者發(fā)展平衡的同時(shí)，培養(yǎng)使用者的力量和協(xié)調(diào)性。該=個(gè)要素對(duì)安全行走來說是必 不可少的。
[0045] 多個(gè)主要差別存在于減重步行訓(xùn)練的功能與根據(jù)各種實(shí)施方式的外骨骼促進(jìn)的 地面訓(xùn)練（即，外骨骼-促進(jìn)的地面訓(xùn)練或EF0T)的功能之間。該些差別列舉如下。
[0046] 第一，根據(jù)各種實(shí)施方式的外骨骼從地面向上提供體重支撐化ody wei曲t support, BWS)，而不是從頭頂上的懸掛點(diǎn)。前者完全保持了與地面運(yùn)動(dòng)中的平衡有關(guān)的動(dòng) 力，而后者引入了大量的人工穩(wěn)定力，其妨礙了治療過程中平衡的漸進(jìn)發(fā)展。
[0047] 第二除了在站立階段（全部或）部分地補(bǔ)償頭部、胳膊、和軀干（HAT)的重量之 夕F，該同樣是減重步行訓(xùn)練中的規(guī)范，根據(jù)各種實(shí)施方式的外骨骼可配置成為在步態(tài)的擺 腿和站立階段額外地補(bǔ)償下肢部分的分布重量（即，體重支撐分布在關(guān)節(jié)水平）。從簡(jiǎn)化的 角度來看，體重支撐主要補(bǔ)償步態(tài)站立階段中頭部、胳膊和軀干的重力載荷，并補(bǔ)償步態(tài)擺 腿階段中擺動(dòng)腿的重力載荷。在一些實(shí)施方式中，可分別地為頭部、胳膊和軀干W及每條腿 提供體重支撐。該樣，根據(jù)各種實(shí)施方式的外骨骼提供的輔助可更加準(zhǔn)確地描繪為身體部 分的重量補(bǔ)償，而不是體重支撐。
[0048] 第=，由于體重支撐由外骨骼從地面向上提供，針對(duì)受影響和未受影響的腿部的 支撐程度可W是不同的。針對(duì)大多數(shù)半身不遂的個(gè)體來說可W假定未受影響的腿比受影響 的腿會(huì)要求少得多的體重支撐。
[0049] 第四，由于體重支撐的程度是對(duì)每條腿分別考慮的，并且由于體重支撐除了考慮 軀干重量之外還有肢體重量，體重支撐程度可進(jìn)一步在步態(tài)的每個(gè)階段中分別考慮，使得 擺腿階段的補(bǔ)償程度通常與站立階段的補(bǔ)償程度不同。注意到，站立階段主要需要使用下 肢的伸肌群，而擺腿階段主要需要使用屈肌群。由于兩個(gè)肌群之間的損傷程度可能不同，可 假定為各肌群提供合適的輔助程度的能力會(huì)提供各肌群協(xié)同效果更有效的漸進(jìn)加強(qiáng)。
[0化0] 第五，由于行走擺腿階段的一些部分中重力協(xié)助了下肢的運(yùn)動(dòng)，站立和擺動(dòng)的腿 可分開補(bǔ)償。在一些實(shí)施方式中，可僅在肌肉對(duì)抗重力擺動(dòng)的一些部分中激活擺動(dòng)肢體補(bǔ) 償。如此，外骨骼在肌群對(duì)抗重力時(shí)對(duì)肌群提供幫助，但允許重力場(chǎng)在因重力移動(dòng)時(shí)提供完 全的幫助。該樣，基本維持了擺腿階段的彈道動(dòng)力。
[0化1] 第六，與減重步行訓(xùn)練系統(tǒng)不同，根據(jù)各種實(shí)施方式的外骨骼使得能夠自由地運(yùn) 動(dòng)通過空間（即，在矢狀，正中矢狀和額狀平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，并在所有平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)）。在地面行走 保持平衡所需要的感官和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性明顯是=維任務(wù)，因此該種平衡的發(fā)展需要在 空間中行走，而不僅僅是在平面中。
[0052] 第走，根據(jù)各種實(shí)施方式的外骨骼使得行走更為容易（取決于身體部分體重補(bǔ)償 的程度），而沒有強(qiáng)制性地使患者的肢體移動(dòng)。該種方法的好處在于患者不能依賴外骨骼 來發(fā)起或提供運(yùn)動(dòng)（相反地它僅協(xié)助患者產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)）。該樣，患者參與的問題變得更加簡(jiǎn) 單，因?yàn)樵诓慌Φ那闆r下患者將不能走動(dòng)，因此患者必須始終積極地參與治療（即，如果 他們不積極地參與，他們將不能走動(dòng)）。
[0053] 第八，與減重步行訓(xùn)練一樣，根據(jù)各種實(shí)施方式的外骨骼提供的輔助程度是（微） 計(jì)算機(jī)控制的，因此可W容易地改變，并且期望隨著患者獲得增強(qiáng)的力量、協(xié)調(diào)性和平衡， 在治療介入的過程中漸進(jìn)地降低輔助程度。
[0化4] 第九，與減重步行訓(xùn)練不同，根據(jù)各種實(shí)施方式的外骨骼不要求患者W恒定的速 度（即，W電動(dòng)活動(dòng)平板裝置驅(qū)動(dòng)的速度）行走。相反，行走速度完全由患者決定，盡管為 了功能逐漸恢復(fù)，治療師視情況而定會(huì)鼓勵(lì)患者W目標(biāo)行走速度行走。
[0055] 最后，與減重步行訓(xùn)練不同，根據(jù)各種實(shí)施方式的外骨骼可用于設(shè)及許多不同活 動(dòng)的治療，包括從坐著轉(zhuǎn)變成站立，W及從站立轉(zhuǎn)變成坐著。用在步態(tài)站立階段的相同的身 體部分重量補(bǔ)償輔助方法（即，部分地補(bǔ)償頭部、胳膊和軀干的重量）適應(yīng)于該些活動(dòng)。其 他活動(dòng)包括上或下斜坡、路緣、或樓梯。注意到，對(duì)所有該種運(yùn)動(dòng)，輔助的本質(zhì)保持不變，盡 管取決于活動(dòng)站立相對(duì)于擺腿階段輔助的程度可能改變了。
[0化6] 盡管已描述了機(jī)器人輔助的減重步行訓(xùn)練的輔助控制器，但該些控制方法不需要 考慮作用在對(duì)象平衡上的矯正力的影響。在減重步行訓(xùn)練的情況下，由物理治療師或機(jī)器 人機(jī)構(gòu)來強(qiáng)加矯正或輔助力到患者腿部是常見的。該些力，旨在支持適當(dāng)?shù)男凶哌\(yùn)動(dòng)，有效 地干擾或擾亂了患者維持平衡的能力。由于減重步行訓(xùn)練提供了外部穩(wěn)定裝置，該種擾亂 是微不足道的。然而，在外骨骼-促進(jìn)的地面訓(xùn)練的情況下，任何足W改變腿部軌跡的幅度 的擾亂能夠類似地造成不平衡。想起在運(yùn)動(dòng)過程中為了保持穩(wěn)定，腳應(yīng)當(dāng)該樣放置使得患 者的零力矩點(diǎn)位于在患者和地面之間形成的支撐多邊形內(nèi)。該樣，平衡的發(fā)展主要設(shè)及到 在"正確的"時(shí)間把每只腳放置在"正確的"位置處。考慮到在中風(fēng)康復(fù)的亞急性階段患者 相對(duì)肌無力，外骨骼應(yīng)當(dāng)向患者提供幫助（即，使行走更為容易），而不會(huì)干設(shè)運(yùn)動(dòng)動(dòng)機(jī)。就 該一點(diǎn)而言，發(fā)明人開發(fā)并構(gòu)建了能夠提供充足運(yùn)動(dòng)輔助而不會(huì)引入平衡擾亂的外骨骼控 制器。控制方法使得外骨骼能夠向運(yùn)動(dòng)貢獻(xiàn)動(dòng)力，而永遠(yuǎn)不會(huì)引起運(yùn)動(dòng)。就該一點(diǎn)而言，提 出的方法的實(shí)質(zhì)好處在于外骨骼從不會(huì)不顧使用者的運(yùn)動(dòng)目的，該樣不會(huì)干設(shè)患者腳的放 置。
[0057] 如減重步行訓(xùn)練中意識(shí)到的，在行走（特別是慢步行走）過程中強(qiáng)加到下肢上的 主要載荷是重力載荷。該實(shí)質(zhì)上是站立過程中的支撐體重W及擺腿過程中抬起腿的重量。 利用適當(dāng)?shù)膽T性感覺，根據(jù)各種實(shí)施方式的控制器可有選擇地補(bǔ)償由重力強(qiáng)加的載荷。該 是消減（subtractive)控制方法，而不是主動(dòng)型（proactive)控制方法。具體地，控制器配 置外骨骼使得運(yùn)動(dòng)更為容易（在全重力補(bǔ)償?shù)那闆r下幾乎是不費(fèi)力氣的），但不會(huì)產(chǎn)生運(yùn) 動(dòng)或妨礙運(yùn)動(dòng)。如前所述，在重力輔助肢體運(yùn)動(dòng)的情況下（諸如擺腿階段），控制器可容易 地修改W致僅在運(yùn)動(dòng)對(duì)抗重力能量梯度的過程中提供補(bǔ)償。
[005引在討論控制器的操作之前，在W下討論中定義用來描述控制器操作的數(shù)學(xué)和物理 變量和常量是有益的。該些變量和常量示于圖1中。圖1是與身體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的變量和常量 的示意說明。首先，如圖1所示，身體包括一系列的質(zhì)量。該些質(zhì)量包括頭部、胳膊、和軀干 的質(zhì)量（mhJ W及對(duì)于每條腿的大腿質(zhì)量010和小腿及足的質(zhì)量地）。對(duì)于個(gè)體而言，腿 的質(zhì)量可假定成大致相同的。圖1還示出一系列長(zhǎng)度。該些長(zhǎng)度包括上身（其包括頭部、 胳膊和軀干）長(zhǎng)度（LhJ。該些長(zhǎng)度還包括大腿長(zhǎng)度（1J和小腿長(zhǎng)度（1J。再一次，與 大腿和小腿的質(zhì)量一樣，對(duì)于個(gè)體而言，大腿和小腿的長(zhǎng)度也假定成大致相同的。圖1中的 變量還包括相對(duì)于地面或重力參考的各部分角度。該些角度包括上身角（0hJ，左大腿角 (0 It)，右大腿角（0 rt)，左小腿角（0 J，和右小腿角（0 J。變量還包括右髓轉(zhuǎn)矩（T J， 右膝轉(zhuǎn)矩（T J，左髓轉(zhuǎn)矩（T ih)，和左膝轉(zhuǎn)矩（T ik)。
[0059] 控制器實(shí)現(xiàn)的本質(zhì)如下。可定義外骨骼轉(zhuǎn)矩向量為：
[0060] T = [T* Trk T 比 tJT (D
[0061] 該里各分量代表如上關(guān)于圖1描述的轉(zhuǎn)矩。存在=種可能的外骨骼配置，W及= 種相應(yīng)的重力補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩向量。該些在圖2中示出。圖2示意地示出基