、塑料其中之一或其組合。這種彈性特征使支撐機(jī)構(gòu)221能沿箭頭233所示方向圍繞外骨骼軀干109擺動(dòng)。在一些實(shí)施例中, 如圖3和圖4所示,負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221還包括負(fù)載保持構(gòu)件或負(fù)載支承平臺(tái)構(gòu)件163,其位于人187前方,用于支撐人187前方的負(fù)載143的至少一部分重量。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,負(fù)載支承平臺(tái)構(gòu)件163包括大致水平延伸的板構(gòu)件 167。在圖5、6、12和13所示的實(shí)施例中,負(fù)載支承平臺(tái)構(gòu)件163鉸接至負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221, 從而使負(fù)載支承平臺(tái)構(gòu)件163相對于負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221移動(dòng)。箭頭234示意了負(fù)載支承平臺(tái)構(gòu)件163關(guān)于負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221的相對旋轉(zhuǎn)。從圖12中尤其可見,這一旋轉(zhuǎn)使人能可選擇地將前方負(fù)載巧4定位在理想方向。類似圖5的實(shí)施例,圖6展示了通過至少一個(gè)鉸鏈 225連接至外骨骼軀干109的負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221,該負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221使負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221 相對于外骨骼軀干109在箭頭233所示方向豎直擺動(dòng)。鉸鏈225可為受載彈簧,以輔助負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221進(jìn)行豎直切換。另外,為防止負(fù)載保持機(jī)構(gòu)推動(dòng)使用者的上身149,鉸鏈225可用于限制負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221朝使用者上身 149的擺動(dòng)。負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221也可包括能使支撐機(jī)構(gòu)221沿大致平行于使用者冠狀平面移動(dòng)的鉸鏈,例如圖9和圖12所示的鉸鏈256和258。在另一實(shí)施例中,負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221 包括鉸鏈257,用于使負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221關(guān)于肩上構(gòu)件138豎直運(yùn)動(dòng),如圖10所示。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,如圖7所示,負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221包括為U形部件300形式的肩上構(gòu)件,能通過例如鉤狀物或綁帶的負(fù)載連接裝置306與各類負(fù)載相連。U形部件 300能通過鉸鏈302圍繞軸301 (在徑向方向上沿使用者的冠狀平面)相對于外骨骼軀干109進(jìn)行旋轉(zhuǎn),為清除起見,僅示意了鉸鏈302的一側(cè)。在此鉸接U形部件300,原因有兩個(gè) (1)使操作者向上擺動(dòng)U形部件300,并脫離進(jìn)入或離開外骨骼100的軌跡;(2)精確測量由負(fù)載巧4作用在U形部件300上的運(yùn)動(dòng)或扭矩。該運(yùn)動(dòng)是通過負(fù)載傳感器303來測量的, 該負(fù)載傳感器303通過桿或纜繩305安裝,該桿或纜繩305連接至曲臂304,所述U形部件 300圍繞該曲臂304旋轉(zhuǎn)。纜繩305的長度設(shè)置為,當(dāng)使用者將U形部件300從使用者上方的裝載位置旋轉(zhuǎn)至使用者前方的工作位置時(shí),由于纜繩305變緊,U形部件300停止在使用者前方的舒適位置處。一旦完成該步驟,任何懸掛在使用者前方的U形部件300上的負(fù)載巧4將在傳感器 303的承重構(gòu)件上產(chǎn)生負(fù)載,該負(fù)載大致與U形部件300攜帶的負(fù)載成比例。負(fù)載信號(hào)由負(fù)載傳感器303產(chǎn)生,并被傳送至動(dòng)力單元201的控制器137(如圖2所示)。這種方法對順利控制下肢外骨骼100是極為重要的。更具體地,動(dòng)力單元201將向下肢外骨骼100的髖部扭矩發(fā)生器145和146增加扭矩,該扭矩與負(fù)載傳感器303所感測到的負(fù)載大小成正比, 并將逐步取消由U形部件300作用在外骨骼軀干109上的扭矩。這使得下肢外骨骼100能平滑地接受作用在U形部件300上的負(fù)載154。負(fù)載信號(hào)也可由使用者手動(dòng)控制產(chǎn)生,例如通過連接至控制器137的手動(dòng)控制器(未圖示)。在圖14所示的類似實(shí)施例中,外骨骼100進(jìn)一步包括懸掛機(jī)構(gòu)307,其與U形部件300相連,并能減弱從外骨骼軀干109到和人187到負(fù)載154的振蕩。懸掛機(jī)構(gòu)307可包括彈簧或阻尼器。圖7和圖14所示實(shí)施例使外骨骼100的操作者能很輕易地穿戴或脫下機(jī)器,并測得由負(fù)載巧4施加在外骨骼軀干上的力矩。因此,圖7和圖14中的實(shí)施例是方便的設(shè)計(jì),展示了兩個(gè)創(chuàng)新的概念(1)使穿戴和脫下外骨骼100變得容易;( 實(shí)時(shí)測量外骨骼100前方的負(fù)載引起的力矩。另外,圖7和圖14中的實(shí)施例可用來攜帶人的盔甲或盾牌(未圖示)。盾牌可具有不同的大小和重量,大到保護(hù)使用者全身的的盾牌,小到保護(hù)使用者身體局部的盾牌。將盾牌連接至支撐機(jī)構(gòu)221為使用者提供了針對拋射物或其它危險(xiǎn)的保護(hù),同時(shí)將盾牌的重量基本支撐在外骨骼上。本領(lǐng)域技術(shù)人員將注意到,隨著操作者在下肢外骨骼100內(nèi)彎腰,負(fù)載傳感器303 上的負(fù)載與關(guān)于髖部軸151和152所產(chǎn)生的扭矩之間的比例將改變。因此,在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,在外骨骼100上增加了例如傳感器這種形式的設(shè)備,以測量外骨骼軀干 109與重力矢量之間的絕對角度,從而能夠更精確地計(jì)算負(fù)載IM關(guān)于髖部軸151和152所產(chǎn)生的力矩。動(dòng)力單元201用于向髖關(guān)節(jié)125和1 施加更精確的扭矩,以抵消攜帶負(fù)載巧4產(chǎn)生的影響。一種能測量外骨骼軀干109與重力矢量之間的絕對角度的傳感器稱為傾斜計(jì)。構(gòu)建這種傾斜計(jì)有許多種類型和方法,都有詳盡的文獻(xiàn)記錄,在此無需詳述。出于圖示的目的,圖2示意了位于大腿連接件103和104上的角度傳感器或傾斜計(jì)243或244 ; 然而,應(yīng)當(dāng)理解的是,傳感器的實(shí)際位置并不局限于該實(shí)施例中的位置。在使用中,傳感器 243或M4向控制器137發(fā)出角度信號(hào)260和沈1,以判斷外骨骼100的前行速率。在此將詳細(xì)討論動(dòng)力單元201修正由扭矩發(fā)生器145和146作用的扭矩,以提供在具有前方負(fù)載154時(shí)外骨骼100的平滑操作。首先,應(yīng)當(dāng)理解,出于某些原因、例如要以理想加速度移動(dòng)髖部等,控制器137和動(dòng)力單元201可同時(shí)決定髖部之一所需扭矩的一部分。在這種情況下,一種解決辦法是,簡單地將各部分扭矩相加,(一部分扭矩是用來抵消
10前方負(fù)載154的影響的,另一部分扭矩是用來產(chǎn)生理想運(yùn)動(dòng)的)。在此,我們僅討論髖部扭矩的一部分(即由扭矩發(fā)生器145和146施加在外骨骼上的、關(guān)于髖部軸151和152的扭矩),計(jì)算該部分扭矩,來抵消前方負(fù)載巧4施加在外骨骼軀干109上的力矩。當(dāng)人用雙腳139和140站立在地面上時(shí),可以理解,每個(gè)髖關(guān)節(jié)125和1 之間分擔(dān)等同的扭矩。然而,當(dāng)外骨骼腿部101或102其中之一未接觸地面時(shí),則負(fù)載巧4產(chǎn)生的全部力矩將由作用在腿部支撐件101或102的外骨骼髖部上的大扭矩予以抵消,所述腿部支撐件101或102仍接觸地面。例如,如果外骨骼右腿支撐件101正處于步態(tài)邁步期且未接觸地面時(shí),則要抵消由前方負(fù)載巧4作用在外骨骼軀干109上的力矩所需的全部髖部扭矩將通過左髖部扭矩發(fā)生器146只作用在外骨骼左髖關(guān)節(jié)1 上。更值得質(zhì)疑的問題是,如何進(jìn)行各種情形之間的過渡(雙腳139和140等同地站立在地面vs.僅一只腳在地面上)。在圖2所示的實(shí)施例中,過渡是這樣來完成的負(fù)載傳感器236集成在每個(gè)外骨骼足部139和140內(nèi),以測量操作者施加在每個(gè)足部139和140 上的重量。更清楚地說,傳感器236測量操作者的足部與外骨骼足部139和140之間的力, 并向控制器137發(fā)出負(fù)載信號(hào)262和沈3??刂破?37利用有關(guān)這些負(fù)載的測量值,來確定操作者的負(fù)載分配意圖。因此,抵消由前方負(fù)載巧4作用在外骨骼軀干109上的力矩所需的髖部扭矩可在腿部支撐件101和102之間分配,其分配比例與操作者已選擇的在相應(yīng)的足部139和140之間分配的他/她的重量的比例相同。例如,如果對外骨骼足部139和140的負(fù)載傳感器236進(jìn)行測量,且控制器137確定操作者正將其70%的體重承載在外骨骼右足139上,而將30%的體重承載在外骨骼左足 140上,則動(dòng)力單元201向其右髖部扭矩發(fā)生器145的控制扭矩增加一部分扭矩,該扭矩為要抵消由負(fù)載巧4產(chǎn)生的力矩所需扭矩的70%,并向左髖部扭矩發(fā)生器146的控制扭矩增加一部分扭矩,該扭矩等于所需扭矩的30%。當(dāng)外骨骼100的操作者開始高速行走時(shí),由于在雙步態(tài)站立期時(shí)(即雙足139和 140都與地面接觸),在操作者的足部139和140之下負(fù)載發(fā)生動(dòng)力學(xué)改變,這種策略將變得復(fù)雜。例如,在腳跟擊地時(shí),操作者腳跟擊地的腳在沖擊作用下將經(jīng)受高負(fù)載,而由于操作者使用腳尖推進(jìn),其腳尖離地的腳也經(jīng)受著高負(fù)載。這將使得前述策略在雙步態(tài)站立期時(shí)輸出的結(jié)果極其不穩(wěn)定。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例以如下方式解決了這個(gè)問題動(dòng)力單元201能確定穩(wěn)步行走何時(shí)開始以及正在繼續(xù)。這可通過許多方式來完成。一個(gè)例子是, 動(dòng)力單元201的控制器137使用來自角度傳感器243和M4的度數(shù)(圖2),該角度傳感器 243和244鄰接外骨骼膝關(guān)節(jié)107和108,以估計(jì)外骨骼100的前行速率。當(dāng)該速率看似較大且穩(wěn)定時(shí),動(dòng)力單元201確定穩(wěn)步行走已經(jīng)開始。當(dāng)穩(wěn)步行走正在繼續(xù)時(shí),動(dòng)力單元201計(jì)算要抵消由前方負(fù)載IM作用在外骨骼軀干109上的力矩的全部髖部扭矩,并對與外骨骼腿部支撐件101或102相關(guān)聯(lián)的髖部扭矩發(fā)生器145和146的命令扭矩增加該髖部扭矩,所述外骨骼腿部支撐件101或102正處于站立期。當(dāng)腳跟擊地發(fā)生時(shí)(在雙步態(tài)站立期開始時(shí)),要抵消由前方負(fù)載巧4作用在外骨骼軀干109上的力矩所需的全部髖部扭矩從髖部執(zhí)行器145或146的腳尖離地時(shí)迅速轉(zhuǎn)移,并同步移至腳跟擊地的髖部執(zhí)行器145或146,以在該切換發(fā)生時(shí)使所施加的總扭矩保持恒定(以抵消負(fù)載巧4的影響)。例如,假定外骨骼右腿101正處于步態(tài)邁步期,且不與地面接觸,因此,要抵消由前方負(fù)載巧4作用在外骨骼軀干109上的力矩所需的全部髖部扭矩通過左髖部扭矩發(fā)生器146僅作用在外骨骼左髖部1 上。當(dāng)外骨骼右足139接觸地面時(shí),控制器137和動(dòng)力單元201將使扭矩迅速地從左髖部扭矩發(fā)生器146轉(zhuǎn)移至右髖部扭矩發(fā)生器145,其轉(zhuǎn)移方式能在該變化發(fā)生時(shí),使作用在兩個(gè)髖部扭矩發(fā)生器145和146上的總扭矩保持恒定(以抵消負(fù)載154的影響)。在此描述的外骨骼100可用在物料裝卸裝置中,用于將負(fù)載從第一地點(diǎn)移到第二地點(diǎn)。在此所述的使用方法使人能使用負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221直接將至少一部分負(fù)載重量(以及其它的力,例如慣性力)轉(zhuǎn)移至外骨骼軀干109上。負(fù)載巧4的重量通過外骨骼軀干109 轉(zhuǎn)移至第一和第二腿部支撐件101和102上,接著轉(zhuǎn)移至地面或支撐件表面上。在使用中, 負(fù)載1 可由外骨骼100的使用者或通過其它方式(如通過另一個(gè)人或通過其中設(shè)備)連接至負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221。同樣地,還可使用各種不同方法來從外骨骼負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221上卸下負(fù)載154,例如通過將負(fù)載巧4簡單地從負(fù)載軸承機(jī)構(gòu)221的水平板構(gòu)件167上滑下,或通過使用其中設(shè)備。由許多種充分利用外骨骼100以進(jìn)行負(fù)載支撐的應(yīng)用。例如在自動(dòng)裝配工廠,受傷風(fēng)險(xiǎn)高的工作常常是那些需要工人長期彎腰進(jìn)行的工作。外骨骼100減輕了這類動(dòng)作給使用者背部帶來的壓力。外骨骼100在分配中心和倉庫設(shè)施中也有所應(yīng)用。另外,主要的物流行業(yè),例如美國郵政服務(wù)公司(USPQ在全球擁有許多分配中心和倉庫,其中工人要搬運(yùn)各種箱子和其它物體。以下僅僅是本發(fā)明的外骨骼100的眾多應(yīng)用中的一些(1)在貨架和傳送帶之間搬運(yùn)箱子;( 在貨架和卡車之間搬運(yùn)箱子;以及( 在傳送帶和卡車之間搬運(yùn)箱子。圖11展示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,其中,下肢外骨骼100與負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221聯(lián)合使用,以裝載卡車M7。圖12和13展示了本發(fā)明的實(shí)施例,其中,負(fù)載支承平臺(tái)構(gòu)件163 用于舉起攜帶負(fù)載的投射物(殼體)296。在圖12的實(shí)施例中,當(dāng)處于裝載位置時(shí),攜帶負(fù)載的投射物四6的至少一部分重量由負(fù)載支撐構(gòu)件163支撐。如圖13所示,也可以使用繩索295形式的負(fù)載連接裝置306,將攜帶負(fù)載的投射物296連接至負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221。負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221還可以通過懸掛機(jī)構(gòu)(未圖示)連接至外骨骼109,該懸掛機(jī)構(gòu)能夠減弱從外骨骼軀干109和人187到負(fù)載154的振蕩。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,如圖8所示,負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221包括安裝在側(cè)部地多級自由度機(jī)構(gòu)224,該機(jī)構(gòu)可用于在人187的前方支撐前方負(fù)載154,并使負(fù)載IM關(guān)于外骨骼100進(jìn)行受控運(yùn)動(dòng)。多級自由度機(jī)構(gòu)2M包括多個(gè)依次連接的鉸接連接件或部段 250-252。每個(gè)部段通過鉸鏈或接頭248與另一部段相連。在所示的第一實(shí)施例中,多級自由度機(jī)構(gòu)2M連接至人187背上的外骨骼軀干109。在圖9所示的一替代性實(shí)施例中,安裝在前部的多級自由度機(jī)構(gòu)2 連接至人187前方的外骨骼軀干109。在圖9所示的實(shí)施例中,多級自由度機(jī)構(gòu)2M連接至照相機(jī)四9、監(jiān)視器298和電池四7。然而,應(yīng)當(dāng)理解的是, 多級自由度機(jī)構(gòu)2M可連接至任何理想負(fù)載154,例如工具或武器。在一些實(shí)施例中,如圖 10所示,多級自由度機(jī)構(gòu)2 通過肩上承載構(gòu)件138連接至人187肩上的外骨骼軀干109。在一些實(shí)施例中,如圖8所示,多級自由度機(jī)構(gòu)224的接頭248為彈簧239的受載彈簧,其目的是輔助負(fù)載保持機(jī)構(gòu)221,以舉起負(fù)載IM而無需使用者花費(fèi)力氣。在一些實(shí)施例中,多級自由度機(jī)構(gòu)224的接頭248為受載彈簧,以產(chǎn)生能大致補(bǔ)償前方負(fù)載154的重量的力。這使得操作者無需費(fèi)力便能豎直移動(dòng)負(fù)載154,從而將前方負(fù)載IM保持為基本在操作者前方移動(dòng)。圖9展示了多級自由度機(jī)構(gòu)2M其中,所述機(jī)構(gòu)的接頭248包括容納在其中的扭力彈簧(未圖示),以產(chǎn)生類似效果。在一些實(shí)施例中,如圖10所示,多級自由度機(jī)構(gòu)2M進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)鏈路229,以提升前方負(fù)載IM關(guān)于外骨骼軀干109 的可選位置。更具體地,依次連接的多個(gè)鉸接部段251和252可圍繞軸240彼此相對自由旋轉(zhuǎn),所述軸240大致平行于重力矢量,以使外骨骼100的操作者改變負(fù)載IM的位置,同時(shí)在大致平行于地面的平面內(nèi)移動(dòng)。在一些實(shí)施例中,如圖10所示,多級自由度機(jī)構(gòu)2 進(jìn)一步包括四桿連接件 238 (或具有類似功能的其他連接件),該四桿連接件238包括在257處鉸接連接、以將前方負(fù)載1 豎直定位(沿大致平行于重力矢量的方向移動(dòng))的面板。本發(fā)明提供了一種下肢外骨骼,能輔助使用者攜帶多種物體,例如各種工具、武器、照相設(shè)備及其它重物,并能減少進(jìn)行例如負(fù)載、舉重、攜帶和卸載物體這些任務(wù)所需的能量。盡管結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述,應(yīng)當(dāng)理解的是,可在不脫離本發(fā)明精神前提下對本發(fā)明做出各種變化和/或修正。例如,所述外骨骼可包括多重負(fù)載保持機(jī)構(gòu)。例如,上述的多重自由度負(fù)載保持機(jī)構(gòu)可在使用者的側(cè)部連接至框架,同時(shí)另一負(fù)載承重機(jī)構(gòu)連接在使用者的肩上。總的來說,本發(fā)明只收到權(quán)利要求范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種外骨骼,可用于連接至人體,所述外骨骼包括第一和第二腿部支撐件,用于連接至人的下肢,并在步態(tài)站立期時(shí)擱放在支撐件表面, 其中每個(gè)腿部支撐件包括大腿連接件和小腿連接件;第一和第二膝關(guān)節(jié),該第一和第二膝關(guān)節(jié)連接各第一和第二腿部支撐件的大腿連接件和小腿連接件,以在各小腿和大腿連接件之間進(jìn)行彎曲和伸展;外骨骼軀干,用于連接至人的上身,并可旋轉(zhuǎn)地連接至每個(gè)第一和第二腿部支撐件的大腿連接件,以在第一和第二腿部支撐件和外骨骼軀干之間進(jìn)行彎曲和伸展;至少一個(gè)髖部扭矩發(fā)生器,用于在所述外骨骼軀干與第一和第二大腿連接件的其中一個(gè)之間產(chǎn)生扭矩;以及負(fù)載保持機(jī)構(gòu),可旋轉(zhuǎn)地連接至所述外骨骼軀干,用于使所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)關(guān)于所述外骨骼軀干進(jìn)行選擇性運(yùn)動(dòng),所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)用于支撐位于人前方的負(fù)載的至少一部分重量,所述人與所述外骨骼相連,其中,當(dāng)所述外骨骼由人穿用時(shí),所述至少一個(gè)扭矩發(fā)生器在步態(tài)站立期時(shí)產(chǎn)生第一扭矩,該第一扭矩位于所述外骨骼軀干和所述第一和第二大腿連接件其中一個(gè)之間,并與由負(fù)載重量作用在外骨骼上產(chǎn)生的第二扭矩反向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼,其特征在于所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)通過至少一個(gè)肩上構(gòu)件連接至所述外骨骼軀干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼,其特征在于所述至少一個(gè)扭矩發(fā)生器為彈簧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼,其特征在于所述至少一個(gè)扭矩發(fā)生器為執(zhí)行器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼,其特征在于至少一個(gè)扭矩發(fā)生器構(gòu)成執(zhí)行器,該執(zhí)行器選自一組液壓執(zhí)行器、液壓旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器、液壓氣缸、電動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)執(zhí)行器及其組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外骨骼,其特征在于所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)通過鉸鏈連接至所述至少一個(gè)肩上構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的外骨骼,其特征在于所述鉸鏈為受載彈簧。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的外骨骼,其特征在于所述鉸鏈為柔性鉸鏈構(gòu)件,其包括選自皮革、纖維、彈性體、橡膠、布、塑料及其組合的元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的外骨骼,其特征在于所述鉸鏈位于與所述外骨骼相連的人的前方。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外骨骼,其特征在于所述肩上構(gòu)件通過鉸鏈連接至所述外骨骼軀干,以使所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)相對于所述外骨骼軀干產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的外骨骼,其特征在于所述旋轉(zhuǎn)發(fā)生在徑向平面內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的外骨骼,其特征在于所述鉸鏈位于與所述外骨骼相連的人的后方。
13.
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的外骨骼,其特征在于所述肩上構(gòu)件未U形部件,其能夠通過鉸鏈相對于所述外骨骼軀干在徑向平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外骨骼,其特征在于所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)包括負(fù)載保持構(gòu)件,該負(fù)載保持構(gòu)件位于與外骨骼相連的人的前方,以在與外骨骼相連的人的前方支撐所述負(fù)載。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的外骨骼,其特征在于所述負(fù)載保持構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)地連接至所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)的一部分,以使負(fù)載保持構(gòu)件相對于負(fù)載保持機(jī)構(gòu)的所述部分運(yùn)動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的外骨骼,其特征在于所述負(fù)載保持構(gòu)件包括大致水平的板。
18.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外骨骼,其特征在于所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括多級自由度機(jī)構(gòu),以使負(fù)載相對于外骨骼進(jìn)行受控運(yùn)動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的外骨骼,其特征在于所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)在與外骨骼相連的人的前方連接至肩上構(gòu)件。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的外骨骼,其特征在于所述多級自由度機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括串聯(lián)鏈接機(jī)構(gòu),該串聯(lián)鏈接機(jī)構(gòu)包括一系列相互串聯(lián)連接的連接件。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的外骨骼,其特征在于所述多級自由度機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括并聯(lián)鏈接機(jī)構(gòu),該并聯(lián)鏈接機(jī)構(gòu)包括一系列相互并聯(lián)并聯(lián)連接的連接件。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的外骨骼,其特征在于所述多級自由度機(jī)構(gòu)中的至少一個(gè)連接件為負(fù)載彈簧。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的外骨骼,其特征在于所述多級自由度機(jī)構(gòu)中的至少一個(gè)連接件為負(fù)載彈簧,用于將所述負(fù)載保持在浮動(dòng)狀態(tài)。
24.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外骨骼,其特征在于所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)通過懸掛機(jī)構(gòu)連接至所述肩上構(gòu)件,該懸掛機(jī)構(gòu)能減弱從所述外骨骼軀干及與所述外骨骼相連的人到所述負(fù)載的振蕩。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的外骨骼,其特征在于所述懸掛機(jī)構(gòu)包括彈簧。
26.根據(jù)權(quán)利要求M所述的外骨骼,其特征在于所述懸掛機(jī)構(gòu)包括阻尼器。
27.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外骨骼,進(jìn)一步包括動(dòng)力單元,其與至少一個(gè)所述髖部扭矩發(fā)生器相連,用于向所述至少一個(gè)髖部扭矩發(fā)生器選擇性地輸出扭矩;以及至少一個(gè)負(fù)載傳感器,其與所述動(dòng)力單元相連,用于感測由所述負(fù)載作用在所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)上的扭矩,其中,所述動(dòng)力單元基于來自所述負(fù)載傳感器的信號(hào),控制至少一個(gè)髖部扭矩發(fā)生器。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的外骨骼,進(jìn)一步包括第一和第二足部,其分別連接至第一和第二小腿連接件,其中,所述至少一個(gè)負(fù)載傳感器包括第一和第二負(fù)載傳感器,其分別連接至第一和第二足部。
29.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外骨骼,進(jìn)一步包括動(dòng)力單元,其與所述至少一個(gè)髖部扭矩發(fā)生器相連,用于向所述至少一個(gè)髖部扭矩發(fā)生器選擇性地輸出扭矩;信號(hào)處理器,其與所述動(dòng)力單元相連;以及傳感器,用于估測所述與所述信號(hào)處理器相連的所述外骨骼的前行速率。
30.一種使用外骨骼來支撐物體的方法,該外骨骼可與人相連,且包括第一和第二腿部支撐件,用于連接至人的下肢,并在步態(tài)站立期時(shí)擱放在支撐件表面,其中每個(gè)腿部支撐件包括大腿連接件和小腿連接件;第一和第二膝關(guān)節(jié),連接各第一和第二腿部支撐件的大腿連接件和小腿連接件,以在各小腿和大腿連接件之間進(jìn)行彎曲和伸展;外骨骼軀干,用于連接至人的上身,并可旋轉(zhuǎn)地連接至每個(gè)第一和第二腿部支撐件的大腿連接件,以在第一和第二腿部支撐件和外骨骼軀干之間進(jìn)行彎曲和伸展;負(fù)載保持機(jī)構(gòu),連接至所述外骨骼軀干,并用于支撐位于人前方的負(fù)載的至少一部分重量,所述人與所述外骨骼相連,以及至少一個(gè)髖部扭矩發(fā)生器,用于在步態(tài)站立期時(shí)在所述外骨骼軀干與第一和第二大腿連接件其中一個(gè)之間產(chǎn)生扭矩;所述方法包括將所述物體連接至所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu);以及使用至少一個(gè)所述扭矩發(fā)生器在步態(tài)站立期時(shí)產(chǎn)生第一扭矩,該第一扭矩位于所述外骨骼軀干與所述第一和第二大腿連接件其中一個(gè)之間,且與由所述物體重量在所述外骨骼上產(chǎn)生的第二扭矩反向。
31.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法,進(jìn)一步包括產(chǎn)生負(fù)載信號(hào),其中,所述負(fù)載信號(hào)表示由所述物體作用在所述外骨骼上的一部分力或扭矩,并且,由至少一個(gè)扭矩發(fā)生器作用的所述扭矩為所述負(fù)載信號(hào)的函數(shù)。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法,其特征在于所述負(fù)載信號(hào)由人手動(dòng)產(chǎn)生。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法,其特征在于所述負(fù)載信號(hào)由負(fù)載傳感器產(chǎn)生。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法,其特征在于所述負(fù)載傳感器位于所述外骨骼軀干和所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)之間。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法,其特征在于所述負(fù)載傳感器位于所述第一和第二腿部支撐件上。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法,其特征在于所述外骨骼進(jìn)一步包括第一和第二外骨骼足部,其與各小腿連接件相連,且所述負(fù)載傳感器包括位于每個(gè)第一和第二外骨骼足部上的負(fù)載傳感器,其中,產(chǎn)生負(fù)載信號(hào)包括基于由至少一個(gè)負(fù)載傳感器感測的負(fù)載值產(chǎn)生負(fù)載信號(hào)的步驟,所述負(fù)載傳感器位于每個(gè)第一和第二外骨骼足部。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法,其特征在于所述負(fù)載傳感器為測力裝置,其產(chǎn)生負(fù)載信號(hào),其中,所述負(fù)載信號(hào)表示由所述物體作用在所述外骨骼上的一部分力或扭矩。
38.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法,其特征在于所述物體包括選自以下各項(xiàng)的元件或元件組合箱子,照相機(jī),電池,監(jiān)視器,和投射物。
39.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法,進(jìn)一步包括用所述外骨骼,通過帶著外骨骼從從第一地點(diǎn)行走到第二地點(diǎn),將所述物體從第一地點(diǎn)移動(dòng)到第二地點(diǎn);以及在第二地點(diǎn)處將所述物體從所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)上分離。
40.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法,其特征在于所述至少一個(gè)扭矩發(fā)生器構(gòu)成第一和第二髖部扭矩執(zhí)行器,用于在所述外骨骼軀干和各第一和第二腿部支撐件之間產(chǎn)生扭矩, 其中,所述在步態(tài)站立期時(shí)使用所述至少一個(gè)扭矩發(fā)生器在所述外骨骼軀干和所述第一和第二大腿連接件其中一個(gè)之間產(chǎn)生第一扭矩的步驟包括感測使用者的第一足部和第一外骨骼足部之間的力;感測使用者的第二足部和第二外骨骼足部之間的力;確定使用者將分配在第一足部上的負(fù)載;確定使用者將分配在第二足部上的負(fù)載;向所述第一髖部執(zhí)行器作用扭矩,其中,計(jì)算由所述第一髖部執(zhí)行器作用的扭矩,以基于對第一足部意圖分配的負(fù)載,來抵抗由負(fù)載作用在所述第一足部上的而產(chǎn)生的扭矩;以及向所述第二髖部執(zhí)行器作用扭矩,其中,計(jì)算由所述第二髖部執(zhí)行器作用的扭矩,以基于對第一足部意圖分配的負(fù)載,來抵抗由負(fù)載作用在所述第一足部上的而產(chǎn)生的扭矩。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法,進(jìn)一步包括估測所述外骨骼的前行速率;確定行走運(yùn)動(dòng)何時(shí)開始;計(jì)算第一和第二髖部執(zhí)行器要抵消由負(fù)載產(chǎn)生的、作用在所述外骨骼上的扭矩所需的總扭矩;當(dāng)確定所述第一和第二髖部執(zhí)行器其中之一或兩者將處于步態(tài)站立期時(shí),將所述總扭矩的值加入作用在第一和第二髖部執(zhí)行器其中之一或兩者上的扭矩中。
42.—種控制外骨骼的方法,所述外骨骼可連接至人,所述外骨骼除其它部件外,還包括第一和第二腿部支撐件,用于連接至人的下肢,并在步態(tài)站立期時(shí)擱放在支撐件表面; 外骨骼軀干,可旋轉(zhuǎn)式與所述第一和第二腿部支撐件相連;至少一個(gè)髖部扭矩發(fā)生器,用于在步態(tài)站立期時(shí)在所述外骨骼軀干與第一和第二大腿連接件其中一個(gè)之間產(chǎn)生扭矩;動(dòng)力單元,其與至少一個(gè)髖部扭矩發(fā)生器相連,用于向所述至少一個(gè)髖部扭矩發(fā)生器產(chǎn)生扭矩; 以及負(fù)載保持機(jī)構(gòu);所述方法包括感測由負(fù)載傳感器作用在所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)上的扭矩;產(chǎn)生信號(hào),表示作用在所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)上的扭矩;使用所述動(dòng)力單元,處理來自負(fù)載傳感器的信號(hào);以及向至少一個(gè)髖部扭矩發(fā)生器作用扭矩,以抵消作用在所述負(fù)載保持機(jī)構(gòu)上的至少一部分扭矩。
全文摘要
一種用于連接至人(187)的外骨骼(100),其包括外骨骼軀干(109)和用于接觸地面的腿部支撐件(101,102)。髖部扭矩發(fā)生器(145,146)延伸于所述外骨骼軀干(109)與各腿部支撐件(101,102)之間。負(fù)載保持機(jī)構(gòu)(221)可旋轉(zhuǎn)地連接至所述外骨骼軀干(109),優(yōu)選地通過肩上構(gòu)件(138),該肩上構(gòu)件(138)用于在人(187)的前方支撐負(fù)載(154)。在使用中,髖部扭矩發(fā)生器(145,146)在步態(tài)站立期時(shí)在外骨骼軀干(109)和各腿部支撐件(101,102)之間產(chǎn)生扭矩,其中至少一個(gè)扭矩發(fā)生器(145或146)用于在步態(tài)站立期時(shí)在外骨骼軀干(109)和腿部支撐件(101,102)其中一個(gè)之間產(chǎn)生第一扭矩,該第一扭矩與負(fù)載(154)的重量在外骨骼(100)上產(chǎn)生的第二扭矩反向??墒褂贸兄貍鞲衅?236,303)來確定由負(fù)載(154)產(chǎn)生的扭矩,并將該承重傳感器(236,303)與控制器(137)相連,來控制輸入扭矩發(fā)生器(145,146)的能量。
文檔編號(hào)A61G15/00GK102256580SQ200980151413
公開日2011年11月23日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者A·佐斯, H·凱茲羅尼, J·W·伯恩斯, K·阿蒙森, N·哈丁, R·安戈?duì)柕?申請人:伯克利仿生技術(shù)公司, 加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)
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