專利名稱：用于輔助肢體的設(shè)備和計(jì)算機(jī)程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于輔助肢體的設(shè)備和一種用于執(zhí)行用于該設(shè)備的計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
近年來(lái)已公開(kāi)了行走輔助裝置，其設(shè)計(jì)成向行走的使用者提供所需的輔助力。通常由自己行走有困難的人，例如肌無(wú)力或腿部受傷的人使用行走輔助裝置。另外，期望行走輔助裝置將應(yīng)用于練習(xí)和娛樂(lè)，旨在改善肌肉力量和行走姿勢(shì)。
專利文獻(xiàn)1公開(kāi)了這樣一種行走輔助裝置，其安裝在使用者的下肢上并具有關(guān)節(jié)致動(dòng)器(致動(dòng)器電機(jī)和減速齒輪的組合)，這些關(guān)節(jié)致動(dòng)器分別與使用者的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)同軸布置以使它們旋轉(zhuǎn)，從而該行走輔助裝置向使用者提供一定的驅(qū)動(dòng)力。專利文獻(xiàn)1日本專利申請(qǐng)公報(bào)(段落0034至0036，圖15和圖16)然而，在專利文獻(xiàn)1中描述的行走輔助裝置的問(wèn)題在于，因?yàn)樵撗b置具有緊緊限制使用者的整個(gè)下肢的支撐部件，所以因下肢的運(yùn)動(dòng)而有較大的慣性矩。通常來(lái)說(shuō)，有必要的是，行走輔助裝置應(yīng)該與使用者的下肢運(yùn)動(dòng)同步地驅(qū)動(dòng)支撐部件。如果出現(xiàn)較大的慣性矩，則可能由于支撐部件的反應(yīng)延遲而難以實(shí)現(xiàn)同步控制。
如果對(duì)于關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)單元采用具有足夠能力的致動(dòng)器以消除由于較大慣性矩引起的負(fù)面影響，則導(dǎo)致關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)單元為較大尺寸的消耗大量功率的單元。
另外，較大慣性矩使得佩戴行走輔助裝置的使用者感覺(jué)變差和疲勞。
在專利文獻(xiàn)1所述的行走輔助裝置中，使用者的整個(gè)下肢被支撐部件緊緊限制，并且使用者需要支撐包括其自己重量和行走輔助裝置的總重量，他將經(jīng)歷不舒適的限制感覺(jué)、疼痛和高負(fù)荷感覺(jué)。
因?yàn)樾凶咻o助裝置通過(guò)支撐部件限制了整個(gè)下肢，所以有必要的是，支撐部件應(yīng)該為定制模式以使得該裝置與其身形和行走習(xí)慣一致。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述背景作出本發(fā)明，本發(fā)明提供了一種能夠減少作用于使用者的慣性矩的用于輔助肢體的設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備對(duì)于各種使用者具有靈活性，其通過(guò)輕質(zhì)布置對(duì)于使用者的下肢不僅能夠減少限制而且減少負(fù)載。
本發(fā)明還提供了一種執(zhí)行計(jì)算機(jī)以控制所述設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序。
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種用于輔助肢體的設(shè)備，包括身體附件、大腿連接件、膝關(guān)節(jié)單元、小腿連接件、下肢附件、驅(qū)動(dòng)單元以及膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器。所述身體附件附著在使用者的軀干上。所述大腿連接件與使用者的大腿并排布置，并與所述身體附件連接。所述小腿連接件與使用者的小腿并排布置，并通過(guò)所述膝關(guān)節(jié)單元與所述大腿連接件連接。所述下肢附件附著在使用者的小腿和腳的其中一個(gè)上，并與所述小腿連接件連接。所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器布置在所述身體附件中，以通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)單元向所述膝關(guān)節(jié)單元施加旋轉(zhuǎn)力矩。
上述使用者的軀干是指使用者的肩部、胸部、背部、腹部、腰部和臀部。
因?yàn)樵谟糜谳o助肢體的設(shè)備中具有相當(dāng)大重量的膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器位于使用者的軀干中，所以可以減少在肢體運(yùn)動(dòng)期間由于膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器的重量而作用于使用者的慣性矩。減少了作用于使用者的慣性矩的用于輔助肢體的設(shè)備不僅能夠改善佩戴該設(shè)備的使用者的感覺(jué)，而且能夠抑制使用者感到疲勞。
本發(fā)明的另一方面提供一種用于輔助肢體的設(shè)備，其還包括腳檢測(cè)器和控制器。該腳檢測(cè)器構(gòu)造成檢測(cè)使用者腳的著落階段和提起階段的其中一個(gè)。該控制器構(gòu)造成控制所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器。所述下肢附件附著在使用者的腳上，從而該下肢附件能夠落在地面上。所述控制器對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以通過(guò)處于著落階段的所述下肢附件、所述小腿連接件、所述大腿連接件、所述驅(qū)動(dòng)單元以及所述身體附件提供解除使用者的重量的輔助力。
當(dāng)來(lái)自地板的反作用力施加在使用者的腳上時(shí)出現(xiàn)著落階段。換言之，著落階段不僅是指使用者的腳直接落在地板上的情況，而且還指使用者所穿的鞋落在地板上的情況。相反，當(dāng)來(lái)自地板的反作用力沒(méi)有施加在使用者的腳上時(shí)出現(xiàn)提起階段。通過(guò)檢測(cè)著落階段和提起階段，可以僅在必要時(shí)產(chǎn)生輔助力。
輔助力是指支撐使用者部分重量的力。通過(guò)提供該力，可以減少施加在使用者上的負(fù)載。關(guān)于這一點(diǎn)，重量是指加上體重、衣物和個(gè)人隨身物品在內(nèi)的凈重量，當(dāng)使用者沒(méi)有使用用于輔助肢體的設(shè)備時(shí)，該重量應(yīng)該由使用者的下肢支撐。
這樣，可以提供這樣的用于輔助肢體的設(shè)備，其不僅能夠減少限制而且還能夠減少作用于下肢的負(fù)載。
本發(fā)明的又一方面提供一種用于輔助肢體的設(shè)備，其中當(dāng)所述腳檢測(cè)器檢測(cè)到提起階段時(shí)，所述控制器結(jié)束對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)。
可以防止上述設(shè)備妨礙使用者提起的下肢。
本發(fā)明的又一方面提供一種用于輔助肢體的設(shè)備，其中，所述輔助力與預(yù)定值和使用者重量的一定百分比的其中一個(gè)相等。
上述設(shè)備能夠根據(jù)目的對(duì)所述致動(dòng)器進(jìn)行控制，以向使用者提供期望的輔助力。
本發(fā)明的又一方面提供一種用于輔助肢體的設(shè)備，該設(shè)備還包括負(fù)載檢測(cè)器，其檢測(cè)由使用者通過(guò)所述身體附件施加在所述大腿連接件、所述小腿連接件、所述驅(qū)動(dòng)單元和所述下肢附件上的負(fù)載。所述控制器基于由所述負(fù)載檢測(cè)器檢測(cè)的負(fù)載，對(duì)處于著落階段的所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
由所述負(fù)載檢測(cè)器檢測(cè)的負(fù)載與由用于輔助肢體的設(shè)備施加的輔助力相對(duì)應(yīng)。因此，可以通過(guò)當(dāng)前輔助力進(jìn)行反饋控制。
本發(fā)明的又一方面提供一種用于輔助肢體的設(shè)備，其中所述輔助力具有下限和上限，并且所述控制器基于由所述負(fù)載檢測(cè)器檢測(cè)的負(fù)載對(duì)處于著落階段的所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以使得所述輔助力位于所述下限和所述上限之間。
當(dāng)由所述負(fù)載檢測(cè)器檢測(cè)的負(fù)載小于所述下限時(shí)，上述設(shè)備中的控制器驅(qū)動(dòng)所述致動(dòng)器以增加負(fù)載。相反，當(dāng)由所述負(fù)載檢測(cè)器檢測(cè)的負(fù)載不小于所述下限時(shí)，所述控制器驅(qū)動(dòng)所述致動(dòng)器以減少負(fù)載。這樣，可以對(duì)所述致動(dòng)器進(jìn)行控制以施加在合適范圍內(nèi)的輔助力。
本發(fā)明的又一方面提供一種用于輔助肢體的設(shè)備，該設(shè)備還包括動(dòng)作檢測(cè)器，其構(gòu)造成檢測(cè)表示所述大腿連接件和所述小腿連接件的動(dòng)作的信號(hào)。所述控制器基于由所述動(dòng)作檢測(cè)器檢測(cè)的信號(hào)而對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
檢測(cè)致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)編碼器是動(dòng)作檢測(cè)器的示例。因?yàn)閯?dòng)作檢測(cè)器能夠根據(jù)用于輔助肢體的設(shè)備的動(dòng)作來(lái)控制致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)量，所以可以提供對(duì)使用者的姿勢(shì)沒(méi)有不利影響的輔助力。
本發(fā)明的又一方面提供一種用于輔助肢體的設(shè)備，其中通過(guò)所述大腿連接件向使用者施加所述輔助力處的第一部分與在所述身體附件中施加使用者的負(fù)載處的第二部分定位成，使得所述第一部分和所述第二部分基本上包含在共同垂直平面內(nèi)。
上述垂直平面是相對(duì)于地板垂直的平面。所述設(shè)備能夠防止不期望的慣性矩沿傾斜方向(關(guān)于Y軸)作用于使用者。
本發(fā)明的又一方面提供一種用于輔助肢體的設(shè)備，該設(shè)備還包括髖關(guān)節(jié)單元和髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器。所述身體附件通過(guò)所述髖關(guān)節(jié)單元與所述大腿連接件連接。所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器與所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器一體安裝在所述身體附件中，以向所述髖關(guān)節(jié)單元施加旋轉(zhuǎn)力矩。
本發(fā)明的又一方面提供一種用于輔助肢體的設(shè)備，該設(shè)備還包括腳檢測(cè)器和控制器。所述腳檢測(cè)器構(gòu)造成檢測(cè)使用者腳的著落階段和提起階段的其中一個(gè)。所述控制器構(gòu)造成控制所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器。所述下肢附件附著在使用者的腳上，從而該下肢附件能夠落在地面上。所述控制器對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以通過(guò)處于著落階段的所述下肢附件、所述小腿連接件、所述大腿連接件、所述驅(qū)動(dòng)單元以及所述身體附件提供解除使用者的重量的輔助力。
因?yàn)榫哂休^大重量的膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器與所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器一體布置，所以可以減少施加在髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器上的負(fù)載。這導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器的小型化和用于其能耗的減少。
本發(fā)明的又一方面提供一種用于輔助肢體的設(shè)備，其中當(dāng)所述腳檢測(cè)器檢測(cè)到提起階段時(shí)，所述控制器結(jié)束對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器中至少一個(gè)的驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明的又一方面提供一種用于輔助肢體的設(shè)備，其中當(dāng)所述腳檢測(cè)器檢測(cè)到提起階段時(shí)，所述控制器對(duì)所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以輔助使用者大腿的擺動(dòng)。
上述設(shè)備能夠輔助使用者的提起下肢的擺動(dòng)。
本發(fā)明的又一方面提供一種用于輔助肢體的設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序。該設(shè)備包括控制器、身體附件、大腿連接件、膝關(guān)節(jié)單元、小腿連接件、下肢附件、驅(qū)動(dòng)單元、膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器以及腳檢測(cè)器。所述身體附件附著在使用者的軀干上。所述大腿連接件與使用者的大腿并排布置，并與所述身體附件連接。所述小腿連接件與使用者的小腿并排布置，并通過(guò)所述膝關(guān)節(jié)單元與所述大腿連接件連接。所述下肢附件附著于使用者的腳以落在地面上，并與所述小腿連接件連接。所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器布置在所述身體附件中，以通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)單元向所述膝關(guān)節(jié)單元施加旋轉(zhuǎn)力矩。所述腳檢測(cè)器構(gòu)造成檢測(cè)使用者腳的著落階段和提起階段的其中一個(gè)。所述計(jì)算機(jī)程序在下面處理中運(yùn)行所述控制器，該處理包括對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以通過(guò)處于著落階段的所述下肢附件、所述小腿連接件、所述大腿連接件、所述驅(qū)動(dòng)單元以及所述身體附件提供解除使用者的重量的輔助力。
本發(fā)明的另一方面提供一種用于輔助肢體的設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序。該設(shè)備包括控制器、身體附件、髖關(guān)節(jié)單元、大腿連接件、膝關(guān)節(jié)單元、小腿連接件、下肢附件、驅(qū)動(dòng)單元、膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器、髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器以及腳檢測(cè)器。所述身體附件附著在使用者的軀干上。所述大腿連接件與使用者的大腿并排布置，并通過(guò)所述髖關(guān)節(jié)單元與所述身體附件連接。所述小腿連接件與使用者的小腿并排布置，并通過(guò)所述膝關(guān)節(jié)單元與所述大腿連接件連接。所述下肢附件附著于使用者的腳以落在地面上，并與所述小腿連接件連接。所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器布置在所述身體附件中，以通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)單元向所述膝關(guān)節(jié)單元施加旋轉(zhuǎn)力矩。所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器與所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器一體安裝在所述身體附件中，以向所述髖關(guān)節(jié)單元施加旋轉(zhuǎn)力矩。所述腳檢測(cè)器構(gòu)造成檢測(cè)使用者腳的著落階段和提起階段的其中一個(gè)。所述計(jì)算機(jī)程序在下面處理中運(yùn)行所述控制器，該處理包括對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以通過(guò)處于著落階段的所述下肢附件、所述小腿連接件、所述大腿連接件、所述驅(qū)動(dòng)單元以及所述身體附件提供解除使用者的重量的輔助力。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明用于輔助肢體的設(shè)備的主視圖。
圖2是表示根據(jù)本發(fā)明用于輔助肢體的設(shè)備的后視圖。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明用于輔助肢體的設(shè)備的側(cè)視圖。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明用于輔助肢體的設(shè)備的側(cè)視圖。
圖5A是表示身體附件的主視圖。圖5B是表示身體附件的后視圖。圖5C是表示身體附件的側(cè)視圖。
圖6A是表示腳附件的后視圖。圖6B是表示腳附件的側(cè)視圖。圖6C是表示腳附件的平面圖。
圖7是表示下肢連接件和驅(qū)動(dòng)單元的立體圖。
圖8A至圖8C均是表示用于輔助肢體的設(shè)備的運(yùn)動(dòng)的示意圖。
圖9A至圖9C均是表示用于輔助肢體的設(shè)備的運(yùn)動(dòng)的示意圖。
圖10A是表示在用于輔助肢體的設(shè)備的慣性矩的示意圖。圖10B是表示在傳統(tǒng)設(shè)備中的慣性矩的示意圖。
圖11是表示根據(jù)本發(fā)明用于輔助肢體的設(shè)備的功能性框圖。
圖12A是表示當(dāng)給出足夠轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)矩方向的示意圖。圖12B是表示當(dāng)沒(méi)有給出足夠轉(zhuǎn)矩并且使用者的臀部將跌到時(shí)的轉(zhuǎn)矩方向的示意圖。
圖13是表示由膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與輔助力之間關(guān)系的示意圖。
圖14是表示由髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與輔助力之間關(guān)系的示意圖。
圖15是表示施加在腳附件上的壓力測(cè)量結(jié)果的曲線圖。
圖16是表示根據(jù)本發(fā)明的用于輔助肢體的設(shè)備的操作示例的流程圖。
圖17A至圖17D均是表示在使用者行走的同時(shí)右下肢連接件的狀態(tài)變換的示意圖。
圖18A至圖18C均是表示在使用者行走的同時(shí)右下肢連接件的狀態(tài)變換的示意圖。
圖19是表示根據(jù)本發(fā)明的用于輔助肢體的設(shè)備的側(cè)視圖。
圖20是表示根據(jù)本發(fā)明的用于輔助肢體的設(shè)備的側(cè)視圖。
圖21是表示根據(jù)本發(fā)明的用于輔助肢體的設(shè)備的側(cè)視圖。
圖22是表示根據(jù)本發(fā)明的用于輔助肢體的設(shè)備的側(cè)視圖。
圖23是表示根據(jù)本發(fā)明的用于輔助肢體的設(shè)備的功能性框圖。
圖24A至圖24C均是表示身體附件的修改例的示意圖。
圖25是表示控制器的修改例的示例的框圖。
圖26是表示用于輔助肢體的設(shè)備的修改例的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖表示其中將根據(jù)本發(fā)明的用于輔助肢體的設(shè)備應(yīng)用于使用者的下肢的示例。通過(guò)對(duì)相似元件賦予相同的附圖標(biāo)記，對(duì)這些元件將不重復(fù)描述。在下面描述中，選擇了這樣的坐標(biāo)系，其具有相對(duì)于使用者沿前后方向定向的X軸、沿左右方向定向的Y軸以及沿上下方向定向的Z向。而且將使用者的站姿選為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)對(duì)相對(duì)于左右方向具有對(duì)等物(counterpart)的部件(例如，腿連接件)進(jìn)行描述時(shí)，如果有必要區(qū)分這兩個(gè)部件，則如從使用者P來(lái)看，分別用符號(hào)R(右)和L(左)來(lái)表示右部件和左部件。如果不必區(qū)分，則將在沒(méi)有R或L的情況下進(jìn)行描述。
I.第一實(shí)施例下面將對(duì)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備進(jìn)行描述。在圖7中，沒(méi)有顯示踝關(guān)節(jié)單元。圖1至圖4顯示了佩戴有用于輔助肢體的設(shè)備1A的使用者P。為了便于說(shuō)明，沒(méi)有顯示連接致動(dòng)器、傳感器、控制器和電池的導(dǎo)線。
如圖1至圖4所示，用于輔助肢體的設(shè)備1A(也稱為“用于輔助下肢的設(shè)備”)包括身體附件10、下肢連接件20L和20R、腳附件30L和30R、致動(dòng)器單元40L和40R、驅(qū)動(dòng)單元50L和50R以及背包BP。
a.身體附件10如圖1至圖4所示，身體附件10(也稱為“身體軀干附件”)附著在使用者P的軀干上。
如圖5所示，身體附件10包括腰帶11、大腿帶12L和12R、致動(dòng)器安裝部件13L和13R、加強(qiáng)部件14L和14R以及防松帶15、16L和16R。
作為附著在使用者P腰部周圍的織物部件的腰帶11能夠通過(guò)選擇與帶扣BU的接合位置，在由使用者P佩戴的同時(shí)調(diào)整其長(zhǎng)度。
大腿帶12L(12R)由織物部件制成并附著在使用者P的大腿周圍，將其上遠(yuǎn)側(cè)部分固定在腰帶11上。
致動(dòng)器安裝部件13L和13R均由構(gòu)造成提供用于安裝致動(dòng)器單元40L和40R(參見(jiàn)圖1)的位置的塑料部件制成，并在腰帶11的左側(cè)和右側(cè)彼此相對(duì)地定位。
加強(qiáng)部件14L(14R)是連接大腿帶12L(12R)和致動(dòng)器安裝部件13L(13R)的塑料部件，用于加強(qiáng)致動(dòng)器安裝部件13L(13R)以使其不會(huì)因致動(dòng)器單元40L(40R)產(chǎn)生的反扭矩而扭曲。
防松帶15是在使用者P的前部處連接大腿帶12L(12R)和腰帶11的織物部件，用于防止大腿帶12L(12R)向下松弛。
防松帶16L(16R)是在使用者P的后部處連接大腿帶12L(12R)和腰帶11的織物部件，用于防止大腿帶12L(12R)向下松弛。
關(guān)于這一點(diǎn)，可選地，可以采用由塑料制成的腰帶11以及大腿帶12L和12R?？蛇x地，可以采用由金屬制成的致動(dòng)器安裝部件13L和13R以及加強(qiáng)部件14L和14R。另外，可選地，可以采用由塑料或金屬制成的防松帶15、16L和16R。
將負(fù)載傳感器10aL和10aR分別附著在防松帶16L和16R上。
作為所附權(quán)利要求中“負(fù)載檢測(cè)器”的示例的負(fù)載傳感器10aL(10aR)檢測(cè)由使用者P通過(guò)身體附件10施加在下肢連接件20L(20R)和驅(qū)動(dòng)單元50L(50R)上的負(fù)載。當(dāng)用于輔助肢體的設(shè)備1A支撐使用者P的部分重量時(shí)，通過(guò)下肢連接件20L和20R、腳附件30L和30R、以及驅(qū)動(dòng)單元50L和50R支撐腰帶11。另一方面，由于使用者P的部分重量施加在大腿帶12L和12R上，因此在各個(gè)防松帶16L和16R中出現(xiàn)由腰帶11以及大腿帶12L和12R產(chǎn)生的沿Z軸方向的張力。
優(yōu)選但不是必須地，對(duì)于負(fù)載傳感器10aL和10aR，可以使用具有測(cè)壓元件、應(yīng)變儀或壓電元件的單元。上述作為示例的負(fù)載傳感器10aL(10aR)是單軸(Z軸)檢測(cè)類型，但是其可以可選地采用具有兩軸或更多軸檢測(cè)的傳感器，以更準(zhǔn)確地檢測(cè)由使用者P施加在下肢連接件20L(20R)和驅(qū)動(dòng)單元50L(50R)上的負(fù)載。另外，可以在防松帶15的前部處或者在身體附件10的位于使用者P胯部下方的部分處附著負(fù)載傳感器，以檢測(cè)由使用者P施加的壓力。
b.下肢連接件20L和20R如圖1至圖4和圖7所示，與使用者P的腿(下肢)并排布置的下肢連接件20L(20R)通過(guò)多個(gè)關(guān)節(jié)單元連接身體附件10和腳附件30L(30R)。
下肢連接件20L(20R)包括髖關(guān)節(jié)單元21L(21R)、大腿連接件22L(22R)、膝關(guān)節(jié)單元23L(23R)、小腿連接件24L(24R)以及踝關(guān)節(jié)單元25L(25R)。
髖關(guān)節(jié)單元21L(21R)布置在使用者P的髖關(guān)節(jié)外側(cè)。髖關(guān)節(jié)單元21L(21R)連接大腿連接件22L(22R)和腰帶11，以使得大腿連接件22L(22R)可相對(duì)于腰帶11關(guān)于Y軸旋轉(zhuǎn)。
大腿連接件22L(22R)是沿著使用者P的大腿外側(cè)延伸的連接件。大腿連接件22L(22R)的上遠(yuǎn)側(cè)部分與髖關(guān)節(jié)單元21L(21R)連接。大腿連接件22L(22R)的下遠(yuǎn)側(cè)部分與膝關(guān)節(jié)單元23L(23R)連接。
位于使用者P的膝關(guān)節(jié)外側(cè)的膝關(guān)節(jié)單元23L(23R)將大腿連接件22L(22R)與小腿連接件24L(24R)可旋轉(zhuǎn)地連接。
可以將各個(gè)膝關(guān)節(jié)單元23L和23R定位成使其旋轉(zhuǎn)軸線與使用者P的膝關(guān)節(jié)的軸線同軸對(duì)準(zhǔn)或者平行。
小腿連接件24L(24R)是沿著使用者P的小腿外側(cè)延伸的連接件。
小腿連接件24L(24R)的上遠(yuǎn)側(cè)部分與膝關(guān)節(jié)單元23L(23R)連接。小腿連接件24L(24R)的下遠(yuǎn)側(cè)部分與踝關(guān)節(jié)單元25L(25R)連接。
踝關(guān)節(jié)單元25L(25R)使小腿連接件24L(24R)和腳附件30L(30R)可關(guān)于Y軸旋轉(zhuǎn)地連接。踝關(guān)節(jié)單元25L和25R均與使用者P的踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)同步運(yùn)動(dòng)，而不妨礙行走的使用者P。
c.腳附件30L和30R如圖1至圖4所示，腳附件30L和30R均附著在使用者P的腳(下肢的遠(yuǎn)側(cè)部分)上，其是所附權(quán)利要求中所示的“下肢附件”的示例。如圖6所示，腳附件30L(30R)具有鞋單元31L(31R)、加強(qiáng)板32L(32R)以及支撐部件33L(33R)。圖6表示附著在使用者P右腳上的右腳附件30R。省略了用于與右腳附件30R鏡像對(duì)稱的左腳附件30L的視圖。
鞋單元31L和31R是以能夠著落在地板上的方式附著在使用者P的腳上的一雙鞋。
加強(qiáng)板32L(32R)由沿著使用者P的腳外側(cè)布置的塑料部件制成，其構(gòu)造成當(dāng)使用者P的腳著落在地面上時(shí)向下肢連接件20L(20R)傳送由地板施加在鞋單元31L(31R)上的反作用力。鞋單元31L(31R)、加強(qiáng)板32L(32R)和支撐部件33L(33R)能夠通過(guò)踝關(guān)節(jié)單元25L(25R)相對(duì)于小腿連接件24L(24R)以一個(gè)統(tǒng)一的整體可旋轉(zhuǎn)地運(yùn)動(dòng)。
支撐部件33L(33R)是與加強(qiáng)板32L(32R)合作支撐踝關(guān)節(jié)單元25L(25R)的塑料部件。
可以采用由金屬制成的加強(qiáng)板32L和32R以及支撐部件33L和33R。
在該實(shí)施例中，下肢連接件20L和20R、腳附件30L和30R以及驅(qū)動(dòng)單元50L和50R均在結(jié)構(gòu)上構(gòu)造成支撐使用者P的通過(guò)身體附件10傳送給它們中每一個(gè)的部分重量。
著落傳感器31aL和31aR分別附著在鞋單元31L和31R的鞋底上。著落傳感器31aL和31aR在著落在地面上的同時(shí)均向控制器60(參見(jiàn)圖11)發(fā)送接通(ON)信號(hào)。
在該實(shí)施例中，著落傳感器31aL(31aR)附著在鞋單元31L(31R)的鞋底上，其用于檢測(cè)腳附件30L(30R)處于著落階段或提起階段中的哪一階段。這些著落傳感器31aL和31aR均是在所附權(quán)利要求中所示的“腳檢測(cè)器”的示例。
地板并不限于建筑物的地板，而可以包括例如地面的平面，當(dāng)佩戴用于輔助肢體的設(shè)備1A的使用者運(yùn)動(dòng)(行走)時(shí)，腳附件30L和30R著落在該平面上。
優(yōu)選地但并不是必須地，對(duì)于著落傳感器31aL和31aR可以選擇采用導(dǎo)電橡膠開(kāi)關(guān)、壓電元件或應(yīng)變儀的單元。著落傳感器31aL和31aR均是單軸傳感器，可選地可以采用能夠檢測(cè)雙軸或更多軸數(shù)據(jù)的著落傳感器。
當(dāng)著落傳感器31aL(31aR)產(chǎn)生輸出時(shí)，意味著傳感器31aL(31aR)正檢測(cè)著落階段。否則，其正檢測(cè)提升階段。
在該實(shí)施例中，著落傳感器31aL(31aR)附著在鞋單元31L(31R)的鞋底的中央部分上，但可以可選地將其附著在鞋底的不同部分(例如，鞋跟)上。還可以將多個(gè)著落傳感器31aL(31aR)附著在鞋單元31L(31R)上。
在該實(shí)施例中，大腿連接件22L和22R、小腿連接件24L和24R、第一連接件51L和51R以及第二連接件53L和53R中的每一個(gè)部件都應(yīng)用鋁合金部件，可以可選地使每一個(gè)部件由在輕質(zhì)和強(qiáng)度方面優(yōu)異的其它材料(例如，碳纖維加強(qiáng)塑料)制成。
d.致動(dòng)器單元40L和40R
如圖1至圖4所示，致動(dòng)器單元40L(40R)附著在致動(dòng)器安裝部件13L(13R)上(參見(jiàn)圖5)，其具有髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)和膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L(42R)。
髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)具有電機(jī)和減小該電機(jī)的速度的減速齒輪，用于改變身體附件10與大腿連接件22L(22R)之間的相對(duì)位置。換言之，髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)用作向髖關(guān)節(jié)單元21L(21R)施加旋轉(zhuǎn)力矩以對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器。髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)的基部固定在致動(dòng)器安裝部件13L(13R)上。髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)的輸出軸固定在大腿連接件22L(22R)的上遠(yuǎn)側(cè)部分上對(duì)應(yīng)于髖關(guān)節(jié)單元21L(21R)的位置處。這樣，根據(jù)該實(shí)施例的髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)與髖關(guān)節(jié)單元21L(21R)機(jī)械一體。髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)的輸出軸關(guān)于Y軸的旋轉(zhuǎn)使得大腿連接件22L(22R)相對(duì)于身體附件10關(guān)于Y軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)髖關(guān)節(jié)單元21L(21R)用作旋轉(zhuǎn)軸。這樣允許髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)在身體附件10與大腿連接件22L(22R)之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。當(dāng)髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)沒(méi)有產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩時(shí)，髖關(guān)節(jié)單元21L(21R)中的旋轉(zhuǎn)阻力減少到足夠小以允許其自由旋轉(zhuǎn)，從而防止妨礙使用者P的下肢擺動(dòng)。在幾何布置方面在髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)與其它部件之間的關(guān)系并不限于上述。可以可選地使髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)與髖關(guān)節(jié)單元21L(21R)分離，并添加用于髖關(guān)節(jié)單元21L(21R)的驅(qū)動(dòng)單元。在該布置中，該驅(qū)動(dòng)單元將由髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力傳送給髖關(guān)節(jié)單元21L(21R)。
髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L和41R分別具有編碼器(旋轉(zhuǎn)編碼器)81L和81R。這些編碼器81L和81R是所附權(quán)利要求中的“動(dòng)作檢測(cè)器”的示例。編碼器81L(81R)檢測(cè)髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)的旋轉(zhuǎn)角作為表示下肢連接件20L(20R)的動(dòng)作的數(shù)據(jù)。將獲得的角發(fā)送給控制器60。
膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L(42R)與髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)機(jī)械一體并同軸定位。膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L(42R)具有電機(jī)和減小該電機(jī)的速度的減速齒輪，用于改變大腿連接件22L(22R)與小腿連接件24L(24R)之間的相對(duì)位置。這樣，膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L(42R)用作向膝關(guān)節(jié)單元23L(23R)施加旋轉(zhuǎn)力矩以對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器。膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L(42R)的基部固定在致動(dòng)器安裝部件13L(13R)上。膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L(42R)的輸出軸固定在第一連接件51L(51R)的遠(yuǎn)側(cè)部分上。關(guān)于這一點(diǎn)，在幾何布置方面膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L(42R)與其它部件之間的關(guān)系并不限于上述。
膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L和42R分別具有編碼器(旋轉(zhuǎn)編碼器)82L和82R。這些編碼器82L和82R是所附權(quán)利要求中的“動(dòng)作檢測(cè)器”的示例。編碼器82L(82R)檢測(cè)膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L(42R)的旋轉(zhuǎn)角作為表示下肢連接件20L(20R)的動(dòng)作的數(shù)據(jù)。將獲得的角發(fā)送給控制器60。
e.驅(qū)動(dòng)單元50L和50R如圖1至圖4和圖7所示，驅(qū)動(dòng)單元50L(50R)(用于驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)單元的連接件)將由膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L(42R)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力傳送給膝關(guān)節(jié)單元23L(23R)。驅(qū)動(dòng)單元50L(50R)具有第一連接件51L(51R)、第一接頭單元52L(52R)、第二連接件53L(53R)以及第二接頭單元54L(54R)。
第一連接件51L(51R)的一個(gè)遠(yuǎn)側(cè)部分與膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L(42R)的輸出軸連接，并且其另一遠(yuǎn)側(cè)部分與第一接頭單元52L(52R)連接。
第一接頭單元52L(52R)使第一連接件51L(51R)和第二連接件53L(53R)可關(guān)于Y軸旋轉(zhuǎn)地連接。
第二連接件53L(53R)的一個(gè)遠(yuǎn)側(cè)部分與第一接頭單元52L(52R)連接，并且其另一遠(yuǎn)側(cè)部分與第二接頭單元54L(54R)連接。
第二接頭單元54L(54R)使第二連接件53L(53R)和小腿連接件24L(24R)可關(guān)于Y軸旋轉(zhuǎn)地連接。
在該實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元50L(50R)布置在下肢連接件20L(20R)的后方。致動(dòng)器單元40L(40R)、膝關(guān)節(jié)單元23L(23R)、第二接頭單元54L(54R)以及第一接頭單元52L(52R)的軸向中央布置成使它們位于平行四邊形的角點(diǎn)處。換言之，大腿連接件22L(22R)、第一連接件51L(51R)、第二連接件53L(53R)、以及小腿連接件24L(24R)的從膝關(guān)節(jié)單元23L(23R)向第二接頭單元54L(54R)延伸的部分形成近似平行四邊形。用于輔助肢體的設(shè)備1A在保持該幾何關(guān)系的同時(shí)進(jìn)行工作。這導(dǎo)致更易于檢測(cè)、控制和調(diào)整關(guān)節(jié)單元的角度，從而能夠更容易地設(shè)計(jì)所述設(shè)備1A。下面描述其示例。因?yàn)橛上リP(guān)節(jié)單元23L和第二接頭單元54L限定的線段總是平行于第一連接件51L，如圖3所示，所以控制器60(參見(jiàn)圖11)能夠基于從編碼器82L的輸出而容易地得知膝關(guān)節(jié)單元23L和第二接頭單元54L之間的幾何關(guān)系，即，由大腿連接件22L和小腿連接件24L構(gòu)成的角度。
驅(qū)動(dòng)單元50L(50R)的布置以及連接件51L(51R)和53L(53R)的長(zhǎng)度并不限于上述圖中所示。
本發(fā)明具有如下特征。具有相對(duì)較大重量的膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器沒(méi)有定位在使用者P的膝蓋附近而是定位在身體軀干(在該實(shí)施例中為臀部)處。通過(guò)由膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器產(chǎn)生并由驅(qū)動(dòng)單元傳送的驅(qū)動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)單元。而且還在機(jī)械上簡(jiǎn)化了與下肢并排定位的連接件和關(guān)節(jié)單元。
在本發(fā)明中，膝關(guān)節(jié)單元操作以接收由膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力，該驅(qū)動(dòng)力是由包括身體附件、大腿連接件、小腿連接件和驅(qū)動(dòng)單元的機(jī)構(gòu)傳送的。這樣，可以通過(guò)較低的慣性矩驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)單元。
f.背包BP由使用者P在其背上攜帶的背包BP包含有控制器60(參見(jiàn)圖11)、輸入/輸出接口70(參見(jiàn)圖11)和電池(未示出)。下面將詳細(xì)地描述控制器60。
輸入/輸出接口70例如在外部計(jì)算機(jī)與控制器60連接時(shí)提供接口?？梢酝ㄟ^(guò)外部計(jì)算機(jī)向控制器60提供使用者P的個(gè)人數(shù)據(jù)，例如其重量。
電池分別向負(fù)載傳感器10aL和10aR、髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L和41R、膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L和42R、編碼器81L、81R、82L和82R、著落傳感器31aL和31aR、以及控制器60供電。控制器60控制由電池產(chǎn)生的電力供應(yīng)。
關(guān)于這一點(diǎn)，背包BP和輸入/輸出接口70不是本發(fā)明的必需元件?？刂破?0、輸入/輸出接口70和電池附著在使用者P上的方式并不限于通過(guò)上述背包BP的方法?？蛇x地，可以將它們直接附著在身體附件10上。
g.操作示例下面將描述根據(jù)第一實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備1A的操作示例。在圖8和圖9中，僅示意地描述了設(shè)備1A的所必需說(shuō)明的部件。
如圖8所示，用于輔助肢體的設(shè)備1A驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R以使大腿連接件22R沿著逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，從而允許使用者P的大腿沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)(圖8A至圖8B)。
同樣地，設(shè)備1A驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R以使大腿連接件22R沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，從而允許使用者P的大腿沿順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)(圖8A至圖8C)。
如圖9所示，設(shè)備1A驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R以使第一連接件51R沿著逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，這使得第二連接件53R通過(guò)第二接頭54使小腿連接件24R降低，從而設(shè)備1A能夠使使用者P的小腿沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)(圖9A至圖9B)。
同樣地，設(shè)備1A驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R以使第一連接件51R沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，這使得第二連接件53R通過(guò)第二接頭54R拉動(dòng)小腿連接件24R，從而設(shè)備1A能夠使使用者P的小腿沿順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)(圖9A至圖9C)。
盡管未示出，同樣的描述也適用于設(shè)備1A的左下肢。
結(jié)合有上述操作的設(shè)備1A不僅能夠輔助肢體(下肢)運(yùn)動(dòng)，而且能夠通過(guò)施加輔助力以使使用者P在行走的同時(shí)解除其重量而支撐使用者P的部分重量。
h.慣性矩的比較下面將描述對(duì)用于輔助肢體的設(shè)備1A與傳統(tǒng)設(shè)備之間的慣性矩的比較。
圖10A是表示在根據(jù)第一實(shí)施例的設(shè)備中的慣性矩的示意圖。圖10B是表示在傳統(tǒng)設(shè)備中的慣性矩的示意圖。在圖10B中，將表示傳統(tǒng)設(shè)備的、作為根據(jù)第一實(shí)施例設(shè)備1A的對(duì)等構(gòu)件的構(gòu)件標(biāo)識(shí)有上標(biāo)“c”。
如圖10A所示，當(dāng)佩戴設(shè)備1A的使用者P行走時(shí)，由于設(shè)備1A的自身重量而出現(xiàn)關(guān)于使用者P的髖關(guān)節(jié)軸線(Y軸)的慣性矩。
各部件的重量、其重心以及距髖關(guān)節(jié)軸線的距離定義如下m1髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R的重量r1髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R與髖關(guān)節(jié)軸線之間的距離(＝0)
m2膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R的重量r2膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R與髖關(guān)節(jié)軸線之間的距離(＝0)m3大腿連接件22R的重量r3大腿連接件22R的重心與髖關(guān)節(jié)軸線之間的距離m4小腿連接件24R的重量r4小腿連接件24R的重心與髖關(guān)節(jié)軸線之間的距離m5腳附件30R的重量r5腳附件30R的重心與髖關(guān)節(jié)軸線之間的距離m6驅(qū)動(dòng)單元50R的重量r6驅(qū)動(dòng)單元50R的重心與髖關(guān)節(jié)軸線之間的距離通過(guò)上述定義，用下面表達(dá)式近似由于形成設(shè)備1A的右下肢單元的構(gòu)件引起的關(guān)于髖關(guān)節(jié)軸線的慣性矩Ih。
Ih＝m3×r32+m4×r42+m5×r52+m6×r62如圖10B所示，當(dāng)使用者P佩戴用于輔助肢體的傳統(tǒng)設(shè)備1Ac行走時(shí)，由于設(shè)備1Ac的自身重量而出現(xiàn)關(guān)于使用者P的髖關(guān)節(jié)軸線(Y軸)的慣性矩。該設(shè)備1Ac在大腿連接件22Rc和小腿連接件24Rc之間具有膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42Rc，除去了驅(qū)動(dòng)單元。
各部件的重量、其重心以及距髖關(guān)節(jié)軸線的距離定義如下m11髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41Rc的重量(＝m1)r11髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41Rc與髖關(guān)節(jié)軸線之間的距離(＝r1＝0)m12膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42Rc的重量(＝m2)r12膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42Rc的重心與髖關(guān)節(jié)軸線之間的距離m13大腿連接件22Rc的重量(＝m3)r13大腿連接件22Rc的重心與髖關(guān)節(jié)軸線之間的距離(＝r3)m14小腿連接件24Rc的重量(＝m4)r14小腿連接件24Rc的重心與髖關(guān)節(jié)軸線之間的距離(＝r4)m15腳附件30Rc的重量(＝m5)r15腳附件30Rc的重心與髖關(guān)節(jié)軸線之間的距離(＝r5)通過(guò)上述定義，用下面表達(dá)式近似由于形成設(shè)備1Ac的右下肢單元的構(gòu)件引起的關(guān)于髖關(guān)節(jié)軸線的慣性矩Ihc。
Ihc＝m12×r122+m3×r32+，m4×r42+m5×r52由于膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42Rc通常比驅(qū)動(dòng)單元50R重(m12＞m6)并且距髖關(guān)節(jié)軸線更遠(yuǎn)(r12＞r6)，因此滿足1h＜1hc。這樣，用于輔助肢體的設(shè)備1A可以降低由于使用者P的運(yùn)動(dòng)引起的慣性矩，從而減少施加在使用者P上的負(fù)載。這導(dǎo)致改善佩戴設(shè)備1A的使用者P的感覺(jué)，從而抑制了在使用者中產(chǎn)生疲勞。因?yàn)榫哂邢鄬?duì)較大重量的膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L(42R)與髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)一體定位，因此可以減少施加在髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)上的負(fù)載(慣性矩)，從而導(dǎo)致對(duì)于髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)的小型化和功率減小。
下面將詳細(xì)描述控制器60。
如圖11所示，控制器60包括重量存儲(chǔ)器61、用于計(jì)算目標(biāo)輔助力的模塊62、用于計(jì)算初始轉(zhuǎn)矩的模塊63、比較器64、用于檢測(cè)致動(dòng)器狀態(tài)的模塊65、用于確定著落腳的模塊66、以及輸出控制器67。
重量存儲(chǔ)器61獲得使用者P的重量(重量數(shù)據(jù))并對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)(暫時(shí)存儲(chǔ))。使用者P可以將其重量輸入控制器60，或者識(shí)別使用者P的控制器60可以從預(yù)先存儲(chǔ)重量數(shù)據(jù)的重量存儲(chǔ)器61讀取使用者P的重量?？蛇x地，外部計(jì)算機(jī)可以通過(guò)輸入/輸出接口70將使用者P的重量輸入重量存儲(chǔ)器61中。另外，可選地，重量存儲(chǔ)器61可以存儲(chǔ)使用者P的單重量。
用于計(jì)算目標(biāo)輔助力的模塊62讀取存儲(chǔ)在重量存儲(chǔ)器61中的重量數(shù)據(jù)，并基于重量數(shù)據(jù)計(jì)量目標(biāo)輔助力。
目標(biāo)輔助力是由用于輔助肢體的設(shè)備1A作用于使用者P的力的目標(biāo)值，當(dāng)使用者P垂直站在水平地板上時(shí)該力沿Z向定向。選擇使用者P重量的給定百分比(例如，30％)作為所述目標(biāo)值。在該實(shí)施例中，除了目標(biāo)輔助力Fa之外，還計(jì)算最小輔助力Fa1和最大輔助力Fa2。最小輔助力Fa1和最大輔助力Fa2分別與所附權(quán)利要求中所示的“下限”和“上限”相對(duì)應(yīng)。
當(dāng)選擇30％的重量作為目標(biāo)輔助力Fa時(shí)，例如產(chǎn)生28％的最小輔助力Fa1和32％的最大輔助力Fa2。根據(jù)作用于使用者P的期望輔助力、控制器60的計(jì)算能力、致動(dòng)器41L、41R、42L和42R的特性、以及傳感器10aL、10aR、31aL和31aR的特性，而適當(dāng)?shù)剡x擇這些輔助力Fa、Fa1和Fa2。
可以調(diào)節(jié)目標(biāo)輔助力Fa、最小輔助力Fa1和最大輔助力Fa2；例如，通過(guò)外部計(jì)算機(jī)經(jīng)由輸入/輸出接口70而采用任意值。
用于計(jì)算初始轉(zhuǎn)矩的模塊63基于目標(biāo)輔助力Fa來(lái)計(jì)算待作用于髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L和41R以及膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L和42R中每一個(gè)的初始轉(zhuǎn)矩。
對(duì)于下面三種情況中的每一種計(jì)算該初始轉(zhuǎn)矩，例如(1)雙腳著落階段，(2)左腳著落階段(右腳著落階段)，以及(3)右腳著落階段(左腳著落階段)。
對(duì)于雙腳著落階段(1)，計(jì)算作用于髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L和41R以及膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L和42R中每一個(gè)的初始轉(zhuǎn)矩。
對(duì)于左腳著落階段(2)，計(jì)算作用于髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L以及膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L中每一個(gè)的初始轉(zhuǎn)矩。在這種情況下，作用于髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R以及膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R中每一個(gè)的初始轉(zhuǎn)矩等于零。
對(duì)于右腳著落階段(3)，計(jì)算作用于髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R以及膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R中每一個(gè)的初始轉(zhuǎn)矩。在這種情況下，作用于髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L以及膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L中每一個(gè)的初始轉(zhuǎn)矩等于零。
上述初始轉(zhuǎn)矩旨在改善用于輔助肢體的設(shè)備1A的初始響應(yīng)。優(yōu)選地但并不是必須的，初始轉(zhuǎn)矩可以調(diào)整為使得設(shè)備1A平滑且迅速地從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┠繕?biāo)輔助力Fa的狀態(tài)。因?yàn)楦鶕?jù)初始轉(zhuǎn)矩在初始狀態(tài)向各致動(dòng)器施加轉(zhuǎn)矩，所以即使使用者P突然將其重量放在設(shè)備1A上，設(shè)備1A也能夠防止使用者P跌倒和失去平衡，從而幫助使用者P保持穩(wěn)定站姿。初始狀態(tài)包括起動(dòng)設(shè)備1A時(shí)的時(shí)刻、設(shè)備1A改變著落階段時(shí)的時(shí)刻(雙腳著落階段至單腳著落階段、單腳著落階段至雙腳著落階段)。
施加初始轉(zhuǎn)矩還有助于防止設(shè)備1A出故障。
由于致動(dòng)器41L、41R、42L和42R所需的轉(zhuǎn)矩會(huì)根據(jù)輔助力Fa、Fa1和Fa2、以及致動(dòng)器41L、41R、42L和42R的旋轉(zhuǎn)角而改變，因此可以可選地另外考慮各致動(dòng)器的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角來(lái)確定初始轉(zhuǎn)矩。
比較器64將基于由負(fù)載傳感器10aL和10aR檢測(cè)的重量的當(dāng)前輔助力Fb(以下簡(jiǎn)稱為“負(fù)載Fb”)與由用于計(jì)算目標(biāo)輔助力的模塊62所計(jì)算的輸出進(jìn)行比較。比較器64存儲(chǔ)由負(fù)載傳感器10aL(10aR)檢測(cè)的實(shí)際值與基于該實(shí)際值由下肢連接件20L(20R)施加的輔助力之間的關(guān)系。這樣，比較器64能夠基于由負(fù)載傳感器10aL(10aR)傳送的輸出獲得實(shí)際作用的輔助力。
對(duì)于比較結(jié)果有三種情況Fb＜Fa1，F(xiàn)a1≤Fb≤Fa2以及Fb＞Fa2。
將這些結(jié)果發(fā)送給輸出控制器67。
用于檢測(cè)致動(dòng)器狀態(tài)的模塊65基于來(lái)自髖關(guān)節(jié)編碼器81L和81R以及膝關(guān)節(jié)編碼器82L和82R的輸出檢測(cè)對(duì)于各關(guān)節(jié)單元的狀態(tài)。將結(jié)果發(fā)送給輸出控制器67。
用于確定著落腳的模塊66基于來(lái)自著落傳感器31aL和31aR的輸出確定出現(xiàn)何階段(1)雙腳著落階段，(2)左腳著落階段或(3)右腳著落階段。
如果從兩個(gè)著落傳感器31aL和31aR均有輸出，則模塊66確定出現(xiàn)雙腳著落階段。
如果僅從著落傳感器31aL有輸出，則模塊66確定出現(xiàn)左腳著落階段(右腳提起階段)。
如果僅從著落傳感器31aR有輸出，則模塊66確定出現(xiàn)右腳著落階段(左腳提起階段)。
將確定結(jié)果發(fā)送給輸出控制器67。
輸出控制器67基于來(lái)自模塊63的計(jì)算結(jié)果、來(lái)自比較器64的比較結(jié)果、來(lái)自模塊65的檢測(cè)結(jié)果以及來(lái)自模塊66的確定結(jié)果來(lái)確定各致動(dòng)器41L、41R、42L和42R的輸出，以指示各致動(dòng)器產(chǎn)生所述輸出。
輸出控制器67基于來(lái)自模塊65的檢測(cè)結(jié)果及其偏差而預(yù)測(cè)下肢連接件20L和20R的動(dòng)作，從而基于所述預(yù)測(cè)確定各致動(dòng)器41L、41R、42L和42R的輸出。
當(dāng)如圖17A所示，角θ1R(其例如設(shè)定作為在前一時(shí)間從地板提起右腳的角度)增加達(dá)到預(yù)定值時(shí)，期望右腳立即離開(kāi)地板?？刂破?0基于從著落傳感器31aL(31aR)和編碼器81L(81R)的輸出，而獲得以存儲(chǔ)在腳離開(kāi)地板時(shí)刻以前運(yùn)動(dòng)的角θ1L(θ1R)。角θ1L(θ1R)稱為離開(kāi)地板角，其對(duì)應(yīng)于髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L(41R)的旋轉(zhuǎn)角?？刂破?0根據(jù)離開(kāi)地板角θ1而預(yù)測(cè)使用者P的腿的動(dòng)作。
通過(guò)向左下肢連接件20L轉(zhuǎn)換分配輔助力，設(shè)備1A可以準(zhǔn)備過(guò)渡，其中使用者P的右腳處于提起階段并且僅需要左側(cè)系統(tǒng)(身體附件10、下肢連接件20L和腳附件30L)支撐使用者P的重量。這有助于在轉(zhuǎn)換時(shí)平滑地改變由致動(dòng)器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩輸出。這樣，可以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定地輔助使用者P解除重量。
i.轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生方向下面將描述由髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L和41R以及膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L和42R產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向。在下述附圖中，“ON(是)”用于表示腳附件30L和30R著落在地板上?！癘FF(否)”用于表示相反情況。
如圖12所示，直線L1與腰帶11并排地水平延伸。直線L2沿大腿連接件22L和22R的縱向延伸。由直線L1和大腿連接件22L(22R)形成角θ1L(θ1R)。同樣地，由直線L2和小腿連接件24L(24R)形成角θ2L(θ2R)。
當(dāng)用于輔助肢體的設(shè)備1A提供足夠的輔助力時(shí)，如圖12A所示，使用者P能夠保持站姿而不用其下肢支撐所有重量。
當(dāng)使用者P的下肢不能足以支撐其重量并且設(shè)備1A不能提供足夠輔助力時(shí)，設(shè)備1A以這樣的方式改變使用者P的姿勢(shì)，即減小角θ1L和θ1R但增加角θ2L和θ2R。
鑒于上面論述，如果髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L和41R(參見(jiàn)圖1)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以增加角θ1L和θ1R，相反膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L和42R產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以減小角θ2L和θ2R，則可以解決所述問(wèn)題。
致動(dòng)器41L、41R、42L和42R中的每一個(gè)被控制為使得各個(gè)關(guān)節(jié)單元21L、21R、22L和22R的運(yùn)動(dòng)范圍不會(huì)超過(guò)普通人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍，這有助于使用者的安全性。這樣調(diào)整大腿連接件22L(22R)、膝關(guān)節(jié)單元23L(23R)以及小腿連接件24L(24R)的長(zhǎng)度，以使得即使使用者P處于站姿，也不會(huì)使大腿連接件22L(22R)和小腿連接件24L(24R)如線一樣直地對(duì)準(zhǔn)。因此，膝關(guān)節(jié)單元23L(23R)保持為不會(huì)處于筆直位置。換言之，調(diào)整為使得大腿連接件22L(22R)和小腿連接件24L(24R)既不形成直線也不形成倒彎曲角。在圖3和圖4中示出了上述結(jié)構(gòu)，其旨在不僅避免大腿連接件22L(22R)和小腿連接件24L(24R)以直線對(duì)準(zhǔn)的奇點(diǎn)，而且還避免當(dāng)這些連接件運(yùn)動(dòng)超過(guò)筆直位置時(shí)出現(xiàn)的倒角。這樣，可以緩和施加在使用者P的身體附件10以及腳附件30L和30R上的沖擊力，并增加由致動(dòng)器41L、41R、42L和42R實(shí)現(xiàn)的對(duì)輔助力的控制能力?？蛇x地，可以向致動(dòng)器41L、41R、42L和42R以及連接件22L、22R、24L和24R中的每一個(gè)增加機(jī)械止動(dòng)器，以可靠地限制運(yùn)動(dòng)范圍。
j.產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與輔助力之間的關(guān)系下面將描述由致動(dòng)器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與輔助力之間的關(guān)系。
首先將參照?qǐng)D13來(lái)描述由膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與輔助力之間的關(guān)系。假設(shè)髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R被固定而不能旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)腳附件30R著落且膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以減小角θ2R時(shí)，沿著相對(duì)于中心位于膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R中的圓的切向向髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R作用旋轉(zhuǎn)力。該旋轉(zhuǎn)力沿抗引力方向的分量(Z軸分量)導(dǎo)致由膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R作用的輔助力Fa1R。
下面將參照?qǐng)D14來(lái)描述由髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與輔助力之間的關(guān)系。假設(shè)膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R被固定而不能旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)腳附件30R著落且髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以增加角θ1R時(shí)，沿著相對(duì)于中心位于髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R中的圓的切向向身體附件10作用旋轉(zhuǎn)力。該旋轉(zhuǎn)力沿抗引力方向的分量(Z軸分量)導(dǎo)致由髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R作用的輔助力Fa2R。
盡管沒(méi)有圖解示出，但適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生了由膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L產(chǎn)生的輔助力Fa1L和由髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L產(chǎn)生的輔助力Fa2L，并且用下面表達(dá)式表示由用于輔助肢體的設(shè)備1A作用的輔助力(總輔助力)Fa。
(1)雙腳著落階段Fa＝Fa1R+Fa2R+Fa1L+Fa2L(2)左腳著落階段Fa＝Fa1L+Fa2L(3)右腳著落階段Fa＝Fa1R+Fa2Rk.腳附件的負(fù)載下面將描述施加在腳附件30L和30R上的負(fù)載。圖15描述由用于輔助肢體的設(shè)備1A導(dǎo)致的壓力改變和效果。
顯示出使用者P在行走，其佩戴有設(shè)備1A，此時(shí)在腳附件30L(30R)后側(cè)的兩個(gè)位置處，即腳跟和跖骨關(guān)節(jié)(MP)處附著有兩個(gè)壓力傳感器。以電壓形式顯示傳感器的輸出。從這些圖表得知，在腳附件30L和30R上交替地施加負(fù)載，從腳跟轉(zhuǎn)移到腳趾。設(shè)備1A向使用者P作用輔助力Fa，以減小施加在使用者P的腳上的最大負(fù)載(Fc→Fca)從而更易于行走。
1.用于輔助肢體的設(shè)備的操作示例下面將描述用于輔助肢體的設(shè)備1A的操作。
在使用者P佩戴用于輔助肢體的設(shè)備1A的同時(shí)，將其重量輸入控制器60。將重量存儲(chǔ)在重量存儲(chǔ)器61中(步驟S1)。
用于計(jì)算目標(biāo)輔助力的模塊62基于存儲(chǔ)在重量存儲(chǔ)器61中的使用者P的重量而計(jì)算目標(biāo)輔助力Fa(Fa1，F(xiàn)a2)(步驟S2)。
用于計(jì)算初始轉(zhuǎn)矩的模塊63基于目標(biāo)輔助力Fa而計(jì)算初始轉(zhuǎn)矩(步驟S3)。
用于確定著落腳的模塊66基于來(lái)自著落傳感器31aL和31aR的輸出而指定著落腳(步驟S4)。
當(dāng)模塊66確定只有左腳著落時(shí)，輸出控制器67根據(jù)初始轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L和膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩(步驟S5a)。
當(dāng)模塊66確定雙腳著落時(shí)，輸出控制器67根據(jù)初始轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41L和41R以及膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42L和42R以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩(步驟S5b)。
當(dāng)模塊66確定只有右腳著落時(shí)，輸出控制器67根據(jù)初始轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R和膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩(步驟S5c)。
負(fù)載傳感器10aL和10aR檢測(cè)負(fù)載Fb(步驟S6)。比較器64將檢測(cè)的負(fù)載Fb與計(jì)算的目標(biāo)輔助力Fa(Fa1，F(xiàn)a2)進(jìn)行比較(步驟S7)。
當(dāng)負(fù)載(當(dāng)前輔助力)Fb小于目標(biāo)輔助力Fa1時(shí)，輸出控制器67將供應(yīng)給在著落腳一側(cè)的致動(dòng)器的電流增加預(yù)定量，從而將輸出轉(zhuǎn)矩增加給定量(步驟S8a)。
當(dāng)Fb位于Fa1和Fa2(均包含)之間時(shí)，輸出控制器67保持由在著落腳的一側(cè)的致動(dòng)器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩恒定(步驟S8b)。
當(dāng)Fb大于Fa2時(shí)，輸出控制器67將供應(yīng)給在著落腳的一側(cè)的致動(dòng)器的電流減小預(yù)定量，從而將輸出轉(zhuǎn)矩減小給定量(步驟S8c)。
關(guān)于這一點(diǎn)，可以根據(jù)控制器60的計(jì)算能力、致動(dòng)器41L、41R、42L和42R的特性、以及傳感器10aL、10aR、31aL和31aR的特性，分別適當(dāng)?shù)剡x擇增加和減小電流的預(yù)定量。
當(dāng)向控制器60中輸入OFF信號(hào)時(shí)(步驟S9中為“是(YES)”)，設(shè)備1A結(jié)束處理。當(dāng)沒(méi)有向控制器60中輸入OFF信號(hào)時(shí)(步驟S9中為“否(NO)”)，模塊66確定是否改變了著落腳(步驟S10)。
當(dāng)有改變，雙腳著落階段→單腳著落階段，單腳著落階段→雙腳著落階段(步驟S10中為“是”)時(shí)，流程返回到步驟S4。相反，當(dāng)沒(méi)有改變時(shí)(步驟S10中為“否”)，流程返回到步驟S6。
m.下肢連接件的狀態(tài)變換和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生下面將描述用于輔助肢體的設(shè)備1A響應(yīng)于使用者P行走的狀態(tài)變換，著重于右下肢連接件20R的狀態(tài)變換。
應(yīng)注意，圖17A、17B、17C、17D、18A、18B和18C均表示典型示例，并且在行走期間行走方式和膝蓋角度因使用者而不同。
當(dāng)使用者P的右下肢位于極后方位置時(shí)(圖17A；狀態(tài)1)，大腿連接件22R和小腿連接件24R接近如直線的對(duì)準(zhǔn)位置。此時(shí)，角θ1R具有最大值(θ1R＝θ1Rmax)，而角θ2R具有最小值(θ2R＝θ2Rmin)。因?yàn)橛夷_附件30R著落，所以髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以增加角θ1R。相反，膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以減小角θ2R。
當(dāng)使用者P向外擺動(dòng)其右下肢(沿X軸方向)時(shí)，其右腳(右腳附件30R)從地板提起。由髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R和膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩將為零。因?yàn)榻铅?R逐漸減小，并且在將右腳從地板提起之后腳附件30相對(duì)于膝關(guān)節(jié)單元23R有延遲地跟隨，所以角θ2R一度增加。當(dāng)角θ2R取最大值時(shí)(θ2R＝θ2Rmax)，膝關(guān)節(jié)單元23R開(kāi)始向前擺動(dòng)(圖17B；狀態(tài)2)。
如果使用者P在狀態(tài)2之后繼續(xù)向前擺動(dòng)其右下肢，則角θ1R取最小值(θ1R＝θ1Rmin)(圖17C；狀態(tài)3)。由于角θ1R逐漸增加并且腳附件30R相對(duì)于膝關(guān)節(jié)單元23R有延遲地向前，因此角θ2R逐漸減小。這樣，右腳附件30R著落在地面上(圖17；狀態(tài)4)。當(dāng)使用者P的左下肢以與右下肢相似的方式運(yùn)動(dòng)時(shí)(圖18A；狀態(tài)5，圖18B；狀態(tài)6，圖18C；狀態(tài)7＝狀態(tài)1)，即右腳著落在地面上時(shí)，髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R連續(xù)地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以增加角θ1R。相反，膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R連續(xù)地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以減小角θ2R。
關(guān)于這一點(diǎn)，可選地，髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R可以在提起腳時(shí)沿圖17中逆時(shí)針?lè)较虍a(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，以向使用者的大腿作用輔助力，這有助于使用者P向前擺動(dòng)大腿。
用于輔助肢體的設(shè)備1A可以提供下面的優(yōu)點(diǎn)。
上述設(shè)備1A(其中減小了由于使用者P的運(yùn)動(dòng)而引起的慣性矩，并釋放施加在使用者上的負(fù)載)能夠改善佩戴設(shè)備1A的使用者的感覺(jué)并防止使用者感到疲勞。
支撐使用者P的部分重量的上述設(shè)備1A能夠減少由使用者的重量施加在其下肢上的負(fù)載。
上述設(shè)備1A檢測(cè)施加在其上的負(fù)載并基于所檢測(cè)的負(fù)載來(lái)支撐使用者P的預(yù)定百分比的重量，該設(shè)備能夠根據(jù)使用者P的姿勢(shì)的變化向其提供適當(dāng)?shù)妮o助。
上述設(shè)備1A僅向著落的下肢作用輔助力，其不僅能夠根據(jù)行走姿勢(shì)的改變提供適當(dāng)?shù)妮o助力，而且能夠不妨礙所提起的下肢的運(yùn)動(dòng)。
上述設(shè)備1A不需要由使用者的手進(jìn)行操作，這與諸如拐杖和四點(diǎn)手杖的手杖不同。使用者P可以在帶有設(shè)備1A的行走期間自由地使用他的手。另外，設(shè)備1A在長(zhǎng)時(shí)間使用的同時(shí)，會(huì)免于使使用者P的臂和上軀可能感到疲勞。
上述設(shè)備1A與使用者P的下肢并排地緊湊布置，其不會(huì)在使用者P在窄通道、樓梯等上運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生妨礙。因?yàn)檫B接件22L、22R、24L和24R以及關(guān)節(jié)單元21L、21R、23L、23R、25L和25R(它們?cè)O(shè)計(jì)成與人下肢的對(duì)等物相似)與使用者P的下肢并排布置，所以與使用直接接合致動(dòng)器或者距下肢較遠(yuǎn)地附著的傳統(tǒng)設(shè)備相比，設(shè)備1A趨于更好地配合人的行走，從而在輔助力方面提供更好的效率。
上述設(shè)備1A沒(méi)有采用輪，其可以在各種地板狀態(tài)的情況下使用。
上述設(shè)備1A將使用者P限制在很少的位置處并適于長(zhǎng)時(shí)間使用。因?yàn)闊o(wú)需限制膝、大腿等的設(shè)備1A能夠消除對(duì)使用者P的下肢的大多數(shù)限制，所以不會(huì)使其感到不舒適的限制、疼痛和高負(fù)載。對(duì)位置限制越少，就越可以減少設(shè)備1A的重量。因?yàn)樵O(shè)備1A是通用的，從而一種典型類型可以應(yīng)用于不同使用者而不受使用者P的體形和行走習(xí)慣的影響，所以其滿足了所有目的的應(yīng)用。
設(shè)備1A具有這樣的特征，即，使用者P的被設(shè)備1A施加了輔助力的部分(致動(dòng)器單元40L和40R的安裝部分)與使用者P的重量所在之處均位于基本相同的垂直平面(圖3和圖4中的Y-Z面)。該結(jié)構(gòu)防止了設(shè)備1A在設(shè)備1A作用輔助力時(shí)向使用者P作用沿傾斜方向(關(guān)于Y軸)的不需要的動(dòng)量。
II.第二實(shí)施例下面將描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備，著重于相對(duì)于根據(jù)第一實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備1A的區(qū)別。在描述實(shí)施例所參照的下面附圖中，僅示意地描述了與根據(jù)第一實(shí)施例的設(shè)備1A進(jìn)行比較所需的相關(guān)部分。如在圖19至圖21中，省略了髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R。
在圖19至圖22中，因?yàn)樽笥覙?gòu)件在結(jié)構(gòu)上相同，所以僅對(duì)右側(cè)部件賦予標(biāo)記，而省略了左側(cè)部件的標(biāo)記。
如圖19所示，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備1B具有驅(qū)動(dòng)單元150R以替代驅(qū)動(dòng)單元50R。
驅(qū)動(dòng)單元150R具有第一帶輪151R、第二帶輪152R和環(huán)形帶153R。與膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R接合的第一帶輪151R與其軸同步旋轉(zhuǎn)。第二帶輪152R附著在小腿連接件24R上。環(huán)形帶153R繞第一帶輪151R和第二帶輪152R回轉(zhuǎn)。
膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R使第一帶輪151R旋轉(zhuǎn)，以使環(huán)形帶153R前進(jìn)或拉回，從而使第二帶輪152R旋轉(zhuǎn)。這樣，驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)23R。
III.第三實(shí)施例下面將描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備，著重于相對(duì)于根據(jù)第一實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備1A的區(qū)別。
如圖20所示，根據(jù)第三實(shí)施例的設(shè)備1C不僅具有膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器242R(以替代膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R)，而且還具有驅(qū)動(dòng)單元250R(以替代驅(qū)動(dòng)單元50R)。
驅(qū)動(dòng)單元250R具有導(dǎo)線安裝部件251R、膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器242R以及兩根導(dǎo)線252R和253R。導(dǎo)線安裝部件251R與小腿連接件24R一體接合并位于膝關(guān)節(jié)單元23R的外部中。兩個(gè)導(dǎo)線252R和253R的路線在導(dǎo)線安裝部件251R與膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器242R之間。
膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器242R通過(guò)拉動(dòng)導(dǎo)線252R并松弛導(dǎo)線253R而驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)單元23R，反之亦然。
IV.第四實(shí)施例下面將描述根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備，著重于相對(duì)于根據(jù)第一實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備1A的區(qū)別。
如圖21所示，根據(jù)第四實(shí)施例的設(shè)備1D不僅具有膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器342R(以替代膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R)，而且還具有驅(qū)動(dòng)單元350R(以替代驅(qū)動(dòng)單元50R)。
驅(qū)動(dòng)單元350R具有軸351R、第一傘齒輪352R和第二傘齒輪353R。軸351R與膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器342R的輸出軸連接。第一傘齒輪352R附著在軸351R的遠(yuǎn)側(cè)部分上。第二傘齒輪353R附著在小腿連接件24R上并與第一斜齒輪352R嚙合。
膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器342R關(guān)于其軸線驅(qū)動(dòng)軸351R，以驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)單元23R。
關(guān)于這一點(diǎn)，可選地，可以采用其它類型的齒輪以將由膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力傳送給膝關(guān)節(jié)單元以對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。所述齒輪包括螺旋齒輪、直齒傘齒輪、螺旋傘齒輪、平面齒輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪、蝸輪等。
V.第五實(shí)施例下面將描述根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備，著重于相對(duì)于根據(jù)第一實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備1A的區(qū)別。
如圖22所示，根據(jù)第五實(shí)施例的設(shè)備1E包括踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器43R和踝關(guān)節(jié)連接件450R。
踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器43R與髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器41R和膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R一體布置并與其同軸。具有電機(jī)和減速齒輪的踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器43R通過(guò)減速齒輪減小電機(jī)的輸出速度，以改變小腿連接件24R與腳附件30R之間的相對(duì)位置。換言之，踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器43R用作向踝關(guān)節(jié)單元25R施加旋轉(zhuǎn)力矩以對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器。踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器43R的基部固定在致動(dòng)器安裝部件13R上，并且踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器43R的輸出軸固定在后面將描述的第一連接件451R的遠(yuǎn)側(cè)部分上。關(guān)于這一點(diǎn)，踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器43R與這些構(gòu)件的幾何關(guān)系并不限于上面所述。
編碼器(旋轉(zhuǎn)編碼器)83R附著在踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器43R上。編碼器83R是所附權(quán)利要求中“動(dòng)作檢測(cè)器”的示例，用于檢測(cè)踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器43R的旋轉(zhuǎn)角以作為關(guān)于下肢連接件20R的動(dòng)作的數(shù)據(jù)。將檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)角發(fā)送給控制器60。
踝關(guān)節(jié)連接件450R包括第一連接件451R、第一接頭單元452R、第二連接件453R、第二接頭單元454R、第三連接件455R、第四連接件456R、第四接頭單元457R以及第五連接件458R。第一連接件451R與踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器43R連接。第二連接件453R通過(guò)第一接頭單元452R與第一連接件451R連接。第三連接件455R不僅通過(guò)第二接頭單元454R與第二連接件453R連接，而且還與膝關(guān)節(jié)單元23R連接。第四連接件456R不僅通過(guò)第二接頭單元454R與第二連接件453R連接，而且還通過(guò)第四接頭單元457R與腳附件30R連接。第五連接件458R與第四接頭單元457R和踝關(guān)節(jié)單元25R連接。第四接頭單元457R固定在腳附件30R上。
踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器43R使第一連接件451R旋轉(zhuǎn)，以沿著大腿軸線的方向降低或拉動(dòng)第二連接件453R。這使得第三連接件455R關(guān)于膝關(guān)節(jié)單元23R旋轉(zhuǎn)，以沿著小腿軸線的方向降低或拉動(dòng)第四連接件456R。這樣，降低或拉動(dòng)附著在腳附件30R上的第四接頭單元457，以驅(qū)動(dòng)踝關(guān)節(jié)單元25R。
當(dāng)鞋單元31R具有足夠強(qiáng)度時(shí)，可以可選地去除第五連接件458R。
另外，可以可選地采用這樣的布置，即，踝關(guān)節(jié)連接件450R設(shè)置在驅(qū)動(dòng)單元50R的內(nèi)部并在使用者P的近側(cè)，而不是圖22中所示的示例，其中踝關(guān)節(jié)連接件450R設(shè)置在驅(qū)動(dòng)單元50R的外部。
此外，可以將根據(jù)其它實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)單元150R、250R和350R的其中一個(gè)與踝關(guān)節(jié)連接件450R組合。
用于檢測(cè)致動(dòng)器狀態(tài)的模塊65基于來(lái)自編碼器83L(83R)的輸出而檢測(cè)踝關(guān)節(jié)單元25L(25R)的狀態(tài)?？刂破?0能夠基于來(lái)自編碼器83L(83R)的輸出而得知由小腿連接件24L(24R)和腳附件30L(30R)形成的角度。
輸出控制器67確定待由踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器43L(43R)產(chǎn)生的輸出，并向其發(fā)送指令。
下面將描述身體附件的修改例，著重于與根據(jù)第一實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備1A的區(qū)別。在圖24A、24B和24C中，省略了背包BP。
如圖24A所示，用于輔助肢體的設(shè)備1F的身體附件610具有腰帶11、致動(dòng)器安裝部件13L和13R以及胯帶612L和612R?？鑾?12L(612R)是在使用者P的胯周圍佩戴的織物部件，其與致動(dòng)器安裝部件13L(13R)連接。
在設(shè)備1F中，與圖1所示的設(shè)備1A相比較簡(jiǎn)化了用于身體附件的帶，其實(shí)現(xiàn)了重量降低。
如圖24B所示，用于輔助肢體的設(shè)備1G的身體附件710具有腰帶11、致動(dòng)器安裝部件13L和13R、以及大腿帶712L和712R。大腿帶712L(712R)是在使用者P的大腿周圍佩戴的織物部件，其與致動(dòng)器安裝部件13L(13R)連接。
設(shè)備1G與設(shè)備1F相比，增加了在使用者P的大腿處的支撐能力，以釋放作用于使用者P的胯部的應(yīng)力。
如圖24C所示，用于輔助肢體的設(shè)備1H的身體附件810具有腰帶11、致動(dòng)器安裝部件13L和13R、以及腋窩支撐部件812L和812R。腋窩支撐部件812L(812R)在使用者P腋窩的下方支撐使用者P，其與致動(dòng)器安裝部件13L(13R)連接。腋窩支撐部件812L(812R)、致動(dòng)器安裝部件13L(13R)、下肢連接件20L(20R)、以及腳附件30L(30R)在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)成支撐由使用者P施加在腋窩支撐部件812L(812R)上的負(fù)載。
設(shè)備1H是適于由于疾病或損傷而在大腿周圍或胯處受到限制的使用者P的示例。
除了上述修改例之外，可選地可以采用這樣的布置，其中由用于輔助肢體的設(shè)備向使用者的顎作用輔助力。
下面將鑒于與根據(jù)第一實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備1A的區(qū)別來(lái)描述控制器的修改例。
如圖25所示，用于輔助肢體的設(shè)備1I的控制器960具有目標(biāo)輔助力存儲(chǔ)器961(以替代重量存儲(chǔ)器61)、和用于計(jì)算目標(biāo)輔助力的模塊62。
目標(biāo)輔助力存儲(chǔ)器961存儲(chǔ)目標(biāo)輔助力Fa，其為預(yù)定值，例如10Kg。目標(biāo)輔助力存儲(chǔ)器961還存儲(chǔ)最小目標(biāo)輔助力Fa1(例如，9Kg)，以及最大目標(biāo)輔助力Fa2(例如，11Kg)，這兩個(gè)力都是相對(duì)于目標(biāo)輔助力Fa設(shè)定的。設(shè)備1I根據(jù)上述值執(zhí)行對(duì)初始轉(zhuǎn)矩的功能性流程計(jì)算和對(duì)致動(dòng)器轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。
下面將描述與根據(jù)第五實(shí)施例的用于輔助肢體的設(shè)備1E相比較的修改例。
如圖26所示，用于輔助肢體的設(shè)備1J具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中去除了膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器42R和驅(qū)動(dòng)單元50R。
設(shè)備1J能夠支撐使用者P的髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。
盡管參照附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改。
可選地，可以通過(guò)去除髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器而僅采用膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)單元，這導(dǎo)致用于輔助肢體的設(shè)備的重量減少和控制簡(jiǎn)化。
可選地，可以沿著使用者的下肢內(nèi)側(cè)布置所有的致動(dòng)器和連接件或者它們中的至少一個(gè)，而不是在上述實(shí)施例中所述的布置，在上述實(shí)施例中沿著使用者的下肢外側(cè)布置所有的致動(dòng)器和連接件?？梢詫?duì)使用者的上肢應(yīng)用用于輔助肢體的設(shè)備。另外，除了使用者的膝關(guān)節(jié)之外，所述設(shè)備還可以輔助使用者的踝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)。
可以有這樣的可選布置，其中用于輔助肢體的設(shè)備不具有腳附件，并且小腿連接件的遠(yuǎn)側(cè)部分著落在地板上。在這種情況下，使用者的腳與下肢連接件(而不是腳附件)連接，并且下肢附件附著在踝、小腿、膝和大腿的其中一個(gè)上。這樣，可以執(zhí)行對(duì)輔助力的控制，同時(shí)用于輔助肢體的設(shè)備與使用者的行走運(yùn)動(dòng)同步，并且附著在使用者的鞋底上或者小腿連接件的下遠(yuǎn)側(cè)部分上的著落傳感器檢測(cè)著落的腳。
在圖16中所示的控制流程中，描述了這樣的示例，其中控制器60根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序(肢體輔助程序，也稱為“下肢輔助程序”)執(zhí)行處理?？蛇x地，可以在外部通過(guò)記錄介質(zhì)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供計(jì)算機(jī)程序。本發(fā)明包括所述計(jì)算機(jī)程序，其運(yùn)行作為用于輔助肢體的設(shè)備的控制器的計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明不限于用于兩下肢的用于輔助肢體的設(shè)備，而可以可選地將該設(shè)備應(yīng)用于左下肢和右下肢中的僅一個(gè)。為此的一個(gè)示例是，將設(shè)備應(yīng)用于使用者的僅一個(gè)受到身體上衰弱的下肢，以提供輔助力。
本發(fā)明不限于已參照附圖進(jìn)行描述的、用于輔助肢體的設(shè)備的關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)配置。身體附件和腳附件的形狀和材料并不限于上面所述。還可以采用這樣的布置，其中用于輔助肢體的設(shè)備執(zhí)行施加輔助力的控制，這確實(shí)有助于使用者行走。在這種情況下，可以使用附著在使用者的小腿上的下肢附件而不是腳附件。
權(quán)利要求
1.一種用于輔助肢體的設(shè)備，包括附著在使用者的軀干上的身體附件；大腿連接件，其與使用者的大腿并排布置，該連接件與所述身體附件連接；膝關(guān)節(jié)單元；小腿連接件，其與使用者的小腿并排布置，該連接件通過(guò)所述膝關(guān)節(jié)單元與所述大腿連接件連接；下肢附件，其附著在使用者的小腿和腳的其中一個(gè)上，該下肢附件與所述小腿連接件連接；驅(qū)動(dòng)單元；以及膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器，其布置在所述身體附件中，以通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)單元向所述膝關(guān)節(jié)單元施加旋轉(zhuǎn)力矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括腳檢測(cè)器，其構(gòu)造成檢測(cè)使用者腳的著落階段和提起階段的其中一個(gè)；以及控制器，其構(gòu)造成控制所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器，其中，所述下肢附件附著在使用者的腳上，從而該下肢附件能夠著落在地面上，并且其中，所述控制器對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以通過(guò)處于著落階段的所述下肢附件、所述小腿連接件、所述大腿連接件、所述驅(qū)動(dòng)單元以及所述身體附件提供解除使用者的重量的輔助力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述腳檢測(cè)器檢測(cè)到提起階段時(shí)，所述控制器結(jié)束對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述輔助力與預(yù)定值和使用者重量的一定百分比的其中一個(gè)相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，還包括負(fù)載檢測(cè)器，其檢測(cè)由使用者通過(guò)所述身體附件施加在所述大腿連接件、所述小腿連接件、所述驅(qū)動(dòng)單元和所述下肢附件上的負(fù)載，其中，所述控制器基于由所述負(fù)載檢測(cè)器檢測(cè)的負(fù)載，對(duì)處于著落階段的所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述輔助力具有下限和上限，并且其中所述控制器基于由所述負(fù)載檢測(cè)器檢測(cè)的負(fù)載對(duì)處于著落階段的所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以使得所述輔助力位于所述下限和所述上限之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，還包括動(dòng)作檢測(cè)器，其構(gòu)造成檢測(cè)表示所述大腿連接件和所述小腿連接件的動(dòng)作的信號(hào)，其中所述控制器基于由所述動(dòng)作檢測(cè)器檢測(cè)的信號(hào)而對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，通過(guò)所述大腿連接件向使用者施加所述輔助力處的第一部分與在所述身體附件中施加使用者的負(fù)載處的第二部分定位成，使得所述第一部分和所述第二部分基本上包含在共同垂直平面內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括髖關(guān)節(jié)單元；以及髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器；其中，所述身體附件通過(guò)所述髖關(guān)節(jié)單元與所述大腿連接件連接，并且其中，所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器與所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器一體安裝在所述身體附件中，以向所述髖關(guān)節(jié)單元施加旋轉(zhuǎn)力矩。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，還包括腳檢測(cè)器，其構(gòu)造成檢測(cè)使用者腳的著落階段和提起階段的其中一個(gè)；以及控制器，其構(gòu)造成控制所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器，其中，所述下肢附件附著在使用者的腳上，從而該下肢附件能夠著落在地面上，并且其中，所述控制器對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以通過(guò)處于著落階段的所述下肢附件、所述小腿連接件、所述大腿連接件、所述驅(qū)動(dòng)單元以及所述身體附件提供解除使用者的重量的輔助力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述腳檢測(cè)器檢測(cè)到提起階段時(shí)，所述控制器結(jié)束對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器中至少一個(gè)的驅(qū)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述腳檢測(cè)器檢測(cè)到提起階段時(shí)，所述控制器對(duì)所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以輔助使用者大腿的擺動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述輔助力與預(yù)定值和使用者重量的一定百分比的其中一個(gè)相等。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，還包括負(fù)載檢測(cè)器，其檢測(cè)由使用者通過(guò)所述身體附件施加在所述大腿連接件、所述小腿連接件、所述驅(qū)動(dòng)單元和所述下肢附件上的負(fù)載，其中，所述控制器基于由所述負(fù)載檢測(cè)器檢測(cè)的負(fù)載，對(duì)處于著落階段的所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述輔助力具有下限和上限，并且其中所述控制器基于由所述負(fù)載檢測(cè)器檢測(cè)的負(fù)載對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以使得所述輔助力位于所述下限和所述上限之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，還包括動(dòng)作檢測(cè)器，其構(gòu)造成檢測(cè)表示所述大腿連接件和所述小腿連接件的動(dòng)作的信號(hào)，其中所述控制器基于由所述動(dòng)作檢測(cè)器檢測(cè)的信號(hào)而對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，通過(guò)所述大腿連接件向使用者施加所述輔助力處的第一部分與在所述身體附件中施加使用者的負(fù)載處的第二部分定位成，使得所述第一部分和所述第二部分基本上包含在共同垂直平面內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元還包括膝關(guān)節(jié)連接件，其構(gòu)造成驅(qū)動(dòng)所述膝關(guān)節(jié)單元，并且該連接件與所述大腿連接件并排布置。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)帶、線以及軸和齒輪組合的其中一個(gè)來(lái)傳輸驅(qū)動(dòng)力，以向所述膝關(guān)節(jié)單元施加旋轉(zhuǎn)力矩。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于，還包括踝關(guān)節(jié)單元；構(gòu)造成驅(qū)動(dòng)所述踝關(guān)節(jié)單元的踝關(guān)節(jié)連接件；以及踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器，其中，所述下肢附件通過(guò)所述踝關(guān)節(jié)單元與所述小腿連接件連接，并且其中，所述踝關(guān)節(jié)致動(dòng)器與所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器一體安裝在所述身體附件中，以通過(guò)所述踝關(guān)節(jié)連接件向所述踝關(guān)節(jié)單元施加旋轉(zhuǎn)力矩。
21.一種用于輔助肢體的設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序，該設(shè)備包括控制器；附著在使用者的軀干上的身體附件；大腿連接件，其與使用者的大腿并排布置，該連接件與所述身體附件連接；膝關(guān)節(jié)單元；小腿連接件，其與使用者的小腿并排布置，該連接件通過(guò)所述膝關(guān)節(jié)單元與所述大腿連接件連接；下肢附件，其附著于使用者的腳以著落在地面上，該下肢附件與所述小腿連接件連接；驅(qū)動(dòng)單元；膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器，其布置在所述身體附件中，以通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)單元向所述膝關(guān)節(jié)單元施加旋轉(zhuǎn)力矩；以及腳檢測(cè)器，其構(gòu)造成檢測(cè)使用者腳的著落階段和提起階段的其中一個(gè)，其中，所述計(jì)算機(jī)程序在下面處理中運(yùn)行所述控制器，該處理包括對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以通過(guò)處于著落階段的所述下肢附件、所述小腿連接件、所述大腿連接件、所述驅(qū)動(dòng)單元以及所述身體附件提供解除使用者的重量的輔助力。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，當(dāng)所述腳檢測(cè)器檢測(cè)到提起階段時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序在下面處理中運(yùn)行所述控制器，該處理包括結(jié)束對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述輔助力與預(yù)定值和使用者重量的一定百分比的其中一個(gè)相等。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述設(shè)備還包括負(fù)載檢測(cè)器，其檢測(cè)由使用者通過(guò)所述身體附件施加在所述大腿連接件、所述小腿連接件、所述驅(qū)動(dòng)單元和所述下肢附件上的負(fù)載，并且其中，所述計(jì)算機(jī)程序在下面處理中運(yùn)行所述控制器，該處理包括基于由所述負(fù)載檢測(cè)器檢測(cè)的負(fù)載，對(duì)處于著落階段的所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述設(shè)備還包括動(dòng)作檢測(cè)器，其構(gòu)造成檢測(cè)表示所述大腿連接件和所述小腿連接件的動(dòng)作的信號(hào)，并且其中所述計(jì)算機(jī)程序在下面處理中運(yùn)行所述控制器，該處理包括基于由所述動(dòng)作檢測(cè)器檢測(cè)的信號(hào)而對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
26.一種用于輔助肢體的設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序，該設(shè)備包括控制器；附著在使用者的軀干上的身體附件；髖關(guān)節(jié)單元；大腿連接件，其與使用者的大腿并排布置，該連接件通過(guò)所述髖關(guān)節(jié)單元與所述身體附件連接；膝關(guān)節(jié)單元；小腿連接件，其與使用者的小腿并排布置，該連接件通過(guò)所述膝關(guān)節(jié)單元與所述大腿連接件連接；下肢附件，其附著于使用者的腳以著落在地面上，該下肢附件與所述小腿連接件連接；驅(qū)動(dòng)單元；膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器，其布置在所述身體附件中，以通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)單元向所述膝關(guān)節(jié)單元施加旋轉(zhuǎn)力矩；髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器，其與所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器一體安裝在所述身體附件中，以向所述髖關(guān)節(jié)單元施加旋轉(zhuǎn)力矩；以及腳檢測(cè)器，其構(gòu)造成檢測(cè)使用者腳的著落階段和提起階段的其中一個(gè)，其中，所述計(jì)算機(jī)程序在下面處理中運(yùn)行所述控制器，該處理包括對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以通過(guò)處于著落階段的所述下肢附件、所述小腿連接件、所述大腿連接件、所述驅(qū)動(dòng)單元以及所述身體附件提供解除使用者的重量的輔助力。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，當(dāng)所述腳檢測(cè)器檢測(cè)到提起階段時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序在下面處理中運(yùn)行所述控制器，該處理包括結(jié)束對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器中至少一個(gè)的驅(qū)動(dòng)。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，當(dāng)所述腳檢測(cè)器檢測(cè)到提起階段時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序在下面處理中運(yùn)行所述控制器，該處理包括對(duì)所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制以輔助使用者大腿的擺動(dòng)。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述輔助力與預(yù)定值和使用者重量的一定百分比的其中一個(gè)相等。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述設(shè)備還包括負(fù)載檢測(cè)器，其檢測(cè)由使用者通過(guò)所述身體附件施加在所述大腿連接件、所述小腿連接件、所述驅(qū)動(dòng)單元和所述下肢附件上的負(fù)載，并且其中，所述計(jì)算機(jī)程序在下面處理中運(yùn)行所述控制器，該處理包括基于由所述負(fù)載檢測(cè)器檢測(cè)的負(fù)載，對(duì)處于著落階段的所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述設(shè)備還包括動(dòng)作檢測(cè)器，其構(gòu)造成檢測(cè)表示所述大腿連接件和所述小腿連接件的動(dòng)作的信號(hào)，并且其中所述計(jì)算機(jī)程序在下面處理中運(yùn)行所述控制器，該處理包括基于由所述動(dòng)作檢測(cè)器檢測(cè)的信號(hào)而對(duì)所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器和所述髖關(guān)節(jié)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
全文摘要
一種用于輔助肢體的設(shè)備，包括身體附件、大腿連接件、膝關(guān)節(jié)單元、小腿連接件、下肢附件、驅(qū)動(dòng)單元以及膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器。所述身體附件附著在使用者的軀干上。所述大腿連接件與使用者的大腿并排布置，并與所述身體附件連接。所述小腿連接件與使用者的小腿并排布置，并通過(guò)所述膝關(guān)節(jié)單元與所述大腿連接件連接。所述下肢附件附著在使用者的小腿和腳的其中一個(gè)上，并與所述小腿連接件連接。所述膝關(guān)節(jié)致動(dòng)器布置在所述身體附件中，以通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)單元向所述膝關(guān)節(jié)單元施加旋轉(zhuǎn)力矩。
文檔編號(hào)A61H3/00GK1872016SQ200610088558
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者蘆原淳, 日木豊 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社