專利名稱：通過使用下肢外骨骼來減少人的能量消耗的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及下肢外骨骼領(lǐng)域，尤其涉及能減少其穿用者的能源消耗的下肢外 骨骼領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
許多情況下，正常人在行走或負(fù)重時(shí)常常會消耗大量能量?！癆 QUASI-PASSIVE LEGEXOSKELETON FOR LOAD-CARRYING AUGMENTATION" C. J. Walsh, K.Endo，and H. Herr, International Journal of Humanoid Robotics，2007—文試圖提高負(fù)重能力。然而，Walsh 等人教導(dǎo)的這種準(zhǔn)被動外骨骼增加了其穿用者的耗氧量。具體來說，其描述的外骨骼無驅(qū) 動和動力單元，因此不能將動力從外骨骼轉(zhuǎn)移至人體。這意味著，無論其彈簧所處位置及強(qiáng) 度如何，這種系統(tǒng)都不會減少其穿用者的能量消耗。由于耗氧量與能量消耗成正比，因此穿 用者的耗氧量將不會減少。Popular Science Magazine (2008 年 5 月)出版的一篇文章描述了一種由 Sarcos 設(shè)計(jì)和制造的帶動力設(shè)備的外骨骼系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一種稱為“讓道”(get out of the way) 的方法進(jìn)行控制。這種方法測量穿用者施加在外骨骼上的力和扭矩，并基于測量結(jié)果驅(qū)動 外骨骼。這種“讓道”(get out of the way)控制方法在控制智能輔助設(shè)備中大量使用。 參見美國專利6，299, 139,6, 386，513和6，886，812。然而，由于從外骨骼到穿用者的力與穿 用者的運(yùn)動方向相反，這種“讓道”(get out of the way)控制方法不僅不會減少穿用者的 能量消耗，事實(shí)上還增加了穿用者的能量消耗?；谝陨峡芍梢蕴峁┮环N通用的、穿用時(shí)能減少穿用者的能量消耗的外骨骼 設(shè)備。提供一種減少其穿用者的能量消耗的外骨骼，允許穿用者在行走和攜帶重物的同時(shí) 減少能量消耗。特別地，本發(fā)明覆蓋了外骨骼設(shè)備的各種實(shí)施例，該外骨骼設(shè)備將減少穿用 者在步態(tài)站立期時(shí)的能量消耗。

發(fā)明內(nèi)容
以上描述在可穿用的下肢外骨骼的數(shù)個(gè)實(shí)施例中得以實(shí)現(xiàn)。在此描述的下肢外 骨骼可設(shè)置為連接到人體，且除其他組件外還包括兩個(gè)腿部支撐件，可設(shè)置為連接到人的 下肢；兩個(gè)膝關(guān)節(jié)，每個(gè)都設(shè)置為允許相應(yīng)的小腿連接件和大腿連接件之間的彎曲和伸展； 外骨骼軀干，設(shè)置為連接到人的上身，并旋轉(zhuǎn)連接至腿部支撐件的大腿連接件，允許腿部支 撐件和外骨骼軀干之間的彎曲和伸展；兩個(gè)髖部執(zhí)行器，設(shè)置為在所述外骨骼軀干和所述 腿部支撐件之間制造扭矩；除其他組件外，還包括至少一個(gè)動力單元，能夠?yàn)轶y部執(zhí)行器提 供動力。操作時(shí)，當(dāng)穿用者穿著下肢外骨骼時(shí)，一個(gè)腿部支撐件處于步態(tài)站立期，另一個(gè)腿部支撐件處于步態(tài)邁步期，所述動力單元用于促使處于步態(tài)站立期的腿部支撐件的髖部執(zhí) 行器產(chǎn)生扭矩曲線，從而使所述動力單元向處于步態(tài)站立期的腿部支撐件的髖部執(zhí)行器提 供的能量大于未穿用時(shí)按相同軌跡移動外骨骼軀干和處于步態(tài)站立期的腿部支撐件所需 的能量。


結(jié)合附圖閱讀以下具體說明后，將更清晰地理解本發(fā)明的特征、方面及優(yōu)點(diǎn)，附圖 中相似的特性代表相似的部件，其中圖1為本發(fā)明的外骨骼的正面透視圖；圖2為圖1的外骨骼的背面透視圖；圖3為處于步態(tài)站立期的本發(fā)明的外骨骼的一個(gè)替代例；圖4為圖3的外骨骼在步態(tài)站立期時(shí)沿前行方向的移動；圖5為處于步態(tài)站立期的圖3外骨骼的有關(guān)力和外形尺寸；圖6為本發(fā)明的動力單元的示意圖；圖7為包括流量限制閥的本發(fā)明的可替代動力單元的示意圖；圖8為包括三通閥的本發(fā)明的可替代動力單元的示意圖；圖9為包括步態(tài)站立傳感器及與其相連的信號處理器的本發(fā)明的可替代外骨骼 的透視圖；圖10為包括髖部彈性元件的本發(fā)明的可替代外骨骼的透視圖；圖11為包括用于承載后端負(fù)載的連接支架的本發(fā)明的可替代外骨骼的透視圖；圖12為包括用于承載前端負(fù)載的伸展框的本發(fā)明的可替代外骨骼的透視圖；圖13為包括髖部外展停止器的本發(fā)明的可替代外骨骼的透視圖；圖14為包括片簧形式的髖部彈性元件的本發(fā)明的可替代外骨骼的透視圖；圖15為包括兩個(gè)髖部彈性元件的本發(fā)明的可替代外骨骼的透視圖；圖16為包括兩個(gè)髖部連接件的本發(fā)明的可替代外骨骼的透視圖；圖17為包括背包框的本發(fā)明的可替代外骨骼的透視圖；圖18為包括兩個(gè)髖部彈性元件和外骨骼足部的本發(fā)明的可替代外骨骼的透視 圖；圖19為圖18的示意了大腿關(guān)節(jié)細(xì)節(jié)的外骨骼局部視圖，；圖20為圖18的示意了壓縮-伸長機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)的外骨骼局部視圖，；圖21為包括鞋子的本發(fā)明的可替代外骨骼的透視圖；圖22為包括鞋底的本發(fā)明的可替代外骨骼的透視圖；圖23為包括球窩關(guān)節(jié)的圖18的外骨骼足部的局部視圖；圖M為包括彈性元件的本發(fā)明的可替代外骨骼足部的透視圖；圖25為包括外展/內(nèi)收彈性元件的本發(fā)明的可替代外骨骼足部的透視圖；圖沈?yàn)榘ㄐ⊥刃D(zhuǎn)關(guān)節(jié)的本發(fā)明的可替代外骨骼足部的透視圖；圖27為本發(fā)明的可替代外骨骼處于步態(tài)站立期時(shí)的力和外形尺寸；圖觀為包括集成式步態(tài)站立傳感器的本發(fā)明的可替代外骨骼足部的局部橫斷面 側(cè)視圖四為包括力傳感器的本發(fā)明的可替代外骨骼足部的俯視透視圖；圖30為包括集成式步態(tài)站立傳感器的本發(fā)明的可替代鞋子的局部橫斷面?zhèn)纫?圖；圖31為包括安裝在鞋底的步態(tài)站立傳感器的本發(fā)明的可替代鞋子的局部橫斷面 側(cè)視圖；圖32為包括將力傳感器納入鞋底的本發(fā)明的可替代鞋子的局部橫斷面?zhèn)纫晥D；圖33為本發(fā)明的可替代外骨骼在垂直收納位置進(jìn)行攜帶的側(cè)視圖；圖34為圖33的外骨骼的局部透視圖；圖35為包括液壓旋轉(zhuǎn)阻尼器的本發(fā)明的可替代外骨骼足部的透視圖；圖36為本發(fā)明的膝蓋液壓回路的示意圖；圖37為包括三通閥的本發(fā)明的可替代膝蓋液壓回路的示意圖；圖38為包括止回閥的本發(fā)明的可替代膝蓋液壓回路的示意圖；圖39為包括三通閥和止回閥的本發(fā)明的可替代膝蓋液壓回路的示意圖；圖40為包括雙通閥和止回閥的本發(fā)明的可替代膝蓋液壓回路的示意圖；圖41示意了與本發(fā)明相對應(yīng)的鎖膝關(guān)節(jié)的功能；圖42為本發(fā)明的可替代腿部支撐件的側(cè)視圖，該可替代腿部支撐件包括與扭矩 發(fā)生器并聯(lián)的膝關(guān)節(jié)彈性元件；圖43為本發(fā)明的可替代腿部支撐件的側(cè)視圖，該可替代腿部支撐件包括與扭矩 發(fā)生器串聯(lián)的膝關(guān)節(jié)彈性元件；圖44為閉環(huán)控制器的使用圖示，該閉環(huán)控制器用于控制本發(fā)明中相應(yīng)的力；圖45為本發(fā)明的外骨骼的一個(gè)替代例的側(cè)視圖，該替代例包括不與地面接觸的 腿部。
具體實(shí)施例方式對應(yīng)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖1為示意了可由人187穿用、能減少穿用者行走時(shí) 的能量消耗的下肢外骨骼100的透視圖。所述下肢外骨骼100除其他組件外，包括兩個(gè)腿 部支撐件101和102，該腿部支撐件101和102設(shè)置為連接到人的下肢143和144，并設(shè)置 為在步態(tài)站立期時(shí)可擱置在支撐物表面上(例如地面)。術(shù)語“步態(tài)站立期”應(yīng)當(dāng)理解為，是指對使用者的與腿部支撐件101或102相連的 足部和腿部施力時(shí)，腿部支撐件101或102所在的位置。除其他組件外，所述腿部支撐件還 包括大腿連接件103和104，以及小腿連接件105和106。兩個(gè)膝關(guān)節(jié)107和108設(shè)置為， 在相應(yīng)的腿部支撐件步態(tài)邁步期，允許腿部支撐件的小腿連接件和大腿連接件之間的彎曲 和伸展(分別如膝關(guān)節(jié)彎曲箭頭213和膝關(guān)節(jié)伸展箭頭214所示)。術(shù)語“步態(tài)邁步期”應(yīng)當(dāng)理解為，是指未對使用者的與腿部支撐件101或102相連 的足部或腿部施力時(shí)，腿部支撐件101或102所在的位置。然而，一些實(shí)施例中，兩個(gè)膝關(guān) 節(jié)107和108設(shè)置為在相應(yīng)的腿部支撐件步態(tài)站立期時(shí)，抵抗腿部支撐件的小腿連接件和 大腿連接件之間的彎曲。除其他組件外，下肢外骨骼100還包括外骨骼軀干109。除其他組 件外，外骨骼軀干109還包括上身接口裝置150。外骨骼軀干109可設(shè)置為通過上肢接口裝 置150連接到人的上身149。
13
人的上身149是指大腿以上的任何位置，包括髖部。上身接口裝置150的例子包 括但不限于背心、皮帶、綁帶、肩帶、胸帶、石膏、背帶和腰帶等一個(gè)部件或多個(gè)部件的組合。 外骨骼軀干109在髖部彎曲-伸展關(guān)節(jié)125和1 處旋轉(zhuǎn)連接至腿部支撐件101和102， 使腿部支撐件101和102分別圍繞髖部彎曲-伸展軸151和152進(jìn)行髖部彎曲和伸展旋轉(zhuǎn) (分別如髖部伸展箭頭215和髖部彎曲箭頭216所示)。所述腿部支撐件101和102可設(shè)置為通過下肢接口帶135和136連接至人的下肢 143和144。所述人的下肢143和144應(yīng)當(dāng)理解為，是指大腿以上的任何位置。在一些實(shí)施 例中，如圖1所示，下肢接口帶135和136連接至大腿連接件103和104。在一些實(shí)施例中， 如圖2所示，下肢接口帶135和136連接至小腿連接件105和106。在一些實(shí)施例中，下肢 接口帶同時(shí)連接至小腿連接件和大腿連接件。每個(gè)下肢接口帶135和136包括但不限于綁 帶、條狀物、C形支架、石膏和彈性體中的一個(gè)部件或多個(gè)部件的組合。操作時(shí)，通過借助下 肢接口帶135和136連接至兩個(gè)腿部支撐件101和102，人187通過上身接口裝置150(圖 1中的例子所示的簡單皮帶)連接至(或穿用)下肢外骨骼100。除其他組件外，下肢外骨骼100還包括兩個(gè)髖部執(zhí)行器145和146，該髖部執(zhí)行器 145和146可設(shè)置為在外骨骼軀干109和腿部支撐件101和102之間產(chǎn)生扭矩。右髖部執(zhí) 行器145如圖1所示，左髖部執(zhí)行器146如圖2所示。除其他組件外，下肢外骨骼100還包 括至少一個(gè)動力單元201，該動力單元201能夠提供動力，并連接至髖部執(zhí)行器145和146。 在一些實(shí)施例中，只有一個(gè)動力單元201向髖部執(zhí)行器145和146提供動力。在一些實(shí)施 例中，每個(gè)髖部執(zhí)行器都接受來自單獨(dú)動力單元的動力。髖部執(zhí)行器145和146包括任何 能夠產(chǎn)生扭矩的設(shè)備或設(shè)備的組合。髖部執(zhí)行器145和146的例子包括但不限于電動機(jī)， 所述電動機(jī)包括但不限于AC(交流)電動機(jī)、刷式DC(直流)電動機(jī)、無刷直流電動機(jī)、電 子整流電動機(jī)(ECMs)、步進(jìn)電動機(jī)、液壓執(zhí)行器、氣動執(zhí)行器以及其組合。在一些實(shí)施例中， 所述髖部執(zhí)行器145和146由壓縮氣體供給動力。在一些實(shí)施例中，所述外骨骼軀干109 可設(shè)置為在人187的后方承載后端負(fù)載。圖3示意了下肢外骨骼100的一種形態(tài)，其中，右腿支撐件101和人的右下肢143 處于步態(tài)站立期，左腿支撐件102和人的左下肢144處于步態(tài)邁步期(圖3未示意左腿支 撐件10 。應(yīng)注意，本實(shí)施例中的外骨骼軀干109的設(shè)計(jì)為沿著人的背部伸展，以承載后 端負(fù)載118。還應(yīng)注意，以下分析顯然也適用于當(dāng)右腿支撐件101處于步態(tài)邁步期、左腿支 撐件102處于步態(tài)站立期時(shí)的相反形態(tài)。圖4示意了當(dāng)穿用者在前行方向162上行進(jìn)時(shí)， 右腿支撐件101在步態(tài)站立期時(shí)，下肢外骨骼100的三種形態(tài)。右腿支撐件101上的字母 A(—個(gè)步態(tài)站立期的起始)、B( —個(gè)步態(tài)站立期的中間某處)和C( 一個(gè)步態(tài)站立期的尾 聲)分別示意了這些形態(tài)。基于觀察可推斷出，人的上身149和外骨骼軀干109在移動時(shí) 幾乎不旋轉(zhuǎn)，從而使人的上身149和外骨骼軀干109相對于地面130的保持相對恒定角度。操作時(shí)，當(dāng)右腿支撐件101處于步態(tài)站立期、左腿支撐件102處于步態(tài)邁步期時(shí)， 動力單元201設(shè)置為使右腿支撐件101的相應(yīng)右髖部執(zhí)行器145產(chǎn)生扭矩曲線。該扭矩 曲線使得下肢外骨骼100和人187從形態(tài)A變換到形態(tài)C(如圖4所示)，其中右腿支撐 件101和人的右下肢143處于步態(tài)站立期。人體的前行方向162大致平行于地面130。 在右腿支撐件101處于步態(tài)站立期時(shí)，當(dāng)下肢外骨骼100和人187從形態(tài)A變換到形態(tài) C時(shí)，右髖部執(zhí)行器145產(chǎn)生機(jī)械功WACTUATOK。右腿支撐件101和外骨骼軀干109的總機(jī)械能(動能加勢能)，包括外骨骼軀干109上的任何負(fù)載(即，無正在邁步的左腿支撐件 102的下肢外骨骼100)，在形態(tài)A時(shí)為Ea。右腿支撐件101和外骨骼軀干109的總機(jī)械 能(動能加勢能)包括外骨骼軀干109上的任何負(fù)載(即，無正在邁步的左腿支撐件102 的下肢外骨骼100)，在形態(tài)C時(shí)為&。在右腿支撐件101處于步態(tài)站立期時(shí)，由摩擦和其 他損失造成的能量浪費(fèi)由為E·。在外骨骼100由A變換到C的過程中，如果Wactuatok(右 髖部執(zhí)行器145產(chǎn)生的機(jī)械功)大于(E。-Ea+Emss)的值，則能量從下肢外骨骼100轉(zhuǎn)移 到人187，且該能量等于
權(quán)利要求
1.一種可連接到人的下肢的外骨骼設(shè)備，包括兩個(gè)腿部支撐件，可連接到所述人的下肢，并在步態(tài)站立期時(shí)擱置在地面上，其中每個(gè) 所述腿部支撐件包括大腿連接件和小腿連接件；兩個(gè)膝關(guān)節(jié)，每個(gè)膝關(guān)節(jié)均使相應(yīng)的小腿連接件和相應(yīng)的大腿連接件之間能夠進(jìn)行彎 曲和伸展；外骨骼軀干，可連接到所述人的上身，并能夠可旋轉(zhuǎn)地連接至所述腿部支撐件的所述 大腿連接件，且所述腿部支撐件和所述外骨骼軀干之間能夠進(jìn)行彎曲和伸展；兩個(gè)髖部執(zhí)行器，用于在所述外骨骼軀干和所述腿部支撐件之間產(chǎn)生扭矩；以及至少 一個(gè)動力單元，其能夠向所述髖部執(zhí)行器提供動力，其中，當(dāng)所述可連接到人的下肢的外骨骼設(shè)備被所述人穿用時(shí)，一個(gè)腿部支撐件處于 步態(tài)站立期，而另一個(gè)腿部支撐件處于步態(tài)邁步期，所述至少一個(gè)動力單元用于使處于步 態(tài)站立期的所述腿部支撐件的髖部執(zhí)行器產(chǎn)生扭矩曲線，從而使得從所述外骨骼軀干作用 到人的上身的力沿著人的前行方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外骨骼設(shè)備進(jìn)一步包括力傳 感器，該力傳感器用于測量所述外骨骼軀干與所述人的上身之間的力，其中，信號處理器確 保作用在人的上身的力總是沿著人的前行方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述髖部執(zhí)行器包括一個(gè)液 壓髖部執(zhí)行器，而能夠提供液壓動力的所述動力單元，除其他組件外，還包括至少一個(gè)液壓 回路，該液壓回路可連接到至少一個(gè)所述液壓髖部執(zhí)行器，并調(diào)節(jié)流入和流出所述液壓髖 部執(zhí)行器的液壓流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述液壓回路除其他組件外，還包 括一個(gè)連接到電動機(jī)的液壓泵，其中，當(dāng)一個(gè)所述腿部支撐件處于步態(tài)站立期時(shí)，所述液壓 泵將液壓流注入處于步態(tài)站立期的所述腿部支撐件的所述液壓髖部執(zhí)行器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述液壓回路除其他組件外，還包 括流量限制閥，該流量限制閥能改變環(huán)繞液壓泵的液壓流的流向，其中，當(dāng)與相應(yīng)液壓髖部 執(zhí)行器相連的所述腿部支撐件處于步態(tài)站立期時(shí)，所述流量限制閥不改變環(huán)繞所述液壓泵 的液壓流的流向。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述液壓回路除其他組件外，還包 括三通閥，其中，當(dāng)所述腿部支撐件處于步態(tài)站立期時(shí)，所述三通閥將處于步態(tài)站立期的所 述腿部支撐件的所述液壓髖部執(zhí)行器連接到所述液壓泵；否則，所述三通閥改變環(huán)繞所述 液壓泵的液壓流的流向。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外骨骼設(shè)備進(jìn)一步包括至少 一個(gè)信號處理器，其中，所述信號處理器除其他功能外，還計(jì)算所述扭矩曲線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述信號處理器控制處于步態(tài)站 立期的所述腿部支撐件的所述髖部執(zhí)行器，以確保所述扭矩曲線大于下式所示的值
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于所述外骨骼軀干進(jìn)一步允許每個(gè) 所述腿部支撐件關(guān)于大致平行于地面的外展-內(nèi)收軸旋轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外骨骼軀干進(jìn)一步包括兩個(gè) 髖部連接件，該髖部連接件可旋轉(zhuǎn)地連接至相應(yīng)的大腿連接件，以使所述腿部支撐件相對 于所述外骨骼軀干進(jìn)行彎曲和伸展；其中，所述髖部連接件彼此可旋轉(zhuǎn)地連接，以使腿部支 撐件進(jìn)行外展。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外骨骼軀干進(jìn)一步包括兩個(gè) 髖部連接件，該髖部連接件可旋轉(zhuǎn)地連接至相應(yīng)的大腿連接件，以使所述腿部支撐件相對 于所述外骨骼軀干進(jìn)行彎曲和伸展；其中，所述髖部連接件彼此可旋轉(zhuǎn)地連接，以使腿部支 撐件進(jìn)行內(nèi)收。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述外骨骼軀干連接到所述人 的上身時(shí)，所述外骨骼軀干用于在所述人的后方承載后端負(fù)載。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外骨骼軀干進(jìn)一步包括伸展 框，當(dāng)所述外骨骼軀干連接到所述人的上身時(shí)，該伸展框用于在所述人的前方承載前端負(fù)載。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外骨骼軀干進(jìn)一步包括髖 部彈性元件，該髖部彈性元件用于在所述髖部連接件之間施加扭矩。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外骨骼軀干進(jìn)一步包括髖 部彈性元件，該髖部彈性元件用于在所述髖部連接件之間施加扭矩。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外骨骼軀干進(jìn)一步包括髖 部外展停止器，該髖部外展停止器用于限制所述髖部連接件相對于彼此的外展。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外骨骼軀干進(jìn)一步包括連接 支架，該連接支架用于將負(fù)載的重量轉(zhuǎn)移至所述外骨骼軀干。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外骨骼軀干進(jìn)一步包括兩 個(gè)髖部連接件，該髖部連接件可旋轉(zhuǎn)地連接至相應(yīng)的大腿連接件，以使所述腿部支撐件相 對于所述外骨骼軀干進(jìn)行彎曲和伸展；其中，所述髖部連接件通過兩個(gè)髖部外展-內(nèi)收關(guān) 節(jié)可旋轉(zhuǎn)地連接至所述連接支架，以使所述腿部支撐件關(guān)于兩根外展-內(nèi)收軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述兩根外展-內(nèi)收軸大致相互 平行。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述兩根外展-內(nèi)收軸相互重合。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述負(fù)載為一個(gè)物體，該物體 選自以下各項(xiàng)背包、另一個(gè)人、嬰兒背袋、食物容器、袋子、水壺、工具箱、桶、彈藥、武器、寢 具、急救用品、高爾夫球袋、郵袋、攝像機(jī)、吹葉機(jī)、壓縮機(jī)、機(jī)電機(jī)器及以上各項(xiàng)的組合。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外骨骼軀干進(jìn)一步包括髖 部外展-內(nèi)收彈性元件，該髖部外展-內(nèi)收彈性元件用于在所述髖部連接件和所述連接支 架之間施加扭矩。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述連接支架進(jìn)一步包括伸展 框，當(dāng)所述外骨骼軀干連接到所述人的上身時(shí)，該伸展框用于在所述人的前方承載所述負(fù)載。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外骨骼軀干包括人體接口 裝置，該人體接口裝置能夠?qū)⑺鋈说纳仙磉B接到下肢外骨骼。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述人體接口裝置能夠?qū)⑺?人的重量的一部分轉(zhuǎn)移到所述外骨骼軀干。
26.根據(jù)權(quán)利要求M所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述人體接口裝置包括一個(gè)元 件或多個(gè)元件的組合，所述元件選自背心、皮帶、綁帶、肩帶、胸帶、石膏、背帶和腰帶。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包括 大腿外展-內(nèi)收關(guān)節(jié)，該大腿外展-內(nèi)收關(guān)節(jié)設(shè)置為允許各腿部支撐件進(jìn)行外展。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外展-內(nèi)收關(guān)節(jié)大致位于所 述彎曲-伸展關(guān)節(jié)的下方。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件的所述大腿 部分進(jìn)一步包括大腿外展-內(nèi)收關(guān)節(jié)，該大腿外展-內(nèi)收關(guān)節(jié)設(shè)置為允許所述腿部支撐件 進(jìn)行外展。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述外展-內(nèi)收關(guān)節(jié)大致位于所 述髖部彎曲-伸展關(guān)節(jié)的下方。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包括 腿部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，該腿部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)置為允許所述腿部支撐件旋轉(zhuǎn)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述腿部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)大致位于所 述膝蓋彎曲-伸展關(guān)節(jié)的上方。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述腿部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)進(jìn)一步包括 腿部旋轉(zhuǎn)彈性元件，該腿部旋轉(zhuǎn)彈性元件產(chǎn)生恢復(fù)扭矩，該恢復(fù)扭矩使腿部支撐件基本返 回至中位。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述腿部支撐件的所述大腿連接 件進(jìn)一步包括壓縮-伸長機(jī)構(gòu)，該壓縮-伸長機(jī)構(gòu)使得所述髖部彎曲-伸展關(guān)節(jié)與所述膝 蓋彎曲-伸展關(guān)節(jié)之間的距離可改變。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述壓縮-伸長機(jī)構(gòu)包括腿部壓 縮-伸長彈性元件，該腿部壓縮-伸長彈性元件提供恢復(fù)力，該恢復(fù)力使所述腿部支撐件基 本返回至中位形態(tài)。
36.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述大腿連接件包括下肢接口帶，該下肢接口帶用于將所述人連接到所述腿部支撐件。
37.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述小腿連接件包括下肢接口 帶，該下肢接口帶用于將所述人連接到所述腿部支撐件。
38.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包括 至少一個(gè)膝蓋彈性元件，該膝蓋彈性元件用于促使各膝關(guān)節(jié)彎曲。
39.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包括 至少一個(gè)膝蓋彈性元件，該膝蓋彈性元件設(shè)置為促使各膝關(guān)節(jié)伸展。
40.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包括 外骨骼足部，該外骨骼足部設(shè)置為分別連接至所述人的兩只腳，并連接至各小腿連接件，以 將力從所述小腿連接件轉(zhuǎn)移到地面。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述外骨骼足部進(jìn)一步包 括鞋或靴子，該鞋或靴子可由所述人穿著，以將所述外骨骼足部連接到所述人的腳。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述外骨骼足部進(jìn)一步包 括外骨骼鞋墊，該外骨骼鞋墊可插入所述人的鞋或靴子內(nèi)部，以將所述外骨骼足部連接到 所述人的腳。
43.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包 括一個(gè)外骨骼足部，所述外骨骼足部設(shè)置為分布連接到所述人的兩只腳，并可旋轉(zhuǎn)地連接 至各小腿連接件，以將力從所述小腿連接件轉(zhuǎn)移到地面；所述外骨骼足部圍繞踝關(guān)節(jié)跖 屈-背屈軸旋轉(zhuǎn)，該踝關(guān)節(jié)跖屈-背屈軸大致平行于所述人的踝關(guān)節(jié)的跖屈-背屈軸。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包 括至少一個(gè)踝關(guān)節(jié)跖屈-背屈彈性元件，用于阻止各所述外骨骼足部圍繞踝關(guān)節(jié)跖屈-背 屈軸的旋轉(zhuǎn)。
45.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包括 一個(gè)外骨骼足部，該外骨骼足部設(shè)置為分別連接到所述人的兩只腳，并可旋轉(zhuǎn)地連接至各 小腿連接件，以將力從所述小腿連接件轉(zhuǎn)移到地面；所述外骨骼足部圍繞腳踝外展-內(nèi)收 軸旋轉(zhuǎn)，該腳踝外展-內(nèi)收軸大致平行于人腳踝的外展-內(nèi)收軸。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包 括至少一個(gè)腳踝外展-內(nèi)收彈性元件，該腳踝外展-內(nèi)收彈性元件用于阻止各外骨骼足部 圍繞所述腳踝外展-內(nèi)收軸的旋轉(zhuǎn)。
47.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包括 一個(gè)外骨骼足部，該外骨骼足部設(shè)置為分別連接到所述人的兩只腳，并可旋轉(zhuǎn)地連接至各 小腿連接件，以將力從所述小腿連接件轉(zhuǎn)移到地面；所述外骨骼足部圍繞腳踝旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)， 該腳踝旋轉(zhuǎn)軸大致平行于人腳踝的旋轉(zhuǎn)軸。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包 括至少一個(gè)彈性元件，該彈性元件用于阻止各外骨骼足部圍繞所述腳踝旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
49.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包括 至少一個(gè)步態(tài)站立傳感器，該步態(tài)站立傳感器輸出步態(tài)信號，表明所述腿部支撐件是否處 于步態(tài)站立期。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述步態(tài)站立傳感器連接至所述腿部支撐件的小腿連接件。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述步態(tài)站立傳感器位于人的 鞋內(nèi)。
52.根據(jù)權(quán)利要求49所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述步態(tài)站立傳感器位于人的 鞋底內(nèi)。
53.根據(jù)權(quán)利要求49所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述步態(tài)站立傳感器可連接至 人的鞋的底部。
54.根據(jù)權(quán)利要求40所述的可連接到人的下肢的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述 外骨骼足部包括至少一個(gè)步態(tài)站立傳感器，該步態(tài)站立傳感器用于輸出步態(tài)信號，表明所 述腿部支撐件是否處于步態(tài)站立期。
55.根據(jù)權(quán)利要求M所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述步態(tài)站立傳感器為壓力傳 感器，該壓力傳感器用于測量所述外骨骼足部內(nèi)的腔體中的介質(zhì)的壓力。
56.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包括 扭矩發(fā)生器，每個(gè)扭矩發(fā)生器設(shè)置為在步態(tài)邁步期時(shí)允許所述膝關(guān)節(jié)彎曲，在步態(tài)站立期 時(shí)阻止所述膝關(guān)節(jié)彎曲，從而將力轉(zhuǎn)移到地面。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述扭矩發(fā)生器為液壓活塞汽 缸，可以通過控制液壓閥中的流體流量來控制所述液壓活塞汽缸的阻力。
58.根據(jù)權(quán)利要求56所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述扭矩發(fā)生器為液壓活塞汽 缸，該液壓活塞汽缸的阻抗可通過控制液壓閥來進(jìn)行控制。
59.根據(jù)權(quán)利要求56所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述扭矩發(fā)生器選自摩擦制動 器、粘性式摩擦制動器和磁流體設(shè)備等。
60.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述腿部支撐件進(jìn)一步包括 扭矩發(fā)生器，每個(gè)所述扭矩發(fā)生器包括液壓活塞汽缸和動力單元，該動力單元除其他組件 外，還包括至少一個(gè)膝蓋液壓回路，該膝蓋液壓回路可連接至所述液壓活塞汽缸；所述膝蓋 液壓回路用于調(diào)節(jié)流入扭矩發(fā)生器的液流。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，當(dāng)腿部支撐件處于步態(tài)站立期 時(shí)，所述膝蓋液壓回路設(shè)置為將液流限制在處于步態(tài)站立期的腿部支撐件的所述液壓活塞 汽缸內(nèi)。
62.根據(jù)權(quán)利要求60所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，當(dāng)腿部支撐件處于步態(tài)邁步期 時(shí)，所述膝蓋液壓回路設(shè)置為允許液流流入處于步態(tài)邁步期的腿部支撐件的所述液壓活塞 汽缸內(nèi)。
63.根據(jù)權(quán)利要求60所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，當(dāng)腿部支撐件處于步態(tài)站立期 時(shí)，所述膝蓋液壓回路用于增大處于步態(tài)站立期的腿部支撐件的所述膝關(guān)節(jié)的彎曲阻力。
64.根據(jù)權(quán)利要求60所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，當(dāng)腿部支撐件處于步態(tài)邁步期 時(shí)，所述膝蓋液壓回路用于減小處于步態(tài)邁步期的腿部支撐件的所述膝關(guān)節(jié)的彎曲阻力。
65.根據(jù)權(quán)利要求60所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，每個(gè)腿部支撐件進(jìn)一步包括至 少一個(gè)步態(tài)站立傳感器，該步態(tài)站立傳感器輸出步態(tài)信號，以表明所述腿部支撐件是否處 于步態(tài)站立期。
66.根據(jù)權(quán)利要求60所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述膝蓋液壓回路包括一個(gè)膝蓋驅(qū)動流量限制閥，該膝蓋驅(qū)動流量限制閥將所述活塞汽缸連接至液壓蓄能器；所述膝蓋 驅(qū)動流量限制閥設(shè)置為在步態(tài)站立期時(shí)限制液體流量，在步態(tài)邁步期時(shí)使液流通過時(shí)的阻 力最小化。
67.根據(jù)權(quán)利要求60所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述膝蓋液壓回路包括液壓三 通閥，該液壓三通閥或通過非驅(qū)動式流量限制閥、或通過旁路管線，將所述活塞汽缸連接至 液壓蓄能器；在步態(tài)站立期時(shí)，所述三通閥設(shè)置為通過所述非驅(qū)動式流量限制閥，將所述活 塞汽缸連接至所述液壓蓄能器；在步態(tài)邁步期時(shí)，所述三通閥設(shè)置為通過所述旁路管線，將 所述活塞汽缸連接至所述液壓蓄能器。
68.根據(jù)權(quán)利要求60所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述膝蓋液壓回路包括膝蓋驅(qū) 動流量限制閥和止回閥，該止回閥用于將所述活塞汽缸連接至液壓蓄能器；其中，所述膝蓋 驅(qū)動流量限制閥設(shè)置為在步態(tài)站立期時(shí)限制液體流量，在步態(tài)邁步期時(shí)使液流通過時(shí)的阻 力最小化，且所述止回閥設(shè)置為使所述腿部支撐件在任何時(shí)候受到的伸展阻力最小化。
69.根據(jù)權(quán)利要求60所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述膝蓋液壓回路包括液壓三 通閥和止回閥，其中在步態(tài)站立期時(shí)，所述液壓三通閥通過所述非驅(qū)動式流量限制閥、將所述活塞汽缸連 接至所述液壓蓄能器，在步態(tài)邁步期時(shí)，所述液壓三通閥通過所述旁路管線將所述活塞汽 缸連接至所述液壓蓄能器，并且所述止回閥設(shè)置為使所述腿部支撐件在任何時(shí)候受到的伸展阻力最小化。
70.根據(jù)權(quán)利要求60所述的外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述膝蓋液壓回路包括雙通閥 和止回閥，該雙通閥能夠在一組不同大小的閥孔或完全打開的閥孔之間進(jìn)行選擇，該止回 閥將所述活塞汽缸連接至所述液壓蓄能器，其中在步態(tài)站立期時(shí)，所述雙通閥設(shè)置為限制液流，在步態(tài)邁步期時(shí)，所述雙通閥設(shè)置為使 液流通過時(shí)的壓力最小化，并且所述止回閥設(shè)置為使所述腿部支撐件在任何時(shí)候受到的伸展阻力最小化。
71.可連接到人體的下肢外骨骼；所述下肢外骨骼除其他組件外，還包括兩個(gè)腿部支撐件，可連接到所述人的下肢，并設(shè)置為在步態(tài)站立期時(shí)擱置在地面上，其 中每個(gè)所述腿部支撐件包括大腿連接件和小腿連接件；兩個(gè)膝關(guān)節(jié)，每個(gè)膝關(guān)節(jié)均使相應(yīng)的小腿連接件和相應(yīng)的大腿連接件之間能夠進(jìn)行彎 曲和伸展；外骨骼軀干，可連接到所述人的上身，并可旋轉(zhuǎn)地連接至所述腿部支撐件的所述大腿 連接件，且所述腿部支撐件和所述外骨骼軀干之間能夠進(jìn)行彎曲和伸展；兩個(gè)髖部執(zhí)行器，用于在所述外骨骼軀干和所述腿部支撐件之間產(chǎn)生扭矩；以及至少 一個(gè)動力單元，能夠?yàn)樗鲶y部執(zhí)行器提供動力，其中，當(dāng)一個(gè)腿部支撐件處于步態(tài)站立期、另一個(gè)腿部支撐件處于步態(tài)邁步期時(shí)，至少 一個(gè)所述動力單元設(shè)置為使處于步態(tài)站立期的所述腿部支撐件的髖部執(zhí)行器產(chǎn)生扭矩曲 線，使得在步態(tài)站立期時(shí)，將機(jī)械能從所述外骨骼軀干轉(zhuǎn)移到所述人，以減少在所述步態(tài)站 立期時(shí)穿用者運(yùn)動所需的能量。
72.可連接到人體的下肢外骨骼；所述下肢外骨骼除其他組件外，還包括兩個(gè)腿部支撐件，可連接到所述人的下肢，并設(shè)置為在步態(tài)站立期時(shí)擱置在地面上，其中每個(gè)所述腿部支撐件包括大腿連接件和小腿連接件；兩個(gè)膝關(guān)節(jié)，每個(gè)膝關(guān)節(jié)均使相應(yīng)的小腿連接件和相應(yīng)的大腿連接件之間能夠進(jìn)行彎 曲和伸展；外骨骼軀干，可連接到所述人的上身，并可旋轉(zhuǎn)地連接至所述腿部支撐件的所述大腿 連接件，且所述腿部支撐件和所述外骨骼軀干之間能夠進(jìn)行彎曲和伸展；兩個(gè)髖部執(zhí)行器，用于在所述外骨骼軀干和所述腿部支撐件之間產(chǎn)生扭矩；以及 至少一個(gè)動力單元，能夠?yàn)樗鲶y部執(zhí)行器提供動力，其中，當(dāng)所述下肢外骨骼被所述人穿用時(shí)，且一個(gè)腿部支撐件處于步態(tài)站立期、另一個(gè) 腿部支撐件處于步態(tài)邁步期時(shí)，至少一個(gè)所述動力單元設(shè)置為使處于步態(tài)站立期的所述腿 部支撐件的髖部執(zhí)行器產(chǎn)生扭矩曲線，這樣，由所述至少一個(gè)動力單元向處于步態(tài)站立期 的腿部支撐件的所述髖部執(zhí)行器提供的能量大于未被所述人穿用時(shí)、以相同軌跡移動所述 外骨骼軀干和所述腿部支撐件所需的能量。
73.可連接到人體的下肢外骨骼；所述下肢外骨骼除其他組件外，還包括兩個(gè)腿部支撐件，可連接到所述人的下肢，并設(shè)置為在步態(tài)站立期時(shí)擱置在地面上，其 中每個(gè)所述腿部支撐件包括大腿連接件和小腿連接件；兩個(gè)膝關(guān)節(jié)，每個(gè)膝關(guān)節(jié)使相應(yīng)的小腿連接件和相應(yīng)的大腿連接件之間能夠進(jìn)行彎曲 和伸展；外骨骼軀干，可連接到所述人的上身，并可旋轉(zhuǎn)地連接至所述腿部支撐件的所述大腿 連接件，且所述腿部支撐件和所述外骨骼軀干之間能夠進(jìn)行彎曲和伸展；兩個(gè)髖部執(zhí)行器，用于在所述外骨骼軀干和所述腿部支撐件之間產(chǎn)生扭矩；以及 至少一個(gè)動力單元，能夠?yàn)樗鲶y部執(zhí)行器提供動力，其中，當(dāng)所述下肢外骨骼被所述人穿用時(shí)、且一個(gè)腿部支撐件處于步態(tài)站立期、另一個(gè) 腿部支撐件處于步態(tài)邁步期時(shí)，所述至少一個(gè)動力單元設(shè)置為使處于步態(tài)站立期的所述腿 部支撐件的髖部執(zhí)行器產(chǎn)生扭矩曲線，該扭矩曲線大于未被所述人穿用時(shí)、以相同軌跡移 動所述外骨骼軀干和所述腿部支撐件所需的扭矩。
74.可連接到人體的下肢外骨骼；所述下肢外骨骼除其他組件外，還包括 兩個(gè)腿部支撐件，可連接到所述人的下肢；外骨骼軀干，可連接到所述人的上身，并可旋轉(zhuǎn)地連接至所述腿部支撐件的所述大腿 連接件，所述腿部支撐件和所述外骨骼軀干之間能夠進(jìn)行彎曲和伸展；至少一個(gè)髖部執(zhí)行器，該髖部執(zhí)行器連接到每個(gè)腿部支撐件，并用于在所述腿部支撐 件上產(chǎn)生扭矩；以及至少一個(gè)動力單元，能夠?yàn)樗鲶y部執(zhí)行器提供動力，其中，當(dāng)所述下肢外骨骼被所述人穿用時(shí)，所述至少一個(gè)動力單元使處于步態(tài)站立期 的所述腿部支撐件的所述髖部執(zhí)行器產(chǎn)生扭矩曲線，以使從所述外骨骼軀干作用到所述人 的上身的力沿著人的前行方向。
75.根據(jù)權(quán)利要求74所述的下肢外骨骼，其特征在于，所述執(zhí)行器設(shè)置為在所述外骨 骼軀干和所述腿部支撐件之間產(chǎn)生扭矩。
76.根據(jù)權(quán)利要求74所述的下肢外骨骼，其特征在于，所述腿部支撐件設(shè)置為在步態(tài) 站立期時(shí)擱置在地面上，其中每個(gè)所述腿部支撐件包括大腿連接件和小腿連接件。
77.根據(jù)權(quán)利要求74所述的下肢外骨骼，其特征在于，所述下肢外骨骼進(jìn)一步包括力 傳感器，該力傳感器用于測量所述外骨骼軀干與所述人的上身之間的力，其中，信號處理器 確保作用在人的上身的力總是沿著人的前行方向。
78.可連接到人體的下肢外骨骼；所述下肢外骨骼除其他組件外，還包括 兩個(gè)腿部支撐件，可連接到所述人的下肢；外骨骼軀干，可連接到所述人的上身，并可旋轉(zhuǎn)地連接至所述腿部支撐件的所述大腿 連接件，所述腿部支撐件和所述外骨骼軀干之間能夠進(jìn)行彎曲和伸展；至少一個(gè)髖部執(zhí)行器，該髖部執(zhí)行器連接到每個(gè)腿部支撐件，并設(shè)置為在所述腿部支 撐件上產(chǎn)生扭矩；以及至少一個(gè)動力單元，能夠?yàn)樗鲶y部執(zhí)行器提供動力，其中，當(dāng)所述下肢外骨骼被所述人穿用時(shí)，所述至少一個(gè)動力單元設(shè)置為使連接到人 的下肢的、處于步態(tài)站立期的所述腿部支撐件的髖部執(zhí)行器產(chǎn)生扭矩曲線，使得在所述步 態(tài)站立期時(shí)將機(jī)械能從所述外骨骼軀干轉(zhuǎn)移到所述人，以減少在所述步態(tài)站立期時(shí)穿用者 運(yùn)動所需的能量。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的下肢外骨骼，其特征在于，所述執(zhí)行器設(shè)置為在所述外骨 骼軀干和所述腿部支撐件之間產(chǎn)生扭矩。
80.根據(jù)權(quán)利要求78所述的下肢外骨骼，其特征在于，所述腿部支撐件設(shè)置為在步態(tài) 站立期時(shí)擱置在地面上，其中每個(gè)所述腿部支撐件包括大腿連接件和小腿連接件。
81.可連接到人體的下肢外骨骼；所述下肢外骨骼除其他組件外，還包括 兩個(gè)腿部支撐件，可連接到所述人的下肢；外骨骼軀干，可連接到所述人的上身，并可旋轉(zhuǎn)地連接至所述腿部支撐件的所述大腿 連接件，所述腿部支撐件和所述外骨骼軀干之間能夠進(jìn)行彎曲和伸展；至少一個(gè)髖部執(zhí)行器，該髖部執(zhí)行器連接到每個(gè)腿部支撐件，并設(shè)置為在所述腿部支 撐件上產(chǎn)生扭矩；以及至少一個(gè)動力單元，能夠?yàn)樗鲶y部執(zhí)行器提供動力，其中，當(dāng)所述下肢外骨骼被所述人穿用時(shí)，所述至少一個(gè)動力單元設(shè)置為使處于步態(tài) 站立期的所述腿部支撐件的髖部執(zhí)行器產(chǎn)生扭矩曲線，這樣，由所述至少一個(gè)動力單元向 連接到人的下肢的、處于步態(tài)站立期的所述腿部支撐件的髖部執(zhí)行器提供的能量大于未被 所述人穿用時(shí)、以相同軌跡移動所述外骨骼軀干和所述腿部支撐件所需的能量。
82.根據(jù)權(quán)利要求81所述的下肢外骨骼，其特征在于，所述執(zhí)行器用于在所述外骨骼 軀干和所述腿部支撐件之間產(chǎn)生扭矩。
83.根據(jù)權(quán)利要求81所述的下肢外骨骼，其特征在于，所述腿部支撐件設(shè)置為在步態(tài) 站立期時(shí)擱置在地面上，其中每個(gè)所述腿部支撐件包括大腿連接件和小腿連接件。
84.可連接到人體的下肢外骨骼；所述下肢外骨骼除其他組件外，還包括兩個(gè)腿部支 撐件，可連接到所述人的下肢；外骨骼軀干，可連接到所述人的上身，并可旋轉(zhuǎn)地連接至所述腿部支撐件的所述大腿 連接件，所述腿部支撐件和所述外骨骼軀干之間能夠進(jìn)行彎曲和伸展；至少一個(gè)髖部執(zhí)行器，該髖部執(zhí)行器連接到每個(gè)腿部支撐件，并設(shè)置為在所述腿部支 撐件上產(chǎn)生扭矩；以及至少一個(gè)動力單元，能夠?yàn)樗鲶y部執(zhí)行器提供動力，其特征在于，當(dāng)所述下肢外骨骼被所述人穿用時(shí)，所述至少一個(gè)動力單元設(shè)置為使連 接到人的下肢的、處于步態(tài)站立期的所述腿部支撐件的所述執(zhí)行器產(chǎn)生扭矩曲線，這樣，當(dāng) 所述下肢外骨骼被所述人穿用時(shí)，所述扭矩曲線基本大于未被所述人穿用時(shí)、以相同軌跡 移動所述外骨骼軀干和所述腿部支撐件所需的能量。
85.根據(jù)權(quán)利要求84所述的下肢外骨骼，其特征在于，所述執(zhí)行器設(shè)置為在所述外骨 骼軀干和所述腿部支撐件之間產(chǎn)生扭矩。
86.根據(jù)權(quán)利要求84所述的下肢外骨骼，其特征在于，所述腿部支撐件設(shè)置為在步態(tài) 站立期時(shí)擱置在地面上，其中每個(gè)所述腿部支撐件包括大腿連接件和小腿連接件。
87.一種減少人在運(yùn)動時(shí)的能量消耗的方法，所述人與外骨骼設(shè)備相連，該外骨骼設(shè)備 包括至少一個(gè)動力單元，兩個(gè)腿部支撐件，該腿部支撐件用于將所述人的下肢可旋轉(zhuǎn)地連 接至外骨骼軀干，兩個(gè)髖部執(zhí)行器，該髖部執(zhí)行器用于在所述腿部支撐件和所述外骨骼軀 干之間產(chǎn)生扭矩，所述方法包括在步態(tài)站立期時(shí)，從所述至少一個(gè)動力單元提供能量給連 接到人的下肢的所述腿部支撐件的所述髖部執(zhí)行器，其中，所述能量至少等于當(dāng)未被所述 人穿用時(shí)、以相同軌跡移動處于步態(tài)站立期的所述外骨骼軀干和所述腿部支撐件所需的能 量。
88.一種減少人在運(yùn)動時(shí)的能量消耗的方法，所述人與外骨骼設(shè)備相連，該外骨骼設(shè)備 包括至少一個(gè)動力單元，兩個(gè)腿部支撐件，該腿部支撐件用于將所述人的腿旋轉(zhuǎn)連接至外 骨骼軀干，兩個(gè)髖部執(zhí)行器，該髖部執(zhí)行器用于在所述腿部支撐件和所述外骨骼軀干之間 產(chǎn)生扭矩，所述方法包括由所述至少一個(gè)動力單元向連接到人的下肢的、處于步態(tài)站立期 的所述腿部支撐件的所述髖部執(zhí)行器提供能量；以及在處于步態(tài)站立期的所述腿部支撐件 的所述髖部執(zhí)行器上產(chǎn)生扭矩，其中，所述扭矩至少等于當(dāng)未被所述人穿用時(shí)、以相同軌跡 移動處于步態(tài)站立期的所述外骨骼軀干和所述腿部支撐件所需的扭矩。
89.一種減少人在運(yùn)動時(shí)的能量消耗的方法，所述人與外骨骼設(shè)備相連，該外骨骼設(shè)備 包括至少一個(gè)動力單元，兩個(gè)腿部支撐件，該腿部支撐件用于將所述人的腿可旋轉(zhuǎn)地連接 至外骨骼軀干，兩個(gè)髖部執(zhí)行器，該髖部執(zhí)行器用于在所述腿部支撐件和所述外骨骼軀干 之間產(chǎn)生扭矩，所述方法包括由所述至少一個(gè)動力單元向連接到人的下肢的、處于步態(tài)站 立期的所述腿部支撐件的所述髖部執(zhí)行器提供能量；通過使用處于步態(tài)站立期的所述腿部 支撐件的所述髖部執(zhí)行器，產(chǎn)生從所述外骨骼軀干作用到人的上身的力，其中，從所述外骨 骼軀干作用到人的上身的所述力沿著人的前行方向。
90.一種減少人在運(yùn)動時(shí)的能量消耗的方法，所述人與外骨骼設(shè)備相連，該外骨骼設(shè)備 包括至少一個(gè)動力單元，兩個(gè)腿部支撐件，該腿部支撐件用于將所述人的腿可旋轉(zhuǎn)地連接 至外骨骼軀干，以及兩個(gè)髖部執(zhí)行器，該髖部執(zhí)行器用于在所述腿部支撐件和所述外骨骼 軀干之間產(chǎn)生扭矩，所述方法包括由所述至少一個(gè)動力單元向連接到人的下肢的、處于步 態(tài)站立期的所述腿部支撐件的所述髖部執(zhí)行器提供能量，并在處于步態(tài)站立期的所述腿部 支撐件的所述髖部執(zhí)行器上產(chǎn)生扭矩曲線，這樣，在步態(tài)站立期時(shí)，可將機(jī)械能從所述下肢 外骨骼轉(zhuǎn)移到所述人。
全文摘要
一種連接到人的外骨骼設(shè)備(100)，包括腿部支撐件(101，102)，可連接到人的下肢，并設(shè)計(jì)為在步態(tài)站立期時(shí)擱置在地面上，其中每個(gè)腿部支撐件(101，102)具有大腿連接件(104，105)和小腿連接件(106，107)；兩個(gè)膝關(guān)節(jié)(107，108)，每個(gè)膝關(guān)節(jié)均使相應(yīng)的小腿連接件(106，107)和相應(yīng)的大腿連接件(104，105)之間能夠進(jìn)行彎曲和伸展；外骨骼軀干(109)，可連接到所述人的上身，并能夠可旋轉(zhuǎn)地連接至所述腿部支撐件(101，102)的所述大腿連接件(104，105)，使得所述腿部支撐件(101，102)和所述外骨骼軀干(109)之間能夠進(jìn)行彎曲和伸展；兩個(gè)髖部執(zhí)行器(145，146)，用于在所述外骨骼軀干(109)和所述腿部支撐件(101，102)之間產(chǎn)生扭矩；以及至少一個(gè)動力單元(201)，其能夠向所述髖部執(zhí)行器(145，146)提供動力。在使用中，向髖部執(zhí)行器(145，146)提供動力，該動力的大小能減少使用者在步行期間所消耗的能量。
文檔編號A61F2/74GK102088933SQ200980118130
公開日2011年6月8日 申請日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者內(nèi)森·哈丁, 庫爾特·阿蒙森, 荷梅勇·卡札若尼 申請人:伯克利仿生技術(shù)公司