[发明专利]自适应外骨骼、用于控制自适应外骨骼的装置和方法

说明书

技术领域

本公开内容通常涉及外骨骼、外骨骼控制器以及用于控制外骨骼的方法。

背景技术

许多人遭受受限移动性，该受限移动性可起因于年龄、疾病、外伤或另一原因。例如，随着个人变老，他/她可能损失骨骼、肌肉质量和/或力量。因此，他的/她的移动性可随时间而变得日益受限。在其它情况下，个人可能遭受例如通过损坏/破坏肌肉、骨骼和/或大脑与肢体(例如手臂或腿)之间的神经通路而限制他的/她的移动性的外伤。由于这些原因和其它原因，个人可能在心理上愿意移动，但是可能在身体上无法移动。

多年以来，已开发许多技术来增强和/或恢复已经由于年龄和/或外伤而损失的人类移动性。具体而言，对使用用于增强和/或增大人类移动性的外骨骼技术的兴趣与日俱增。

已在军事背景下开发了外骨骼技术来增强士兵和支持人员的能力。这种军事外骨骼可包括具有一个或多个液压铰接关节的钢和铝主框架，该一个或多个液压铰接关节通常被配置为模仿人类的主要关节(例如，膝盖、肘部、肩膀等)的功能。附接到该主框架的传感器和致动器检测由操作人员(例如，通过该操作人员的动作)施加的力。响应于这种所施加的力，外骨骼的相关部分以适当的方式移动。因此，如果操作人员通过移动一只手臂或者他的/她的两只手臂而将力施加到传感器，则该外骨骼的相对应的手臂可以适当的方式移动，以便模仿该操作人员手臂的动作。

还已针对药用和治疗应用开发外骨骼。在一些情况下，这种外骨骼可包括由金属主框架与铰接膝盖关节一起形成的“腿”。在用户穿上该外骨骼之后，治疗师可利用控制系统来致使该外骨骼以模拟人类的自然步态的方式行走。在一些情况下，用户可以在该外骨骼步行时例如通过按下手持式步行器/手杖中的按钮来进行控制。替代地或另外，用户可通过以可由力传感器检测的方式转移他的或她的体重来促进该外骨骼迈步。

虽然现有外骨骼有用，但其通常以机械组件(诸如，捆绑到或以其它方式附接到身体的机械关节)的致动来增强或替代用户的自然身体动作。这种外骨骼可能不通过促进或实现用户的肌肉的收缩来增强和/或恢复移动性。此外，现有外骨骼通常依赖于力传感器和/或一个或多个按钮来发起外骨骼动作。即，可响应于按钮按下或由对力传感器施加可检测的力的用户进行的动作来发起这种外骨骼的移动。如果该用户无法进行所需移动或施加必需的力，则该外骨骼可能不作出响应。

附图说明

随着以下具体实施方式进行并且一旦参考附图，所要求保护的主题的实施例的特征和优点将变得显而易见，其中，相似编号描绘相似部件，并且其中：

图1A、图1B和图1C分别描绘如由用户穿戴的根据本公开内容的示范性外骨骼的正视图、侧视图和后视图。

图2描绘设置在用户的膝盖周围的符合本公开内容的示范性局部外骨骼。

图3A、图3B和图3C分别描绘如由用户穿戴的符合本公开内容的另一示范性外骨骼的正视图、侧视图和后视图。

图4描绘设置在用户的膝盖周围的符合本公开内容的另一个示范性局部外骨骼。

图5是符合本公开内容的示范性外骨骼控制系统的框图。

图6是符合本公开内容的示范性方法的流程图。

图7是符合本公开内容的示范性控制器方法的流程图。

虽然将参考示例性实施例进行以下具体实施方式，但是其许多替代方案、修改和变型对于本领域技术人员将是显而易见的。

具体实施方式

虽然本文中参考针对特定应用的示例性实施例描述本公开内容，但应理解，这种实施例仅是示范性的，并且如由所附权利要求限定的本发明并不限于此。可以得到本文中所提供的教导的相关领域技术人员将认识到在本公开内容的范围内的另外修改、应用和实施例、以及其中本公开内容的实施例将实用的另外技术领域。

本文中描述一种可导致、帮助和/或替代用户的自然移动性的外骨骼技术。这种外骨骼技术包括但并不限于外骨骼、外骨骼控制器、用于控制外骨骼的方法以及其组合。如下文将详细解释的，本文中所述的外骨骼技术可利用传感器元件、处理/控制元件以及致动元件的组合来使得用户能够和/或帮助用户以所期望方式移动。可通过对用户的肌肉的电刺激、一个或多个机械组件的致动或者其组合来引起这种移动。在一些实施例中，该外骨骼技术可响应于所测量输入(诸如，由用户产生的动作或电信号)进行调节。以此方式，该外骨骼技术可理解已知输入并且学习新的输入，其可导致更多无缝用户体验。