[发明专利]用于在重复和长久的下蹲期间减轻疲劳的外骨骼腿部

说明书

一种腿部支撑外骨骼作为可穿戴设备用带束住，以在下蹲和/或猛冲期间支撑其使用者。外骨骼包括连接至第一连杆和第二连杆的膝关节，该膝关节被构造为允许第一连杆与第二连杆之间的屈曲和伸展运动。力产生器具有旋转地连接至第一连杆的第一端部。约束机构连接至第二连杆并且具有至少两个操作位置。在第一操作位置，力产生器的第二端部接合约束机构，其中第一连杆和第二连杆相对于彼此屈曲。在第二操作位置，力产生器的第二端部不接合约束机构，第一连杆和第二连杆相对于彼此自由地屈曲和伸展。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月14日提交的美国临时专利申请第62/421,720号的优先权，该临时专利申请整体上并且出于各种考虑与本申请中引用的所有其他文献一起通过引用被并入本文。

技术领域

本文公开了一种在能源方面无源的外骨骼系统，其设计为用于在穿戴者下蹲或猛冲时抵抗屈曲，同时在其他动作期间(例如，在走动期间)不妨碍穿戴者。

背景技术

该装置涉及外骨骼领域，特别是用于腿部的外骨骼。例如，人类有两条腿来行走、跑动、跳跃、下蹲以及踢蹬，这些全是十分人类化的活动。外骨骼可以用来恢复、加强和支持一些活动性。

发明内容

本文描述了一种腿部支撑外骨骼，其用于支持下蹲和猛冲，同时在其他动作期间不妨碍穿戴者。该系统是一种外骨骼，其通过在一个或两个外骨骼腿部处使用约束机构而在其穿戴者的诸如(但不限于)下蹲或猛冲的膝部屈曲动作期间提供辅助，该约束机构具有至少两种操作模式：用于辅助这种屈曲动作的约束模式以及允许自由和无约束的行走的无约束模式。当约束机构处于其约束模式时，力产生器在屈曲期间提供支撑穿戴者的力并且可在伸展期间支撑穿戴者，而在其无约束模式下，力产生器对穿戴者的屈曲动作产生极小到零的干预。因此，穿戴者例如在行走或下台阶期间可以在不受外骨骼的任何干预的情况下自由移动。

在一个实施方式中，系统被构造为连接至穿戴者的两个下肢，包括两个外骨骼腿部，每个腿部都包括：(a)大腿连杆；(b)小腿连杆，其旋转地连接至大腿连杆，并且能够围绕膝关节相对于大腿连杆屈曲和伸展；(c)力产生器，其中该力产生器的第一端部连接至小腿连杆，并且该力产生器的第二端部连接至大腿连杆；以及(d)约束机构，其连接至大腿连杆，并且具有至少两种操作模式，即约束模式和无约束模式，使得在其第一操作模式下，约束机构将力产生器的第二端部和大腿连杆约束为仅相对于彼此进行旋转运动，并且在其无约束操作模式下，约束机构允许力产生器的第二端部除了旋转运动之外还相对于大腿连杆进行其他运动。在操作中，该系统被构造为使得至少一个约束机构在穿戴者使她/他的膝部屈曲时移动至其约束模式。

在其他实施方式中，系统被构造为使得在操作中时，至少一个约束机构在(a)穿戴者下蹲和/或(b)穿戴者的至少一个髋部相对于踝部降低时移动至约束模式。

在另外的实施方式中，每个力产生器都从气体弹簧、压缩弹簧、卷簧、板簧、空气弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧、钟表弹簧以及它们的组合所组成的组中选择。在一些实施方式中，力产生器可在提供屈曲抵抗之后提供伸展辅助。

在另外的实施方式中，系统包括至少一个信号处理器，该至少一个信号处理器在操作中被构造为从至少一个外骨骼腿部接收至少一个信号，并且被构造为在穿戴者已经屈曲(或正在屈曲)她/他的膝部时命令至少一个约束机构进入其约束模式。在另外的实施方式中，由信号处理器接收到的至少一个这种信号从表示小腿连杆的运动和/或大腿连杆的运动的一组信号中选择。

在另外的实施方式中，两个外骨骼腿部包括至少一个信号处理器，在信号处理器确定了(a)穿戴者的髋部高度低于标称下蹲阈值、(b)穿戴者的髋部高度正在减小或(c)穿戴者的髋部高度已减小至低于标称下蹲阈值并且穿戴者的髋部高度正在减小时，所述至少一个信号处理器在操作中命令至少一个约束机构进入其约束模式。