本发明专利技术涉及一种可穿戴主动辅助装置，包括致动器，用于提供肢体辅助并经由至少一个力传递元件耦合至被主动辅助的肢体，至少一个力传递元件通过致动器伸长或缩短；以及控制件，具有用于来自多个传感器的信号的输入端，用于处理来自多个传感器的输入信号的信号处理级，以及用于根据经处理的传感器信号输出电机致动信号的输出级；其中，控制件还具有用于选择肢体辅助程度的肢体辅助程度选择输入端；并且其中，信号处理器级适于对与多个传感器当前检测到的运动或姿势相应地伸长或缩短的至少一个力传输元件的伸长量进行连续地建模，以根据被伸长或缩短的至少一个力传递元件的建模伸长量并响应于选择的最低肢体辅助程度输出连续致动器致动信号。致动器致动信号。致动器致动信号。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可穿戴主动辅助装置
[0001]本专利技术涉及可穿戴主动辅助装置。
技术介绍
[0002]可穿戴主动辅助装置是众所周知的。它们可特别用于辅助例如由于事故、由于近期手术、或由于其他医疗状况而在他或她的运动中受损的患者。可穿戴主动辅助装置不仅可以帮助患者以至少接近正常的方式运动，而且还可以用于帮助用户在没有辅助装置的情况下以正常的方式训练运动。这不仅可以通过主动辅助肢体运动来实现，还可以通过提供外部支撑和稳定性来实现。
[0003]当患者康复时或在疾病进展中患者的健康恶化之前，由该装置提供的辅助可能不需要为给定主动辅助装置提供可能的全部功率。通常，某些肢体根本不需要被辅助，或者不需要最大程度地辅助。具体地，例如在患者从事故中恢复的训练期间，逐渐减少辅助或将总体辅助减少到零可能是有帮助的。然而，这在标准的可穿戴主动辅助装置中是困难的。
[0004]在T.Kusaka等人于2010年7月6日至9日在加拿大蒙特利尔举行的国际先进智能机电一体化会议上发表的文件“Smart Suit for Horse Trainers
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Power and Skill Assist Based on Semi
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active Assist and Energy Control”(检查登录号11 769922)中，提出了一种动力辅助系统，其中通过调节弹性材料的拉伸或偏移来控制弹性材料产生的力。建议同步用户运动和辅助力，并且为此，建议采用一种周期性输入控制方法，其中周期性运动将随着马运动而变化，并且其中弹性材料的长度被调整为与马运动的时间段同步，以获得适当的辅助。
[0005]US 2018/0078391描述了基于估计关节扭矩的步行辅助，其需要用户的肌电图(EMG)数据和运动数据作为输入。基于不同的估计关节扭矩，将针对运动来设置装置的参数，这些参数特别用于模仿人体产生的关节扭矩。从DE 10 2012 219 429 A1中已知的装置通过测量致动器的剩余能量来进行控制，并且与剩余量检测器一起用于确定辅助程度。
[0006]从WO 2018/122106中已知一种软式可穿戴肌肉辅助装置，其中使用提供有控制信号的DC电机，在长度和位置方面缩短、或延长、或保持肌腱。控制器可以使用一些或多个运动和力传感器，其用于估计用户的姿势和/或运动意图、或当前运动。基于该信息，装置的控制器可以决定如何最佳地支撑用户的运动，例如，通过调节所施加的力以及关节刚度。建议传感器设置可包括位于腿的小腿和大腿部分的惯性测量单元(测量腿部运动)、在手臂的惯性测量单元(测量手臂运动)、以及在身体质心的惯性测量单元(测量躯干运动)。此外，建议将测力传感器放置在每个肌腱处以测量力。建议电机中的编码器连续地测量致动器的电机轴的旋转位置，从而估算肌腱的长度。应指出，测力传感器和编码器的组合、和/或仅编码器信号允许对系统中的刚度和/或力水平进行精细控制。还应指出，电机可以施加与重力影响相等的力并调节关节刚度。
[0007]从WO/2016/089466、WO/2015/157731和WO/2018/039354已知的依靠电缆来提供辅助力的可穿戴主动装置不能提供最小辅助、或不能紧跟穿戴者的运动。当不需要力时，这些
装置将切换到如下模式，其中在力传递电缆有足够的松弛度以允许用户不受限制地执行整个范围的运动。因此，这些系统无法在被意外地需要时立即传递力，因为它们必须首先克服过度的松弛。这不仅大大减少了这些系统的带宽，而且也不允许力传递的平稳开始。此外，该原理的能量效率也较低，因为它需要致动器主动馈送额外的电缆以产生足够的松弛度。
[0008]尽管一些已知的可穿戴主动辅助装置，特别是从WO2018/122106 A1已知的软式可穿戴肌肉辅助装置，为用户提供了很好的辅助，但是期望允许选择对一个肢体进行辅助或对多个肢体进行辅助的程度，即使所期望的辅助程度至少在某些时间对于用户而言为零或可忽略。此外，许多用户将期望更精确地提供实际所需的支撑。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的是提供工业应用的新颖性。
[0010]该目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中要求保护一些优选实施例。
[0011]根据本专利技术的第一基本思想，一种可穿戴主动辅助装置，包括：电机，该电机在使用中能致动以提供肢体辅助并经由至少一个力传递元件耦合至被主动辅助的肢体，该至少一个力传递元件通过该电机伸长或缩短；以及控制件，该控制件具有用于来自多个传感器的信号的输入端，用于处理来自该多个传感器的输入信号的信号处理级，以及用于根据经处理的传感器信号输出电机致动信号的输出级；建议其中，该控制件还具有用于选择肢体辅助程度的肢体辅助程度选择输入端；以及其中，该信号处理器级适于对与多个传感器当前检测到的运动相应地伸长或缩短的该至少一个力传递元件的伸长量进行建模，以及根据被伸长或缩短的至少一个力传递元件的当前建模的伸长量并响应所选择的最小肢体辅助程度来输出电机致动信号。
[0012]换句话说，建议了一种可穿戴主动辅助装置，其具有可选择的最小辅助程度，该最小辅助程度可以通过以如下方式致动通常辅助肢体的电机而接近零肢体辅助：根据基于多个传感器信号导出的模型来严格控制力传递元件的伸长量。这允许选择最小辅助而无需将致动器、电机等与肌腱解耦合。具体地，可能的情况是最小肢体辅助程度不是由穿戴该可穿戴主动辅助装置的用户自己选择的，而是由物理治疗师、理疗师、医生等来选择的，特别是甚至患者都未注意到。随着电机继续伸长或缩短至少一个力传递元件，即使在没有提供实际支撑的情况下，听到电机的用户也会有被支撑的印象。
[0013]因此，可穿戴式主动辅助装置的安慰剂效应可容易地进行测试，特别是在患者必须重建对他(或她)自己肌肉的信心的情况下。更重要的是，通过建模伸长量以及通过缩短和/或伸长至少一个力传递元件，在不管理疗师等的期望而仍必须为某些运动提供辅助的情况下，辅助可以并且将立即可用。应当注意，出于本专利技术的目的，肢体辅助程度选择输入被适配为使得在单元开启至少2个不同的支撑程度为可选的情况下，最小肢体辅助程度是这些可选的程度之一，即使该最小程度对应于零辅助。
[0014]注意，在优选实施例中，可以为人体的两侧选择不同的辅助程度，例如，对左腿的辅助与对右腿的辅助不同。在使用单独的致动器来辅助身体同一侧的肢体的情况下，还可能且有利的是为每个肢体选择不同的辅助程度。注意，可以通过简单地参考指示例如当前姿势的某些信号来对电机致动信号的输出进行建模，该当前姿势为将被辅助的肢体的屈曲
或弯曲状态，并且在力传递元件进一步运行跨过电机将辅助的肢体的一个关节的情况下(例如，由于一个电机的同时辅助将通过被适当地引导的力传递元件而提供给小腿、大腿和髋部)，可仅依靠测量关节角度、相应元件的定向、判断例如大腿处于垂直、水平还是中间位置等的传感器信号。不必确定当前对特定肢体需要最小辅助(优选为零辅助)的人是否正在根据特定模式移动，例如，步行、爬楼梯等。
[0015]因此，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可穿戴主动辅助装置，包括：致动器，该致动器用于提供肢体辅助并经由至少一个力传递元件耦合至被主动辅助的肢体，所述至少一个力传递元件通过所述致动器伸长或缩短；以及控制件，该控制件具有用于来自多个传感器的信号的输入端、用于处理来自所述多个传感器的输入信号的信号处理级、以及用于根据经处理的传感器信号输出电机致动信号的输出级；其中，所述控制件还具有用于选择肢体辅助程度的肢体辅助程度选择输入端；并且其中，所述信号处理器级适于对与所述多个传感器当前检测到的运动或姿势相应地伸长或缩短的所述至少一个力传输元件的伸长量进行连续地建模，以根据被伸长或缩短的所述至少一个力传递元件的建模伸长量并响应选择的最低肢体辅助程度来输出连续致动器致动信号。2.根据权利要求1所述的可穿戴主动辅助装置，其中，系统响应是以考虑到人体的物理特性，尤其是穿戴该装置的特定用户的特定物理特性的方式来确定的。3.根据权利要求1或2所述的可穿戴主动辅助装置，其中，所述控制件适于对力传递元件伸长量进行与用户的大小和体重无关的建模。4.根据权利要求1至3中任一项所述的可穿戴主动辅助装置，其中，所述多个传感器包括：陀螺仪和/或加速度计传感器、和/或磁力计传感器、和/或可伸缩传感器、和/或运动和/或角度传感器。5.根据权利要求4所述的可穿戴主动辅助装置，其中，所述多个传感器包括位于每条腿的多个肢体或关节中的每一个肢体或关节处的至少一个陀螺仪和/或加速度计传感器。6.根据权利要求5所述的可穿戴主动辅助装置，其中，一条腿的当前力传递元件伸长量是响应于来自两条腿的传感器信号而确定的。7.根据权利要求1至6中任一项所述的可穿戴主动辅助装置，其中，所述控制件适于对力传递元件伸长量进行建模，而与指示所述力传递元件中的力和/或张力的任何力指示信号或张力指示信号无关，尤其是与测力传感器测量信号无关。8.根据权利要求1至7中任一项所述的可穿戴主动辅助装置，其中，所述控制件适于以考虑到所述力传递元件的摩擦/或惯性的方式来对被伸长或缩短的所述至少一个力传递元件的伸长量进行建模。9.根据权利要求1至8中任一项所述的可穿戴主动辅助装置，其中，有弹性的弹性元件，尤其是弹簧，与被伸长或缩短的所述力传递元件串联地设置在所述肢体和所述致动器之间，并且其中，提供了用于将所述弹簧的伸长量限定于最大允许伸长量的限定器。10.根据权利要求9所述的可穿戴主动辅助装置，其中，所述有弹性的弹性元件具有弹性模量，该弹性模量使得对于在选择的最小肢体辅助程度中接受的最大残余力，所述弹簧被伸长不超过标准化模型与给定用户的正确伸展之间的最大允许偏差。11.根据前述权利要求中任一项所述的可穿戴主动辅助装置，其中，被伸长或缩短的所述至少一个力传递元件包括力传递元件，其中，卷轴被提供以在缩短或伸长时卷绕或展开所述力传递元件，并且具体地，其中所述致动器是步进电机或无刷电机。12.根据前述权利要求中任一项所述的可穿戴主动辅助装置，其中，所述力传递元件在松弛护套中被引导。13.根据前述权利要求中任一项所述的可穿戴主动辅助装置，其中，通过所述致动器伸
长或缩短的所述至少一个力传递元件延伸超过多于一个关节。14.根据前述权利要求中任一项所述的可穿戴主动辅助装置，其中，在最小辅助程度下，所述控制件适于维持所述伸长量使得所述残余力不被所述用户感知。15.根据权利要求14所述的可穿戴主动辅助装置，其中，在所述肢体处，所述残余力小于30N。16.根据权利要求15所述的可穿戴主动辅助装置，其中，所述残余力小于20N。17.根据权利要求16所述的可穿戴主动辅助装置，其中，所述残余力小于10N。18.根据权利要求14至17中任一项所述的可穿戴主动辅助装置，其中，由所述力传递元件引起的残余力大于0.5N。19.根据权利要求18所述的可穿戴主动辅助装置，其中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：亚历杭德罗，
申请(专利权)人：迈欧瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：
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