專利名稱：行動(dòng)輔助設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶動(dòng)力的輔助設(shè)備領(lǐng)域，尤其是涉及帶動(dòng)力的輔助設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
美國目前約有262，000個(gè)脊髓損傷(SCI)的人，大概每年保持12000個(gè)新傷、平均
受傷年齡為40.2歲。其中，約44% (每年5300例)導(dǎo)致截癱。截癱產(chǎn)生的最主要障礙之一是喪失可動(dòng)性，特別是在比較年輕的時(shí)候受傷。對(duì)截癱用戶的調(diào)查表明，可動(dòng)性問題是最普遍的問題之一，可動(dòng)性希望中主要是行走和站立的能力。除了行動(dòng)不便，無法站立和行走帶來嚴(yán)重的生理作用，包括肌肉萎縮、骨礦物質(zhì)成分流失、皮膚頻繁破損的問題、尿路感染發(fā)病率增加、肌肉痙攣、淋巴管和血管循環(huán)受損、消化功能受損、呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)功能減弱。在努力恢復(fù)截癱的人的一定程度的腿可動(dòng)性方面，已經(jīng)開發(fā)出了幾種下肢矯形器。形式最簡(jiǎn)單的被動(dòng)矯形器是長(zhǎng)腿支具，其包括在腳踝處提供支撐的雙踝足矯形器(AFO)jAFO與將膝關(guān)節(jié)鎖在完全伸直的狀態(tài)的腿支具耦接。髖部通常是由骨盆前方的韌帶和肌肉組織的張力來穩(wěn)定。因?yàn)閹缀跛械男袆?dòng)能量都是由上半身提供的，這些(被動(dòng)的)矯形器需要大量的上半身力量并且體力消耗程度高，而提供的行走速度非常慢。髖部導(dǎo)矯形器(HG0)，這是在長(zhǎng)腿支具上的變型，包括硬性抵擋髖關(guān)節(jié)的內(nèi)收和外展的髖關(guān)節(jié)以及提高腳趾離地的重心的剛性鞋板，從而使每邁一步，前進(jìn)的程度較大。長(zhǎng)腿矯形器的另一種變型，交替式步態(tài)矯形器(RG0)，包括將一條腿的髖部屈曲與另一條腿的髖部伸展鏈接起來的運(yùn)動(dòng)約束，通常是通過一個(gè)推拉式纜線組件。像戴著其它被動(dòng)矯形器那樣，用戶向前傾靠住穩(wěn)定性輔助設(shè)備，而去掉擺動(dòng)腿的重量并利用重力提供站立腿的髖部伸展。由于髖關(guān)節(jié)的動(dòng)作是通過交替式機(jī)構(gòu)交替耦接的，所述重力引起的髖部伸展還提供了對(duì)側(cè)髖部的屈曲(擺動(dòng)腿)，使得步態(tài)的跨步長(zhǎng)度增加。RGO的一種變型是包括在左右髖關(guān)節(jié)之間的基于液壓電路的可變耦接。具有這種變型的實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)調(diào)制的液壓耦接的髖部運(yùn)動(dòng)得到改善。為了降低與被動(dòng)矯形器相關(guān)的高程度用力，以前已經(jīng)研究過使用帶動(dòng)力的矯形器，其包括啟動(dòng)器和相關(guān)的電源來輔助位移。最近，通過結(jié)合三個(gè)電動(dòng)馬達(dá)和RGO研發(fā)出一種帶動(dòng)力的矯形器，兩個(gè)放在膝蓋關(guān)節(jié)處，使得在擺動(dòng)過程中，膝蓋能夠屈伸，而另一個(gè)幫助髖部耦接，其實(shí)質(zhì)上輔助站立的髖部伸展和對(duì)側(cè)的擺動(dòng)髖部屈曲兩者。相對(duì)于沒有帶動(dòng)力的輔助的行走而言，所示的矯形器是來增加步態(tài)速度并減小補(bǔ)償動(dòng)作。此外提出了控制方法，給戴有帶動(dòng)力的下肢矯形器HAL的截癱的人提供輔助性操作(坐下到站立、站立到坐 下、行走)，帶動(dòng)力的下肢矯形器HAL是一種帶有六個(gè)電動(dòng)馬達(dá)(即，帶動(dòng)力的矢狀平面髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié))的新興的商業(yè)設(shè)備。與帶動(dòng)力的下肢矯形器HAL —樣，另外兩個(gè)新興的商業(yè)設(shè)備包括阿爾戈醫(yī)療技術(shù)公司(Argo MedicalTechnologies)的帶動(dòng)力的矯形器ReWalk 和伯克利仿生公司(Berkeley Bionics)的帶動(dòng)力的矯形器eLEGS 。這兩種設(shè)備都是特別為截癱的人研發(fā)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例關(guān)注的是體現(xiàn)為帶動(dòng)力的下肢矯形器或者外骨骼的行動(dòng)輔助設(shè)備，與已經(jīng)提到的設(shè)備一樣，是用來通過在髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)兩處提供矢狀平面輔助轉(zhuǎn)矩來給截癱患者提供步態(tài)輔助。根據(jù)各種實(shí)施例的矯形器與現(xiàn)有的矯形器不同，因?yàn)槭聦?shí)上它既不包括穿在肩上的一部分，也不包括穿在鞋子下面的一部分。同樣，相對(duì)于報(bào)道的其它設(shè)備的質(zhì)量，根據(jù)各種實(shí)施例的矯形器具有顯著較輕的質(zhì)量。此外，根據(jù)各種實(shí)施例的矯形器包括新的控制架構(gòu)，使用戶能夠直觀地、自主地控制(即，沒有按鈕控制或者系統(tǒng)操作員的幫助)與腿部可動(dòng)性相關(guān)的基本行動(dòng)(即，坐、站立和行走)。提供控制架構(gòu)，使用戶能夠自主導(dǎo)航這些行動(dòng)，而不用按鈕或開關(guān)或外部操作員的幫助。具體而言，所述根據(jù)各種實(shí)施例的控制架構(gòu)，在用戶的上身行動(dòng)和矯形器的狀態(tài)的基礎(chǔ)上，使用戶能夠在坐著、站立和行走之間切換。可以給根據(jù)各種實(shí)施例的帶動(dòng)力下肢假肢補(bǔ)充用戶肌肉的功能性電刺激(FES)(即，使用電刺激引起用戶肌肉的收縮)。在其余行動(dòng)由輔助設(shè)備提供的情況下，可以控制FES來提供盡可能多的行動(dòng)。


圖1圖示的是使用根據(jù)各種實(shí)施例的矯形器的用戶；圖2示出了圖1中所示的矯形器的主視
圖3示出了圖1中所示的矯形器的側(cè)視圖；圖4示出了圖1中所示的矯形器的軸測(cè)圖；圖5A示出了圖1中所示的矯形器的一部分的局部剖視圖；圖5B示出了圖5A的截面B的詳細(xì)分解視圖；圖6是根據(jù)各種實(shí)施例的矯形器的示例性分布式嵌入系統(tǒng)的功能圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的狀態(tài)機(jī)；圖8A是在轉(zhuǎn)換到行走狀態(tài)的過程中關(guān)節(jié)角度是跨步百分比的函數(shù)的X-Y圖；圖SB是在行走狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的過程中關(guān)節(jié)角度是跨步百分比的函數(shù)的X-Y圖；圖SC是在轉(zhuǎn)換到站立狀態(tài)的過程中關(guān)節(jié)角度是跨步百分比的函數(shù)的X-Y圖；圖9是示出在行走的過程中的壓力中心的示意圖；圖1OA是示出在從坐著轉(zhuǎn)換到站立的過程中壓力中心的示意圖；圖1OB是示出在從站立轉(zhuǎn)換到坐著的過程中壓力中心的示意圖；圖11是示出根據(jù)各種實(shí)施例的功能性電刺激的示例性布置的示意圖；圖12和圖13示出了從23個(gè)右步和23個(gè)左步測(cè)量到的每個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)，它們是時(shí)間的函數(shù)，疊加在同一幅圖上；圖14示出了圖13的數(shù)據(jù)的為跨步的函數(shù)的用電；圖15示出了測(cè)試患者的為時(shí)間的函數(shù)的關(guān)節(jié)角度(左右髖部、左右膝部)和狀態(tài)；
圖16A示出了為時(shí)間的函數(shù)的(步幅稍微不同的)幾個(gè)步子的系統(tǒng)狀態(tài)；圖16B示出了與圖16A的步子相同的步子的估計(jì)CoP (Xe)(實(shí)線)和CoP切換閾值(xe)(虛線)；圖16C示出了與圖16A和16B中的步驟相同的步驟的步幅(Xh)的估計(jì)值；圖17A、17B和17C分別給出了和第一、第二、第三TUG測(cè)試每一個(gè)相對(duì)應(yīng)的有限狀態(tài)序列；圖18以圖形方式示出了使用各種行走方法的患者的TUG心率和TMWT心率的結(jié)果;圖19以圖形方式示出了使用各種行走方法的患者的TUG心率％變化、TMWT心率％變化和博格感覺盡力度。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是參考附圖來描述的，其中，貫穿附圖，同樣的參考標(biāo)號(hào)指的是類似的或者等同的要素。這些圖并非是按比例繪出，它們僅用來說明本發(fā)明。下文參考用于說明的示例應(yīng)用描述本發(fā)明的幾個(gè)方面。應(yīng)當(dāng)理解的是，許多具體細(xì)節(jié)、關(guān)系和方法列舉出來是提供本發(fā)明的全面理解。但是，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員會(huì)容易理解，本發(fā)明可以在沒有一個(gè)或多個(gè)具體細(xì)節(jié)或者其它方法的情況下實(shí)踐。在其它示例中，眾所周知的結(jié)構(gòu)或者操作沒有詳細(xì)示出，避免使本發(fā)明模糊。本發(fā)明不受所圖示的行為或者事件的順序的限制，因?yàn)橐恍┬袨榭梢耘c其它行為或者事件發(fā)生的順序不同和/或與之同時(shí)發(fā)生。此外，并非所有圖示的行為或者事件都要求實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。1.帶動(dòng)力的矯形器構(gòu)造雖然有時(shí)是根據(jù)給 截癱用戶提供可動(dòng)性輔助的矯形器來討論各種實(shí)施例，但是各種實(shí)施例并不局限于這個(gè)方面。所述各種實(shí)施例同樣適用于其它應(yīng)用。例如，這些應(yīng)用可以包括其它非截癱病情用戶的可動(dòng)性輔助、中風(fēng)致傷的用戶的復(fù)健和可動(dòng)性輔助和具有使腿部可動(dòng)性受損的神經(jīng)肌肉殘疾的用戶(舉例而言，包括人和非人類用戶)的可動(dòng)性輔助。因此，可以暫時(shí)或者永遠(yuǎn)將各種實(shí)施例應(yīng)用于任何需要可動(dòng)性輔助和增強(qiáng)的應(yīng)用中。此外，雖然將根據(jù)下面描述的示例矯形器來籠統(tǒng)地描述各種實(shí)施例，但是，各種實(shí)施例并不局限于這個(gè)特殊的構(gòu)造。各種實(shí)施例可以體現(xiàn)為任意類型的外骨骼系統(tǒng)(比如下面描述的矯形器)或與之一起使用。本文所用的術(shù)語“外骨骼系統(tǒng)”是指任意類型的能夠穿戴或者附在用戶身上的設(shè)備，其中所述設(shè)備是構(gòu)造來給用戶的一個(gè)或多個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)提供能量。在圖1-4示出了根據(jù)各種實(shí)施例的示例的帶動(dòng)力的下肢矯形器100。具體而言，圖1-4所示的矯形器100包括四個(gè)電動(dòng)機(jī)，它們?cè)诿總€(gè)髖關(guān)節(jié)102RU02L和膝關(guān)節(jié)104RU04L施加矢狀平面轉(zhuǎn)矩。矯形器100可以與如拐杖、助行器之類的穩(wěn)定性輔助設(shè)備103 —起使用。如從圖中可見，該矯形器包含五段，它們是:兩個(gè)小腿段106R和106L、兩個(gè)大腿段108R和108L和一個(gè)髖部段110。每個(gè)大腿段108R和108L分別包括大腿段殼體109R和109L，并分別包括從每個(gè)膝關(guān)節(jié)104R和104L延伸并且被構(gòu)造為根據(jù)膝關(guān)節(jié)104R和104L的操作來移動(dòng)的連桿或連接器112R和112L，在膝關(guān)節(jié)104R和104L處提供矢狀平面轉(zhuǎn)矩。連接器112R和112L進(jìn)一步用來將每個(gè)大腿段108R和108L用機(jī)械的方式耦接到各個(gè)小腿段106R和106L。此外，每個(gè)大腿段108R和108L還分別包括從每個(gè)髖部關(guān)節(jié)102R和102L延伸并根據(jù)髖關(guān)節(jié)102R和102L的操作來運(yùn)動(dòng)的連桿或者連接器114R和114L，以在膝關(guān)節(jié)104R和104L處提供矢狀平面轉(zhuǎn)矩。連接器114R和114L進(jìn)一步用來將每個(gè)大腿段108R和108L機(jī)械耦接到髖部段110。如圖1所示，矯形器100可以由用戶穿著。要將矯形器附在用戶身上的話，矯形器100可以包括固定點(diǎn)101，用于通過皮帶、繩圈、橡皮膏之類將矯形器附在用戶身上。進(jìn)而，為了使用戶舒服，矯形器100可以包括沿著任何可能會(huì)與用戶接觸的表面設(shè)置的襯墊(圖中未示)。在一些實(shí)施例中，矯形器100的各個(gè)組成部分可以為用戶定制的尺寸。然而，在其它實(shí)施例中，該組件可被構(gòu)造為適應(yīng)各種不同的用戶。例如，在一些實(shí)施例中，可以在小腿段106R和106L和大腿段108R和108L之間布置一個(gè)或多個(gè)延伸元件，以適應(yīng)長(zhǎng)腿的用戶。在其它構(gòu)造中，兩個(gè)小腿段106R和106L、兩個(gè)大腿段108R和108L和一個(gè)髖部段110的長(zhǎng)度是可以調(diào)節(jié)的。也就是說，大腿段殼體109R、109L、小腿段106RU06L的小腿段殼體107R和107L以及髖部段110的髖部段殼體113可以用來讓用戶或者康復(fù)專家在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)這些部件的長(zhǎng)度。例如，這些部件可以由可以被用螺絲、夾子或者其它任意類型的緊固件保持在一個(gè)或多個(gè)位置的可滑動(dòng)或者可移動(dòng)部分構(gòu)成。鑒于前述情況，兩個(gè)小腿段106R和106L、兩個(gè)大腿段108R和108L和一個(gè)髖部段110可以形成一個(gè)模塊化系統(tǒng)，允許有選擇地替換矯形器100的一個(gè)或多個(gè)部件，以及允許在不需要定制部件的情況下為用戶造出矯形器。這樣的模塊化還極大地方便了穿脫所述設(shè)備的過程。在矯形器100中，設(shè)置在每個(gè)大腿段殼體109R、109L內(nèi)包括用于操作對(duì)應(yīng)的一個(gè)膝關(guān)節(jié)104RU04L和髖關(guān)節(jié)102RU02L的基本上所有的部件。特別地，每個(gè)的大腿段殼體109RU09L包括兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。然而，各實(shí)施例并不限于在這方面，一些部件可以位于髖部段110和/或小腿段106R、106L。例如，矯形器的電池111可以位于髖部段殼體113內(nèi)，連接器114R和114L可以還提供將電池111連接到大腿段108R和108L其中之一內(nèi)的任何部件的裝置。例如，連接器114R和114L可以包括電線、接觸件或者用于將電池111電連接到大腿段108R和108L中的電動(dòng)部件上的任何其它類型的電氣元件。在各種不同的實(shí)施例中，電池111不局限于放置在髖部段殼體113內(nèi)。相反，電池可以是位于任意一段矯形器100內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電池。在各種實(shí)施例中，為了保持矯形器的低重量和各個(gè)部件減小的外形，使用一個(gè)基本上為平面的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。例如，每個(gè)電動(dòng)機(jī)可以每個(gè)使用基本上與矢狀運(yùn)動(dòng)的平面平行的鏈輪和鏈條的布置、通過減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)相關(guān)的關(guān)節(jié)。這樣一種電動(dòng)機(jī)布置的示例構(gòu)造在圖5A中圖示。使用圖5A中的構(gòu)造，有可能實(shí)現(xiàn)外形輪廓較小的矯形器，在髖部和大腿段的增加尺寸小于5cm。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可以構(gòu)造在正面平面上的矯形器的外形，以在髖部和膝關(guān)節(jié)增加3.2cm，在大腿中部增加4.8cm，使得用戶能夠坐在現(xiàn)有的扶手椅或者輪椅中。類似地，髖部段從用戶的下背部向后突出大約3.2cm，使它不會(huì)顯著與座椅靠背干擾。矯形器不在中腹部上延伸，不需要在肩膀上戴什 么東西，也不需要在下背上有什么，這使得假如坐在凳子上或者桌子邊上時(shí)，設(shè)備不那么明顯。通過將分布式嵌入式系統(tǒng)集成在矯形器結(jié)構(gòu)內(nèi)，極大地促進(jìn)了矯形器的緊湊設(shè)計(jì)。在各種實(shí)施例中，不是構(gòu)造矯形器100來承重的。也就是說，如圖1所示，矯形器100不會(huì)包括腳或其它承重結(jié)構(gòu)。相反，如圖1所示，構(gòu)造矯形器100，使得小腿段106R和106L和對(duì)應(yīng)的一個(gè)大腿段108R和108L的組合長(zhǎng)度小于用戶的腿長(zhǎng)。這產(chǎn)生一個(gè)對(duì)用戶有潛在的健康益處的矯形器。特別是，站立和行走的能力可以扭轉(zhuǎn)或減弱通常與不能動(dòng)相關(guān)的生理障礙的程度，包括肌肉萎縮、骨礦物質(zhì)成分流失、皮膚頻繁破損的問題、尿路感染發(fā)病率增加、肌肉痙攣、淋巴管和血管循環(huán)受損、消化工作受損、呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)功能減弱。雖然將根據(jù)膝關(guān)節(jié)104R的操作來描述圖5A，但這是為了便于說明。也就是說，可以構(gòu)造其它關(guān)節(jié)來用基本上類似的方式操作。圖5A是膝關(guān)節(jié)104R周圍的矯形器100的剖視圖，其圖示了根據(jù)各種實(shí)施例的矯形器中驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)102R的電動(dòng)機(jī)502 —個(gè)示例構(gòu)造。如圖5A所示，可以通過在大腿段殼體109R的一端放置與矢狀平面平行的關(guān)節(jié)鏈輪504并構(gòu)造關(guān)節(jié)鏈輪504以平行于矢狀平面轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)102R。為了給膝關(guān)節(jié)102R提供矢狀平面轉(zhuǎn)矩，連接器112R可以從關(guān)節(jié)鏈輪504延伸，并通過機(jī)械的方式連接，使得關(guān)節(jié)鏈輪504的轉(zhuǎn)動(dòng)在小腿段106上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。如圖5A所示，可以給連接器112R提供一個(gè)槽或者容放元件506，以鏈接大腿段108R和小腿段106R?？梢詷?gòu)造容放元件506和連接器112R，使得連接器可以是可拆卸地連接大腿段108R和小腿段106R。在各種實(shí)施例中，可以用夾子、螺絲或者其它任何類型的緊固件的布置來提供一個(gè)永久的或可拆卸的連接。在一些實(shí)施例中，可以提供快速連接或者“掀鈕(snap-1n)”設(shè)備來提供連接。也就是說，這些快速連接設(shè)備允許不需要工具就進(jìn)行連接。這些類型的快速連接設(shè)備不僅能夠用于機(jī)械耦接，而且還能用于電耦接。在一些實(shí)施例中，可以用單個(gè)的快速連接設(shè)備來提供電耦接和機(jī)械耦接兩種耦接。但是，各種實(shí) 施例并不局限于這個(gè)方面，可以為電耦接和機(jī)械耦接提供單獨(dú)的快速連接設(shè)備。值得注意的是，當(dāng)在每個(gè)關(guān)節(jié)有快速斷開設(shè)備的情況下，可以容易地將矯形器分成三個(gè)模塊化部件-右腿、左腿和髖部段-便于穿脫，也增加了便攜性。圖5B示出了示例的快速連接構(gòu)造的詳細(xì)視圖。圖5B是圖A的截面“B”的詳細(xì)視圖。如圖5B所示，連接器112R是從大腿段108R延伸的一個(gè)構(gòu)件。將連接器112R構(gòu)造成滑入容放元件506中。然后，可以通過小腿段106R上的鎖閂526和連接器112R上的鎖扣528的組合將連接器112R用機(jī)械的方式鎖在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｈ缟纤?，可以?gòu)造連接器112R、112L、114R和114L來提供機(jī)械和電氣連接?；乜磮D5B，在大腿段108R和小腿段106R之間需要電連接的情況下，可以將電線經(jīng)過連接器112R的內(nèi)部引到電觸頭530上。在容放元件506的內(nèi)部還可以提供一組對(duì)應(yīng)的電觸頭(未示)。相應(yīng)地，當(dāng)連接器112R鎖在容放元件506內(nèi)時(shí)，電觸頭530與容放元件506內(nèi)的電觸頭接觸放置。可以為連桿112LU14R和114L提供類似的構(gòu)造。不過要注意的是，各種實(shí)施例不限于圖5B的單獨(dú)的鎖扣和鎖閂組合。相反，可以沒有限制地使用任何其它類型的緊固或鎖定機(jī)構(gòu)。再參考圖5A，膝關(guān)節(jié)104R是通過電動(dòng)機(jī)502的操作來執(zhí)行的，如上文討論那樣。電動(dòng)機(jī)502可以是使用二級(jí)鏈條驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)104R (即，關(guān)節(jié)鏈輪504)的電動(dòng)馬達(dá)。例如，如圖5A所示，第一級(jí)由電動(dòng)機(jī)502直接或者經(jīng)由第一鏈條512驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)鏈輪514來構(gòu)成。第一驅(qū)動(dòng)鏈輪514是用機(jī)械的方式耦接在第二驅(qū)動(dòng)鏈輪516上，使得他們?cè)陔妱?dòng)機(jī)502施加到第一驅(qū)動(dòng)鏈輪514的動(dòng)力的基礎(chǔ)上,繞著同一個(gè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。可以設(shè)置第二驅(qū)動(dòng)鏈輪516使得它是放置在和鏈輪504相同的平面內(nèi)。因此，然后可以用第二鏈條518，使用第二驅(qū)動(dòng)鏈輪516來驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)鏈輪504并啟動(dòng)膝關(guān)節(jié)104R?？梢栽陉P(guān)節(jié)、動(dòng)力限制和空間限制所需的轉(zhuǎn)矩的量的基礎(chǔ)上，選擇上面描述的各種部件的齒輪比。每級(jí)鏈驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)可以包括張力器，它們可以消除鏈條上的松弛，并減輕沖擊負(fù)荷。這樣的張力器可以是可調(diào)節(jié)的或者是彈簧加載的。例如，如圖5A所示，所示的彈簧加載的張力器508和510是第二鏈條518的。類似地，張力器509和511還可以被提供給第一鏈條512 (如果有的話)。另外，可以給電動(dòng)機(jī)502提供制動(dòng)器。例如，如圖5所示，提供電磁制動(dòng)器520，它在一個(gè)狀態(tài)下與制動(dòng)墊522嚙合抵著電動(dòng)機(jī)502的轉(zhuǎn)子524，在另一個(gè)狀態(tài)下與制動(dòng)墊522分開。然而，各種實(shí)施例并不局限于這個(gè)特定的制動(dòng)器布置，可以沒有限制地使用任何其它的方法來提供電動(dòng)機(jī)502的制動(dòng)。上文根據(jù)鏈輪和鏈條的布置討論了圖5A中圖示的構(gòu)造。然而，各種實(shí)施例并不限于這個(gè)方面。也就是說，可以使用任何其它帶或不帶鏈條并提供減小的外形的齒輪布置。進(jìn)而，各種實(shí)施例并不局限于齒輪和/或鏈條的布置。例如，在一些構(gòu)造中，可以用皮帶和滑輪布置來代替鏈條和鏈輪布置。再者，還可以使用摩擦驅(qū)動(dòng)布置。同樣，也可以使用上面討論的布置的任意組合。另外，不同的關(guān)節(jié)可以使用不同的排列。在各種實(shí)施例中，可以為每個(gè)關(guān)節(jié)102R、102L、104R、104L構(gòu)造一個(gè)電動(dòng)機(jī)，提供最低量的連續(xù)轉(zhuǎn)矩和并在較短的時(shí)間段內(nèi)提供較高量的轉(zhuǎn)矩。例如，在一個(gè)構(gòu)造中，提供至少IONm的連續(xù)轉(zhuǎn)矩和在較短的(即，2秒)時(shí)間段內(nèi)至少有25Nm的轉(zhuǎn)矩。在另一個(gè)示例中，提供達(dá)到12Nm的連續(xù)轉(zhuǎn)矩和在較短的(即，2秒)時(shí)間段內(nèi)有40Nm的轉(zhuǎn)矩。作為一種保護(hù)措施，兩個(gè)膝關(guān)節(jié)104R和104 L都可以包括正常地鎖定的制動(dòng)器，如上文討論那樣，目的是為了排除電源故障情況下膝蓋屈曲。值得注意的是，根據(jù)各種實(shí)施例的矯形器不包含足部或踝部部件。然而，可以構(gòu)造根據(jù)各種實(shí)施例的矯形器以與標(biāo)準(zhǔn)的踝足矯形器(AFO) 115結(jié)合使用，以給腳踝提供穩(wěn)定性并且/或者排除在步態(tài)的擺動(dòng)階段腳下垂。在矯形器100中，分別使用嵌入在一個(gè)大腿段108R和108L中的一對(duì)嵌入式控制系統(tǒng)116R和116L來提供各種關(guān)節(jié)的控制。嵌入式控制系統(tǒng)116R和116L可以用來限定一個(gè)分布式嵌入系統(tǒng)(DES)來提供大腿段108R和108L之間的協(xié)同操作。嵌入式控制系統(tǒng)116R和116L是在圖3和4中示出，用虛線表示它們是被這些圖中的其它特征隱藏了。圖6給出了使用嵌入式控制系統(tǒng)116R和116L形成的示例DES600的功能圖。DES600由電池111供電，比如29.6V、3.9A hr的鋰聚合物電池111。DES600可以包括電力管理模塊602、計(jì)算或者數(shù)據(jù)處理模塊604、電信號(hào)調(diào)節(jié)和傳感器接口模塊606、電力電子器件608和通信電子器件610，與DES600內(nèi)的以及在DES600和主機(jī)之間的部件形成接口。為了形成DES600，嵌入式控制系統(tǒng)116R和116L可以是經(jīng)由髖部段110中的有線通信鏈路或者嵌入式控制系統(tǒng)116R和116L之間的無線通信鏈路可通信地耦接。它們可以包括任何一種類型的無線通信鏈路。例如，這些可以包括根據(jù)IEEE802.XX標(biāo)準(zhǔn)、藍(lán)牙 及其派生物中的任何一種的無線通信鏈路。但是，各種實(shí)施例不局限于這方面，可以使用任何其它類型的無線通信鏈路。
電力管理模塊602提供，可以從電池111提供信號(hào)調(diào)節(jié)和調(diào)整。另外，電力管理模塊，例如，電力管理模塊602被構(gòu)造成提供用于信號(hào)調(diào)節(jié)和計(jì)算并且是從中間的±12.5和+5V的切換調(diào)節(jié)器獲得的線性調(diào)節(jié)的±12和+3.3V，進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換。在一些實(shí)施例中，矯形器100可以包括可視顯示器，由電力管理模塊602控制，指示電池的狀態(tài)。可視顯示器可以是字母數(shù)字或者符號(hào)(例如，一個(gè)或多個(gè)燈來表示電池狀態(tài))。計(jì)算模塊604由每個(gè)嵌入式控制系統(tǒng)116R和116L中的微控制器單元構(gòu)成。例如，如圖6所示，微控制器單元可以是80MHz PIC32控制器，每個(gè)有512kB閃存和32kB RAM，并且每個(gè)大約消耗400mW的功率?？梢詫?duì)這些微控制器進(jìn)行編程。例如，所述編程可以使用MPLAB IDE和MP32C編譯器(都是微芯科技公司(Microchip Technology, Inc.)的產(chǎn)品)用C編程語言來編程。然而，各種實(shí)施例不局限于這個(gè)方面，可以使用任何其它類型的編程方法。在操作中，計(jì)算模塊604 (即，兩個(gè)微控制器)使用電力電子器件608中的伺服驅(qū)動(dòng)器或者伺服放大器(比如，四象限切換伺服放大器或者脈沖寬度調(diào)制(PWM)的功率晶體管驅(qū)動(dòng)器)驅(qū)動(dòng)和每個(gè)關(guān)節(jié)102R、102L、104R和104L相關(guān)的電動(dòng)機(jī)。計(jì)算模塊604還通過電力電子器件608中的脈沖寬度調(diào)制(PWM)功率晶體管驅(qū)動(dòng)膝部制動(dòng)器。像下文進(jìn)一步討論的那樣，在各種實(shí)施例中構(gòu)造計(jì)算模塊604，至少部分基于和矯形器100的狀態(tài)相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)與每一個(gè)關(guān)節(jié)102R、102L、104R和104L相關(guān)的電動(dòng)機(jī)。相應(yīng)地，傳感器接口模塊606可以配置成提供以及/或者可以提供與矯形器100中放置的傳感器進(jìn)行通信。在一些實(shí)施例中，所有的傳感器都可以被放置在其中一個(gè)大腿段108R和108L內(nèi)。例如，這些傳感器可以嵌入在每個(gè)嵌入式控制系統(tǒng)116R和116L中。在矯形器100的一個(gè)構(gòu)造中，物理感應(yīng)由每個(gè)髖關(guān)節(jié)104RU04L和每個(gè)膝關(guān)節(jié)102R、102L中以及放置在每個(gè)大腿段108R和108L別處的3-軸加速度傳感器和單軸陀螺儀的基于霍爾效應(yīng)的角度和角速度感應(yīng)構(gòu)成。雖然上面的說明中描述了一種每個(gè)嵌入式控制系統(tǒng)116R和116L的部件的對(duì)稱布置，但是各種實(shí)施例并不局限 于這方面。在其它實(shí)施例中，上面描述的一個(gè)或多個(gè)模塊可以位于其中一個(gè)嵌入式控制系統(tǒng)116R和116L內(nèi)。在一些實(shí)施例中，可以將矯形器100構(gòu)造成與嵌入在穩(wěn)定性輔助設(shè)備103中的傳感器協(xié)同工作。DES可以被構(gòu)造成與這樣的傳感器經(jīng)由有線或者無線通信鏈路通信，如上文討論的那樣。2.電動(dòng)矯形器控制架構(gòu)2.1關(guān)節(jié)水平控制器根據(jù)各種實(shí)施例的矯形器的整體控制結(jié)構(gòu)由變阻關(guān)節(jié)水平控制器構(gòu)成，變阻關(guān)節(jié)水平控制器的行為由事件驅(qū)動(dòng)型有限狀態(tài)控制器來監(jiān)督。關(guān)節(jié)水平控制器由每個(gè)(髖部和膝部)關(guān)節(jié)周圍的可變?cè)鲆姹壤?導(dǎo)數(shù)(PD)反饋控制器構(gòu)成，其中在一個(gè)給定的時(shí)間，除了所述反饋控制器的比例和微分增益之外，輸入到每個(gè)控制器的控制輸入由關(guān)節(jié)角度基準(zhǔn)構(gòu)成。注意，為了確保反饋控制器的穩(wěn)定，微分增益只限制在正值。在有這種控制結(jié)構(gòu)的情況下，結(jié)合矯形器關(guān)節(jié)的開環(huán)低輸出阻抗，通過模擬每個(gè)關(guān)節(jié)處的物理彈簧阻尼力偶，所述關(guān)節(jié)可以用高阻抗軌跡跟蹤模式或者用(相對(duì)的)低阻抗模式來控制。前者用在希望實(shí)施預(yù)定的軌跡(例如，在步態(tài)的擺動(dòng)階段過程中)之處使用，而后者是在優(yōu)選的是不實(shí)施預(yù)定的關(guān)節(jié)軌跡、而是提供方便于朝向給定的關(guān)節(jié)平衡點(diǎn)的輔助轉(zhuǎn)矩的情況下(如，從坐著轉(zhuǎn)換到站立)使用，或者在關(guān)節(jié)處施加耗散行為(如，從站轉(zhuǎn)換到坐)。2.2有限狀態(tài)控制結(jié)構(gòu)接下來的部分描述控制結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例實(shí)施例，其使得站立、行走和坐的自主控制成為可能。然而，這個(gè)特殊的控制結(jié)構(gòu)僅用來使各種實(shí)施例的說明變得容易。在各種實(shí)施例中，所述控制結(jié)構(gòu)可以包括以類似的方式實(shí)現(xiàn)的額外的活動(dòng)模式。這些可以包括上坡和下坡行走、上樓梯和下樓梯、上人行道邊和下人行道邊，僅舉幾例。值得一提的是，上人行道邊和下人行道邊還可以是上樓梯和下樓梯功能的子集。關(guān)節(jié)水平控制器從監(jiān)督有限狀態(tài)機(jī)(FSM) 700接收軌跡命令以及I3D增益，狀態(tài)機(jī)(用于坐著、站立和行走)由12個(gè)狀態(tài)構(gòu)成，如圖7所示。FSM700由兩種類型的狀態(tài)構(gòu)成:靜止?fàn)顟B(tài)和轉(zhuǎn)換狀態(tài)。靜止?fàn)顟B(tài)由坐著(SI)、站立(S2)、右腿向前(RLF)雙支撐(S3)和左腿向前(LLF)雙支撐(S4)構(gòu)成。在四個(gè)靜止?fàn)顟B(tài)之間轉(zhuǎn)換的剩下8個(gè)狀態(tài)，包括坐下到站立(S5)、站立到坐下(S6)、從站立到走右半步(S7)、從站立到走左半步(SI I)、從走到站左半步(S10)、從走到站右半步(S12)、右步(S9)和左步(S8)。FSM700的每個(gè)狀態(tài)完全由一組軌跡和一組關(guān)節(jié)反饋增益來限定。在一般情況下，后者或高或低。應(yīng)用在八個(gè)轉(zhuǎn)換狀態(tài)中的六個(gè)轉(zhuǎn)換狀態(tài)下的軌跡組在圖8A-8C中示出。圖8A是在轉(zhuǎn)換到行走狀態(tài)的過程中(圖7中的S7、S11)，關(guān)節(jié)角度是步伐的百分比的函數(shù)的X-Y圖。曲線802是分別用曲線和實(shí)線表示的髖部和膝蓋的擺動(dòng)的曲線。曲線804是分別用虛線和實(shí)線表示的髖部和膝蓋站姿的曲線。圖8B是在行走狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的過程中(圖7中的S8、S9)，關(guān)節(jié)角度是步伐的百分比的函數(shù)的X-Y圖。曲線806是分別用虛線和實(shí)線表示的髖部和膝蓋的擺動(dòng)的曲線。曲線808是分別由虛線和實(shí)線表示的髖部和膝蓋站立的曲線。圖8C是在轉(zhuǎn)換到站立狀態(tài)的過程中(圖7中的S10、S12)關(guān)節(jié)角度是步伐的百分比的函數(shù)的X-Y圖。曲線810是分別由虛線和實(shí)線表示的髖部和膝蓋的擺動(dòng)的曲線。曲線812是分別由虛線和實(shí)線表示的髖 部和膝蓋站立的曲線。對(duì)于圖8A-8C所示的所有軌跡，關(guān)節(jié)反饋增益是設(shè)置成高的。圖8A-8C所示的各種關(guān)節(jié)的軌跡的最終角度限定了與RLF雙支撐(S3)、LLF雙支撐(S4)和站立(S2)的靜止?fàn)顟B(tài)相對(duì)應(yīng)的恒定的關(guān)節(jié)角度。剩下三個(gè)狀態(tài)，它們是坐著的靜止?fàn)顟B(tài)(SI)和從坐著到站立
(S5)和從站立到坐下(S6)的兩個(gè)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。坐著的靜止?fàn)顟B(tài)(SI)由零增益限定，因此關(guān)節(jié)角度并不重要。從站立到坐下的轉(zhuǎn)換(S6)由零比例增益和高導(dǎo)數(shù)增益(即，沒有剛度的阻尼)。因此，對(duì)于這個(gè)狀態(tài)，關(guān)節(jié)角度也是無足輕重的，假設(shè)它們是恒定的。最后，從坐著到站立(S5)的狀態(tài)是由站立(S2)關(guān)節(jié)角度來限定，并利用從零上跳到與高阻抗?fàn)顟B(tài)對(duì)應(yīng)的值的一組增益。表I和圖8A-8C總結(jié)了軌跡和反饋增益的屬性，它們一起完全定義圖7中所示的FSM的所有狀態(tài)中的行為。表1.每個(gè)狀態(tài)內(nèi)的關(guān)節(jié)控制器特征
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括: 外骨骼系統(tǒng)，其包括多個(gè)傳感器、髖部段和至少一個(gè)下肢，所述傳感器用于產(chǎn)生表示至少所述外骨骼系統(tǒng)的當(dāng)前動(dòng)作和當(dāng)前布置的信號(hào)，所述至少一個(gè)下肢包括用于耦接到用戶腿部的側(cè)表面的大腿段和小腿段，所述大腿段包括: 殼體， 第一帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)，設(shè)置在所述殼體內(nèi)并且被構(gòu)造用于將所述大腿段耦接到所述髖部段， 第二帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)，設(shè)置在所述殼體內(nèi)并且被構(gòu)造用于將所述大腿段耦接到所述小腿段， 控制器，設(shè)置在所述殼體中并且耦接到所述多個(gè)傳感器、所述第一帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)和所述第二帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)，所述控制器是構(gòu)造來基于所述信號(hào)確定所述外骨骼系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)和所述用戶的當(dāng)前意圖，并基于所述當(dāng)前狀態(tài)和所述當(dāng)前意圖給所述第一帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)和所述第二帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)生成控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述多個(gè)傳感器是設(shè)置在所述殼體中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述至少一個(gè)下肢是一個(gè)下肢。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)或者所述第二帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)中至少有一個(gè)包括電動(dòng)機(jī)、至少一個(gè)鏈輪和至少一個(gè)用于將轉(zhuǎn)矩從所述電動(dòng)機(jī)傳輸?shù)剿鲦溳喌逆湕l。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中進(jìn)一步包括用于所述至少一個(gè)鏈條的鏈條張緊系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)或者所述第二帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)中至少有一個(gè)包括電動(dòng)機(jī)、至少一個(gè)滑輪和至少一個(gè)用于將轉(zhuǎn)矩從所述電動(dòng)機(jī)傳輸?shù)剿龌喌膫魉蛶А?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中每一個(gè)所述第一和第二帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)部還包括傳送帶張緊系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)或者所述第二帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)中至少有一個(gè)包括至少一個(gè)制動(dòng)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中至少一個(gè)制動(dòng)器是構(gòu)造來在沒有電力的情況下鎖住。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述設(shè)備的至少一個(gè)下肢是非承重的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述外骨骼系統(tǒng)進(jìn)一步包括功能性電刺激系統(tǒng)，用于響應(yīng)于來自于所述控制器的所述控制信號(hào)，為所述用戶的肌肉產(chǎn)生功能性電刺激信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所述功能性電刺激系統(tǒng)包括設(shè)置在所述殼體上的至少一個(gè)功能性電刺激源位置、設(shè)置在所述用戶的大腿上的至少一個(gè)功能性電刺激接收位置、設(shè)置在所述大腿上并且電耦接在所述至少一個(gè)功能性電刺激接收位置上的至少一個(gè)電極，其中所述至少一個(gè)功能性電刺激接收位置是構(gòu)造來從所述至少一個(gè)功能性電刺激源位置接收所述功能性電刺激信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述至少一個(gè)功能性電刺激源位置的空間布置和所述至少一個(gè)功能性電刺激接收位置大致重合。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述至少一個(gè)功能性電刺激源位置被構(gòu)造用于無線發(fā)送所述功能性電刺激信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述功能性電刺激系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一個(gè)由所述用戶穿著的覆蓋物，其中至少一個(gè)功能性電刺激接收位置和至少一個(gè)電極是設(shè)置在所述覆蓋物上。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中所述至少一個(gè)功能性電刺激源位置是構(gòu)造來和所述至少一個(gè)電極區(qū)域進(jìn)行物理和電接觸，用于傳輸所述功能性電刺激信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其還包括至少一個(gè)用于將所述髖部段用機(jī)械的方式和電方式耦接到所述第一帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)的第一連桿和至少一個(gè)用于將所述小腿段用機(jī)械的方式耦接到所述第二帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)的第二連桿。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)第一連桿或所述至少一個(gè)第二連桿中至少有一個(gè)包括快速連接設(shè)備。
19.一種控制包括外骨骼系統(tǒng)的設(shè)備的方法，所述外骨骼系統(tǒng)具有多個(gè)傳感器、髖部段和至少一個(gè)下肢，所述傳感器用于產(chǎn)生表示至少所述外骨骼系統(tǒng)的當(dāng)前動(dòng)作和當(dāng)前布置的信號(hào)，所述至少一個(gè)下肢包括用于耦接到用戶腿部的側(cè)表面的大腿段和小腿段，用于提供所述大腿段相對(duì)于所述髖部段的動(dòng)作的第一帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)和用于提供所述小腿段相對(duì)于所述大腿段的動(dòng)作的第 二帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)，所述多個(gè)傳感器設(shè)置在所述至少一個(gè)髖部段或者所述至少一個(gè)下肢上， 所述方法包括: 從所述多個(gè)傳感器接收所述信號(hào)； 基于所述信號(hào)確定所述外骨骼系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)； 至少基于所述外骨骼的當(dāng)前狀態(tài)推斷所述用戶的當(dāng)前意圖； 至少基于所述當(dāng)前狀態(tài)和所述當(dāng)前意圖確定所述外骨骼的下一個(gè)狀態(tài)；和 產(chǎn)生控制信號(hào)使所述外骨骼轉(zhuǎn)換到所述下一個(gè)狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述確定當(dāng)前狀態(tài)的步驟進(jìn)一步包括:基于所述接收到的信號(hào)估計(jì)所述身體的壓力中心，其中所述確定所述下一個(gè)狀態(tài)的步驟還包括基于所述壓力中心選擇所述下一個(gè)狀態(tài)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括使所述外骨骼的至少一部分以預(yù)定的模式震動(dòng)，以給所述用戶提供與所述控制狀態(tài)有關(guān)的反饋。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法,進(jìn)一步包括生成至少一個(gè)觸覺標(biāo)記、視覺標(biāo)記或聲音標(biāo)記以給所述用戶提供與所述控制狀態(tài)有關(guān)的反饋。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述確定所述下一個(gè)狀態(tài)的步驟進(jìn)一步包括選擇多個(gè)活動(dòng)模式中的其中一個(gè)和在所述其中一個(gè)活動(dòng)模式下的狀態(tài)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述多個(gè)活動(dòng)模式包括坐著、從坐著轉(zhuǎn)換到站立、站立、從站立轉(zhuǎn)換到坐下或者行走。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述多個(gè)活動(dòng)模式進(jìn)一步包括上斜坡、下斜坡、上樓梯和下樓梯。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述多個(gè)活動(dòng)模式進(jìn)一步包括上路沿和下路沿。
27.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括為所述用戶的至少一個(gè)下肢產(chǎn)生功能性電刺激信號(hào)，并且其中所述為所述推動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生控制信號(hào)的步驟包括基于所述功能性電刺激信號(hào)為所述推動(dòng)系統(tǒng)配置所述控制信號(hào)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中所述配置所述控制信號(hào)的步驟進(jìn)一步包括: 確定轉(zhuǎn)換到所述下一個(gè)狀態(tài)所需的第一轉(zhuǎn)矩量， 監(jiān)控響應(yīng)所述功能性電刺激信號(hào)而產(chǎn)生的第二轉(zhuǎn)矩量，以及 配置所述控制信號(hào)，使所述推動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生等于所述第一和第二轉(zhuǎn)矩量之差的第三轉(zhuǎn)矩量。
29.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其具有存儲(chǔ)于其上的計(jì)算機(jī)可讀代碼，用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求19-28中任意 一項(xiàng)權(quán)利要求中的方法。
全文摘要
一種包括外骨骼系統(tǒng)的裝置，具有多個(gè)傳感器、髖部段和至少一個(gè)下肢，所述傳感器用于產(chǎn)生表示至少所述外骨骼系統(tǒng)的當(dāng)前動(dòng)作和當(dāng)前布置的信號(hào)。所述下肢包括用于耦接到用戶腿部的側(cè)表面的大腿段和小腿段。所述大腿段包括將所述大腿段耦接到所述髖部段的第一帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)、將所述大腿段耦接到所述小腿段的第二帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)以及耦接到所述傳感器、所述第一帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)和所述第二帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)的控制器。所述控制器是構(gòu)造來基于所述信號(hào)確定所述外骨骼系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)和所述用戶的當(dāng)前意圖，并基于所述當(dāng)前狀態(tài)和所述當(dāng)前意圖給所述第一和第二帶動(dòng)力的關(guān)節(jié)生成控制信號(hào)。
文檔編號(hào)A61H3/00GK103200909SQ201180046566
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者萊恩·J·法里斯, 雨果·A·昆特羅, 邁克爾·戈德法布 申請(qǐng)人:范德比爾特大學(xué)