專利名稱：半機(jī)動(dòng)下肢外骨架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及下肢外骨架領(lǐng)域，且更具體地說(shuō)，涉及半機(jī)動(dòng)下肢外骨架領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在很多情況下，常人在斜坡和樓梯上行走時(shí)，通常不能搬運(yùn)過(guò)分沉重或龐大的物體。 一些人甚至不能承受自身的體重，不是很快變得疲勞就是受傷。因此，可能提供一種緊 湊、容易操作、快速且通用的裝置用來(lái)在所述裝置被人穿戴時(shí)承受負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容
在可由人穿戴的下肢外骨架的若干實(shí)施例中解決上文所述的可能性。所述下肢外骨 架包括兩個(gè)腿部支架，其可連接到人的下肢，并經(jīng)配置以在其站立狀態(tài)期間擱置在地面 上。每個(gè)腿部支架包括大腿連桿和小腿連桿；膝部接頭，其經(jīng)配置以允許所述小腿連 桿與所述大腿連桿之間的彎曲和伸展。所述下肢外骨架進(jìn)一步包括外骨架軀干托架，其 可連接到人的上身。所述外骨架軀干托架可連接到腿部支架的大腿連桿，從而允許腿部 支架與外骨架軀干托架之間的彎曲和伸展。兩個(gè)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器耦接到所述膝部接頭中的每 一者。能夠提供動(dòng)力的動(dòng)力單元耦接到所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器。在操作中，當(dāng)腿部支架處于站 立狀態(tài)且正在爬斜坡或樓梯時(shí)，所述動(dòng)力單元將動(dòng)力注入到各自轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中，從而擴(kuò) 大各自膝部角度。當(dāng)腿部支架處于站立狀態(tài)且不在爬斜坡或樓梯時(shí)，動(dòng)力單元不將任何 動(dòng)力注入到各自轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器，而是在不消耗所述動(dòng)力單元中存儲(chǔ)的任何動(dòng)力的情況下， 迫使轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器阻止各自膝部接頭的彎曲。當(dāng)腿部支架處于擺動(dòng)狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力單元不將 任何動(dòng)力注入到各自轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器，而是在不消耗所述動(dòng)力單元中存儲(chǔ)的任何動(dòng)力的情況 下，迫使轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器對(duì)膝部彎曲和伸展的阻力最小化。


參看附圖閱讀以下具體實(shí)施方式
，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面及 優(yōu)勢(shì)，在附圖中，相同符號(hào)在圖式中始終表示相同零件，其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的正視透視圖。 圖2是圖1的實(shí)施例的后視透視圖。 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透視圖。 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透視圖。 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透視圖。 圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透視圖。 圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透視圖。 圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透視圖。 圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透視圖。
圖10疋圖9 tPJ頭/Jffi"htnj本漢B月tfj問(wèn)部l;t囪。
圖11是圖9的實(shí)施例的本發(fā)明的局部視圖。 圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透視圖。 圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透視圖。 圖14是根據(jù)外骨架腳部的實(shí)施例的透視圖。 圖15是根據(jù)外骨架腳部的實(shí)施例的透視圖。 圖16是根據(jù)外骨架腳部的實(shí)施例的透視圖。 圖17是根據(jù)外骨架腳部的實(shí)施例的透視圖。 圖18是根據(jù)外骨架腳部的實(shí)施例的透視圖。 圖19是根據(jù)外骨架腳部的實(shí)施例的透視圖。 圖20是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖。 圖21是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透視圖。 圖22是根據(jù)外骨架腳部的實(shí)施例的圖。 圖23是根據(jù)外骨架腳部的實(shí)施例的圖。 圖24是根據(jù)外骨架腳部的實(shí)施例的圖。 圖25是根據(jù)外骨架腳部的實(shí)施例的圖。 圖26是根據(jù)外骨架腳部的實(shí)施例的圖。 圖27是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透視圖。
圖28是表示外骨架動(dòng)力單元的實(shí)施例的圖。 圖29是表示外骨架液壓回路的實(shí)施例的圖。 圖30是表示外骨架液壓回路的實(shí)施例的圖。 圖31是表示外骨架液壓回路的實(shí)施例的圖。 圖32是表示外骨架液壓回路的實(shí)施例的圖。 圖33是表示外骨架液壓回路的實(shí)施例的圖。 圖34是表示外骨架液壓回路的實(shí)施例的圖。 圖35是表示外骨架液壓回路的實(shí)施例的圖。
圖36是表示當(dāng)外骨架不在使用中而是需要被搬運(yùn)時(shí)收藏在垂直位置中的外骨架的 實(shí)施例的圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖1和圖2是說(shuō)明可由人187穿戴的下肢外骨架100的透視 圖。下肢外骨架IOO包括兩個(gè)腿部支架101和102，其經(jīng)配置而可連接到人的下肢，且 經(jīng)配置以在其站立狀態(tài)期間擱置在地面上。腿部支架包括大腿連桿103和104以及小腿 連桿105和106。兩個(gè)膝部接頭107和108經(jīng)配置以允許腿部支架的小腿與大腿之間的 彎曲和伸展(分別由箭頭213和214展示)。下肢外骨架100進(jìn)一步包括外骨架軀干托 架109。外骨架軀干托架109尤其包括人體介接裝置150。外骨架軀千托架109可配置 以通過(guò)人體介接裝置150耦接到人的上身。人的上身是指大腿以上的任何位置。外骨架 軀千托架109可以在臀部彎曲-伸展接頭125和126處可旋轉(zhuǎn)地連接到腿部支架101和 102的大腿連桿103和104,從而允許腿部支架101和102分別圍繞臀部彎曲-伸展軸151 和152進(jìn)行臀部彎曲和伸展旋轉(zhuǎn)(分別由箭頭215和216展示)。
兩個(gè)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110和111耦接到膝部接頭107和108。能夠提供動(dòng)力的動(dòng)力單元 201耦接到轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110和111，且經(jīng)配置以針對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110和111在至少兩 種模式下操作。在操作中，當(dāng)動(dòng)力單元201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器IIO在其第一模式下操作 時(shí)，動(dòng)力單元20I將動(dòng)力注入到轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器U0中以擴(kuò)大腿部支架I(H的膝部角度，所 述膝部角度界定于腿部支架101的小腿連桿105與大腿連桿103之間。當(dāng)動(dòng)力單元201 相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器IIO在其第二模式下操作時(shí)，人187提供通過(guò)循環(huán)膝部運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的 腿部支架101的小腿連桿105與大腿連桿103之間的彎曲和伸展所需的能量，而動(dòng)力單 元201致使轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器IIO阻止彎曲。對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器111來(lái)說(shuō)，操作相同。當(dāng)動(dòng)力單 元201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器111在其第一模式下操作時(shí)，動(dòng)力單元201將動(dòng)力注入到轉(zhuǎn)矩
產(chǎn)生器111中以擴(kuò)大腿部支架102的膝部角度。當(dāng)動(dòng)力單元201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器111 在其第二模式下操作時(shí)，人187提供通過(guò)循環(huán)膝部運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的腿部支架102的小腿連 桿106與大腿連桿104之間的彎曲和伸展所需的能量，而動(dòng)力單元201致使轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器 111阻止彎曲。
將此處的循環(huán)膝部運(yùn)動(dòng)界定為其中小腿連桿(105或106)及其相應(yīng)的大腿連桿(103 或104)相對(duì)于彼此的初始和最終配置幾乎相同的運(yùn)動(dòng)。明確地說(shuō)，當(dāng)腿部支架處于擺 動(dòng)狀態(tài)時(shí)，循環(huán)膝部運(yùn)動(dòng)是其中腿部支架不與地面接觸且相應(yīng)的小腿連桿和大腿連桿相 對(duì)于彼此的初始和最終配置幾乎相同的運(yùn)動(dòng)。同樣，當(dāng)腿部支架處于站立狀態(tài)時(shí)，循環(huán) 膝部運(yùn)動(dòng)是其中腿部支架與地面接觸且相應(yīng)的小腿連桿和大腿連桿相對(duì)于彼此的初始 和最終配置幾乎相同的運(yùn)動(dòng)。
在一些實(shí)施例中，動(dòng)力單元201進(jìn)一步針對(duì)每一轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110和111在第三模式 下操作。在操作中，當(dāng)動(dòng)力單元201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110在其第三模式下操作時(shí)，人 187提供通過(guò)循環(huán)膝部運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的腿部支架101的小腿連桿105與大腿連桿103之間 的彎曲和伸展所需的能量，且動(dòng)力單元201致使轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器IIO對(duì)膝部彎曲和伸展的阻 力最小化。類似地，當(dāng)動(dòng)力單元201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器111在其第三模式下操作時(shí)，人 187提供通過(guò)循環(huán)膝部運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的腿部支架102的小腿連桿106與大腿連桿104之間 的彎曲和伸展所需的能量，且動(dòng)力單元201致使轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器111對(duì)膝部彎曲和伸展的阻 力最小化。
在一些實(shí)施例中，如圖1所示，下肢外骨架IOO在每個(gè)腿部支架處包括至少一個(gè)腳 部傳感器。腿部支架101包含腳部傳感器160，其產(chǎn)生表示穿戴者的相應(yīng)腳底上的力的 站立信號(hào)219。類似地，腿部支架102包含腳部傳感器161，其產(chǎn)生表示穿戴者的另一 只腳的底部上的力的站立信號(hào)220。動(dòng)力單元201根據(jù)站立信號(hào)219和220來(lái)控制轉(zhuǎn)矩 產(chǎn)生器110和111。站立信號(hào)219和220檢測(cè)穿戴者的腿是處于站立狀態(tài)還是處于擺動(dòng) 狀態(tài)。在腳部傳感器的一些實(shí)施例中，站立信號(hào)219和220表示穿戴者的腳底上的力的 量值。在擺動(dòng)狀態(tài)期間，站立信號(hào)219和220將檢測(cè)到穿戴者的腳底上的力的較小或零 量值。
在一些實(shí)施例中，如圖20所示，下肢外骨架100在每個(gè)腿部支架處包含至少一個(gè)
角度傳感器。腿部支架101包括角度傳感器243，其產(chǎn)生表示膝部接頭107的角度的角
度信號(hào)245。類似地，腿部支架102包括角度傳感器244，其產(chǎn)生表示膝部接頭108的
角度的角度信號(hào)246。動(dòng)力單元201根據(jù)角度信號(hào)245和246來(lái)控制轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110和
111。角度信號(hào)245和246檢測(cè)腿部支架101和102是否作出爬樓梯或斜坡的姿勢(shì)(即彎曲)。在角度傳感器的一些實(shí)施例中，角度信號(hào)245和246表示膝部接頭107和108 的接頭角度的量值。
在一些實(shí)施例中，當(dāng)站立信號(hào)219指示相應(yīng)的人腳底上存在力(即，腿部支架101 處于站立狀態(tài))，且角度信號(hào)245指示腿部支架101彎曲或作出爬樓梯或斜坡的姿勢(shì)時(shí)， 動(dòng)力單元201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110在其第一模式下操作。對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器111來(lái)說(shuō)， 操作相同。當(dāng)站立信號(hào)220指示相應(yīng)的人腳底上存在力(即，腿部支架102處于站立狀 態(tài))，且角度信號(hào)246指示腿部支架102彎曲或作出爬樓梯或斜坡的姿勢(shì)時(shí)，動(dòng)力單元 201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器111在其第一模式下操作。本申請(qǐng)案全文中，當(dāng)膝部接頭角度(在 圖20中，針對(duì)膝部接頭108展示為角度"A")彎曲或變得小于腿的站立狀態(tài)開(kāi)始時(shí)的 預(yù)設(shè)值時(shí)，檢測(cè)到爬樓梯和斜坡。在一個(gè)實(shí)施例中，將預(yù)設(shè)值選擇為135°。在另一實(shí)施 例中，將預(yù)設(shè)值選擇為165°。
在一些實(shí)施例中，當(dāng)站立信號(hào)219指示相應(yīng)的人腳底上存在力(即，腿部支架101 處于站立狀態(tài))，且角度傳感器245檢測(cè)到腿部支架101既未彎曲也未作出爬樓梯或斜 坡的姿勢(shì)時(shí)，動(dòng)力單元201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器IIO在第二模式下操作。對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器 111來(lái)說(shuō)，操作相同。當(dāng)站立信號(hào)220指示相應(yīng)的人腳底上存在力(即，腿部支架102 處于站立狀態(tài))，且角度信號(hào)246指示腿部支架102既未彎曲也未作出爬樓梯或斜坡的 姿勢(shì)時(shí)，動(dòng)力單元201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器111在第二模式下操作。
在一些實(shí)施例中，當(dāng)站立信號(hào)219檢測(cè)到腿部支架101處于擺動(dòng)狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力單元 201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器IIO在第三模式下操作。對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器111來(lái)說(shuō)，操作相同。 當(dāng)站立信號(hào)220檢測(cè)到腿部支架102處于擺動(dòng)狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力單元201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器 111在第三模式下操作。
總之，動(dòng)力單元201可配置以在腿部支架101和102的站立狀態(tài)期間，且在所述腿 部支架彎曲或作出爬樓梯或斜坡的姿勢(shì)時(shí)，將動(dòng)力注入到轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器IIO和111中。為 了節(jié)省動(dòng)力，在腿部支架的站立狀態(tài)期間且在其未彎曲或作出爬樓梯或斜坡的姿勢(shì)時(shí)， 動(dòng)力單元201可配置，使得人可提供通過(guò)循環(huán)膝部運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的腿部支架的小腿連桿與 大腿連桿之間的彎曲和伸展所需的能量。為了節(jié)省更多的動(dòng)力，在腿部支架的擺動(dòng)狀態(tài) 期間，動(dòng)力單元201可配置，使得人可提供通過(guò)循環(huán)膝部運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的腿部支架的小腿 連桿與大腿連桿之間的彎曲和伸展所需的能量。盡管本申請(qǐng)案全文中，我們將"爬樓梯 或斜坡"稱作將由動(dòng)力單元201來(lái)注入動(dòng)力的活動(dòng)，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白，確 實(shí)存在其中提升輔助較為有利的其它活動(dòng)(例如"脫離下蹲姿勢(shì)")。因此，"爬樓梯或
斜坡"意在包含從動(dòng)力單元201注入動(dòng)力將對(duì)操作者有利的任何活動(dòng)。
在操作中，人187通過(guò)耦接到人體介接裝置150 (在圖1的此情況下，為簡(jiǎn)單的皮 帶)，且通過(guò)耦接到兩個(gè)腿部支架101和102，而耦接到(或穿戴)下肢外骨架100。在 如圖1所示的一些實(shí)施例中，腿部支架101和102包括將人187耦接到腿部支架101和 102的小腿固定裝置137和138。
在一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110和111每一者包括液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器。動(dòng)力單元201 能夠?yàn)檗D(zhuǎn)矩產(chǎn)生器IIO和111提供液壓動(dòng)力，且如圖28所示，尤其包含液壓回路194， 其經(jīng)配置而可連接到液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110和111。動(dòng)力單元201中的液壓回路194調(diào)整 到達(dá)液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110和111的液壓流體流動(dòng)。液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110和111由能夠?qū)?經(jīng)加壓液壓流體轉(zhuǎn)換成力或轉(zhuǎn)矩的任一液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器或轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器的組合組成。液壓 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110和111的實(shí)例包含(但不限于)線性液壓活塞汽缸、旋轉(zhuǎn)式液壓致動(dòng)器、 齒條與小齒輪型旋轉(zhuǎn)式致動(dòng)器和旋轉(zhuǎn)式液壓葉片型致動(dòng)器，其中經(jīng)加壓液壓流體通過(guò)推 斥運(yùn)動(dòng)表面來(lái)產(chǎn)生力或轉(zhuǎn)矩。圖13中展示利用旋轉(zhuǎn)式液壓系統(tǒng)的外骨架的說(shuō)明。然而， 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將注意到，有可能構(gòu)造具有本發(fā)明的功能性的外骨架，其中轉(zhuǎn)矩產(chǎn) 生器IIO和111以及動(dòng)力單元201是可能包含離合器的電氣裝置的組合。舉例來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn) 矩產(chǎn)生器可以是滾珠螺桿，且動(dòng)力單元可以是離合器(用于使擺動(dòng)期間對(duì)彎曲和伸展的 阻力最小化)與電馬達(dá)(用于注入能量)的組合。
圖29展示液壓回路194的實(shí)施例。液壓回路194包括液壓泵240。在操作中，當(dāng)動(dòng) 力單元201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110在其第一模式下操作時(shí)，馬達(dá)241使液壓泵240轉(zhuǎn)動(dòng)， 且液壓泵240將液壓流體注入到轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器IIO中，致使腿部支架101的膝部接頭伸展。 動(dòng)力單元201進(jìn)一步包括動(dòng)力存儲(chǔ)組件238 (如圖28所示)(例如電池和電容器)，以便 為馬達(dá)241和其它組件(例如傳感器和電子組件)提供動(dòng)力。液壓回路194進(jìn)一步包括 泵隔離閥239。在操作中，當(dāng)動(dòng)力單元201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器IIO在其第一模式下操作 時(shí)，泵隔離閥239將液壓泵240連接到轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110。液壓回路194進(jìn)一步包括致動(dòng) 限流閥200。
在一些實(shí)施例中，當(dāng)腿部支架101處于站立狀態(tài)且彎曲或定位成爬樓梯或斜坡時(shí)， 動(dòng)力單元201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器IIO在其第一模式下操作。在此第一模式下，致動(dòng)限流 閥200關(guān)閉，且泵隔離閥239打開(kāi)。這允許液壓泵240將液壓流體從液壓流體源(例如， 圖29中的液壓貯存器195)注入到液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110，致使膝部接頭107伸展。
在一些實(shí)施例中，當(dāng)腿部支架IOI處于站立狀態(tài)但不彎曲或定位成爬樓梯或斜坡時(shí)，
動(dòng)力單元201相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110在其第二模式下操作。在此第二模式下，泵隔離閥
239使液壓泵240與轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110之間的流體流動(dòng)斷開(kāi)，且致動(dòng)限流闊200限制來(lái)自
轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110的流體流動(dòng)。這致使膝部接頭107阻止彎曲。
在一些實(shí)施例中，當(dāng)腿部支架101處于擺動(dòng)狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力單元201在其第三模式下 操作。在此第三模式下，致動(dòng)限流閥200打開(kāi)，且允許液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110與流體源(例 如液壓貯存器195)之間的最小阻力液壓流體流動(dòng)。這允許腿部支架101在很小或沒(méi)有 阻力的情況下運(yùn)動(dòng)。
在圖29到圖35中，使用液壓貯存器195來(lái)表示流體源?？墒褂没钊膬啥松隙季?有桿的雙動(dòng)式液壓汽缸，代替單動(dòng)式液壓汽缸，從而排除液壓貯存器195。盡管流體源 由液壓貯存器195展示，但流體源是指液壓貯存器或兩端上都具有桿的雙動(dòng)式液壓汽缸 中的另一腔室。
致動(dòng)限流閥200包括能夠執(zhí)行所指示的功能的任一閥或閥的組合。致動(dòng)限流閥200 的實(shí)例包含(但不限于)流控制閥、壓力控制閥、致動(dòng)針閥、螺線管閥和開(kāi)關(guān)閥。馬達(dá) 241包括能夠驅(qū)動(dòng)液壓泵240的任一裝置或裝置的組合。馬達(dá)241的實(shí)例包含(但不限 于)電馬達(dá)，其包含(但不限于)AC (交流電)馬達(dá)、刷式DC (直流電)馬達(dá)、無(wú)刷 式DC馬達(dá)、電子轉(zhuǎn)向馬達(dá)(electronically commutated motor, ECM),步進(jìn)馬達(dá)及其組 合。在一些實(shí)施例中，馬達(dá)241是其中燃料被燃燒以產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部燃燒裝置。盡管我 們陳述電馬達(dá)241使液壓泵240轉(zhuǎn)動(dòng)，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可了解，馬達(dá)241和液壓 泵240兩者都可具有其它類型的非旋轉(zhuǎn)耦接，例如往復(fù)線性運(yùn)動(dòng)。
圖30表示液壓回路194的另一實(shí)施例。此實(shí)施例類似于圖29的實(shí)施例，但添加了 液壓止回閥(單向閥)199，其將液壓流體源(例如液壓貯存器195)連接到轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器 110。這允許當(dāng)運(yùn)動(dòng)單元201在所有三種模式下操作時(shí)腿部支架101的膝部接頭的自由 伸展。
圖31表示液壓回路194的另一實(shí)施例，其中泵三向閥242通過(guò)致動(dòng)限流閥200或
通過(guò)液壓泵240，將液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110連接到液壓貯存器195。當(dāng)動(dòng)力單元201相對(duì)
于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110在其第一模式下操作時(shí)，泵三向閥242將液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110連接到
液壓泵240，否則，泵三向閥242將液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110連接到致動(dòng)限流閥200。舉例
來(lái)說(shuō)，當(dāng)腿部支架101彎曲或作出爬樓梯或斜坡的姿勢(shì)，且處于站立狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力單元
在其第一模式下操作。在此第一模式下，泵三向閥242通過(guò)液壓泵240將液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生
器110連接到液壓貯存器195。這允許液壓泵240將流體從液壓貯存器195注入到液壓
轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110，致使膝部接頭107伸展。當(dāng)腿部支架101未作出爬樓梯或斜坡的姿勢(shì)，
但處于站立狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力單元201在其第二模式下操作。在此第二模式下，泵三向閥242
通過(guò)致動(dòng)限流閥200將液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110連接到液壓貯存器195。致動(dòng)限流閥200限
制來(lái)自轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110的液壓流體流動(dòng)，致使膝部接頭107阻止彎曲。當(dāng)腿部支架101 處于擺動(dòng)狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力單元201在其第三模式下操作。在此第三模式下，泵三向閥242 通過(guò)致動(dòng)限流閥200將液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110連接到液壓貯存器195，且致動(dòng)限流閥200 打開(kāi)，并允許液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器IIO與液壓貯存器195之間的最小阻力液壓流體流動(dòng)。這 允許腿部支架101在具有很小或沒(méi)有阻力的情況下運(yùn)動(dòng)。
圖32表示液壓回路194的另一實(shí)施例。此實(shí)施例類似于圖31的實(shí)施例，但添加了 止回閥199，以始終允許對(duì)腿部支架101的膝部接頭的伸展具有最小阻力。
圖33表示液壓回路194的另一實(shí)施例，其中已經(jīng)去除了致動(dòng)限流閥200。添加了額 外的液壓三向閥198,其在非致動(dòng)限流閥196與旁通管線197之間進(jìn)行選擇。非致動(dòng)限 流閥196可以是更加簡(jiǎn)單的裝置，且可以是簡(jiǎn)單的孔口或可調(diào)節(jié)的裝置，例如針閥。在 操作中，當(dāng)腿部支架101處于站立狀態(tài)且彎曲或定位成爬樓梯或斜坡時(shí)，動(dòng)力單元201 在其第一模式下操作。在此第一模式下，泵三向閥242通過(guò)液壓泵240將液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生 器110連接到液壓貯存器195。這允許液壓泵240將流體從液壓貯存器195注入到液壓 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110，致使膝部接頭107伸展。當(dāng)腿部支架101處于其站立狀態(tài)但不彎曲也 不定位成爬樓梯或斜坡時(shí)，動(dòng)力單元201在其第二模式下操作。在此第二模式下，泵三 向閥242將液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110連接到液壓三向閥198。液壓三向閥198通過(guò)非致動(dòng)限 流閥196將泵三向閥242連接到液壓貯存器195，從而減少流動(dòng)，且增加液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生 器110的阻抗。這致使膝部接頭107阻止彎曲。當(dāng)腿部支架101處于擺動(dòng)狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力 單元201在其第三模式下操作。在此第三模式下，泵三向閥242將液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110 連接到液壓三向閥198。液壓三向閥198通過(guò)旁通管線197將泵三向閥242連接到液壓 fc存器195,從而增加流體流動(dòng)，且減小液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器110的阻抗。這允許腿部支架 101在具有很小或沒(méi)有阻力的情況下運(yùn)動(dòng)。
圖34表示液壓回路194的另一實(shí)施例。此實(shí)施例類似于圖33的實(shí)施例，但添加了 止回閥199,以始終允許對(duì)膝部的伸展具有最小阻力。
重要的是應(yīng)注意到，可能的可用于產(chǎn)生作為本發(fā)明主題的行為的液壓回路過(guò)多。對(duì) 液壓回路194的各個(gè)實(shí)施例的審查顯示，每個(gè)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器耦接到動(dòng)力單元201的能夠?qū)?動(dòng)力注入到轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器的動(dòng)力注入子組件，以及動(dòng)力單元201的能夠消耗來(lái)自轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生 器的動(dòng)力的動(dòng)力消耗子組件。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)圖29的檢查顯示，致動(dòng)限流閥200是動(dòng)力 消耗子組件，而液壓泵240是動(dòng)力注入子組件。動(dòng)力單元201對(duì)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器將連接到哪 一子組件作出選擇。
在一些實(shí)施例中，如圖28所示，動(dòng)力單元201進(jìn)一步包括信號(hào)處理器159，其能夠
針對(duì)動(dòng)力單元201的各個(gè)組件產(chǎn)生命令信號(hào)以控制動(dòng)力單元201。信號(hào)處理器包括選自 由以下各項(xiàng)組成的群組的元件或元件組合模擬裝置；模擬計(jì)算模塊；數(shù)字裝置，包含 (但不限于)小規(guī)模、中等規(guī)模和大規(guī)模集成電路、專用集成電路、可編程門(mén)陣列和可 編程邏輯陣列；以及數(shù)字計(jì)算模塊，包含(但不限于)微型計(jì)算機(jī)、微處理器、微控制 器和可編程邏輯控制器。在一些實(shí)施例中，信號(hào)處理器159包括選自由機(jī)電式繼電器或
MOSFET開(kāi)關(guān)組成的群組的元件或元件組合。信號(hào)處理器159根據(jù)站立信號(hào)219和220 以及角度信號(hào)245和246或其組合，針對(duì)所述液壓回路產(chǎn)生命令信號(hào)。
同樣重要的是應(yīng)注意到，當(dāng)走下斜坡或樓梯時(shí)，可使用這些液壓回路中的任一者來(lái) 捕獲能量。參看圖29，可以看到，如果動(dòng)力單元檢測(cè)到操作者正走下陡坡且腿部處于站 立狀態(tài)，那么泵隔離閥239可打開(kāi)，且致動(dòng)限流閥200可關(guān)閉。這將使流體在壓力的作 用下，向后轉(zhuǎn)向到液壓泵240中，液壓泵240接著可起到液壓馬達(dá)的作用(如果經(jīng)合適 地配置)，使電馬達(dá)241向后旋轉(zhuǎn)，并發(fā)電。如果動(dòng)力單元201中的能量存儲(chǔ)媒介能夠 接受這種能量(像電池那樣)，那么此能量可被捕獲，并稍后用于在爬斜坡或樓梯期間 提供輔助。(注意，動(dòng)力單元201可通過(guò)觀察站立開(kāi)始時(shí)的接近180的膝部角度和站立 結(jié)束時(shí)的低得多的角度，而檢測(cè)到走下斜坡的情況)。在擺動(dòng)期間(對(duì)彎曲或伸展提供 最小阻力)、在站立期間當(dāng)爬升時(shí)(注入動(dòng)力)以及在站立期間當(dāng)在幾乎水平的地面上 走動(dòng)時(shí)(通過(guò)例如流扼流閥的裝置來(lái)消耗能量)，系統(tǒng)可與之前一樣運(yùn)作。
事實(shí)上，如果可將液壓泵240和馬達(dá)241設(shè)計(jì)成在站立期間對(duì)彎曲提供正確量的阻 力，且在擺動(dòng)期間當(dāng)在水平地面上走動(dòng)時(shí)提供最小阻力，那么可排除致動(dòng)限流閥200， 且可使用圖35所示的簡(jiǎn)單系統(tǒng)。然而，從動(dòng)力消耗的觀點(diǎn)來(lái)看，這只有在當(dāng)腿部處于 站立狀態(tài)并在水平或幾乎水平的地面上走動(dòng)時(shí)馬達(dá)241僅會(huì)消耗可忽略的量的動(dòng)力或完 全不消耗動(dòng)力的情況下，才是經(jīng)濟(jì)的。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將注意到，在所有這些回路中，來(lái)自一條腿的液壓貯存器195 可與來(lái)自另一條腿的液壓貯存器組合。同樣，單獨(dú)的馬達(dá)24K液壓泵240以及貯存器 195可以較傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力供應(yīng)的形式組合，所述較傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力供應(yīng)由低壓貯存器、 單個(gè)馬達(dá)與液壓泵、高壓貯存器以及一些控制閥組成，所述控制閥允許液壓流體正確地
從高壓貯存器流出且流進(jìn)液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器的每一者中。然而，此設(shè)計(jì)不如每個(gè)液壓轉(zhuǎn)矩 產(chǎn)生器存在單個(gè)馬達(dá)那樣有利，因?yàn)榇祟惪刂崎y浪費(fèi)大量動(dòng)力。 還應(yīng)注意，為了清楚起見(jiàn)，從液壓圖中省略了所有的減壓閥。
進(jìn)一步論述圖1所示的外骨架的幾何結(jié)構(gòu)，在如圖1所示的一些實(shí)施例中，外骨架
軀干托架109包含兩個(gè)臀部連桿114和115，其可在臀部彎曲-伸展接頭125和126處可
旋轉(zhuǎn)地連接到大腿連桿103和104，從而允許腿部支架101和102分別圍繞臀部彎曲-伸展軸151和152而彎曲和伸展。在一些實(shí)施例中，臀部連桿114和115在外展-內(nèi)收接 頭113處可旋轉(zhuǎn)地彼此連接，從而允許腿部支架101和102外展和/或內(nèi)收。腿部支架 101和102的外展和內(nèi)收分別由箭頭217和218展示。
在一些實(shí)施例中，由所述人來(lái)提供通過(guò)循環(huán)臀部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的腿部支架101和102與 外骨架軀干托架109之間的彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)所需的能量。在其它一些實(shí)施例中，可將轉(zhuǎn) 矩產(chǎn)生器耦接到臀部接頭125和126。
在一些實(shí)施例中，外骨架軀干托架109經(jīng)配置以將后負(fù)載118固定在人187后面。 在一些實(shí)施例中，如圖1所示，后負(fù)載118由臀部連桿114和115固定。在一些實(shí)施例 中，外骨架軀干托架109進(jìn)一步包括伸展框架119和120，其經(jīng)配置以將前負(fù)載154固 定在人187的前面。在一些實(shí)施例中(如圖1所示)，伸展框架119和120可連接到臀 部連桿114和115。后負(fù)載118和前負(fù)載154的實(shí)例包含(但不限于)背包、嬰兒背袋 (baby carrier)、食品容器、大袋、水壺、工具箱、桶、彈藥、武器、被褥、急救用品、 高爾夫球袋、郵袋、相機(jī)、吹葉機(jī)、壓縮機(jī)、機(jī)電機(jī)器及其組合。在一些實(shí)施例中，后 負(fù)載118和/或前負(fù)載154是由人187承載的另一個(gè)人。在一些實(shí)施例中，外骨架軀干托 架109通過(guò)人體介接裝置150來(lái)支撐人187的體重的一部分。
圖3展示本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中外骨架軀干托架109進(jìn)一步包括臀部彈性元件 116，其經(jīng)配置以在臀部連桿114與115之間施加轉(zhuǎn)矩。臀部彈性元件的實(shí)例包含(但 不限于)拉伸彈簧、壓縮彈簧、片彈簧、氣體彈簧、空氣彈簧、橡膠、彈性體、橡皮拉 力器、彈力繩及其組合。可對(duì)臀部彈性元件116的剛性加以選擇以使得在擺動(dòng)狀態(tài)期間， 臀部彈性元件116的力大體上舉起腿部支架101和102的重量。
如圖3所示， 一些實(shí)施例還可包含臀部外展止動(dòng)件211，其限制或防止臀部連桿114 和115相對(duì)于彼此而外展。在圖3所示的特定實(shí)施例中，使用鋼索來(lái)形成外展止動(dòng)件211。 鋼索211防止發(fā)生腿部支架101和102的外展，但允許腿部支架101和102內(nèi)收。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，圖4是透視圖，其中外骨架軀干托架109包含兩個(gè)臀部 連桿114和115，其可旋轉(zhuǎn)地連接到大腿連桿103和104，從而允許腿部支架101和102 相對(duì)于外骨架軀干托架109而彎曲和伸展，其中臀部連桿114和115適應(yīng)地彼此連接， 從而允許腿部支架101和102的外展和/或內(nèi)收。在圖4所示的實(shí)例中，這通過(guò)片彈簧 153來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，圖5是透視圖，其中外骨架軀干托架109進(jìn)一步包括連 接托架117，其經(jīng)配置以將后負(fù)載118的重量轉(zhuǎn)移到外骨架軀干托架109。外骨架軀干
托架109進(jìn)一步包括兩個(gè)臀部連桿114和115，其可旋轉(zhuǎn)地連接到大腿連桿103和104， 從而允許腿部支架101和102相對(duì)于外骨架軀干托架109而彎曲和伸展。臀部連桿114 和115經(jīng)由兩個(gè)臀部外展-內(nèi)收接頭176和177可旋轉(zhuǎn)地連接到連接托架117，并圍繞兩 個(gè)臀部外展-內(nèi)收軸178和179旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，臀部外展-內(nèi)收軸178和179大 體上彼此平行。在一些實(shí)施例中，臀部外展-內(nèi)收接頭176和177彼此重合。此外，在一 些實(shí)施例中，如圖6所示，臀部外展-內(nèi)收接頭176和177彼此重合，形成臀部外展-內(nèi) 收接頭113，且臀部外展-內(nèi)收軸178和179變成一個(gè)臀部外展-內(nèi)收軸112。
在一些實(shí)施例中，如圖6所示，外骨架軀干托架109進(jìn)一步包括臀部外展-內(nèi)收彈性 元件121和122，其經(jīng)配置以在臀部連桿114和115與連接托架117之間施加轉(zhuǎn)矩。臀 部外展-內(nèi)收彈性元件的實(shí)例包含(但不限于)拉伸彈簧、壓縮彈簧、氣體彈簧、空氣彈 簧、橡膠、橡皮拉力器、片彈簧、彈力繩及其組合?？蓪?duì)臀部外展-內(nèi)收彈性元件121 和122的剛性加以選擇以使得在擺動(dòng)狀態(tài)期間，臀部外展-內(nèi)收彈性元件121和122的力 大體上舉起腿部支架101或102的重量，并在走動(dòng)時(shí)幫助人保持負(fù)載垂直定向。在圖7 所示的一些實(shí)施例中，連接托架117進(jìn)一步包括伸展框架119和120，其經(jīng)配置以將前 負(fù)載154固定在人187的前面。
在一些實(shí)施例中，如圖1、圖5、圖6和圖7所示，外骨架軀干托架109包括能夠 將人187耦接到下肢外骨架100的人體介接裝置150。人體介接裝置150的實(shí)例包括一 個(gè)元件或元件組合，其中包含(但不限于)背心、皮帶、綁帶、肩帶、胸帶、身體鑄模、 系帶以及腰帶。在一些實(shí)施例中，人體介接裝置150將人187的體重的一部分轉(zhuǎn)移到外 骨架軀干托架109。圖13展示一實(shí)施例，其中人體介接裝置150包括特殊設(shè)計(jì)的系帶 229以適合人187的身體。系帶229將人187的體重的一部分轉(zhuǎn)移到外骨架軀干托架109。
在一些實(shí)施例中，如圖8所示，臀部連桿114和115適應(yīng)地連接到連接托架117。 在圖8所示的實(shí)施例中，這通過(guò)臀部彈性部件153 (在此情況下，是片彈簧)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在一些實(shí)施例中，如圖8所示，外骨架軀干托架109包括背包框架180，其允許將 背包耦接到下肢外骨架100。在一些實(shí)施例中，背包框架180連接到連接托架117。為 了清楚起見(jiàn)，此圖中省略了人體介接裝置150 (例如皮帶和肩帶)。
根據(jù)另一實(shí)施例，圖9是透視圖，其中腿部支架101和102進(jìn)一步包含大腿外展-內(nèi)收接頭123和124，其經(jīng)配置以允許腿部支架101和102分別圍繞軸202和203而外 展和/或內(nèi)收。在一些實(shí)施例中，大腿外展-內(nèi)收接頭123和124位于臀部彎曲-伸展接頭 125和126下方。圖10中更詳細(xì)地展示這些接頭，圖IO是圖9的同一實(shí)施例的局部視 圖。
在一些實(shí)施例中，如圖10所示，腿部支架101和102包括大腿內(nèi)收止動(dòng)件185，其 限制或防止大腿連桿103和104在接頭123和124處內(nèi)收。腿部支架101的外展和內(nèi)收 分別由箭頭227和228展示。在圖IO所示的特定實(shí)施例中，大腿外展-內(nèi)收接頭123包 含大腿內(nèi)收止動(dòng)件185，其承載于大腿止動(dòng)表面186上。大腿內(nèi)收止動(dòng)件185限制大腿 外展-內(nèi)收接頭123的內(nèi)收。在站立狀態(tài)期間，大腿外展-內(nèi)收接頭123的無(wú)限制內(nèi)收會(huì) 導(dǎo)致臀部連桿114在站立期間沿箭頭204向下移動(dòng)，從而使負(fù)載掉落(降低)。接頭123 和124的此類僅外展接頭可用于允許人自然地下蹲。在一些實(shí)施例(如圖9和圖10所 示的一個(gè)實(shí)施例)中，此類外展接頭大體上位于臀部彎曲-伸展接頭125和126下方。
在一些實(shí)施例中，如圖9和圖10所示，腿部支架101和102進(jìn)一步包含大腿旋轉(zhuǎn) 接頭127和128，其經(jīng)配置以允許腿部支架101和102的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)接頭127和128大 體上位于膝部接頭107和108上方。線164和165表示旋轉(zhuǎn)接頭127和128的旋轉(zhuǎn)軸。 在圖IO和圖11中，這通過(guò)在臀部旋轉(zhuǎn)軸166與臀部旋轉(zhuǎn)軸頸168之間提供滑動(dòng)接觸來(lái) 實(shí)現(xiàn)。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，省略了包含在接頭中防止接頭拉開(kāi)的零件，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人 員將注意到，有很多種方式使此類軸保留在此類軸頸中。
在一些實(shí)施例中，如圖11所示，旋轉(zhuǎn)接頭127和128進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)彈性元件129。 此旋轉(zhuǎn)彈性元件充當(dāng)扭轉(zhuǎn)彈簧，并提供復(fù)原轉(zhuǎn)矩，所述復(fù)原轉(zhuǎn)矩使腿部支架大體上復(fù)原 回到圖9所示的中立位置?？捎煤芏喾绞絹?lái)構(gòu)造旋轉(zhuǎn)彈性元件129，當(dāng)使用彈性體材料 來(lái)構(gòu)造所述元件時(shí)，圖U所示的特定橫截面是有利的。出于說(shuō)明的目的，將旋轉(zhuǎn)彈性 元件129展示為部分地偏轉(zhuǎn)。
并且，在一些實(shí)施例中，如圖10和圖11所示，腿部支架101和102進(jìn)一步包括壓 縮-伸長(zhǎng)機(jī)構(gòu)131和132，其經(jīng)配置以改變外骨架軀干托架109與各自膝部彎曲-伸展接 頭107和108之間的距離。在一些實(shí)施例中，壓縮-伸長(zhǎng)機(jī)構(gòu)131和132允許臀部彎曲-伸展接頭125和126與各自膝部彎曲-伸展接頭107和108之間的距離變化。通過(guò)臀部旋 轉(zhuǎn)軸166更進(jìn)一步滑動(dòng)到臀部旋轉(zhuǎn)軸頸168中而使壓縮-伸長(zhǎng)機(jī)構(gòu)收縮(僅針對(duì)腿部101 展示)。允許腿部旋轉(zhuǎn)彈性元件129滑動(dòng)到間隙腔170中。在一些實(shí)施例中，壓縮-伸長(zhǎng) 機(jī)構(gòu)131和132進(jìn)一步包括腿部壓縮-伸長(zhǎng)彈性元件133。此腿部壓縮-伸長(zhǎng)彈性元件充 當(dāng)彈簧并提供復(fù)原力，所述復(fù)原力使腿部支架大體上復(fù)原回到中立配置。在圖11的實(shí) 施例中，這通過(guò)螺旋形壓縮彈簧來(lái)說(shuō)明。
在一些實(shí)施例中，如圖12所示，下肢外骨架100進(jìn)一步包括兩個(gè)擺動(dòng)彈性元件，
其經(jīng)配置以在大腿連桿103和104與外骨架軀干托架109之間施加轉(zhuǎn)矩。在操作中，擺
動(dòng)彈性元件221在擺動(dòng)狀態(tài)期間沿箭頭222向前推動(dòng)腿部支架101。這允許人不太費(fèi)力
地向前擺動(dòng)大腿連桿。在一些實(shí)施例中，擺動(dòng)彈性元件221是氣體彈簧。氣體彈簧221 包含氣體彈簧活塞223和氣體彈簧汽缸224。在操作中，氣體彈簧汽缸224中的受壓縮 氣體225的力迫使氣體彈簧活塞223抵靠凸輪226，從而沿箭頭222推動(dòng)腿部支架101 。 擺動(dòng)彈性元件221的實(shí)例包含(但不限于)拉伸彈簧、壓縮彈簧、片彈簧、氣體彈簧、 空氣彈簧、橡膠、彈性體、橡皮拉力器、彈力繩及其組合?？蓪?duì)擺動(dòng)彈性元件221的剛 性加以選擇以給予適當(dāng)?shù)氖孢m度。
在一些實(shí)施例中，如圖9所示，外骨架軀干托架蓋171可覆蓋外骨架軀干托架109 的一些組件，其中包含臀部連桿114和115的若干部分。視優(yōu)先選擇臀部彈性元件116 或臀部外展-內(nèi)收彈性元件121和122而定，外骨架軀干托架的操作與圖3或圖6中一樣。
在圖9所示的一些實(shí)施例中，大腿連桿103和104包括大腿固定裝置135和136， 其經(jīng)配置以允許人187耦接到腿部支架101和102。每個(gè)大腿固定裝置135或136包括 一元件或元件組合，其中包含(但不限于)綁帶、條桿、c形托架、身體鑄模以及彈性 體。在一些實(shí)施例中，如圖1所示，小腿連桿105和106包含固定裝置137和138，其 經(jīng)配置以允許人187耦接到腿部支架101和102。每個(gè)小腿固定裝置137和138包括一 元件或元件組合，其中包含(但不限于)綁帶、條桿、c形托架、身體鑄模以及彈性體。
在一些實(shí)施例中，如圖9所示，腿部支架101和102進(jìn)一步包括外骨架腳部139和 140，其分別耦接到小腿連桿105和106，從而允許力從小腿連桿105和106轉(zhuǎn)移到地面。 在操作中，外骨架腳部139和140可配置以耦接到人187的腳。在一些實(shí)施例中，如圖 9所示，通過(guò)使用現(xiàn)代雪鞋上有時(shí)采用的蛤殼型捆綁物205和206,來(lái)實(shí)現(xiàn)與人腳的耦 接。然而，有很多種方法來(lái)進(jìn)行此類連接，如可在不同類型的滑雪橇、滑雪板、雪鞋和 其它此類裝置上看到。在一些實(shí)施例中，如圖14所示，外骨架腳部139和140包括外 骨架鞋188和189，其可由人187穿戴，從而允許外骨架腳部139和140耦接到人187 的腳。在一些實(shí)施例中，如圖15所示，外骨架腳部139和140包括外骨架鞋墊157和 158，其可插入在人的鞋內(nèi)，從而允許外骨架腳部139和140耦接到人187的腳。鞋墊 157和158是柔性的，且因此可彎曲以在例如下蹲的動(dòng)作期間與人腳的彎曲程度匹配。 而且，鞋墊側(cè)部支架212是適應(yīng)性的，或經(jīng)配置以實(shí)現(xiàn)模仿人腳踝的運(yùn)動(dòng)的自由度。
在一些實(shí)施例中，如圖9所示，外骨架腳部139和140適應(yīng)地耦接到小腿連桿105 和106。這通過(guò)使用腳踝彈性元件181和182來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖16展示外骨架腳部139的特寫(xiě) 視圖。在此實(shí)例中，腳踝彈性元件181 (和182)每一者由被彈性體環(huán)形元件230環(huán)繞 的金屬球窩式接頭231構(gòu)成，所述彈性體環(huán)形元件230在所有旋轉(zhuǎn)方向上均產(chǎn)生適應(yīng)性。
在一些實(shí)施例中，外骨架腳部139和140相對(duì)于小腿連桿105和106，圍繞兩個(gè)腳
底-腳背彎曲軸而旋轉(zhuǎn)。圖17展示這種類型的外骨架的一實(shí)施例，其中腳踝腳底-腳背彎 曲軸172大體上平行于人腳踝中的腳底-腳背彎曲軸。在一些實(shí)施例中，每個(gè)腿部支架進(jìn) 一步包括至少一個(gè)腳踝腳底-腳背彎曲彈性元件141，其阻止各自外骨架腳部圍繞腳踝腳 底-腳背彎曲軸172旋轉(zhuǎn)。
在一些實(shí)施例中，如圖18所示，外骨架腳部139和140相對(duì)于小腿連桿105和106 圍繞兩個(gè)腳踝外展-內(nèi)收軸174而旋轉(zhuǎn)。圖18展示這種類型的外骨架的一實(shí)施例，其中 腳踝外展-內(nèi)收軸174大體上平行于人腳踝中的外展-內(nèi)收軸。在一些實(shí)施例中，每個(gè)腿 部支架進(jìn)一步包括至少一個(gè)腳踝外展-內(nèi)收彈性元件142，其阻止外骨架腳部139圍繞腳 踝外展-內(nèi)收軸174旋轉(zhuǎn)。
在一些實(shí)施例中，如圖19所示，外骨架腳部139和140相對(duì)于小腿連桿105和106 圍繞兩個(gè)腳踝旋轉(zhuǎn)軸147和148而旋轉(zhuǎn)。在一些情況下，這通過(guò)使用與腿部旋轉(zhuǎn)接頭127 起類似作用的小腿旋轉(zhuǎn)接頭207來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖19展示這種類型的外骨架的一實(shí)施例，其 中腳踝旋轉(zhuǎn)軸147大休上平行于人腳踝中的旋轉(zhuǎn)軸。在一些實(shí)施例中，彈性元件可包含 在所述腳踝中，以阻止外骨架腳部139圍繞腳踝旋轉(zhuǎn)軸147旋轉(zhuǎn)。
在一些實(shí)施例中，如圖22所示，腳部傳感器160集成到外骨架腳部139和140中。 在一些實(shí)施例中，如圖22所示，腳部傳感器160是壓力傳感器，其測(cè)量陷于外骨架腳 部139內(nèi)部的腳部傳感器腔192中的媒介191中的壓力。圖16展示將管用作腳部傳感 器腔192的實(shí)施例。壓力傳感器160測(cè)量陷于腳部傳感器腔192中的媒介191中的壓力。 在一些情況下，站立信號(hào)219可采取從腔192通向信號(hào)處理器159的小管中安置的媒介 191本身的形式。
圖23展示另一實(shí)施例，其中腳部傳感器160是可連接到外骨架腳部139的力傳感 器。在一些實(shí)施例中，如圖24所示，腳部傳感器160像鞋墊一樣位于人的鞋內(nèi)，且其 輸出信號(hào)表示人腳底上的力。這種類型將尤其可用于例如圖14或圖15所示的實(shí)施例的 本發(fā)明實(shí)施例中。在一些實(shí)施例中，如圖25所示，腳部傳感器160連接到人的鞋底， 并感測(cè)人腳底上的力。在一些實(shí)施例中，如圖26所示，腳部傳感器160位于人鞋底內(nèi) 部，并感測(cè)人腳底上的力。
腳部傳感器160包括能夠執(zhí)行所指示的功能的任一傳感器或傳感器組合。腳部傳感 器160的實(shí)例包含(但不限于)力傳感器、基于應(yīng)變計(jì)的力傳感器、壓電力傳感器、力 感測(cè)電阻器、壓力傳感器、開(kāi)關(guān)、磁帶開(kāi)關(guān)(tapeswitch)及其組合。在一些實(shí)施例中， 腳部傳感器160是表示人187的腳底上存在大于某一閾值力的力的開(kāi)關(guān)。
在一些實(shí)施例中，下肢外骨架IOO進(jìn)一步包含兩個(gè)適應(yīng)元件，其將大腿連桿103和 104連接到外骨架軀干托架109，從而輔助操作者將腿向前擺動(dòng)。這允許操作者不太費(fèi) 力地向前擺動(dòng)大腿連桿。圖27展示本發(fā)明的一實(shí)施例，其中張力彈簧233經(jīng)由伸展框 架119將大腿連桿103連接到臀部連桿114。類似地，張力彈簧234經(jīng)由伸展框架120 將大腿連桿104連接到臀部連桿115。
圖21中還展示額外的大腿外展-內(nèi)收接頭235，其用來(lái)在外骨架不在使用中而是需 要被搬運(yùn)時(shí)允許將腿部收藏在垂直位置中。腿部支架101可沿軸237外展。這在操作者 不再有非常重的負(fù)載要搬運(yùn)而是需要運(yùn)輸下肢外骨架IOO時(shí)可能是合乎需要的。在那種 情況下，操作者可松開(kāi)外骨架的右腿部支架101，并從他或她的身體向外擺動(dòng)腿部，直 到右外骨架腿部139處于操作者頭頂上方為止。接著，通過(guò)彎曲右膝部接頭107且/或旋 轉(zhuǎn)右腿部旋轉(zhuǎn)接頭127，可將腿部定位成使得其被收藏在操作者的后面，如圖36所示。 這樣做是可能的，因?yàn)橛掖笸韧庹?內(nèi)收接頭123和額外的右大腿外展-內(nèi)收接頭235每 一者允許分別圍繞右大腿外展-內(nèi)收軸202和額外的右大腿外展-內(nèi)收軸237進(jìn)行約90度 的旋轉(zhuǎn)。因此，可能的總計(jì)外展大于180度。這可用一個(gè)貝.有180度位移的大腿外展-內(nèi)收接頭來(lái)實(shí)現(xiàn)，但設(shè)計(jì)這樣的接頭會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)者將接頭的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)從操作者向外移動(dòng)很 多，這將導(dǎo)致較寬的外骨架設(shè)計(jì)。這不合需要但卻是一種可行的替代設(shè)計(jì)。
盡管己經(jīng)描述了各種示范性實(shí)施例，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在不脫離如此 寬泛揭示內(nèi)容的精神或范圍的情況下，可對(duì)如本文具體展示的所描述的裝置作出大量改 變和/或修改。因此，各個(gè)實(shí)例在各個(gè)方面都應(yīng)視為說(shuō)明性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種下肢外骨架，其可配置以與人耦接，所述下肢外骨架包括兩個(gè)腿部支架，其可配置以耦接到所述人的下肢，且經(jīng)配置以在其站立狀態(tài)期間擱置在地面上，其中每個(gè)所述腿部支架包括大腿連桿和小腿連桿；兩個(gè)膝部接頭，其每一者經(jīng)配置以允許各自小腿連桿與各自大腿連桿之間的彎曲和伸展；以及外骨架軀干托架，其可配置以耦接到所述人的上身，可旋轉(zhuǎn)地連接到所述腿部支架的所述大腿連桿，從而允許所述腿部支架與所述外骨架軀干托架之間的彎曲和伸展；兩個(gè)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器，其耦接到每個(gè)所述膝部接頭；以及動(dòng)力單元，其能夠提供動(dòng)力，所述動(dòng)力單元耦接到所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器，其中所述動(dòng)力單元經(jīng)配置以針對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器在至少兩種模式下操作，其中當(dāng)所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在其第一模式下操作時(shí)，所述動(dòng)力單元將動(dòng)力注入到所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中，以擴(kuò)大所述各自小腿連桿與各自大腿連桿之間所界定的各自膝部角度，且當(dāng)所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在其第二模式下操作時(shí)，由所述人來(lái)提供通過(guò)循環(huán)膝部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的所述相應(yīng)腿部支架的所述小腿連桿與所述各自大腿連桿之間的所述彎曲和伸展所需的能量，而所述動(dòng)力單元致使所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器阻止彎曲。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述動(dòng)力單元進(jìn)一步相對(duì)于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器在第三模 式下操作，其中-當(dāng)所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在所述第三模式下操作時(shí)，由所 述人來(lái)提供通過(guò)循環(huán)膝部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的所述相應(yīng)腿部支架的所述小腿連桿與所述各 自大腿連桿之間的所述彎曲和伸展所需的能量，且其中所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器對(duì)膝部彎曲 和伸展的阻力最小化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中由所述人來(lái)提供通過(guò)循環(huán)臀部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的大腿連 桿與所述外骨架軀干托架之間的彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)所需的能量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的下肢外骨架，其中所述下肢外骨架的每個(gè)所述腿部支架包括 至少一個(gè)腳部傳感器，其產(chǎn)生表示每個(gè)人的腳底上的力的站立信號(hào)，且其中所述動(dòng) 力單元控制作為所述站立信號(hào)的函數(shù)的所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的下肢外骨架，其中所述下肢外骨架的每個(gè)所述腿部支架進(jìn)一 步包括至少一個(gè)角度傳感器，其產(chǎn)生表示所述膝部角度的角度信號(hào)，其中所述動(dòng)力 單元控制作為所述角度信號(hào)的函數(shù)的所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中當(dāng)所述相應(yīng)的站立信號(hào)指示相應(yīng)的人腳底上存在 力，且所述相應(yīng)的角度傳感器檢測(cè)到所述相應(yīng)腿部支架彎曲或作出爬樓梯或斜坡的 姿勢(shì)時(shí)，所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在所述第一模式下操作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中當(dāng)所述相應(yīng)的站立信號(hào)指示相應(yīng)的人腳底上存在 力，且所述相應(yīng)的角度信號(hào)指示所述相應(yīng)的腿部支架處于開(kāi)始伸展所述膝部的位置 時(shí)，所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在所述第一模式下操作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中當(dāng)所述相應(yīng)的站立信號(hào)指示相應(yīng)的人腳底上存在 力，且所述相應(yīng)的角度信號(hào)指示所述相應(yīng)腿部支架既沒(méi)有彎曲也沒(méi)有作出爬樓梯或 斜坡的姿勢(shì)時(shí)，所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在所述第二模式下操 作。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中當(dāng)所述相應(yīng)的站立信號(hào)檢測(cè)到腿部支架處于擺動(dòng) 狀態(tài)時(shí)，所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在所述第三模式下操作。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器包括液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器，且其 中所述能夠提供液壓動(dòng)力的動(dòng)力單元包含液壓回路，所述液壓回路可連接到所述液 壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器，其中所述液壓回路經(jīng)配置以通過(guò)調(diào)整到達(dá)和來(lái)自所述液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生 器的液壓流體流動(dòng)來(lái)控制所述液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的裝置，其中所述液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器是液壓活塞汽缸。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的裝置，其中所述液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器是旋轉(zhuǎn)式液壓葉片型轉(zhuǎn)矩 產(chǎn)生器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的裝置，其中所述液壓回路包括耦接到馬達(dá)的液壓泵，其中 當(dāng)所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在所述第一模式下操作時(shí)，所述液 壓泵將液壓流體注入到所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中，致使所述相應(yīng)腿部支架的膝部接頭伸 展。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述液壓回路進(jìn)一步包括泵隔離閥，其中當(dāng)所 述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在所述第一模式下操作時(shí)，所述泵隔離閥將所述液壓泵連接到所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述液壓回路進(jìn)一步包括致動(dòng)限流閥，其中當(dāng) 所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在所述第二模式下操作時(shí)，所述致動(dòng) 限流閥限制來(lái)自所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器的流體流動(dòng)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中當(dāng)所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一 者在所述第三模式下操作時(shí)，所述致動(dòng)限流閥打開(kāi)，并允許所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器與液壓 流體源之間的最小阻力液壓流體流動(dòng)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述馬達(dá)是電馬達(dá)，其中當(dāng)所述動(dòng)力單元相對(duì) 于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在動(dòng)力再生模式下操作時(shí)，所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器將液壓流體 注入到所述液壓泵中，所述液壓泵接著充當(dāng)液壓馬達(dá)，致使接著充當(dāng)發(fā)電機(jī)的所述 電馬達(dá)發(fā)電。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述液壓回路進(jìn)一步包括液壓止回閥，所述液 壓止回闊將液壓流體源連接到所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器，從而在所述動(dòng)力單元在所有所述模 式下操作時(shí)都允許所述膝部的自由伸展。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述液壓回路進(jìn)一步包括三向閥，其中當(dāng)所述 動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在所述第一模式下操作時(shí)，所述三向閥將所述液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器連接到所述液壓泵；否則，所述三向閥將所述液壓轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器 連接到所述致動(dòng)限流閥。
20. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述動(dòng)力單元進(jìn)一步包括能夠控制所述動(dòng)力單元 的信號(hào)處理器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述信號(hào)處理器包括選自由以下各項(xiàng)組成的群 組的元件或元件組合模擬裝置；模擬計(jì)算模塊；數(shù)字裝置，包含但不限于小規(guī)模、 中等規(guī)模和大規(guī)模集成電路、專用集成電路、可編程門(mén)陣列以及可編程邏輯陣列； 以及數(shù)字計(jì)算模塊，包含但不限于微型計(jì)算機(jī)、微處理器、微控制器以及可編程邏 輯控制器。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中信號(hào)處理器包括選自由機(jī)電式繼電器或 MOSFET開(kāi)關(guān)組成的群組的元件或元件組合。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中信號(hào)處理器根據(jù)所述站立信號(hào)、所述角度信號(hào) 或站立信號(hào)與角度信號(hào)的組合對(duì)所述液壓回路產(chǎn)生命令信號(hào)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述動(dòng)力單元包括動(dòng)力注入子組件，其能夠?qū)?動(dòng)力注入到轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器；以及動(dòng)力消耗子組件，其能夠消耗來(lái)自所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器的 動(dòng)力。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架進(jìn)一步允許每個(gè)所述腿部支 架?chē)@大體上平行于地面的外展-內(nèi)收軸而旋轉(zhuǎn)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架進(jìn)一步包括兩個(gè)臀部連桿， 所述臀部連桿可旋轉(zhuǎn)地連接到所述各自大腿連桿，以允許所述腿部支架相對(duì)于所述 外骨架軀干托架進(jìn)行所述彎曲和伸展；其中所述臀部連桿彼此可旋轉(zhuǎn)地連接，以允 許腿部支架的外展。
27. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架進(jìn)一步包括兩個(gè)臀部連桿， 所述臀部連桿可旋轉(zhuǎn)地連接到所述各自大腿連桿，以允許所述腿部支架相對(duì)于所述 外骨架軀干托架進(jìn)行所述彎曲和伸展；其中所述臀部連桿彼此可旋轉(zhuǎn)地連接，以允 許腿部支架的內(nèi)收。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架經(jīng)配置以在所述外骨架軀干 托架耦接到所述人的上身時(shí)，將后負(fù)載固定在所述人的后面。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架進(jìn)一步包括伸展框架，所述 伸展框架經(jīng)配置以在所述外骨架軀干托架耦接到所述人的上身時(shí)，將前負(fù)載固定在"I J02八u:j則叫o
30. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架進(jìn)一步包括臀部彈性元件， 所述臀部彈性元件經(jīng)配置以在所述臀部連桿之間施加轉(zhuǎn)矩。
31. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架進(jìn)一步包括臀部彈性元件， 所述臀部彈性元件經(jīng)配置以在所述臀部連桿之間施加轉(zhuǎn)矩。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30和31所述的裝置，其中所述臀部彈性元件包括選自由以下各項(xiàng)組 成的群組的彈性元件或彈性元件組合拉伸彈簧、壓縮彈簧、片彈簧、空氣彈簧、 氣體彈簧、橡膠、彈性體、橡皮拉力器以及彈力繩。
33. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架進(jìn)一步包括臀部外展止動(dòng) 件，以限制所述臀部連桿相對(duì)于彼此外展。
34. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架進(jìn)一步包括兩個(gè)臀部連桿， 所述臀部連桿可旋轉(zhuǎn)地連接到所述各自大腿連桿，從而允許所述腿部支架的所述彎 曲和伸展；其中所述臀部連桿彼此適應(yīng)地連接，從而允許腿部支架的內(nèi)收。
35. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架進(jìn)一步包括兩個(gè)臀部連桿， 所述臀部連桿可旋轉(zhuǎn)地連接到所述各自大腿連桿，從而允許所述腿部支架的所述彎 曲和伸展；其中所述臀部連桿彼此適應(yīng)地連接，從而允許腿部支架的外展。
36. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架進(jìn)一步包括連接托架，所述 連接托架經(jīng)配置以將負(fù)載的重量轉(zhuǎn)移到所述外骨架軀干托架。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架進(jìn)一步包括兩個(gè)臀部連桿， 所述臀部連桿可旋轉(zhuǎn)地連接到所述各自大腿連桿，從而允許所述腿部支架相對(duì)于所 述外骨架軀干托架的所述彎曲和伸展；其中所述臀部連桿經(jīng)由兩個(gè)臀部外展-內(nèi)收 接頭可旋轉(zhuǎn)地連接到所述連接托架，以允許所述腿部支架?chē)@兩個(gè)外展-內(nèi)收軸進(jìn) 行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其中所述外展-內(nèi)收軸大體上彼此平行。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其中所述外展-內(nèi)收接頭彼此重合。
40. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的裝置，其中所述負(fù)載是選自由以下各項(xiàng)組成的群組的物體 背包、嬰兒背袋、食品容器、大袋、水壺、工具箱、桶、彈藥、武器、被褥、急救 用品、高爾夫球袋、郵袋、相機(jī)、吹葉機(jī)、壓縮機(jī)、機(jī)電機(jī)器及其組合。
41. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的裝置，其中所述負(fù)載是另一個(gè)人。
42. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架進(jìn)一步包括臀部外展-內(nèi)收 彈性元件，所述臀部外展-內(nèi)收彈性元件經(jīng)配置以在所述臀部連桿與所述連接托架力Vn沐+n:fcii亇Fr dKjM/JH千7 /仁o
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，其中所述臀部外展-內(nèi)收彈性元件每一者包括選自由 以下各項(xiàng)組成的群組的彈性元件或彈性元件組合拉伸彈簧、壓縮彈簧、片彈簧、 空氣彈簧、氣體彈簧、橡膠、彈性體、橡皮拉力器以及彈力繩。
44. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的裝置，其中所述連接托架進(jìn)一步包括伸展框架，所述伸展 框架經(jīng)配置以在所述外骨架軀干托架耦接到所述人的上身時(shí)，將所述負(fù)載固定在所 述人的前面。
45. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架包括人體介接裝置，所述 人體介接裝置能夠?qū)⑺鋈说纳仙眈罱拥较轮夤羌堋?br> 46. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的裝置，其中所述人體介接裝置能夠?qū)⑺鋈说捏w重的一部 分轉(zhuǎn)移到所述外骨架軀干托架。
47. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的裝置，其中所述人體介接裝置包括選自由以下各項(xiàng)組成的 群組的元件或元件組合背心、皮帶、綁帶、肩帶、胸帶、身體鑄模、系帶以及腰 帶。
48. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，其中所述外骨架軀干托架進(jìn)一步包括兩個(gè)臀部連桿， 所述臀部連桿可旋轉(zhuǎn)地連接到所述各自大腿連桿，從而允許所述腿部支架的所述彎 曲和伸展，其中所述臀部連桿彼此適應(yīng)地連接，從而允許腿部支架的內(nèi)收。
49. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)所述腿部支架的所述大腿連桿進(jìn)一步包含大腿外展-內(nèi)收接頭，所述大腿外展-內(nèi)收接頭經(jīng)配置以允許所述各自腿部支架的外 展。
50. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的裝置，其中所述外展-內(nèi)收接頭大體上位于所述臀部彎曲-伸展接頭下方。
51. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)所述腿部支架的所述大腿連桿進(jìn)一步包含大 腿外展-內(nèi)收接頭，所述大腿外展-內(nèi)收接頭經(jīng)配置以允許所述腿部支架的內(nèi)收。
52. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的裝置，其中所述外展-內(nèi)收接頭大體上位于所述臀部彎曲-伸展接頭下方。 .
53. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)所述腿部支架進(jìn)一步包含腿部旋轉(zhuǎn)接頭，所 述腿部旋轉(zhuǎn)接頭經(jīng)配置以允許所述腿部支架的旋轉(zhuǎn)。
54. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，其中所述腿部旋轉(zhuǎn)接頭大體上位于所述膝部彎曲-伸展接頭上方。
55. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，其中所述腿部旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)一步包括腿部旋轉(zhuǎn)彈性元/生 f;c :4、- g節(jié)古p七^(guò)六古3戰(zhàn)，h小二 /小七曰/44"有rg介右^:口 gc^"^右曰六右片tn / j " /古b、巨iV.r7古力口智 'J卞，/71處3返Ptl^J化十專開(kāi)IX乂U'IT1^E l六茭J思十5大tl ， /yT^li夂h^十專^l夕、'KP丄'l3C^1 口P文糴茭原回到中立位置。
56. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)所述腿部支架的所述大腿連桿進(jìn)一步包含壓縮-伸長(zhǎng)機(jī)構(gòu)，所述壓縮-伸長(zhǎng)機(jī)構(gòu)經(jīng)配置以允許所述臀部彎曲-伸展接頭與所述膝部 彎曲-伸展接頭之間的距離變化。
57. 根據(jù)權(quán)利要求56所述的裝置，其中所述壓縮-伸長(zhǎng)機(jī)構(gòu)包括腿部壓縮-伸長(zhǎng)彈性元 件，所述腿部壓縮-伸長(zhǎng)彈性元件提供復(fù)原力，所述復(fù)原力大體上使所述腿部支架 復(fù)原回到中立配置。
58. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包括兩個(gè)擺動(dòng)彈性元件，所述擺動(dòng)彈性元件 經(jīng)配置以在所述大腿連桿與所述外骨架軀干托架之間施加轉(zhuǎn)矩。
59. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述大腿連桿包含大腿固定裝置，所述大腿固定 裝置經(jīng)配置以允許所述人耦接到所述腿部支架。
60. 根據(jù)權(quán)利要求59所述的裝置，其中每個(gè)所述大腿固定裝置包括選自由以下各項(xiàng)組 成的群組的元件或元件組合綁帶、條桿、c形托架、身體鑄模和彈性體。
61. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述小腿連桿包含小腿固定裝置，所述小腿固定 裝置經(jīng)配置以允許所述人耦接到所述腿部支架。
62. 根據(jù)權(quán)利要求61所述的裝置，其中每個(gè)所述小腿固定裝置包括選自由以下各項(xiàng)組 成的群組的元件或元件組合綁帶、條桿、c形托架、身體鑄模和彈性體。
63. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)所述腿部支架進(jìn)一步包括外骨架腳部，所述 外骨架腳部經(jīng)配置以耦接到所述人的各個(gè)腳，且耦接到各自的所述小腿連桿，以允 許力從所述小腿連桿轉(zhuǎn)移到地面。
64. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)所述腿部支架進(jìn)一步包括外骨架腳部，所述外骨架腳部耦接到各自的所述小腿連桿且經(jīng)配置以耦接到所述人的各個(gè)鞋底，以允 許力從所述小腿連桿轉(zhuǎn)移到地面。
65. 根據(jù)權(quán)利要求63所述的裝置，其中每個(gè)所述外骨架腳部進(jìn)一步包括可由所述人穿 戴的鞋，以允許所述外骨架腳部耦接所述人的腳。
66. 根據(jù)權(quán)利要求63所述的裝置，其中每個(gè)所述外骨架腳部進(jìn)一步包括外骨架鞋墊， 所述外骨架鞋墊可插入在所述人的鞋內(nèi)部，以允許所述外骨架腳部與所述人的腳耦接。
67. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中每個(gè)所述腿部支架進(jìn)一步包括外骨架腳部，所述 外骨架腳部經(jīng)配置以耦接到所述人的各個(gè)腳，且適應(yīng)地耦接到各自所述小腿連桿，|、| ""^c+r JU ,1、B:馬；4r壞站壬玄歪ll"Uti而 w 乂u k i 乂j國(guó)'j 、 ；j邁a^'TTt^ 'i少；fcy um °
68. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)所述腿部支架進(jìn)一步包括外骨架腳部，所述 外骨架腳部經(jīng)配置以耦接到所述人的各個(gè)腳，且可旋轉(zhuǎn)地耦接到各自所述小腿連 桿，以允許力從所述小腿連桿轉(zhuǎn)移到地面；所述外骨架腳部圍繞大體上平行于人腳 踝中的腳底-腳背彎曲軸的腳踝腳底-腳背彎曲軸而旋轉(zhuǎn)。
69. 根據(jù)權(quán)利要求68所述的裝置，其中每個(gè)所述腿部支架進(jìn)一步包括至少一個(gè)腳踝腳 底-腳背彎曲彈性元件，其用于阻止各自所述外骨架腳部圍繞所述腳踝腳底-腳背彎曲軸旋轉(zhuǎn)。
70. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)所述腿部支架進(jìn)一步包括外骨架腳部，所述 外骨架腳部經(jīng)配置以耦接到所述人的各個(gè)腳，且可旋轉(zhuǎn)地耦接到各自所述小腿連 桿，以允許力從所述小腿連桿轉(zhuǎn)移到地面；所述外骨架腳部圍繞大體上平行于人腳 踝中的外展-內(nèi)收軸的腳踝外展-內(nèi)收軸而旋轉(zhuǎn)。
71. 根據(jù)權(quán)利要求70所述的裝置，其中所述每個(gè)腿部支架進(jìn)一步包括至少一個(gè)腳踝外 展-內(nèi)收彈性元件，以阻止各自所述外骨架腳部圍繞所述腳踝外展-內(nèi)收軸旋轉(zhuǎn)。
72. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)所述腿部支架進(jìn)一步包括外骨架腳部，所述 外骨架腳部經(jīng)配置以耦接到所述人的各個(gè)腳，且可旋轉(zhuǎn)地耦接到各自所述小腿連 桿，以允許力從所述小腿連桿轉(zhuǎn)移到地面；所述外骨架腳部圍繞大體上平行于人腳 踝中的旋轉(zhuǎn)軸的腳踝旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)。
73. 根據(jù)權(quán)利要求72所述的裝置，其中每個(gè)所述腿部支架進(jìn)一步包括至少一個(gè)彈性元 件，以阻止各自所述外骨架腳部圍繞所述腳踝旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
74. —種操作下肢外骨架的方法，所述下肢外骨架包括-兩個(gè)腿部支架，其可配置以耦接到所述人的下肢，且經(jīng)配置以在其站立狀態(tài)期間 擱置在地面上，其中每個(gè)所述腿部支架包括大腿連桿和小腿連桿；兩個(gè)膝部接頭，其每一者經(jīng)配置以允許各自小腿連桿與各自大腿連桿之間的彎曲 和伸展；以及外骨架軀干托架，其可配置以耦接到所述人的上身，可旋轉(zhuǎn)地連接到所述腿部支 架的所述大腿連桿，從而允許所述腿部支架與所述外骨架軀干托架之間的彎曲和伸 展；兩個(gè)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器，其耦接到每個(gè)所述膝部接頭；所述方法包括將人與所述外骨架耦接；允許所述各白膝部接頭在擺動(dòng)狀態(tài)期間彎曲；當(dāng)所述腿部支架未作出爬樓梯或斜坡的姿勢(shì)時(shí)，阻止所述各自膝部接頭在站立狀 態(tài)期間彎曲；以及當(dāng)所述腿部支架作出爬樓梯或斜坡的姿勢(shì)時(shí)，在站立狀態(tài)期間將動(dòng)力注入到各自 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中以擴(kuò)大各自膝部角度。
75. —種使用下肢外骨架來(lái)搬運(yùn)物體的方法，所述下肢外骨架耦接到所述物體且具有兩個(gè)腿部支架，其可配置以耦接到所述人的下肢，且經(jīng)配置以在其站立狀態(tài)期間 擱置在地面上，其中每個(gè)所述腿部支架包括大腿連桿和小腿連桿；兩個(gè)膝部接頭，其每一者經(jīng)配置以允許各自小腿連桿與各自大腿連桿之間的彎曲 和伸展；以及外骨架軀干托架，其可配置以耦接到所述人的上身，可旋轉(zhuǎn)地連接到所述腿部支 架的所述大腿連桿，從而允許所述腿部支架與所述外骨架軀干托架之間的彎曲和伸 展；兩個(gè)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器，其耦接到每個(gè)所述膝部接頭；以及 動(dòng)力單元，其耦接到所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器所述方法包括將人與所述外骨架耦接；將所述物體耦接到所述外骨架；允許所述各自膝部接頭在擺動(dòng)狀態(tài)期間彎曲； 當(dāng)所述腿部支架未作出爬樓梯或斜坡的姿勢(shì)時(shí)，阻止所述各自膝部接頭在站立狀 態(tài)期間彎曲；以及當(dāng)所述腿部支架作出爬樓梯或斜坡的姿勢(shì)時(shí)，在站立狀態(tài)期間將動(dòng)力注入到各自 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中以擴(kuò)大各自膝部角度。
76. —種收藏外骨架腿部的方法，所述外骨架腿部具有大腿連桿和小腿連桿，所述方法 包括使所述腿部圍繞一個(gè)接頭或多個(gè)接頭外展，在未固定到操作者之前，所述接頭允 許所述腿部外展完整的180度。
77. —種操作設(shè)置在大腿連桿與小腿連桿之間的人造膝部的系統(tǒng)，其中在所述大腿連桿 與所述小腿連桿之間界定膝部角度，所述系統(tǒng)包括液壓致動(dòng)器，其耦接到所述人造膝部；以及動(dòng)力單元，其耦接到所述液壓致動(dòng)器，其中所述動(dòng)力單元經(jīng)配置以在至少兩種模 才下^雖^fe，苴由.當(dāng)所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述液壓致動(dòng)器在其第一模式下操作時(shí)，所述動(dòng)力單元將動(dòng)力注入到所述液壓致動(dòng)器中以擴(kuò)大所述膝部角度；當(dāng)所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述液壓致動(dòng)器在其第二模式下操作時(shí)，由人來(lái)提供通過(guò) 循環(huán)膝部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的所述人造膝部的所述小腿連桿與所述各自大腿連桿之間的所 述彎曲和伸展所需的能量，而所述動(dòng)力單元致使所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器阻止彎曲。
78. —種下肢外骨架，其可配置以與人耦接，所述下肢外骨架包括兩個(gè)腿部支架，其可配置以耦接到所述人的下肢，且經(jīng)配置以在其站立狀態(tài)期間 擱置在地面上，其中每個(gè)所述腿部支架包括大腿連桿和小腿連桿；兩個(gè)膝部接頭，其每一者經(jīng)配置以允許各自小腿連桿與各自大腿連桿之間的彎曲 和伸展；外骨架軀干托架，其可配置以耦接到所述人的上身，可旋轉(zhuǎn)地連接到所述腿部支 架的所述大腿連桿，從而允許所述腿部支架與所述外骨架軀干托架之間的彎曲和伸 展；兩個(gè)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器，其耦接到每個(gè)所述膝部接頭；以及 動(dòng)力單元，其包括耦接到馬達(dá)的液壓泵，和致動(dòng)限流閥，其中當(dāng)所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在第一模式下操作時(shí)，所述液壓 泵將液壓流體注入到所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中，以致使所述相應(yīng)腿部支架的所述膝部接頭 伸展，且 當(dāng)所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在第二模式下操作時(shí)，所述由人 來(lái)提供通過(guò)循環(huán)膝部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的所述相應(yīng)腿部支架的所述小腿連桿與所述各自大 腿連桿之間的所述彎曲和伸展所需的能量，且所述致動(dòng)限流閥限制來(lái)自所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn) 生器的流體流動(dòng)。
79. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的裝置，其中當(dāng)所述動(dòng)力單元相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一 者在第三模式下操作時(shí)，由所述人來(lái)提供通過(guò)循環(huán)膝部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的所述相應(yīng)腿部支 架的所述小腿連桿與所述各自大腿連桿之間的所述彎曲和伸展所需的能量，且所述 致動(dòng)限流閥打開(kāi)，并允許所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器與液壓流體源之間的最小阻力液壓流體流 動(dòng)。
80. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的裝置，其中所述馬達(dá)是電馬達(dá)，其中當(dāng)所述動(dòng)力單元相對(duì) 于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中的一者在動(dòng)力再生模式下操作時(shí)，所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器將液壓流體 注入到所述液壓泵中，所述液壓泵接著充當(dāng)液壓馬達(dá)，致使接著充當(dāng)發(fā)電機(jī)的所述
全文摘要
一種下肢外骨架，其包括兩個(gè)腿部支架，所述腿部支架可連接到人的下肢并經(jīng)配置以在其站立狀態(tài)期間擱置在地面上。每個(gè)腿部支架包括大腿連桿和小腿連桿；膝部接頭，其經(jīng)配置以允許所述小腿連桿與所述大腿連桿之間的彎曲和伸展。所述下肢外骨架進(jìn)一步包括外骨架軀干托架，其可連接到人的上身。所述外骨架軀干托架可連接到所述腿部支架的大腿連桿，從而允許所述腿部支架與所述外骨架軀干托架之間的彎曲和伸展。兩個(gè)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器耦接到所述膝部接頭中的每一者。能夠提供動(dòng)力的動(dòng)力單元耦接到所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器。在操作中，當(dāng)腿部支架處于站立狀態(tài)且正在爬斜坡或樓梯時(shí)，所述動(dòng)力單元將動(dòng)力注入到所述各自轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器中，從而擴(kuò)大各自膝部角度。當(dāng)腿部支架處于站立狀態(tài)且不在爬斜坡或樓梯時(shí)，所述動(dòng)力單元不會(huì)將任何動(dòng)力注入到所述各自轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器，而是在不消耗所述動(dòng)力單元中存儲(chǔ)的任何動(dòng)力的情況下，迫使所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器阻止所述各自膝部接頭的彎曲。當(dāng)腿部支架處于擺動(dòng)狀態(tài)時(shí)，所述動(dòng)力單元不會(huì)將任何動(dòng)力注入到所述各自轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器，而是在不消耗所述動(dòng)力單元中存儲(chǔ)的任何動(dòng)力的情況下，迫使所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生器對(duì)膝部彎曲和伸展的阻力最小化。
文檔編號(hào)A61F2/74GK101175456SQ200680017031
公開(kāi)日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月13日
發(fā)明者內(nèi)森·H·哈丁, 拉斯頓·安戈?duì)柕? 胡馬勇·卡澤魯尼 申請(qǐng)人:加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)