[发明专利]外骨骼

权利要求书

1.一种用于处于预先确定提前运动模式的具有支撑电机装置功能障碍的使用者的行走辅助设备，包括下肢的外骨骼，外骨骼包括盆骨部分、左、右脚蹬，每一个脚蹬包括股骨部分和小腿部分和脚踏，其中相邻部分使用相应枢轴关节进行连接以提供在矢状面上旋转的可能性并装备有集成在当前角度和角速度测量单元的相应的相对角度转动的传感器，其中髋关节和膝关节被配置为机动化并配备有相应的驱动器，以及机载控制器与相邻部分的相对角度转动的传感器和电动关节驱动器的控制输入端连接，其中脚踏装备有集成于脚蹬反应测量单元并安装在脚踏的跟部及脚趾帽上的脚蹬反应传感器，另外行走辅助设备包括左右扶手和控制设备，控制设备包括期望外骨骼角度和角速度计算单元、外部力矩估算单元以及外骨骼驱动器的控制信号计算和生成单元，外骨骼驱动器的控制信号计算和生成单元连接于相应的驱动器的控制输入端，其中期望外骨骼角度和角速度计算单元的输入端连接到控制设备的第一输入端，控制设备的第三输入端连接到当前角度和角速度测量单元的输出端，其特征在于，还提供辅助专家的外部电脑、控制面板、电动驱动器电流测量单元以及直角坐标系中期望轨迹生成单元，辅助专家的外部电脑配置成提供辅助专家向外骨骼机载控制器输入小腿长度与股骨长度的比值、小腿长度以及与外骨骼部分连接的使用者体节的质量惯性特征、对运动模式进行选择以及对运动参数进行调整的可能性，控制面板配置成向使用者提供运动模式的选择和运动参数的调整的可能性，电动驱动器电流测量单元包括第一、第二、第三、第四电动驱动器各自的第一、第二、第三、第四电流传感器，直角坐标系中期望轨迹生成单元配置为向其输入并在其存储用于预先确定提前运动模式的直角坐标系中的期望运动轨迹的时间依赖参数和/或插值系数，直角坐标系中期望轨迹生成单元的第一输入端连接到控制设备的第一输出端，以及第二输入端-到脚蹬反应测量单元的输出端，第一输出端-连接到控制设备的第一输入端，以及第二输出端配置为连接到期望直角轨迹参数确定系统，期望直角轨迹参数确定系统的输出端配置为连接到期望轨迹生成单元的第三输入端，期望轨迹生成单元的第四输入端配置为连接到辅助专家的外部电脑的输出端，其中控制设备增加了期望直角轨迹加速度生成单元、期望角加速度计算单元、外骨骼驱动器角加速度计算单元、当前外骨骼直角坐标向量计算单元以及使用者躯干角运动估算单元，期望直角轨迹加速度生成单元的第一输入端连接到控制设备的第一输入端，期望角加速度计算单元的第一输入端连接到期望轨迹加速度生成单元的输出端，以及第二输入端-到期望角度和角速度生成单元的输出端，其中外骨骼驱动器角加速度计算单元的第一输入端连接到期望角加速度计算单元的输出端，以及第二输入端-到期望角度和角速度计算单元的输出端，当前外骨骼直角坐标向量计算单元的输入端连接到控制设备的第三输入端，以及输出端-到期望直角轨迹加速度生成单元的第二输入端，使用者躯干角运动估算单元的输入端连接到当前外骨骼直角坐标计算单元的输出端，以及输出端-到外部力矩估算单元的第四输入端，外部力矩估算单元的第五输入端通过控制设备的第二输入端连接到脚蹬反应计算单元的输出端，其中控制信号生成单元的第一输入端连接到外部力矩估算单元的输出端，外部力矩估算单元的第一输入端连接到外骨骼驱动器角加速度计算单元的输出端，以及第二输入端-到控制设备的第三输入端，控制设备的第三输入端也连接到外骨骼驱动器角加速度计算单元的第三输入端和控制信号生成单元的第二输入端，控制信号生成单元的第三输入端连接到外骨骼驱动器角加速度计算单元的输出端，第四输入端-到控制设备的第四输入端，控制设备的第四输入端也连接到外部力矩估算单元的第三输入端，以及控制信号生成单元的输出端到控制设备的输出端，控制设备的输出端连接到装备有电机电流测量单元的电动驱动器电流传感器的驱动器的控制输入端，其中控制设备的第四输入端连接到电动电机电流测量单元的输出端。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，期望直角轨迹生成单元和控制设备在外骨骼的机载控制器中以软件实施。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，具有支撑电机装置功能障碍的使用者的预先确定提前运动模式采用以下模式：“平面上行走”，“上楼梯”，“下楼梯”，“走上倾斜面”，“走下倾斜面”，“跨越障碍”，“坐下休息”，“伸直腿站直”，“由“坐下休息”位置到伸直腿站直”，“由“伸直腿站直”到坐下休息”。