外骨骼的致动系统技术方案

一种外骨骼(100)，包括：框架(106)；以及致动系统(104)。该致动系统(104)包括：传动器件(114)；被动关节机构(110)，所述被动关节机构将所述框架(106)连接到所述传动器件(114)，所述被动关节机构(110)具有4杆式连杆组件；以及驱动系统(112)，所述驱动系统将所述被动关节机构接合到所述传动器件(114)上，并设置为能驱动所述传动器件(114)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】外骨骼的致动系统
本专利技术涉及一种被动关节机构，该被动关节机构能在外骨骼(例如，具有人机界面的活动盆骨矫形设备(APO))的致动系统中提供被动自由度。
技术介绍
外骨骼正在成为满足医疗和工业应用需求的有用的工具。这些设备设置为能产生机械动力并将其传递给人体关节。为了工作，这些设备必须在人体关节与外骨骼的旋转轴之间实现最佳的运动学耦合和兼容性。外骨骼通常具有根据预期用途而设置得不同的机电设计、控制系统和人机界面。外骨骼的一个常见问题是人体关节和机器人关节之间的不对齐，这可能会导致有非预期的力施加在人体关节上，从而导致不适或受伤。这些非预期的力可能会导致在人的肢体上不正确的施力，从而导致不可靠的扭矩传递和来自壳体或其他用于固定人肢体的机构的刮擦，并导致运动效率低下且顺应性差。使人体关节与机器人关节始终对齐是困难的，部分原因是各人的人体结构之间存在差异。另一个原因是，即使人体关节与机器人关节正确对齐，然而由于用户的身体形状不一致且复杂，并且在一定的运动范围内会发生波动，所以人体关节不能完全地旋转。鉴于以上考虑，许多外骨骼都有调节机构或被动自由度(DoF)，以使设备与人体相符合。目前已经发现，通过在外骨骼关节上添加被动DoF来分解关节旋转和平移，可以避免人体关节承载非预期的平移力。外骨骼的一个例子是一种活动骨盆矫形设备(APO)，它是一种可穿戴的外骨骼，设置为用于改善步态能量效率，尤其是受到髋关节损伤影响时的步态能量效率。APO可以是WO2016/128877中所描述的类型，它采用一串或一系列被动DoF来允许人体屈伸轴与控制或致动系统对齐，以使用户进行髋关节外展/内收旋转，以及内/外旋转。APO包含人机界面，使得即使通过外骨骼的用户关节的控制或致动系统进行了激活，也可以确保舒适度。尽管外骨骼有所进步，但外骨骼仍然存在改进的机会和需要，从而通过提供一种设置为用于提供DoF来改善用户步态的致动系统来在提供舒适度与功效之间取得平衡。现有的外骨骼存在局限性，因为致动器在设备上的位置不是最理想的，这会引起不适感并增加体积。现有的设备将致动器定位在用户的髋部上方，并在用户的股骨头后方对准一个或多个旋转轴。这就产生了问题，因为在整个步态周期中用户髋部的运动会导致致动器的相关运动，这会干扰用户的腿部，引起不适，并要求致动器从框架和用户身体向后伸出。由于笨重的致动器位于用户的臀部和下背部附近，因此这也导致就坐困难且不适。一串或一系列被动DoF缺乏平稳、直观的操作，这增加了使用的难度和不适，因为必须在一系列有限的方向上对致动系统进行调节。需要一种外骨骼的致动系统，其能克服现有设备中的这些问题，且不损害从机器人关节传递力的有效性。
技术实现思路
本专利技术的一些实施例涉及一种外骨骼中的致动系统，其包括至少一个提供被动自由度的被动关节机构，外骨骼例如为具有人机界面的活动骨盆矫正器(APO)。这些实施例的优势在于：在使用期间可对到用户的活动区域中的移动进行限制，而不会妨碍用户的步态。APO可以在用户的一个或两个髋部处提供辅助的、成对的屈伸致动器或致动系统。APO中的外骨骼结构从用户的躯干延伸到髋部，以及用户下肢的至少一部分处。致动系统具有有限的横向尺寸，从而允许用户自由移动手臂，例如允许手臂在用户的侧部自由摆动。这种有限的横向阻碍是致动器定位在系统本身的背面和用户的后端侧的结果。致动系统使用户可以自由地进行腿部的外展内收运动，而不会妨碍用户的步态。致动系统还可提供髋部的内外旋转，从而实现致动器在外骨骼的框架上的“浮动”构造。根据一些实施例中的致动系统的位置和构造，致动系统构造为能适应用户的不同的人体测量值或尺寸。该系统可以包括传动器件，该传动器件基本上平行于用户的矢状面延伸，并具有可调节的纵向尺寸，以允许用户选择致动器与连杆之间的距离，该连杆用于将辅助力或辅助效果传递到用户大腿的关节段。致动系统构造为使得其髋部屈伸轴线与其髋部外展/内收轴线在一点上相重合，在使用时，该点对应于用户的股骨头的中心，而不像现有的设备那样将致动器直接定位在股骨头附近。这可以通过上述对传动器件的纵向延伸程度的调节以及利用致动系统在用户的冠状面上的宽度的相应调节来实现。外展/内收控制的实施例是通过大体上位于用户的腰椎或躯干区域附近的连杆组件或关节来实现的，这与将关节定位在用户的髋部上方的过去的研究和设备相反。这些实施例的优点在于：减轻了对用户腿部的干扰，并将连杆组件安装在用户步态期间用户具有相对较少运动的区域上。这改善了就坐的舒适性，并减小了致动器件与用户身体之间的距离。连杆组件大体上保持与过去的研究和设备相同的旋转中心。本专利技术的致动系统有利地提供了增强的舒适性和顺应性，而不损害外骨骼、致动器等的有效性。致动系统的一些实施例使APO能与用户关节(包括被动关节)的自由度、角度延伸以及一般的运动学特征相兼容。这些实施例着重于用于内收/外展的被动关节机构，其依赖于作为多杆式连杆组件的连杆组件，使得连杆组件位于远离旋转中心的位置，同时仍可提供有效且稳定的致动系统旋转，以适应髋部的内收/外展和旋转。致动系统的一些实施例能有效地辅助许多体育活动，特别是在地平面和上/下坡上行走、上/下台阶、就坐/站立(“从坐到站”)或相反的转变，并且大体上可用于参与下肢康复的肌动活动。通过以下说明、随附的权利要求书和附图可以更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面及优势。附图说明图1显示了现有技术中的用于APO的致动系统的立体图。图2显示了图1中的现有技术中的致动系统的左侧方面细节图。图3显示了根据本专利技术的APO中的致动系统的一个实施例的立体图。图4显示了图3中的致动系统的实施例的右侧方面的细节图。图5A显示了图3中的致动系统的实施例的被动关节机构处于第一位置的截面图。图5B显示了图5A中的致动系统的被动关节机构处于第二位置的截面图。图6A显示了图3中的致动系统的实施例的部分立体图。图6B显示了图6A中的致动系统的细节图。图7A显示了图3中的致动系统的实施例处于内收状态的后视立体截面图。图7B显示了图7A中的后视立体截面图，其中在被动关节机构上没有壳体，以显示处于至少一个内收位置的被动关节机构的连杆组件的位置。图8A显示了图3中的致动系统的实施例处于外展状态的后视立体截面图。图8B显示了图8A中的被动关节机构的后视立体截面图，其中在被动关节机构上没有壳体，以显示处于至少一个外展位置的被动关节机构的连杆组件的位置。图9A显示了能用于图3中的致动系统的实施例中的被动关节机构的另一实施例的立体图，其中在连杆组件上没有壳体。图9B显示了图9A中的实施例的立体图，其中在连杆组件上设有壳体。图10A显示了能用于图3中的致动系统的实施例的被动关节机构的另一实施例处于第一旋转位置的俯视立体图。图10B显示了图10A中的被动关节机构的实施例处于第二旋转位置的俯视立体图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外骨骼(100)中的制动系统(104)，包括：/n被动关节机构(110)；/n驱动系统(112)，所述驱动系统连接到所述被动关节机构(110)，并能根据所述被动关节机构(110)而定位；/n传动器件(114)，所述传动器件设置为能由所述驱动系统(112)所驱动；以及/n身体支撑件(116)，所述身体支撑件固定到所述传动器件(114)上。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180502 US 62/665,8051.一种外骨骼(100)中的制动系统(104)，包括：
被动关节机构(110)；
驱动系统(112)，所述驱动系统连接到所述被动关节机构(110)，并能根据所述被动关节机构(110)而定位；
传动器件(114)，所述传动器件设置为能由所述驱动系统(112)所驱动；以及
身体支撑件(116)，所述身体支撑件固定到所述传动器件(114)上。


2.根据权利要求1所述的致动系统(104)，其特征在于，所述被动关节机构(110)为多杆式连杆组件。


3.一种外骨骼(100)，包括：
框架(106)；以及
致动系统(104)，包括：
传动器件(114)，
被动关节机构(110)，所述被动关节机构将所述框架(106)连接到所述传动器件(114)，所述被动关节机构(110)具有4杆式连杆组件，
驱动系统(112)，所述驱动系统将所述被动关节机构接合到所述传动器件(114)上，并设置为能驱动所述传动器件(114)。


4.根据权利要求3所述的外骨骼(100)，其特征在于，还包括：连接到所述框架(106)的板(108)，所述4杆式连杆组件(110)连接到所述板(108)上；以及腿部支撑件(116)，所述腿部支撑件接合到所述传动器件(114)。


5.根据权利要求3所述的外骨骼(100)，其特征在于，所述被动关节机构(110)的旋转中心(CR2)与所述被动关节机构(100)间隔开。


6.根据权利要求4所述的外骨骼(100)，其特征在于，所述4杆式连杆组件(110)包括第一连杆(136)和第二连杆(138)，所述第一连杆(136)和第二连杆(138)分别具有与所述板(108)旋转式连接的第一连接部(118)和第二连接部(120)。


7.根据权利要求6所述的外骨骼(100)，其特征在于，在所述板(108)上设置有至少一个运动范围挡件(122,124,126)，所述至少一个运动范围挡件设置为能限制所述第一连杆(136)和第二连杆(138)中的至少一个的运动范围，并且其中，所述板(108)限定了至少一连串开口(128,130,132)，所述至少一连串开口设置为用于容纳所述至少一个运动范围挡件(122,124,126)。


8.根据权利要求6所述的外骨骼(100)，其特征在于，还包括壳体(134)，所述第一连接部(118)和第二连接部(120)相对于所述壳体延伸，至少所述第一连杆(136)能在所述壳体内旋转，所述壳体设置为至少能限制所述第一连杆(136)沿第一方向的运动范围。


9.根据权利要求8所述的外骨骼(100)，其特征在于，还包括第三连接部(140)和第四连接部(142)，所述第三连接部和第四连接部分别旋转式连接到所述驱动系统(112)、壳体(134)以及第一连杆(136)和第二连杆(138)。


10.根据权利要求8所述的外骨骼(100)，其特征在于，所述第一连杆(136)和第二连杆(138)设置为能相对于所述壳体(134)移动，所述第二连杆(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：马泰奥·摩斯，马可·穆斯科罗，弗朗西斯科·焦瓦基尼，尼古拉·维迪耶罗，
申请(专利权)人：IUVO公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT