[发明专利]外骨骼

说明书

定义期望外骨骼运动轨迹用于具有支撑电机装置功能障碍的使用者进行移动的方法、此使用者的行走辅助设备和控制此设备的方法提供了以上肢和上半身正常运作时下肢有限偏移或完全不动的使用者的预先确定提前运动模式进行行走的可能性。本发明提供了这些使用者以接近不具有支撑电机装置功能障碍的人的行走模式的行走模式移动的可能性，其中为使用者提供了使用控制面板32来独立地改变运动模式和改变诸如步长、抬腿高度和行走节奏等步行参数的可能性。本发明包含使用者可穿戴部分和非可穿戴部分，使用者可穿戴部分包括下肢的机动化外骨骼1，配备有在外骨骼1机载控制器85中实施的控制设备35，非可穿戴部分包括辅助专家的外部电脑86和外骨骼1期望直角轨迹参数确定系统43。其中，对外骨骼1驱动器的控制信号考虑了使用者体节和外骨骼1元件的质量惯性特性和对控制质量的要求来生成。

本发明涉及医疗器械，尤其涉及定义期望外骨骼运动轨迹的方法、使用者行走辅助设备和以具有支撑电机装置功能障碍、上肢及上半身正常运作时下肢有限偏移或完全无运动力的使用者的预先确定提前运动模式来控制行走辅助的方法。本发明提供了具有支撑电机装置功能障碍的使用者以类似于健康的人的行走模式的行走模式于水平面或斜面上以及梯段和越过障碍物行走的可能性，其也可以应用于进行康复与修养程序。

有一种定义期望外骨骼运动轨迹以用于具有支撑电机装置功能障碍、因下肢有限的偏移而不具有独立运动的可能性的使用者进行运动的已知方法，其中至外骨骼驱动器的控制信号根据安装在使用者腿部的电动外骨骼的夹紧元件上的力传感器的读数产生[US7731670B2专利，2010年公布]。

这一方法无法用于下肢完全无运动能力的使用者，例如，对于截瘫的使用者，因为他们在腿部无法产生肌力，以及对于下肢有限偏移的使用者，不能确保类似于不具有支撑电机装置功能障碍的人行走模式的期望行走模式的设定。

在定义外骨骼期望轨迹以用于具有支撑电机装置功能障碍的使用者在矢状面中进行运动的方法的方面，最接近所提出发明的方法是在直角坐标系中定义外骨骼期望运动轨迹以用于以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使用外骨骼在矢状面进行运动的方法，外骨骼包括配备有用于连接使用者躯体的夹具的壳、左、右脚蹬，它们中的每一个包括枢转连接的相应股骨和小腿部分以及配备有连接使用者腿部的相应夹具且配置为在矢状平面内旋转的脚踏，其中相应股骨部分的上端分别地与外骨骼壳的左、右端枢转连接，髋枢轴关节和膝枢轴关节配备有相邻部分的相对角度旋转的传感器并配置为机动化，以及机载控制器连接到相邻部分的相对角度旋转的传感器和电动关节驱动器的控制输入端，其中根据这种方法使用运动捕捉系统，运动捕捉系统包括串联连接的测量设备单元以收集并传输捕获的运动参数数据、捕获的运动参数数据处理单元以及捕获的运动参数储存单元，其输出端连接到运动捕捉系统的输出端，确保测量在运动过程中预选人体点的直角坐标。[A.P.Aliseychik，I.A.Orlov，V.E.Pavlovskiy，V.V.Pavlovskiy，A.K.Platonov.，脊椎患者神经康复的下肢外骨骼的力学和控制(Mechanics and controlof exoskeletons for lower extremities for neurorehabilitation of spinalpatients.)-“XI理论与应用力学的基本问题的全俄公约(All-Russian convention onfundamental problems of theoretical and applied mechanics)”CD-ROM，Kazan，8月20–24，2015，p.133–135].

在这种方法中，使用者的运动模式形成为外骨骼交叉角度的一组时间函数，其不允许改变运动参数-步长、抬腿高度和行走节奏。

所提出方法意欲实现的技术成果是对期望运动轨迹的时间依赖参数进行计算，以允许在直角坐标系统矢状面上精确定义外骨骼期望运动轨迹，以用于具有支撑电机装置功能障碍的使用者以接近不具有支撑电机装置功能障碍的人的运动模式的运动模式来进行运动，以及改变步伐参数(步长，抬腿高度和行走节奏)。