專利名稱：外骨骼負(fù)載處理系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物料處理系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及由使用 者穿用的、用于在使用者前方舉起和降下重型負(fù)載的下肢外骨骼的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
提供從外骨骼軀干延伸出的延長軀體在外骨骼領(lǐng)域是已知的，該延長軀體適于在外骨骼穿用者的前方支撐負(fù)載，如公布號(hào)為2007/0056592的美國專利申請中所教導(dǎo)的。這種設(shè)置盡管有用，但未提供穿用者對負(fù)載的輕松操作。另外，這種設(shè)備并未解決沿外骨骼軀干不均勻的重量分布的問題，而這可能導(dǎo)致外骨骼穿用者在靜止及行走時(shí)面臨顯著的平衡問題。已知的有機(jī)動(dòng)式負(fù)載操作裝置來協(xié)助人舉起和移動(dòng)重型負(fù)載。美國專利6，886，812描述了一種此類設(shè)備，其利用由執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)的拉緊滑輪，該拉緊滑輪直接連接至天花板、墻壁或高架起重機(jī)。盡管這種類型的設(shè)備可用在汽車裝配廠、倉庫貨類似場合操作負(fù)載，然而，其僅限于特定的地理區(qū)域，且必須連接至高架結(jié)構(gòu)或由高架結(jié)構(gòu)支撐。盡管具有這些已知的負(fù)載處理系統(tǒng)，然而仍需求一種能在解決沿外骨骼軀干重量分布問題的同時(shí)使使用者操作和攜帶前方負(fù)載的外骨骼設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種包括負(fù)載處理系統(tǒng)的外骨骼，其可由人穿用，并允許其穿用者攜帶位于人前方的負(fù)載。該外骨骼包括第一和第二腿部支撐件，其適于連接至人的下肢，并在靜止階段擱置在地面上。每個(gè)腿部支撐件可包括一個(gè)膝關(guān)節(jié)，分別連接至大腿連桿和小腿連桿，以使腿部支撐件能進(jìn)行彎曲和伸展。該外骨骼包括外骨骼軀干，其具有上身接口裝置，用于連接至人的上身。所述外骨骼軀干通過髖關(guān)節(jié)可旋轉(zhuǎn)地連接至腿部支撐件，所述髖關(guān)節(jié)使腿部支撐件能圍繞髖部屈伸軸旋轉(zhuǎn)?？蛇x擇地，所述外骨骼進(jìn)一步包括兩個(gè)髖部扭矩發(fā)生器，其適于在所述外骨骼軀干與所述腿部支撐件之間產(chǎn)生扭矩。所述外骨骼軀干適于使負(fù)載連接至外骨骼軀干的后方(例如，背包)和前方。所述前方負(fù)載連接至承載裝置(load bearing device),該承載裝置從所述外骨骼軀干在人體軀干前方延伸。所述承載裝置連接至傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)連接至具有承載線(load bearing lines)的末端感受器。所述末端感受器連接至前方負(fù)載,并使所述傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)舉起和降低前方負(fù)載。這些裝置(卷軸、末端感受器、線以及承載裝置)共同構(gòu)成人力量放大器?？稍O(shè)置接口，使使用者能夠控制所述人力量放大器，以選擇性地提升或降低可連接負(fù)載的承載線。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述人力量放大器包括人機(jī)交互傳感器，其連接至末端感受器的手柄上，該手柄通過所述末端感受器測量人施加在所述負(fù)載上的力。在該實(shí)施例中，所述人力量放大器還包括控制器，該控制器接收人機(jī)交互傳感器的測量值，并控制所述傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)。所述控制器控制所述傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)，從而基于人施加至所述人機(jī)交互傳感器上的力的測量值，將力所述前方負(fù)載上。人僅需施加大小為總負(fù)載較少百分比的力，從而人施加的力可被有效地放大。平衡重力裝置(counterweight device)連接至所述外骨骼軀干的背面?zhèn)?。使用時(shí)，通過平衡力執(zhí)行器使所述平衡重力裝置的輔助質(zhì)量塊繞樞轉(zhuǎn)軸移動(dòng)，從而平衡平衡重力裝置施加至所述外骨骼軀干上的力和連接至所述外骨骼的前方負(fù)載。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，控制器與一個(gè)或多個(gè)傳感器相連，該傳感器適于測量由于前方負(fù)載產(chǎn)生的力。使用時(shí)，所述控制器計(jì)算由所述輔助質(zhì)量塊產(chǎn)生的沿髖部屈伸軸的力矩，以及前方負(fù)載的所述線上向下的力產(chǎn)生的力矩，并自動(dòng)將所述輔助質(zhì)量塊移動(dòng)至可合適地平衡所述兩個(gè)力矩的位置。下面結(jié)合附圖，通過對優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)的描述，可更加清楚的了解本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的外骨骼的前透視圖。
具體實(shí)施例方式首先如圖I所示，包括負(fù)載處理系統(tǒng)的外骨骼100，其可由人穿用，并允許其穿用者攜帶位于人前方的負(fù)載。下肢外骨骼100包括第一和第二腿部支撐件101和102，其適于連接至人的下肢(即，至少人腿的一部分)，并在靜止階段擱置在地面上。第一和第二腿部支撐件101、102分別包括大腿連桿103和104和小腿連桿105和106。雖然不是必需的，特別是在本發(fā)明應(yīng)用至非擬人化的配置中(未示出)，第一和第二膝關(guān)節(jié)107和108優(yōu)選用于連接相應(yīng)的大腿連桿103、104和小腿連桿105、106，并使大腿連桿103、104和小腿連桿105、106在相應(yīng)腿部支撐件101、102的擺動(dòng)階段時(shí)，可彎曲和伸展。在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二膝關(guān)節(jié)107、108設(shè)置為在所述相應(yīng)的腿部支撐件101、102的靜止階段，分別抵抗小腿連桿105、106和大腿連桿103、104之間的彎曲。外骨骼100還包括外骨骼軀干109，其具有上身接口裝置112。該外骨骼軀干109通過上身接口裝置112連接至人的上身。術(shù)語“上身”，指的是任何通常位于大腿以上的位置，包括臀部。雖然上身接口裝置112在圖I中描述為簡單的腰帶，但是其可包括，但不限于，背心、腰帶、帶子、肩帶、胸帶、主體鑄件、安全帶和腰帶等。外骨骼軀干109可旋轉(zhuǎn)地連接至位于髖屈伸關(guān)節(jié)125、126上的第一和第二腿部支撐件101、102，使腿部支撐件101、102可分別繞髖部屈伸軸128、129進(jìn)行髖屈伸旋轉(zhuǎn)。第一和第二腿部支撐件101、102設(shè)置為通過下肢接口元件135、136連接至人的下肢。在如圖I所示的實(shí)施例，下肢連接件135、136連接至相應(yīng)的大腿連桿103、104，然而元件135、136可替換地連接至小腿連桿106、107，或者直接或間接地都連接至大腿連桿103、104和小腿連桿105、106。每個(gè)下肢接口元件135、136包括元件或元件的組合,所述元件包括但不限于皮帶、桿、C-形支架、主體鑄件和彈性體。操作時(shí)，人優(yōu)選通過上身接口裝置112連接至或穿著外骨骼100，并通過下肢接口元件135、136連接至第一和第二腿部支撐件101、102?？蛇x擇地，外骨骼100也可包括兩個(gè)髖部扭矩發(fā)生器145、146，該髖部扭矩發(fā)生器設(shè)置為在外骨骼軀干109和第一和第二腿部支撐件101、102之間產(chǎn)生扭矩。因?yàn)樯厦嬗懻摰耐夤趋?00的部件在本領(lǐng)域是已知的，為了完整性也被包括在內(nèi)，此處不再詳細(xì)論述。相反，本發(fā)明具體涉及用于外骨骼100的負(fù)載處理系統(tǒng)，以及其使用方法，現(xiàn)在將要詳細(xì)論述。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的所述負(fù)載處理系統(tǒng)包括由輔助質(zhì)量塊202限定的平衡重力裝置200，該輔助質(zhì)量塊202可旋轉(zhuǎn)地連接至平衡力執(zhí)行器203，用于繞樞轉(zhuǎn)軸204運(yùn)動(dòng)。平衡力執(zhí)行器203反過來固定至外骨骼軀干109的背部。使用時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)裝置，如具有與樞轉(zhuǎn)軸204同軸的軸的電動(dòng)機(jī)，輔助質(zhì)量塊202可選擇地繞平衡力樞轉(zhuǎn)軸204旋轉(zhuǎn)，輔助質(zhì)量塊202鍵入該軸，或者線性執(zhí)行器連接外骨骼軀干109和輔助質(zhì)量塊202，從而當(dāng)攜帶前方負(fù)載210時(shí)，轉(zhuǎn)移外骨骼100的重心。在一個(gè)實(shí)施例中，使用者利用與平衡力執(zhí)行器203相連的控制器208及相關(guān)控制接口 209來選擇地相對于外骨骼軀干109移動(dòng)輔助質(zhì)量塊202。例如，當(dāng)位于操作者前方的負(fù)載是高的，例如負(fù)載210，輔助質(zhì)量塊202可選擇地向使用者更遠(yuǎn)的尾部旋轉(zhuǎn)，如圖I中的箭頭A所示，從而至少部分地平衡髖部屈伸軸128、129周圍的負(fù)載210的重量。雖然沒有描述，但是應(yīng)該理解的是，輔助質(zhì)量塊202還可包括 垂直于軸204的可動(dòng)軸，以從一側(cè)到另一側(cè)移動(dòng)輔助質(zhì)量塊202。雖然不是優(yōu)選的，也可替換地相對于外骨骼軀干109手動(dòng)移動(dòng)輔助質(zhì)量塊202。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，平衡重力裝置200結(jié)合人力量放大器220形式的承載裝置一起使用。如圖I所描述的，人力量放大器220包括第一和第二負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置222和223。在所示優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置222、223為曲柄，每個(gè)曲柄包括各自的傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)226、227，該傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)適于卷入或卷出(舉起或降低)承載線230、231。在一個(gè)實(shí)施例中，使用者接口 209可被用于驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)226、227，以選擇地舉起或降低線230、231。線230、231可以是具有高拉伸強(qiáng)度的任何彈性材料，包括但不限于，電線、鋼索、帶子和繩子。每個(gè)線230、231包括連接至其上的末端感受器232、233，用于將線230、231連接至負(fù)載。雖然末端感受器展示為手柄型裝置，但是末端感受器可以是任何將線230、231連接至負(fù)載的形式。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)末端感受器230、231包括手柄部分234、235和簡單掛鉤236、237，用于連接負(fù)載，如負(fù)載210。應(yīng)該理解的是，負(fù)載210可以為任何形式的負(fù)載，其能夠被連接至末端感受器232、233，并且該負(fù)載在人力量放大器220和外骨骼100的重量耐受水平以內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)末端感受器232、233包括傳感器240、241。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器240、241為人機(jī)交互傳感器,其位于相應(yīng)的手柄部分234,235上，并適于測量操作者通過手柄234、235和所述末端感受器232、233施加至負(fù)載210上的力。在該實(shí)施例中，基于所述人機(jī)交互傳感器240、241上的人力的測量數(shù)據(jù)，控制器208可控制傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)226、227，從而將操作者施加至負(fù)載210上的力有效地?cái)U(kuò)大。在一個(gè)最簡單的實(shí)施例中，控制器208配置為施加力至負(fù)載210，該力與人機(jī)交互傳感器240、241上測得的力成比例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員清楚，有很多根據(jù)這種控制規(guī)律的實(shí)施例。第一和第二負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置222、223還包括肩帶形式的導(dǎo)件244、245，其適于沿穿用者的肩膀延伸。導(dǎo)件244、245也可作為上身接口裝置。優(yōu)選地，導(dǎo)件244、245為剛性承載肩帶，防止附加負(fù)載(如負(fù)載210)提供的負(fù)載力直接承載在穿用者肩膀上。根據(jù)本發(fā)明，控制器或微處理器208與傳感器240、241和/或傳感裝置262、263相連，其適于測量由負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置222、223施加至線230、231上的力。為了清楚，圖I僅展示了控制器208和傳感器240、262之間的線，但是，應(yīng)該理解控制器208也和傳感器241、263相連?？刂破?08計(jì)算由輔助質(zhì)量塊202在髖部屈伸軸128、129周圍產(chǎn)生的力矩以及由施加的負(fù)載，如位于使用者前方的負(fù)載210，線230、231上向下的力產(chǎn)生的力矩。基于該計(jì)算結(jié)果，控制器208隨后自動(dòng)地將輔助質(zhì)量塊202移動(dòng)至大致使兩個(gè)力矩平衡的合適位置。應(yīng)該理解，從人機(jī)交互傳感器240、241得到的數(shù)據(jù)足以計(jì)算由施加的負(fù)載在髖部屈伸軸128、129周圍產(chǎn)生的力矩。但是，所述傳感器240、241和傳感器262、263也可結(jié)合使用，從而對施加的負(fù)載在髖部屈伸軸128、129周圍產(chǎn)生的力矩進(jìn)行更準(zhǔn)確的估計(jì)。此時(shí)，還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到所述傳感器240、241可執(zhí)行雙重功能，即，作為人機(jī)交互傳感器以及測量所述負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置施加的力。雖然描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該很容易理解，在不脫離本發(fā)明精神的前提下，可以作出各種變化和/或修改。例如，注意到本領(lǐng)域技術(shù)人員可使可移動(dòng)的輔助質(zhì)量塊線性或擺動(dòng)地在鏈接型的機(jī)構(gòu)上移動(dòng)，而不是旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。也就是，雖然展示了繞軸旋轉(zhuǎn)的輔 助質(zhì)量塊，但是可以適用任何用于移動(dòng)所述輔助質(zhì)量塊力和相對于髖部屈伸軸向后、易產(chǎn) 生理想效果的機(jī)構(gòu)。此外，所述機(jī)構(gòu)可使所述輔助質(zhì)量塊從一側(cè)移動(dòng)至另一側(cè)，以平衡從一側(cè)到一側(cè)不平衡的力矩。此外，還應(yīng)該理解，本發(fā)明的人力量放大器可在沒有平衡重力裝置時(shí)，單獨(dú)使用。最后，雖然圖I中展示了包括兩個(gè)髖部扭矩發(fā)生器，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述外骨骼可構(gòu)造為不具有所述髖部扭矩發(fā)生器。具體地，由于所述輔助質(zhì)量塊的使用，當(dāng)在所述髖部屈伸軸周圍的所述外骨骼軀干上的凈力矩接近零時(shí)，該實(shí)施例可被實(shí)施。在這種情況下，因?yàn)樗鐾夤趋赖拇┯谜呖商峁┰谪?fù)載情況下，保持外骨骼軀干直立少量剩余扭力，所述髖扭矩發(fā)生器的需要大大減少或甚至不再需要。通常，本發(fā)明僅由以下權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種外骨骼，其包含用于連接至人的負(fù)載處理系統(tǒng)，所述外骨骼包括 第一和第二腿部支撐件，其適于連接至人的下肢，并在靜止階段擱置在支撐表面上； 外骨骼軀干，用于連接至人的上身，所述外骨骼軀干在各髖關(guān)節(jié)處與所述第一和第二腿部支撐件中的每一個(gè)相互連接，以允許所述第一和第二腿部支撐件與所述外骨骼軀干之間圍繞各個(gè)髖部軸的彎曲和伸展； 人力量放大器，包括第一負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置，該裝置包括連接至第一線的第一傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)；第一末端感受器，位于所述第一線上，并用于連接至負(fù)載；第一導(dǎo)件，所述第一導(dǎo)件在所述外骨骼軀干的前方位置支撐所述第一末端感受器；以及負(fù)載轉(zhuǎn)移執(zhí)行器，所述負(fù)載轉(zhuǎn)移執(zhí)行器選擇性地操作所述第一傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)，以相對于所述外骨骼軀干選擇性地提升或降低所述第一線；以及 平衡重力裝置，包括輔助質(zhì)量塊，該輔助質(zhì)量塊通過所述執(zhí)行器連接至所述外骨骼軀干，從而使得所述輔助質(zhì)量塊在所述外骨骼軀干后面的位置延伸，其中所述執(zhí)行器被選擇性地啟動(dòng)，以使所述輔助質(zhì)量塊的重心相對于所述外骨骼軀干轉(zhuǎn)移。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外骨骼，其特征在于，還包括至少一個(gè)髖部扭矩發(fā)生器，用于在所述外骨骼軀干和所述第一和第二腿部支撐件的其中之一之間產(chǎn)生扭矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外骨骼，其特征在于，所述人力量放大器還包括 第一手柄，位于所述第一末端感受器上，該第一手柄用于被人抓握； 第一人機(jī)交互傳感器，所述第一人機(jī)交互傳感器用于感受由人施加至所述第一手柄上的力；以及 控制器，所述控制器至少部分基于所述第一人機(jī)交互傳感器感受的力，通過所述第一傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)在所述負(fù)載上施加力。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外骨骼，其特征在于，所述人力量放大器還包括 第一負(fù)載傳感器，所述第一負(fù)載傳感器用于感受由所述第一末端感受器支撐的負(fù)載施加的力；以及 與所述第一負(fù)載傳感器和所述執(zhí)行器相連的控制器，其中，所述控制器至少部分地基于所述第一負(fù)載傳感器感受的力，操作所述執(zhí)行器，以轉(zhuǎn)移所述輔助質(zhì)量塊的重心。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外骨骼,其特征在于，所述第一負(fù)載傳感器位于所述第一末端感受器內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外骨骼，其特征在于，所述第一負(fù)載傳感器位于所述第一負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外骨骼，其特征在于，由于所述負(fù)載，所述控制器操作所述執(zhí)行器，以將所述輔助質(zhì)量塊的重心轉(zhuǎn)移至使所述外骨骼平衡的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外骨骼，其特征在于，所述第一導(dǎo)件為承載肩帶形式，以使其在所述外骨骼的穿用者的背部延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外骨骼，其特征在于，所述人力量放大器還包括 第二負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置，包括連接至第二線的第二傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)； 第二末端感受器，位于所述第二線，并配置為連接至負(fù)載； 第二導(dǎo)件，所述第二導(dǎo)件在所述外骨骼軀干的前方位置支撐所述第二末端感受器；以及其中所述負(fù)載轉(zhuǎn)移執(zhí)行器選擇性地操作所述第一和第二傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)，以相對于所述外骨骼軀干選擇性地提升或降低所述第一和第二線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的外骨骼，其特征在于，所述人力量放大器還包括 第一手柄，位于所述第一末端感受器上，該第一手柄用于被人抓握； 第二手柄，位于所述第一末端感受器上，該第二手柄用于被人抓握； 第一人機(jī)交互傳感器，所述第一人機(jī)交互傳感器用于感受由人施加至所述第一手柄上的力； 第二人機(jī)交互傳感器，所述第二人機(jī)交互傳感器用于感受由人施加至所述第二手柄上的力；以及 控制器，所述控制器至少部分基于所述第一和第二人機(jī)交互傳感器感受的力，通過所述第二傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)在所述負(fù)載上施加力。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的外骨骼，其特征在于，所述人力量放大器還包括 第一負(fù)載傳感器，所述第一負(fù)載傳感器用于感受由所述第一末端感受器支撐的負(fù)載施加的力； 第二負(fù)載傳感器，所述第二負(fù)載傳感器用于感受由所述第二末端感受器支撐的負(fù)載施加的力；以及 與所述第一和第二負(fù)載傳感器以及所述執(zhí)行器相連的控制器，其中，所述控制器至少部分地基于所述第一和第二負(fù)載傳感器感受的力，操作所述執(zhí)行器，以轉(zhuǎn)移所述輔助質(zhì)量塊的重心。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的外骨骼，其特征在于，所述第二負(fù)載傳感器位于所述第二末端感受器內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的外骨骼，其特征在于，所述第二負(fù)載傳感器位于所述第二負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的外骨骼，其特征在于，由于所述負(fù)載，所述控制器操作所述執(zhí)行器，以將所述輔助質(zhì)量塊的重心轉(zhuǎn)移至使所述外骨骼平衡的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的外骨骼，其特征在于，所述第二導(dǎo)件為承載肩帶形式，以使其在所述外骨骼的穿用者的背部延伸。
16.一種包括負(fù)載處理系統(tǒng)的外骨骼，其配制為連接至人，所述外骨骼包括 第一和第二腿部支撐件，其適于連接至人的下肢，并在靜止階段擱置在支撐表面上； 外骨骼軀干，用于連接至人的上身，所述外骨骼軀干在各髖關(guān)節(jié)處與所述第一和第二腿部支撐件中的每一個(gè)相互連接，以允許所述第一和第二腿部支撐件與所述外骨骼軀干之間圍繞各個(gè)髖部軸的彎曲和伸展； 承載裝置，所述承載裝置連接至所述外骨骼軀干，并用于支撐所述外骨骼的穿用者前方的負(fù)載；以及包括輔助質(zhì)量塊的平衡重力裝置，所述輔助質(zhì)量塊通過執(zhí)行器連接至所述外骨骼軀干，從而使所述輔助質(zhì)量塊在所述外骨骼軀干的后面位置延伸，其中所述執(zhí)行器被選擇性地驅(qū)動(dòng)，以相對于所述外骨骼軀干轉(zhuǎn)移所述輔助質(zhì)量塊的重心。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的外骨骼，其特征在于，還包括至少一個(gè)髖部扭矩發(fā)生器，所述髖部扭矩發(fā)生器用于在所述外骨骼軀干和所述第一和第二腿部支撐件的其中之一之間產(chǎn)生扭矩。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的外骨骼，其特征在于，所述承載裝置包括負(fù)載肩帶，其沿著所述外骨骼的穿用者的肩部延伸。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的外骨骼，其特征在于，所述承載裝置包括至少一個(gè)傳感器，所述傳感器適于感受由所述承載裝置上的負(fù)載施加的力，并且所述外骨骼進(jìn)一步包括 控制器，所述控制器與至少一個(gè)傳感器和所述執(zhí)行器相連，其中所述控制器至少部分地基于所述至少一個(gè)傳感器感受的力，操作所述執(zhí)行器，以轉(zhuǎn)移所述輔助質(zhì)量塊的重心。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的外骨骼，其特征在于，還包括控制器，所述控制器與所述輔助質(zhì)量塊的執(zhí)行器相連，其中所述控制器用于使使用者選擇性地操作所述輔助質(zhì)量塊的執(zhí)行器，以相對于所述外骨骼軀干轉(zhuǎn)移所述輔助質(zhì)量塊的重心。
21.一種包括負(fù)載處理系統(tǒng)的外骨骼，其配制為連接至人，所述外骨骼包括 第一和第二腿部支撐件，其適于連接至人的下肢，并在靜止階段擱置在支撐表面上； 外骨骼軀干，用于連接至人的上身，所述外骨骼軀干在各髖關(guān)節(jié)處與所述第一和第二腿部支撐件中的每一個(gè)相互連接，以允許所述第一和第二腿部支撐件與所述外骨骼軀干之間圍繞各個(gè)髖部軸的彎曲和伸展； 以及人力量放大器，包括第一負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置，包括連接至第一線的傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)；第一末端感受器，位于所述第一線上，并連接至負(fù)載；第一導(dǎo)件，所述第一導(dǎo)件在所述外骨骼軀干的前方位置支撐所述第一末端感受器；以及負(fù)載轉(zhuǎn)移執(zhí)行器，所述負(fù)載轉(zhuǎn)移執(zhí)行器選擇性地操作所述第一傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)，以相對于所述外骨骼軀干選擇性地提升或降低所述第一線。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的外骨骼，其特征在于，還包括至少一個(gè)髖部扭矩發(fā)生器，所述髖部扭矩發(fā)生器用于在所述外骨骼軀干和所述第一和第二腿部支撐件的其中之一之間產(chǎn)生扭矩。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的外骨骼，其特征在于，所述人力量放大器還包括 第一手柄，位于所述第一末端感受器上，該第一手柄用于被人抓握； 第一人機(jī)交互傳感器，所述第一人機(jī)交互傳感器用于感受由人施加至所述第一手柄上的力；以及 控制器，所述控制器至少部分基于所述第一人機(jī)交互傳感器感受的力，通過所述第一傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)在所述負(fù)載上施加力。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的外骨骼，其特征在于，所述人力量放大器還包括 第二手柄，位于所述第一末端感受器上，該第二手柄用于被人抓握； 第二人機(jī)交互傳感器，所述第二人機(jī)交互傳感器用于感受由人施加至所述第一手柄上的力；以及 控制器，所述控制器至少部分基于所述第一和第二人機(jī)交互傳感器感受的力，通過至少所述第一傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)在所述負(fù)載上施加力。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的外骨骼，其特征在于，所述第一導(dǎo)件為承載肩帶形式，以使其在所述外骨骼的穿用者的背部延伸。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的外骨骼，其特征在于，所述人力量放大器還包括 第二負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置，包括連接至第二線的第二傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)； 第二末端感受器，位于所述第二線，并用于連接至負(fù)載； 第二導(dǎo)件，所述第二導(dǎo)件在所述外骨骼軀干的前方位置支撐所述第二末端感受器；以及其中所述負(fù)載轉(zhuǎn)移執(zhí)行器選擇性地操作所述第一和第二傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)，以相對于所述外骨骼軀干選擇性地提升或降低所述第一和第二線。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的外骨骼，其特征在于，所述第二導(dǎo)件為承載肩帶形式，以使其在所述外骨骼的穿用者的背部延伸。
28.一種用于平衡外骨骼前方負(fù)載的方法，所述外骨骼包括第一和第二腿部支撐件，其適于連接至人的下肢，并在靜止階段擱置在支撐表面上；外骨骼軀干，用于連接至人的上身，所述外骨骼軀干在各髖關(guān)節(jié)處與所述第一和第二腿部支撐件中的每一個(gè)相互連接，以允許所述第一和第二腿部支撐件與所述外骨骼軀干之間圍繞各個(gè)髖部軸的彎曲和伸展；所述方法包括將前方負(fù)載附加至所述外骨骼軀干，從而使所述前方負(fù)載在所述外骨骼軀干前方延伸；以及轉(zhuǎn)移位于所述外骨骼軀干后面的輔助質(zhì)量塊的位置，從而相對于所述外骨骼軀干轉(zhuǎn)移所述輔助質(zhì)量塊的重心。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述負(fù)載連接至包括傳感器的承載裝置，所述外骨骼進(jìn)一步包括控制器，所述控制器與所述承載裝置以及所述輔助質(zhì)量塊的執(zhí)行器相連，所述方法還包括 通過所述傳感器感受所述承載裝置上的負(fù)載施加的力；以及 其中相對于所述外骨骼軀干轉(zhuǎn)移所述輔助質(zhì)量塊的位置的步驟包括將所述輔助質(zhì)量塊轉(zhuǎn)移至可大致平衡所述負(fù)載的位置。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，還包括 通過所述控制器測量由所述輔助質(zhì)量塊在所述髖部軸周圍產(chǎn)生的第一力矩，以及由所述承載裝置上的負(fù)載向下力產(chǎn)生的第二力矩，其中該測量結(jié)果用于通過平衡所述第一和第二力矩確定適合于大致平衡所述負(fù)載的位置。
31.一種相對于外骨骼轉(zhuǎn)移負(fù)載的方法，所述外骨骼包括第一和第二腿部支撐件，其適于連接至人的下肢，并在靜止階段擱置在支撐表面上；外骨骼軀干，用于連接至人的上身，所述外骨骼軀干在各髖關(guān)節(jié)處與所述第一和第二腿部支撐件中的每一個(gè)相互連接，以允許所述第一和第二腿部支撐件與所述外骨骼軀干之間圍繞各個(gè)髖部軸的彎曲和伸展；所述方法包括將第一負(fù)載連接至第一末端感受器，所述第一末端感受器位于第一線上，該第一線連接至從所述外骨骼延伸出的第一負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置的第一傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)；并且驅(qū)動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)移執(zhí)行器，以選擇性地操作所述第一傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)，從而相對于所述外骨骼軀干選擇性地提升或降低所述第一線。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述外骨骼進(jìn)一步包括連接至所述第一末端感受器上的手柄和人機(jī)交互傳感器，所述人機(jī)交互傳感器適于測量人施加在所述手柄上的力，所述方法還包括控制所述第一傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)，以至少部分基于所述第一人交互傳感器的測量數(shù)據(jù)，將力施加至所述負(fù)載。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，還包括 將第二負(fù)載連接至第二末端感受器，所述第二末端感受器位于第二線上，該第二線連接至從所述外骨骼延伸出的第二負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置的第二傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)；并且驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載轉(zhuǎn)移執(zhí)行器，以選擇性地操作所述第二傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)，從而以相對于所述外骨骼軀干選擇性地提升或降低所述第二線。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述外骨骼還包括分別連接至所述第一和第二末端感受器的第一和第二手柄，所述第一和第二手柄中的每一個(gè)都包括人機(jī)交互傳感器，該人機(jī)交互傳 感器適于測量人施加在相應(yīng)手柄上的力，所述方法還包括控制所述第一和第二傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)，以至少部分地基于所述第一和第二人機(jī)交互傳感器的測量數(shù)據(jù)，在所述第一和第二負(fù)載上施加力。
全文摘要
一種外骨骼(100)，用于連接至人，包括外骨骼軀干(109)，該外骨骼軀干在相應(yīng)的髖關(guān)節(jié)(125、126)處連接至第一和第二腿部支撐件(101、102)，該髖關(guān)節(jié)允許繞相應(yīng)的髖部軸(128、129)彎曲和伸展。平衡重力裝置(200)包括輔助質(zhì)量塊(202)，該輔助質(zhì)量塊通過執(zhí)行器(203)連接至所述外骨骼軀干(109)，從而所述輔助質(zhì)量塊(202)在所述外骨骼軀干(109)的后面位置延伸。前方負(fù)載通過承載裝置(220)由所述外骨骼(100)支撐，所述承載裝置(220)包括負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置(222、223)，用于選擇地操作傳動(dòng)卷軸機(jī)構(gòu)(226、227)，以相對于所述外骨骼軀干(109)舉起或降級(jí)所述前方負(fù)載(210)。所述輔助質(zhì)量塊(202)選擇性地相對于所述外骨骼軀干(109)移動(dòng)，以平衡由所述輔助質(zhì)量塊(202)產(chǎn)生的位于所述髖部軸(128、129)周圍的力矩以及由所述承載裝置(220)上的負(fù)載(210)向下的力產(chǎn)生的力矩。
文檔編號(hào)B66D1/00GK102811938SQ201180018302
公開日2012年12月5日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者內(nèi)森·哈丁, 庫爾特·阿蒙森, 喬恩·彭斯, 阿什登·安爾格德, 亞當(dāng)·佐斯, 荷梅勇·卡扎若尼 申請人:艾克索仿生技術(shù)公司