助行器的制作方法

专利名称：助行器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于支承行动障碍的残障用户的助行器(mobility aid, walking aid) (WA)。本发明特别涉及但不限于机器人外骨骼，其能够支承行动障碍的残障用户并在用 户以“正常”行走的运动幅度进行运动时辅助及支承。本发明还可特别在于但不限于与WA结构几何学相关的特征。本发明还可特别在于但不限于WA，该WA包括用于用户的矫正支承器，其中该矫正 支承器可拆除地与外骨骼啮合。本发明还特别在于但不限于用于支承用户的可活动行走支承器。本发明还可特别 在于但不限于用于助行器(WA)的外骨骼。本发明还可以是一种医疗装置，用以辅助减轻行动障碍的残障用户的由于腿部无 法行动而带来的不良影响。

发明内容
根据一个方面，可以认为本发明一般地涉及一种适于支承行动障碍的残障用户的 助行器，包括外骨骼，包括刚性骨盆支承构件，包括用于将用户紧固至至少所述骨盆支承构件的用户固定装 置，以操作地支承所述用户；第一腿部结构件和第二腿部结构件，所述第一腿部结构件和第二腿部结构件中的 每个都与所述骨盆支承构件耦合且从所述骨盆支承构件中伸出，用于操作地定位于接近用 户各腿部的位置，所述第一腿部结构件和第二腿部结构件中的每个都包括大腿结构构件，用于接合用户的大腿，所述大腿结构构件在其第一端处通过髋部 关节与所述骨盆支承构件枢轴地啮合；小腿结构构件，用于接合用户的小腿，所述小腿结构构件在其第一端处通过膝部 关节与所述大腿结构构件的第二端枢轴地啮合；脚构件，用于接合用户的脚，所述脚构件通过脚关节与所述小腿第二端枢轴地啮 合；主髋部促动器，被配置用于促使所述大腿结构构件相对所述骨盆支承构件围绕所 述髋关节转动，以在使用中在前/后平面中转动所述大腿结构构件；膝部促动器，被配置用于促使所述小腿结构构件相对所述大腿结构构件围绕所述 膝关节转动；主脚部促动器，被配置用于促使所述脚构件相对所述小腿结构构件围绕所述脚关 节围绕基本与所述膝关节的转动轴平行的轴转动；电源，被配置用于至少向所述主髋部促动器、膝部促动器和主脚部促动器中的一 个或多个供电；
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控制系统，被配置用于至少控制所述主髋部促动器、膝部促动器和主脚部促动器 中的一个或多个的运动，至少对于所述用户实施行走运动的目的，而使所述外骨骼相对所 述助行器位于的地面运动。优选地，所述外骨骼包括，用于所述第一腿部结构件和第二腿部结构件的每一个 的辅助髋部促动器，所述辅助髋部促动器被配置用于促使所述大腿结构构件在中间/横向 平面围绕所述骨盆支承构件转动。优选地，所述辅助髋部促动器被配置用于促使所述大腿结构件在中间/横向平面 中以大约10度的范围向垂直方向的每一侧进行转动。优选地，所述辅助髋部促动器被配置用于促使所述大腿结构构件在中间/横向平 面中以大约6度的范围向垂直方向的每一侧进行转动。优选地，所述髋关节为球座接头、万向接头或球窝接头中的一个，被配置用于利于 所述大腿结构构件相对所述骨盆支承构件的多轴转动能力。优选地，所述髋关节被配置用于提供所述大腿结构构件在中间/横向平面中和前 /后面中围绕所述骨盆支承构件的枢轴运动，且至少部分地防止所述大腿结构构件围绕其 纵轴的枢轴运动。优选地，每个髋关节被配置有以0和6度之间的角度沿横向向下延伸的转动轴。优选地，每个髋关节都被配置有以大约4度的角度沿横向向下延伸的转动轴。优选地，所述膝关节从所述大腿结构构件向后偏置以在操作中与用户的膝关节的 转动轴大致对齐。优选地，所述膝关节包括用于利于所述膝关节转动的滚柱轴承。优选地，所述膝关节还包括用于抵抗膝关节上的轴力的推力轴承。优选地，所述外骨骼包括用于所述第一腿部结构件和第二腿部结构件的辅助脚部 促动器，该辅助脚部促动器被配置用于促使所述脚构件在大致中间/横向平面中围绕所述 脚关节转动。优选地，所述辅助脚部促动器被配置用于促使所述大腿结构构件在中间/横向平 面中以大约6度范围向垂直方向的每一侧进行转动。优选地，所述脚关节为球座接头、万向接头或球窝接头，被配置用于利于所述脚构 件相对所述小腿结构构件的多轴转动能力。优选地，每个脚关节被配置有以0和6度之间的角度沿横向向下延伸的转动轴。优选地，每个脚关节被配置有以大约4度的角度沿横向向下延伸的转动轴。优选地，所述脚关节被配置用于提供所述大腿结构构件在中间/横向平面中和前 /后面中围绕所述骨盆支承构件的枢轴运动，且至少部分地防止所述小腿结构构件相对脚 构件围绕其纵轴的枢轴运动。优选地，每个所述大腿结构构件和小腿结构构件都包括紧固件，用以紧固至用户 的腿。优选地，所述紧固件包括矫正装置和缚带，所述矫正装置被成形为符合其待啮合 的用户腿部的部分，所述缚带用来将所述腿部固定至所述矫正装置。优选地，所述紧固件包括用于至少部分地绕用户腿部固定的可调缚带。优选地，所述可调缚带包括可调紧固装置。
优选地，所述可调紧固装置至少包括钩环扣构造、扣环构造或扣锁构造中的一个。优选地，每个所述大腿结构构件都具有与其啮合的大腿矫正装置，通过所述大腿 矫正装置，用户的大腿在使用中相对各自的所述大腿结构构件牢固的接合；以及，每个所述 小腿结构构件都具有与其啮合的小腿矫正装置，通过所述小腿矫正装置，用户的小腿在使 用中相对各自的所述小腿结构构件牢固的接合。优选地，每个所述大腿矫正装置包括至少一个缚带，以将所述大腿矫正装置固定 至用户的腿；且每个所述小腿矫正装置包括至少一个缚带，以将所述小腿矫正装置固定至 用户的腿。优选地，每个所述矫正装置与所述外骨骼可拆卸的啮合。优选地，所述外骨骼包括紧固件，以可拆卸地与每个所述矫正装置啮合，以将每个 所述矫正装置固定在相对所述外骨骼适当的位置。优选地，紧固件允许所述矫正装置以不同的位置被啮合。优选地，每个所述脚构件包括用于操作地引导用户脚的运动的脚构件结构元件。优选地，每个脚构件包括鞋，用户能将脚放入所述鞋中。优选地，所述鞋可移动地与所述脚构件结构元件啮合。优选地，所述鞋构件包括固定构造，被配置用于利于所述脚构件结构元件和所述 鞋之间方便地紧固连接。优选地，所述固定构造允许所述脚构件结构元件和所述鞋之间夹住和松开。优选地，所述鞋的位置相对所述脚构件结构元件是可调的。优选地，所述脚构件包括用于直接或间接地与用户的脚啮合的脚啮合构造。如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述脚啮合构造与所述脚构件结构 元件耦合。优选地，所述脚啮合构造的位置相对所述脚构件结构元件是可调节的。优选地，每个大腿结构构件的长度可变化，以改变所述髋关节和膝关节之间的距罔。优选地，每个所述大腿结构构件包括相对彼此可活动的至少两部分，以延长和缩 短所述大腿结构构件的有效长度。优选地，所述大腿结构构件的两部分的长度通过相互的(a)螺纹关系、(b)套叠关 系或(c)滑动关系是可调节的。优选地，所述大腿结构构件被配置用于接收用于延长所述大腿结构构件有效长度 的大腿加长插件优选地，所述大腿加长插件通过螺纹构造、内插式构造、搭扣构造等等中的一个或 多个固定至所述大腿结构构件。优选地，每个小腿结构构件的长度为可变化的，以改变所述脚关节和膝关节之间 的距离。优选地，每个所述小腿结构构件包括相对彼此可活动的至少两部分，以延长和缩 短所述小腿结构构件的有效长度。优选地，所述小腿结构构件的两部分的长度通过相互的(a)螺纹关系、(b)套叠关 系或(c)滑动关系是可调节的。
优选地，所述小腿结构构件被配置用于接收用于延长所述小腿结构构件有效长度 的小腿加长插件。优选地，所述小腿加长插件通过螺纹构造、内插式构造、搭扣构造等等中的一个或 多个固定至所述小腿结构构件。优选地，用户由位于用户的骨盆部位或朝向用户的骨盆部位的用户固定装置支 承，以使用户的腿不承受用户的重量。优选地，所述用户固定装置包括以下中的一个或多个骨盆支具，用于将用户的骨盆固定至骨盆支承构件；填充装置，用于使用户的髋部紧密的抵靠住所述骨盆支承构件；以及紧固件装置，用于将用户的每条腿固定至相关的腿结构件。优选地，所述填充装置是充气的压力容器。可选的，所述填充装置是泡沫垫。优选地，所述泡沫垫是楔形的。优选地，所述外骨骼包括躯干支具，所述躯干支具在使用中于所述用户固定装置 上方与用户啮合。优选地，设置多个传感器，所述传感器被配置用于向所述控制系统提供信息，用于 利于控制所述外骨骼的运动。优选地，所述多个传感器被配置用于感测待感测的特定参数，并生成对所述特定 参数进行指示的信号，且将所述信号传送给所述控制系统，以便于控制所述外骨骼的运动。优选地，所述传感器包括用于确定所述促动器的位置和速度的位置传感器。优选地，所述传感器包括设置在所述脚构件上以确定所述脚构件向地面施加的压 力的压力传感器。优选地，所述压力传感器被配置用于确定通过所述脚构件的底部向地面施加的压 力的变化。优选地，所述传感器包括被配置用于确定所述助行器前方、后方以及横向的地面 的斜度的距离传感器。优选地，所述距离传感器被配置用于检测所述助行器中央地面的斜度，所述距离 传感器允许控制器控制促动器以考虑所述助行器周围地面的斜度。优选地，所述传感器包括加速计，以测量所述骨盆支承构件、大腿结构构件、小腿 结构构件以及脚构件中至少一个或多个的加速度。如权利要求24所述的助行器，其中所述传感器包括倾斜仪，以测量所述骨盆支承 构件、大腿结构构件、小腿结构构件以及脚构件中至少一个或多个的倾斜度。优选地，所述控制器包括陀螺仪，用于限定参照系，所述参照系用于所述外骨骼或 外骨骼的一部分进行位置控制。优选地，所述助行器包括人机接口装置。优选地，所述人机接口装置包括操纵杆。优选地，所述人机接口装置包括键盘。优选地，所述人机接口装置在摇臂上是可旋转的，所述摇臂用于在用户转移至所 述助行器期间便于运动至垂直位置。
优选地，所述外骨骼被可配置为坐姿位置，以便于用户进入或脱离所述助行器。优选地，所述外骨骼包括支承面，所述支承面被配置和尺寸设计为能够与用户啮 合，以便于用户进入或脱离所述助行器。优选地，所述支承面为把手。优选地，当所述助行器处于坐姿位置时，所述支承面与用户可啮合。优选地，当所述助行器处于坐姿位置时，所述把手被配置以基本水平地延伸。优选地，所述支承面由罩体限定，所述罩体至少罩住部分外骨骼。优选地，所述骨盆支承构件是模制的。优选地，所述骨盆支承构件由碳素纤维或玻璃纤维中的一种模制而成。优选地，所述骨盆支承构件模制或制造为单一中空单元。优选地，所述骨盆支承构件模制或制造为单一中空单元，所述单一中空单元包括 跨过所述骨盆支承构件内部空腔的抗剪腹板。优选地，在所述脚构件上的传感器由防水罩密封。根据本发明另一方面，可以认为本发明一般地涉及一种适于用于支承行动障碍的 残障用户的可控助行器的外骨骼，所述外骨骼包括刚性骨盆支承构件，包括用于将紧固至用户的用户固定装置，以操作地完全支承 所述用户，第一腿部结构件和第二腿部结构件，所述第一腿部结构件和第二腿部结构件中的 每个都与所述骨盆支承构件耦合且从所述骨盆支承构件中伸出，用于操作地定位于接近用 户各腿部的位置，所述第一腿部结构件和第二腿部结构件中的每个都包括大腿结构构件，用于接合用户的大腿，所述大腿结构构件在其第一端处通过髋部 关节与所述骨盆支承构件枢轴地啮合；小腿结构构件，用于接合用户的小腿，所述小腿结构构件在其第一端处通过膝部 关节与所述大腿结构构件的第二端枢轴地啮合；脚构件，用于接合用户的脚，所述脚构件通过脚关节与所述小腿第二端枢轴地啮 合；主髋部促动器，被配置用于促使所述大腿结构构件相对所述骨盆支承构件围绕所 述髋关节转动，以在使用中在前/后平面中转动所述大腿结构构件；膝部促动器，被配置用于促使所述小腿结构构件相对所述大腿结构构件围绕所述 膝关节转动；主脚部促动器，被配置用于促使所述脚构件相对所述小腿结构构件围绕所述脚关 节以基本与所述膝关节的转动轴平行的轴转动。优选地，所述外骨骼包括电源，所述电源被配置用于至少向所述主髋部促动器、膝 部促动器和主脚部促动器中的一个或多个供电。优选地，所述外骨骼包括，用于所述第一腿部结构件和第二腿部结构件的每一个 的辅助髋部促动器，所述辅助髋部促动器被配置用于促使所述大腿结构构件在中间/横向 平面围绕所述骨盆支承构件转动。优选地，所述辅助髋部促动器被配置用于促使所述大腿结构件在中间/横向平面 中以大约10度的范围向垂直方向的每一侧进行转动。
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优选地，所述辅助髋部促动器被配置用于促使所述大腿结构构件在中间/横向平 面中以大约6度的范围向垂直方向的每一侧进行转动。优选地，所述髋关节为球座接头、万向接头或球窝接头中的一个，被配置用于利于 所述大腿结构构件相对所述骨盆支承构件的多轴转动能力。优选地，所述髋关节被配置用于提供所述大腿结构构件在中间/横向平面中和前 /后面中围绕所述骨盆支承构件的枢轴运动，且至少部分地防止所述大腿结构构件围绕其 纵轴的枢轴运动。优选地，每个髋关节被配置有以0和6度之间的角度沿横向向下延伸的转动轴。优选地，每个髋关节都被配置有以大约4度的角度沿横向向下延伸的转动轴。优选地，所述膝关节从所述大腿结构构件向后偏置以在操作中与用户的膝关节的 转动轴大致对齐。优选地，所述膝关节包括用于利于所述膝关节转动的滚柱轴承。优选地，所述膝关节还包括用于抵抗膝关节上的轴力的推力轴承。优选地，所述外骨骼包括用于所述第一腿部结构件和第二腿部结构件的辅助脚部 促动器，该辅助脚部促动器被配置用于促使所述脚构件在大致中间/横向平面中围绕所述 脚关节转动。优选地，所述辅助脚部促动器被配置用于促使所述大腿结构构件在中间/横向平 面中以大约6度范围向垂直方向的每一侧进行转动。优选地，所述脚关节为球座接头、万向接头或球窝接头，被配置用于利于所述脚构 件相对所述小腿结构构件的多轴转动能力。优选地，每个脚关节被配置有以0和6度之间的角度沿横向向下延伸的转动轴。优选地，每个脚关节被配置有以大约4度的角度沿横向向下延伸的转动轴。优选地，所述脚关节被配置用于提供所述大腿结构构件在中间/横向平面中和前 /后面中围绕所述骨盆支承构件的枢轴运动，且至少部分地防止所述小腿结构构件相对脚 构件围绕其纵轴的枢轴运动。优选地，每个所述大腿结构构件和小腿结构构件都包括紧固件，用以紧固至用户 的腿。优选地，所述紧固件包括矫正装置和缚带，所述矫正装置被成形为符合其待啮合 的用户腿部的部分，所述缚带用来将所述腿部固定至所述矫正装置。优选地，所述紧固件包括用于至少部分地固定用户腿的可调带子或缚带优选地，所述可调带子包括可调紧固装置。优选地，所述可调紧固装置至少包括钩环扣构造、扣环构造或扣锁构造中的一个。优选地，每个所述大腿结构构件都具有与其啮合的大腿矫正装置，通过所述大腿 矫正装置，用户的大腿在使用中相对各自的所述大腿结构构件牢固的接合；以及，每个所述 小腿结构构件都具有与其啮合的小腿矫正装置，通过所述小腿矫正装置，用户的小腿在使 用中相对各自的所述小腿结构构件牢固的接合。优选地，每个所述大腿矫正装置包括至少一个缚带，以将所述大腿矫正装置固定 至用户的腿；且每个所述小腿矫正装置包括至少一个缚带，以将所述小腿矫正装置固定至 用户的腿。
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优选地，每个所述矫正装置与所述外骨骼可拆卸的啮合。优选地，所述外骨骼包括紧固件，以可拆卸地与每个矫正装置啮合，以将每个所述 矫正装置固定在相对所述外骨骼适当的位置。优选地，紧固件允许所述矫正装置以不同的位置被啮合。优选地，所述每个所述脚构件包括用于操作地引导用户脚的运动的脚构件结构元 件。优选地，所述每个脚构件包括鞋，用户能将脚放入所述鞋中。优选地，所述鞋可拆卸地与所述脚构件结构元件啮合。优选地，所述鞋构件包括固定构造，被配置用于利于所述脚构件结构元件和所述 鞋之间方便地紧固连接。优选地，所述固定构造允许所述脚构件结构元件和所述鞋之间夹住和松开。优选地，所述鞋的位置相对所述脚构件结构元件是可调的。优选地，所述脚构件包括用于直接或间接地与用户的脚啮合的脚啮合构造。优选地，所述脚啮合构造与所述脚构件结构元件耦合。优选地，所述脚啮合构造的位置相对所述脚构件结构元件是可调节的。优选地，每个大腿结构构件的长度可变化，以改变所述髋关节和膝关节之间的距 罔。优选地，每个所述大腿结构构件包括至少相对彼此可活动的两部分，以延长和缩 短所述大腿结构构件的有效长度。优选地，所述大腿结构构件的两部分的长度通过相互的(a)螺纹关系、(b)套叠关 系或(c)滑动关系是可调节的。优选地，所述大腿结构构件被配置用于接收用于延长所述大腿结构构件有效长度 的大腿加长插件。优选地，所述大腿加长插件通过螺纹构造、内插式构造、搭扣构造等等中的一个或 多个固定至所述大腿结构构件。优选地，每个小腿结构构件的长度为可变化的，以改变所述脚关节和膝关节之间 的距离。优选地，每个所述小腿结构构件包括至少相对彼此可活动的两部分，以延长和缩 短所述小腿结构构件的有效长度。优选地，所述小腿结构构件的两部分的长度通过相互的(a)螺纹关系、(b)套叠关 系或(c)滑动关系是可调节的。优选地，所述小腿结构构件被配置用于接收用于延长所述小腿结构构件有效长度 的小腿加长插件。优选地，所述小腿加长插件通过螺纹构造、内插式构造、搭扣构造等等中的一个或 多个固定至所述小腿结构构件。优选地，用户由位于用户的骨盆部位或朝向用户的骨盆部位的用户固定装置完全 支承，以使用户的腿不承受用户的重量。优选地，所述用户固定装置包括以下中的一个或多个骨盆支具，用于将用户的骨盆固定至骨盆支承构件；
填充装置，用于使用户的髋部紧密的抵靠住所述骨盆支承构件；以及紧固件装置，用于将用户的每条腿固定至相关的腿结构件。优选地，所述外骨骼包括躯干支具，所述躯干支具在使用中于所述用户固定装置 上方与用户啮合。优选地，所述外骨骼被可配置为坐姿位置，以便于用户进入或脱离所述助行器。优选地，所述外骨骼包括支承面，所述支承面被配置和尺寸设计为能够与用户啮 合，以便于用户进入或脱离所述助行器。优选地，所述支承面为把手。优选地，当所述助行器处于坐姿位置时，所述支承面与用户可啮合。优选地，当所述助行器处于坐姿位置时，所述把手被配置以基本水平地延伸。优选地，所述支承面由罩体限定，所述罩体至少罩住部分外骨骼。优选地，所述骨盆支承构件是模制的。优选地，所述骨盆支承构件由碳素纤维或玻璃纤维中的一种模制而成。优选地，所述骨盆支承构件模制或制造为单一中空单元。优选地，所述骨盆支承构件模制或制造为单一中空单元，所述单一中空单元包括 跨过所述骨盆支承构件内部空腔的抗剪腹板。优选地，设置多个传感器，所述传感器被配置用于向所述控制系统提供信息，用于 利于控制所述外骨骼的运动。优选地，所述多个传感器被配置用于感测待感测的特定参数，并生成对所述特定 参数进行指示的信号，且将所述信号传送给所述控制系统，以便于控制所述外骨骼的运动。优选地，所述传感器包括用于确定所述促动器的位置的位置传感器。优选地，所述传感器包括设置在所述脚构件上以确定所述脚构件向地面施加的压 力的压力传感器。优选地，所述压力传感器被配置用于确定通过所述脚构件的底部向地面施加的压 力的变化。优选地，所述传感器包括被配置用于确定所述助行器前方和后方的地面的斜度的 距离传感器。优选地，所述距离传感器被配置用于检测所述助行器中央地面的斜度，所述距离 传感器允许控制器控制促动器以考虑所述助行器周围地面的斜度。优选地，所述传感器包括加速计，以测量所述骨盆支承构件、大腿结构构件、小腿 结构构件以及脚构件中至少一个或多个的加速度。优选地，所述传感器包括倾斜仪，以测量所述骨盆支承构件、大腿结构构件、小腿 结构构件以及脚构件中至少一个或多个的倾斜度。优选地，所述控制器包括陀螺仪，用于限定参照系，所述参照系用于所述外骨骼或 外骨骼的一部分进行位置控制。优选地，所述外骨骼包括人机接口装置。优选地，所述人机接口装置包括操纵杆。优选地，所述人机接口装置包括键盘。优选地，所述人机接口装置在摇臂上是可旋转的，所述摇臂用于在用户转移至所述助行器期间便于运动至垂直位置。根据本发明又一方面，提供一种适于在助行器中使用的外骨骼，所述外骨骼包 括刚性骨盆支承构件，适于操作地与用户的髋部紧密啮合；用户固定装置，用于将用户紧固至所述支承构件来操作地支承所述用户；第一腿部结构件和第二腿部结构件，所述第一腿部结构件和第二腿部结构件中的 每个都与所述骨盆支承构件耦合且从所述骨盆支承构件中伸出，用于操作地定位于接近用 户各腿部的位置，所述第一腿部结构件和第二腿部结构件中的每个都包括大腿结构构件，用于接合用户的大腿，所述大腿结构构件在其第一端处通过髋部 关节与所述骨盆支承构件枢轴地啮合；小腿结构构件，用于接合用户的小腿，所述小腿结构构件在其第一端处通过膝部 关节与所述大腿结构构件的第二端枢轴地啮合；脚构件，用于接合用户的脚，所述脚构件通过脚关节与所述小腿第二端枢轴地啮 合；主髋部促动器，被配置用于促使所述大腿结构构件相对所述骨盆支承构件围绕所 述髋关节转动，以在使用中在前/后平面中转动所述大腿结构构件；膝部促动器，被配置用于促使所述小腿结构构件相对所述大腿结构构件围绕所述 膝关节转动；主脚部促动器，被配置用于促使所述脚构件相对所述小腿结构构件围绕所述脚关 节以基本与所述膝关节的转动轴平行的轴转动。优选地，所述用户固定装置包括骨盆支具，用于将用户的骨盆固定至骨盆支承构件；紧固件装置，用于将用户的每条腿固定至相关的腿结构件。本说明书中使用的术语“前方”涉及与人类用户前面或前方相应的方向，且相应的 解释术语“后方”。本说明书中使用的术语“后”涉及与人类用户背部或后面相应的方向，相应地解释 术语“前”。本说明书中使用的术语“前/后平面”涉及从用户前方和/或后方延伸的平面。本说明书中使用的术语“中间的”涉及从用户内臂向用户身体向内延伸的方向，且 相应地解释术语“中间地”。本说明书中使用的术语“横向的”涉及从用户身体侧向向外延伸的方向，且相应地 解释术语“横向地”。 本说明书中使用的术语“中间/横向平面”涉及从用户中间地延伸和/或横向地 延伸的平面。本发明还一般地涉及本申请说明书中单独地或集成地参考或指示的部件、元件及 结构特征，，以及任意两种或更多所述部件、元件或结构特征的结合，以及此处提出的特定 整体，该特定整体在本发明相关的领域中存在已知的等价物，如果单独的进行说明则该已 知等价物被视为合并于此。本文使用的术语“和/或”表示“和”或“或”或两者。
本文使用的名词后的“复数(S) ”表示名词的复数和/或单数形式。本说明书中使用的术语“包括”表示“至少部分地由…组成”。当说明书中的解释 声明包括该术语时，每个声明中以该术语起始的特征都需要出现，但是也可出现其他特征。 以相同的方式解释相关术语例如“包含”和“包含了”。在该说明书中，其中专利说明书参照的其他外部文献，或其他信息来源均为提供 背景以解释本发明特征的目的。除特别声明外，对外部文献的参考不认为进入了是现有技 术或形成本领域公知常识部分的文献或信息来源的领域。


图1示出形成本发明WA部分的外骨骼与设置的矫正器的侧视图，该实施方式中示 出的外骨骼没有辅助髋部促动器；图2是图1所示的外骨骼部分和矫正器的正面剖视图；图3是图1所示的外骨骼和矫正器的正视图；图4是图1的WA支承用户的正视图；图5是图1的外骨骼部分的脚构件部位的侧面剖视图；图6是图5的后视图；图7是外骨骼部分的正面剖视图，该外骨骼包括在髋关节部位的辅助髋部促动 器；图8是图7的侧视图；图8a示出从正面看外骨骼横向运动促动器的图解布局；图9示出脚构件的侧视图；图10示出脚构件的仰视图；图IOa示出脚构件的立体图；图11示出外骨骼部分的侧视图，该侧视图示出了传感器布局以及传感器在环境 中预计的传感方向；图12示出图解形式的膝关节的侧视图，该侧视图示出了膝关节的偏置；图13是由包括辅助髋部促动器的实施方式的WA支承的人的侧视图；图14示出由附接有罩体的WA支承的人的侧视图；图15示出外骨骼的脚构件和小腿结构构件的后侧剖视立体图；图16示出外骨骼上部区域的侧视图，该外骨骼包括用于支承上肢相对骨盆支具 运动的上肢控制扩展部；图17示出向前步进位置的WA的侧视图；图18示出包括辅助髋部促动器的WA的后视图；图19示出更为详细地显示了设置以通过外骨骼固定用户的支具和支承器的正视 图；图20示出外骨骼膝部部位的右侧剖视图，该剖视图示出膝部枢轴支部；图21示出优选的膝部枢轴偏置的右后侧剖视图；图22示出膝部枢轴偏置的右前侧剖视图；图23示出盖上罩体的WA的侧视图24示出盖上罩体的WA的后视图；图25示出具有罩体且支承用户的WA的正视图；图26示出第三实施方式的WA处于步进位置的立体图；图27示出以站立位置支承用户的第三实施方式的WA的前侧立体图；图28示出以站立位置支承用户的第三实施方式的WA的侧视图；图29示出第三实施方式的WA的正视图；图30示出图26的髋关节附近区域的后视图；图31示出图26的髋关节附近区域的侧视图；图32示出图26的膝关节附近区域的后视图；图33示出图26的膝关节正面立体图；图34示出图26的髋关节附近区域的正面立体图；图35示出图26的膝关节附近区域的侧视图；图36示出站立位置且没有罩体的第三实施方式的WA的侧视图；图37示出步进位置且没有罩体的第三实施方式的WA的侧视图；图38示出步进位置且具有罩体的第三实施方式的WA的侧视图；图39示出坐姿位置且没有罩体的第三实施方式的WA的正面立体图；图40示出坐姿位置且没有罩体的第三实施方式的WA的正视图；图41示出WA的脚关节附近区域的正面立体图；图42示出WA的脚关节附近区域的正视图；图43为图示了在行走运动期间脚步之间WA和用户的质心运动的示意图；以及图44示出楔形的泡沫填充件。
具体实施例方式参照上述附图，其中相似的附图标记通常表示相似的特征，根据本发明第一方面 的、可以是一种形式的助行器的装置通常由标记100表示，且通常由标记500表示适用于可 操控助行器的外骨骼。该装置还可为另一种形式，即一种医疗装置，可助于减轻行动障碍的 残障用户由于腿部无法行动而带来的不良影响，其中该装置还能够使用户以行走或步进的 方式运动或者静止。根据第一方面，提供一种助行器(WA) 100，适于在用户移动时通过一系列与步行运 动相关的运动来支承行动障碍的残障用户。WA 100包括外骨骼500、电池组或其他相似机 载电源组形式的电源(未示出)和与电源连接的电源电缆(未示出)、以及控制系统(未示 出)。外骨骼500包括刚性骨盆支承构件或髋部框架15，该刚性骨盆支承构件或髋部 框架15包括骨盆装具96 ；和一对腿部结构件50 (第一腿部结构件和第二腿部结构件)。要求髋部框架15相对较轻，同时在操作中具有高刚性和低柔韧性。为此，髋部框 架15由碳素纤维模制为具有内部空腔(未示出)的单独单元。可以设想髋部框架15还可 由玻璃纤维模制而成。髋部框架15进一步包括延伸穿过其内部空腔的横向抗剪腹板。每个腿部结构件50都包括大腿结构构件10、小腿结构构件11、脚构件18、主髋部 促动器16、膝部促动器13和主脚部促动器19。
大腿结构构件10用于固定用户600的大腿610，大腿结构构件10在其第一端IOa 处通过髋关节14与髋部框架15枢轴地啮合。小腿结构构件11用于固定用户600的小腿620，小腿结构构件11在其第一端Ila 处通过膝关节12与大腿结构构件10的第二端IOb枢轴地啮合。在一个实施方式中，可以设想膝关节12仅允许沿着单一平面在大腿结构构件10 和小腿结构构件11之间的相对枢轴运动。优选地，这可以使用滚柱轴承装置(未示出)来 实现。然而，膝关节12可能经受大的扭力或侧向力，从而引起在滚柱轴承装置上的轴力。 因此，可以设想该膝关节还包括被配置用于抵抗膝关节12上的轴力的推力轴承装置(未示 出)。每个所述大腿结构构件10和小腿结构构件11都包括可调紧固件46形式的扣件 装置，用于在使用中将各个腿结构件50与用户600相关的腿紧固。可以设想紧固件46可 包括柔韧的带或缚带，并可包括可调紧固装置47，可调紧固装置47可为穿过环扣的具有钩 环扣紧固系统(例如Velcro )的缚带形式。可选地，可调紧固装置可包括典型的环扣、 棘轮环扣或扣锁构造。脚构件18用于固定用户600的脚630，脚构件18通过脚关节17与小腿结构构件 11的第二端lib枢轴地啮合。每个所述脚构件18都包括用于操作地引导用户脚630运动 的脚构件结构元件126。在一个实施方式中，每个所述脚构件18都包括鞋31，鞋31便于与脚构件结构元 件126可拆装地啮合，且用户600可他们的脚放置在鞋31中。鞋31便于通过固定构造与 脚构件结构元件126可拆装的啮合，例如通过夹形构造、卡形构造、内插式构造、或其他任 何适合的构造。鞋31相对脚构件结构元件126的位置设想为可调节的，以允许用户的脚踝 对准脚关节17的转动轴17A。在另一个实施方式中，每个脚构件18都包括用于与用户的脚630间接啮合(即用 户穿鞋)的脚啮合构造34。脚啮合构造34以可调方式与脚构件结构元件126耦合，以再次 允许对用户600脚踝的定位。主髋部促动器16被配置用于促使所述大腿结构构件10相对所述髋部框架115围 绕所述髋关节14转动，从而(使用中)在用户600的前/后平面中转动大腿结构构件10。对于每一个腿部结构件50而言，外骨骼500进一步包括辅助髋部促动器38。辅助 髋部促动器38被配置用于在使用中促动大腿结构构件10在中间/横向平面中围绕髋部框 架15且相对于用户600转动。在优选的实施方式中，辅助髋部促动器38被配置用于促动 所述大腿结构构件10在中间/横向平面中以大约十二度的范围向垂直方向的每一侧转动， 更优选地为大约六度。膝部促动器13被配置用于促使所述小腿结构构件11相对于所述大腿结构构件10 围绕所述膝关节12转动。主脚部促动器19被配置用于促使所述脚构件18相对于所述小腿结构构件11围 绕所述脚关节17绕转动轴17A进行转动，其中转动轴17A基本平行于膝关节12的转动轴 12A。此外对于每个腿部结构件50而言，外骨骼500都包括辅助脚部促动器39。辅助脚 部促动器39被配置用于促使所述脚构件18在大致中间/横向平面中围绕所述脚关节17转动。每个辅助脚部促动器39都被配置用于促使其连接的大腿结构构件10在中间/横向 平面中以大约十度的范围向垂直方向的每一侧转动，优选地为大约六度。电源可被配置用于为促动器16、13、19、38、39供电。控制系统可被配置用于控制主髋部促动器、辅助髋部促动器、膝部促动器、主脚部 促动器和辅助脚部促动器的运动。这将导致外骨骼500相对助行器所位于的地面的运动。 可以设想，当通过控制以正确的顺序启动促动器时，可通过外骨骼将实现行走运动。当将行 动障碍的残障用户600固定至WA时，使得用户600通过行走运动而运动其关节和肌肉，从 而有助于防止用户600生理机能退化。非常重要的是应注意到，行动障碍的残障用户需要被支承以到达用户自身不能到 达的程度。在本文中，行动障碍的残障用户可被“完全”支承。然而，本WA的重要方面是其 能够以某个位置支承行动障碍的残障用户，使用户的腿负重，从而使用户的骨骼经受压力。 通常，行动障碍的残障用户的腿和腰骨久而久之会退化。这是由用户骨骼矿物质的流失造 成的，而用户的骨骼不能经受正常的压力。因矿物质流失，除了用户骨骼退化之外，行动障 碍的残障用户可能患上下游并发症，例如肾结石等，因为这些矿物质可聚积在用户身体的 其他部分。使行动障碍的残障用户的骨骼承受压力(否则用户将无法承受该压力)，这有助 于防止用户骨骼的退化，以及防止用户骨骼流失的矿物质聚积在用户系统其他部位而引起 的后续并发症。而且，使用户的腿部运动有助于刺激血液流经他们的系统，这会带来相关的 生理益处。参照附图，图1和图3 —般性地示出助行器(WA) 100。WA 100包括有效支承用户 600的可活动机械框架或外骨骼500。其可支承并承载用户600。WA 100包括外骨骼500，外骨骼500是用户600外部佩戴的骨架结构。外骨骼500 可由机载电源组(未示出)供电，机载电源组优选地可从例如汽车或任何家庭电源插座充 H1^ ο用户由外骨骼500绑扎并支承。可以设想，WA 100为能够移动用户600的自支承 结构。WA 100包括骨盆装具96形式的用户扣件装置以及将用户的腿和/或脚固定至腿部 结构件50的矫正器或可调紧固件，骨盆装具96包括吊带、系绳、缚带、装具或带子，以将用 户600的髋部紧密地保持在髋部框架15中。在一个实施方式中，吊带包括位于且被配置和 设计以确保用户四肢和关节对准的矫正器4，且吊带还可包括缚带或带子。用户通过通常位于腰部高度的操纵杆2或键盘3来控制WA。键盘3和操纵杆2可 由臂5支承。这可枢轴运动以在至少一个操作位置(例如使用中水平延伸或垂直点降)和 收回位置(例如垂直延伸)之间运动。参照图1-3，外骨骼500包括大腿结构构件10和小腿结构构件11。两者通过膝关 节12连接，膝关节12限定了允许大腿结构构件10和小腿结构构件11相互枢轴运动的枢 转轴12A。该枢转轴12A确保大腿构件和小腿构件可相互地且仅围绕一个枢转轴转动。可由膝部促动器13来促动大腿构件和小腿构件围绕膝轴12A的运动。为了促动 大腿构件10和小腿构件11之间的相对转动，膝部促动器13在大腿构件和小腿构件部分之 间延伸。膝关节12优选地位于大腿构件10的远侧第一端10b。在大腿构件10的第一端IOa处是髋关节14，髋关节14使得大腿构件10与髋部框架15枢轴地啮合。髋关节14限 定髋轴14A，使用中髋轴14A相对于用户600位于或接近位于运动的前/后方向的髋转动的 中和轴。在优选的实施方式中，每个髋关节14都被配置为相对髋框架15与其转动轴14A 一起沿横向以0和10度之间的角度向下延伸，更优选地大约为4度。转动轴14A的该倾角 模仿人类大腿的布置，且在图30中图示为角度α。该倾角意味着WA 100的脚构件更接近， 这使得质心(通常大致位于骨盆中间)更自然地转变为一点，该点在控制WA 100通过行走 运动来进行移动期间脚构件18提供的支承区域内。这在图43中进一步示出，图43示出与 不具备这种髋关节转动轴的倾角(以虚线示出)相比，WA 100以及用户的联合质心(示为 点C)的运动如何以简化的左到右的方式在单独脚步之间以行走运动方式进行运动。髋关节14允许大腿构件10和髋部框架15之间的相对转动。该转动优选地主要 围绕与膝轴12Α平行的轴。然而，髋关节14还允许大腿构件10相对髋部框架15在中间/ 横向平面方向转动，这在操作中将导致用户600的腿沿着中间/横向平面运动(例如腿向 外张开)。通过使用球座接头(rose joint)限定髋关节14，可促进该多轴旋转能力。可以 设想，髋关节14 (球座接头形式)可通过一组水平排列的塑制的(优选为乙酰的)设置在 球座接头两侧的套筒(图中未示出)来限定髋关节14的运动。连接至大腿结构构件10的 垂直排列的凸缘(图中未示出)将被防止水平面中的枢轴运动，即至少部分地防止大腿结 构构件10围绕其纵轴枢轴运动。使用主髋部促动器16可实现髋部框架、或本文还称为骨盆支具15在髋关节14处 相对大腿构件10围绕与膝轴12A平行的轴的转动。脚构件18设置在小腿结构构件11的第二远侧端(远离膝关节的端部)。依靠脚 关节17，脚构件18能够相对小腿结构构件11转动。脚关节17优选地限定与膝轴12A平行 延伸的枢转轴17a。通过脚部促动器19，可实施脚构件18围绕脚关节17相对小腿结构支 承构件11在前/后平面中的枢轴运动。与髋关节相似，脚关节17可为球座接头以利于脚 关节17的多轴枢转能力。脚关节17可允许脚构件18相对小腿结构构件11具有多角度的 转动运动。在优选的实施方式中，可以设想脚关节17被配置用于提供小腿结构构件11在 中间/横向平面以及前/后平面中围绕所述脚构件18的枢轴运动，同时至少部分地防止小 腿结构构件11相对脚构件18围绕其纵轴的枢转运动。通过与髋关节14相似的方式完成 对枢轴或扭转运动的限制，即在球座接头的两侧插入乙酰套筒。可以设想在优选的实施方 式中，每个脚关节17都被配置有其转动轴17A，转动轴17A在横向以0至6度，优选为约4 度的角度向下延伸。可设置辅助脚部促动器39，且辅助脚部促动器39与脚构件18耦合，以控制脚构件 在对于主脚部促动器19可控制转动运动而言大致横向且大致沿着中间/横向平面的方向 的大致相反方向的转动运动。辅助脚部促动器39可啮合脚构件18的轴臂或杠杆臂40，以 利于该枢轴运动。参照图5-6，在图5中示出该装置的脚构件18、脚关节17和小腿结构构件11的近 视图，其中可以看出设置有辅助轴17b，由于辅助促动器39的操作，脚构件18可围绕辅助轴 17b转动。参照图7-8，可以看出主转动轴是绕轴14a且轴14b限定辅助轴，围绕辅助轴的运 动可通过辅助髋部促动器38来控制。
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为了使WA 100适合用户以使用户以安全的方式操作该装置，很重要的是确保髋 关节14、膝关节12和脚关节17之间的空间是适当的。适当的位置应该是这些关节尽可能 接近地对准用户相应的自然关节的位置。当用户穿上外骨骼500时，外骨骼500将在各因素结合限定的位置容纳相关的用 户600。优选地，通过使用与外骨骼啮合的矫正器(之后将详细描述)来保持用户。通过 调节大腿构件10和小腿结构构件11的有效长度，实现髋关节、膝关节和脚关节的位置的调 节。该调节可以通过可位于小腿结构构件11第二远端处的螺旋扣调节器件20以及位于大 腿构件10第一远端处的螺旋扣21来实现。螺旋扣21可允许髋关节14和膝关节12之间 的距离改变，而螺旋扣20可允许膝关节和脚关节17之间的距离改变。在可选的实施方式 中，可通过插入加长插件来实现长度调节，加长插件可螺旋入大腿和小腿结构构件10、11。 可以理解的是，调节特征可设置在别处，且还可设置为不同形式，例如卡扣装置、卡口装置、 套叠或其他设置关节之间距离的器件。该调节可使不同体型或尺寸的不同用户使用一个装 置。参照图12，图12示出膝关节12的侧视图。可以看出，在优选的实施方式中，大腿 构件10在其延长方向偏离膝关节12的枢转轴12a。小腿结构构件11凸出穿过轴12a。这 样使膝部枢轴关节与用户膝关节对齐，且防止伤害用户600的膝部。轴12a位于大腿构件 10凸出处的后方(沿用户行进的前方)。WA膝关节的偏置模仿人类骨骼的形式并按其排 列，从而避免任何对用户膝关节的任何压力或损伤。在图2中，仅示出部分外骨骼，参照图3，图3示出完整的外骨骼，其中示出两个腿 部结构件50a和50b。腿部结构件50由髋部框架15结合在一起。髋部框架15结合部分髋 关节14，从而设定髋关节14相互间的固定空间。髋部框架15优选地为可容纳用户腰部的 刚性构件。优选地，髋部框架15延伸至用户600大约髋部区域的后方。髋部框架15还可 延伸至大约用户腰部。用户被骨盆支具96支承在髋部框架处，骨盆支具96可包括可调缚带或带子，可调 缚带或带子延伸至大约用户的腿部并由用户适当的紧固和解除。这样的带子的长度是可调 的。其可包括例如Velcro 的钩环扣紧固系统等等，用于利于用户容易地进入或离开WA。 参照图4，可以看出支具可包括带子23。可通过将带子23围绕在用户腰部而将用户600绑 定至髋部框架15，以确保用户紧紧地固定至髋部框架15。而且，填充装置101由例如楔形 泡沫或泡沫塑料的材料构成，用于确保用户在髋部框架15中紧密结合。还可以设想，填充 装置101为可充气的薄壁式压力容器(图中未示出)。作为可选的或除上述可调紧固件46之外的，矫正器为用户提供进一步的支承。该 矫正器为设计的矫正器支承件，有助于确保用户600不仅被支承而且还在外骨骼中对准从 而不伤害用户600的四肢和关节。矫正器可包括带子或缚带以将用户相对于矫正器的成形 部保持在适合的位置。带子23还可便于使用户容易且可调的固定至WA 100以及离开WA 100。矫正器支承件优选地啮合和/或能够可拆卸地啮合外骨骼。参照图3，矫正器可包 括大腿矫正器26和小腿矫正器27。大腿矫正器26和小腿矫正器27彼此可直接连接或通 过外骨骼间接连接。例如，参照图3，大腿矫正器26和小腿矫正器27可在关节28处连接。 矫正器经由连接器29与外骨骼500可啮合。
连接器29牢固地将矫正器固定在外骨骼中。连接器29可利于矫正器与外骨骼 500可拆卸的啮合。这样能够有利于通常使用矫正器的用户600。这允许用户更快速地使 自己与外骨骼配合。因为矫正器4已经与处于适当位置的用户啮合，因此这还允许用户以 更舒适的方式与外骨骼配合。因此，用户600可使用与WA 100—起提供的可调紧固件，或 可通过使用用户矫正专家可装配在用户支承件上的所提供的接口来使用用户自己的支承 件。考虑到很多用户600具有特殊的矫正需求并且无法使用通用支承件，对用户必要的是， 能够与WA 100进行对接。能够将矫正器支承件从WA 100中拆卸以及作为常规使用支承件进行配戴，使得 用户可迅速脱离和进入该装置，而不需要改变支承件。连接器29的形状和配置使得只要和外骨骼啮合，用户大腿和小腿则布置适当。连 接器29可为鸽尾构造或弹簧搭扣构造或便于矫正器和外骨骼迅速啮合和脱离的其他构造。用户100可穿着自己的鞋子与外骨骼接合，鞋子可置于每个脚构件18的平台30 上。可选的，外骨骼包括例如鞋31的鞋具，用户600可将自己的脚630置于其中。鞋具31 可保持与外骨骼500的永久啮合，且用户可将自己的脚置于鞋中。鞋31优选地在外边缘上 具有刚性框架，且外边缘具有精密锁槽。所述锁槽的阴部位于WA 100上。该两部分将其中 一部分滑入另一部分中，从而导致当位置适当时自动锁销的啮合。固定件的后部包含所有 用于鞋中包含的传感器的电连接器。鞋的适当布置确保完全连接。自动销可手动或电动的 解除。所用的线性促动器优选的为通过促动器中的传感器具备位置反馈的低电压DC促动 器。促动器的低电压方案是非常重要的，因为使用起来安全且在发生故障时不会伤害用户。 通常，可通过驱动蜗轮(图中未示出)的电动马达(图中未示出)而引起促动器的运动，这 样轮流使促动器伸展或收回。参照图16，图16示出本发明的另一方面，使装置适于缺乏上肢力量和/或功能的 用户。可提供一个或多个附接至髋部框架15的躯干支具或上肢支承件92。为上肢控制 受限的用户600可设置上肢支承件92。该上肢支承件92可包括框架或胸衣，该框架或胸衣 受到促动使用户上肢640运动以帮助用户保持平衡。在一个实施方式中(图中未示出)， 躯干支具92可连接至骨盆支具96。外骨骼500的部分或全部元件可完全或部分地被罩体 98(如图14、23、25和38中所示)罩住。为了安全、防水、防尘和美观而设置这些罩体98， 且所述罩体98将具备足够的强度和稳定性以允许用户600通过使用用于支承的罩体而进 入或离开WA。在一个实施方式中，可在罩体98中设置把手，以便于用户600进入或离开外 骨骼500。在一个实施方式中，外骨骼500被配置为坐姿(如图39和40所示)。例如，当外 骨骼500为坐姿时，罩体的表面99(例如图23所示，但不是坐姿)将基本水平的延伸。然 后位于坐姿的WA 100将为用户提供用户进入或离开装置时用以依靠的刚性表面。同样的， 罩体98优选地以刚性方式和确保罩体和外骨骼相对稳定的方式啮合外骨骼。罩体98还可 (或代替)包括以相似目的为用户提供手柄的功能性形状特征。利用矫正支承器，十分限制或防止用户相对外骨骼结构运动。用户不能相对外骨 骼结构转动自己的腿，且防止用户相对外骨骼结构纵向或横向移动自己的腿。
WA 100可包括多个图11中示出的惯性测试单元55。优选地，这些惯性测试单元 55中的每个由加速计、陀螺仪和倾斜仪组成。这些惯性测试单元55测量并反馈操作中WA 100的姿态以及动量和姿态改变速率，并向控制器提供输入变量。可以设想在一个实施方式中，WA 100可包括距离传感器，例如超声、激光或红外传 感器56。这些传感器可测量装置上定位点到地面的距离。这还可以通过设置6个超声传感 器(图中未示出)来实现，一个在装置左边，一个在装置右边，一个在装置左侧，一个在装置 右侧，一个在装置背面，一个在装置前面。WA 100还可包括位于装置前面的两个位置传感器58、59(超声、红外或激光传感 器)以及位于装置背面的两个传感器60、61，用于检测可能成为WA 100运动障碍的物体。 WA进一步包括在每个腿部上的距离传感器，测量每个腿部前面向下的距离，以便能够测量 每个脚的最低侧距地面的距离或距步伐顶面的距离。在一个实施方式中，脚构件18可包括接触/压力传感器67、68、69(图11中所示)， 可测量脚构件18与表面的接触，和/或部分脚构件向表面施加压力的度，或者甚至测量通 过脚构件18的底部向地面施加的压力的变化。可以设想在优选的实施方式中，脚构件18 上的传感器由防水罩(图中未示出)密封。可以设想所有这些传感器均被配置用于向控制系统提供信息，以便于控制外骨骼 500的运动。为此，这些传感器一般通过感测待感测的特定参数，并生成可表示该参数的信 号，然后将该信号传送给控制系统，以便于控制外骨骼500的运动。该装置还可包括座位传感器(图中未示出)，用于检测用户向WA施加的力。可以 设想，这些传感器可以为应变仪(图中未示出)等形式。可在WA 100的后部设置两个座位 传感器，在每个“大腿”区域设置一个座位传感器。WA可进一步包括在脚的前部和后部的压力传感器65和66。压力传感器65和66 可以检测脚构件18前方的任何障碍。可以设想WA控制系统(图中未示出)被配置用于经由人机接口装置1601接收用 户输入，通过人机接口装置1601人机和控制系统连接并可输入信息以及通过例如声、光或 震动的感官信号来接收信息。这样的人机接口装置的示例为控制垫(图中未示出)、键盘 3、操纵杆2、接触屏等。控制系统包括人机接口装置1601。如上所述，包括促动器中的传感器的各种传感 器都被配置用于提供控制系统能够使用的反馈信号，以便于控制促动器。在优选的实施方式中，控制垫4将用于人机对接。该控制垫在摆臂5上为可转动 的。可以设想在一个优选的实施方式中，该控制垫7包含薄膜键盘(3)、发光二极管(LED) 灯(图中未示出)、操纵杆2和蓄电池充放电安时计(图中未示出)。也可使用其他适合的 人机对接控制器。例如可用触摸屏(图中未示出)代替控制垫。优选实施例中的键盘3可进一步包括音响蜂鸣器，以指示报警以及指示控制系统 输入和/或功能的选择。可以设想LED可用于包括故障指示的多种功能，以指示电源充电或指示正在使用 应急电源(图中未示出)。LED还可用作蓄电池充放电安时计，以提供主电池组中可用电量的指示，范围从所 有LED点亮表示电池充满，到所有LED均不亮表示电池需要充电。
操纵杆2将用作用户输入器件，以向控制系统输入控制指令。WA由机载电池组(图中未示出)供电。在优选的实施方式中，电池组位于髋部框 架中“肾脏”位置处，且位于腿部罩体98中“胫骨”的前部。电池系统为低电压DC系统且 电池组是从家庭电源或车载电源可再充电的。至少促动器需要来自电池组的电力以驱动促 动器。电池组是可拆卸的，以迅速用其他相似容量或扩展容量的电池组进行更换。电池组可为WA机载充电或用特定设计的充电器外部充电。通常，仅使用电池组的一部分，且如果电池组耗竭时会发出音响报警，同时在控制 面板上的可视电池充电指示器将警告用户电池低电力情况，然后WA能够自动切换到备用 电池部分。可选地，在另一优选实施方式中，控制面板将仅警告用户低电力情况，而没有配 置备用电池组从而减轻重量。可以设想WA 100将有助于残障用户恢复基本的机动性。WA自身包含机载电源和控制系统，并可使用车载充电器或家庭电源进行再充电。
29
权利要求
一种适于支承行动障碍的残障用户的助行器，包括i)外骨骼，包括a.刚性骨盆支承构件，包括用于将用户紧固至至少所述骨盆支承构件的用户固定装置，以操作地支承所述用户；b.第一腿部结构件和第二腿部结构件，所述第一腿部结构件和第二腿部结构件中的每个都与所述骨盆支承构件耦合且从所述骨盆支承构件中伸出，用于操作地定位于接近用户各腿部的位置，所述第一腿部结构件和第二腿部结构件中的每个都包括大腿结构构件，用于接合用户的大腿，所述大腿结构构件在其第一端处通过髋部关节与所述骨盆支承构件枢轴地啮合；小腿结构构件，用于接合用户的小腿，所述小腿结构构件在其第一端处通过膝部关节与所述大腿结构构件的第二端枢轴地啮合；脚构件，用于接合用户的脚，所述脚构件通过脚关节与所述小腿的第二端枢轴地啮合；主髋部促动器，被配置用于促使所述大腿结构构件相对所述骨盆支承构件围绕所述髋关节转动，以在使用中在前/后平面中转动所述大腿结构构件；膝部促动器，被配置用于促使所述小腿结构构件相对所述大腿结构构件围绕所述膝关节转动；主脚部促动器，被配置用于促使所述脚构件相对所述小腿结构构件围绕所述脚关节围绕基本与所述膝关节的转动轴平行的轴转动；ii)电源，被配置用于至少向所述主髋部促动器、膝部促动器和主脚部促动器中的一个或多个供电；iii)控制系统，被配置用于控制所述主髋部促动器、膝部促动器和主脚部促动器中的至少一个或多个的运动，至少为了对于所述用户实施行走运动的目的，而使所述外骨骼相对所述助行器位于的地面运动。
2.如权利要求1所述的助行器，其中所述外骨骼包括，用于所述第一腿部结构件和第 二腿部结构件的每一个的辅助髋部促动器，所述辅助髋部促动器被配置用于促使所述大腿 结构构件在中间/横向平面围绕所述骨盆支承构件转动。
3.如权利要求2所述的助行器，其中所述辅助髋部促动器被配置用于促使所述大腿结 构构件在中间/横向平面中以大约10度的范围向垂直方向的每一侧进行转动。
4.如权利要求2或3所述的助行器，其中所述辅助髋部促动器被配置用于促使所述大 腿结构构件在中间/横向平面中以大约6度的范围向垂直方向的每一侧进行转动。
5.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述髋关节为球座接头、万向接头或 球窝接头中的一个，被配置用于利于所述大腿结构构件相对所述骨盆支承构件的多轴转动 能力。
6.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述髋关节被配置用于提供所述大腿 结构构件在中间/横向平面中和前/后面中围绕所述骨盆支承构件的枢轴运动，且至少部 分地防止所述大腿结构构件围绕其纵轴的枢轴运动。
7.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中每个髋关节被配置有绕前/后平面以 0和6度之间的角度沿横向向下延伸的转动轴。
8.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中每个髋关节都被配置有绕前/后平面 以大约4度的角度沿横向向下延伸的转动轴。
9.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述膝关节从所述大腿结构构件向后 偏置以在操作中与用户的膝关节的转动轴大致对齐。
10.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述膝关节包括用于利于所述膝关 节转动的滚柱轴承。
11.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述膝关节还包括用于抵抗所述膝 关节上的轴力的推力轴承。
12.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述脚关节为球座接头、万向接头或 球窝接头中的一个，被配置用于利于所述脚构件相对所述小腿结构构件的多轴转动能力。
13.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述外骨骼包括用于所述第一腿部 结构件和第二腿部结构件的辅助脚部促动器，所述辅助脚部促动器被配置用于促使所述脚 构件在大致中间/横向平面中围绕所述脚关节转动。
14.如权利要求13所述的助行器，其中所述辅助脚部促动器被配置用于促使所述大腿 结构构件在中间/横向平面中以大约6度范围向垂直方向的每一侧进行转动。
15.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述脚关节被配置用于提供所述大 腿结构构件在中间/横向平面中和前/后面中围绕所述骨盆支承构件的枢轴运动，且至少 部分地防止所述小腿结构构件相对脚构件围绕其纵轴的枢轴运动。
16.如权利要求15所述的助行器，其中每个脚关节都被配置有绕前/后平面以0和6 度之间的角度沿横向向下延伸的转动轴。
17.如权利要求16所述的助行器，其中每个脚关节都被配置有绕前/后平面以大约4 度的角度沿横向向下延伸的转动轴。
18.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中每个所述大腿结构构件和小腿结构 构件都包括紧固件，用以紧固至用户的腿部。
19.如权利要求18所述的助行器，其中所述紧固件包括矫正装置和缚带，所述矫正装 置被成形为符合其待啮合的用户腿部的部分，所述缚带用来将所述腿部固定至所述矫正装 置。
20.如权利要求18或19所述的助行器，其中所述紧固件包括用于至少部分地绕用户腿 部固定的可调带子或缚带。
21.如权利要求20所述的助行器，其中所述可调带子包括可调紧固装置。
22.如权利要求22所述的助行器，其中所述可调紧固装置至少包括钩环扣构造、扣环 构造或扣锁构造中的一个。
23.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中每个所述大腿结构构件都具有与其 啮合的大腿矫正装置，通过所述大腿矫正装置，用户的大腿在使用中相对各自的所述大腿 结构构件牢固的接合；以及每个所述小腿结构构件都具有与其啮合的小腿矫正装置，通过 所述小腿矫正装置，用户的小腿在使用中相对各自的所述小腿结构构件牢固的接合。
24.如权利要求23所述的助行器，其中每个所述大腿矫正装置包括至少一个缚带，以 将所述大腿矫正装置固定至用户的腿部；且每个所述小腿矫正装置包括至少一个缚带，以 将所述小腿矫正装置固定至用户的腿部。
25.如权利要求23或24所述的助行器，其中每个所述矫正装置与所述外骨骼可拆卸的啮合。
26.如权利要求25所述的助行器，其中所述外骨骼包括紧固件，以可拆卸地与每个所 述大腿矫正装置和小腿矫正装置啮合，以将每个所述大腿矫正装置和小腿矫正装置固定在 相对所述外骨骼适当的位置。
27.如权利要求26所述的助行器，其中所述紧固件允许所述矫正装置以不同的位置被啮合。
28.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述每个所述脚构件包括用于操作 地引导用户脚的运动的脚构件结构元件。
29.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述每个脚构件包括鞋，用户能将其 脚放入所述鞋中。
30.如权利要求29所述的助行器，其中所述鞋可移动地与所述脚构件结构元件啮合。
31.如权利要求29或30所述的助行器，其中所述鞋包括固定构造，被配置用于利于所 述脚构件结构元件和所述鞋之间方便地紧固连接。
32.如权利要求31所述的助行器，其中所述固定构造允许所述脚构件结构元件和所述 鞋之间的夹住和松开。
33.如权利要求29至32中任意一项所述的助行器，其中所述鞋的位置相对所述脚构件 结构元件是可调节的。
34.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述脚构件包括用于直接或间接地 与用户的脚啮合的脚啮合构造。
35.如权利要求34所述的助行器，其中所述脚啮合构造与所述脚构件结构元件耦合。
36.如权利要求34或35所述的助行器，其中所述脚啮合构造的位置相对所述脚构件结 构元件是可调节的。
37.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中每个大腿结构构件的长度能够变化， 以改变所述髋关节和膝关节之间的距离。
38.如权利要求37所述的助行器，其中每个所述大腿结构构件包括相对彼此能够活动 的至少两部分，以延长和缩短所述大腿结构构件的有效长度。
39.如权利要求38所述的助行器，其中所述大腿结构构件的两部分的长度通过相互的 (a)螺纹关系、(b)套叠关系或(c)滑动关系是可调节的。
40.如权利要求38所述的助行器，其中所述大腿结构构件被配置用于接收用于延长所 述大腿结构构件有效长度的大腿加长插件。
41.如权利要求40所述的助行器，其中所述大腿加长插件通过螺纹构造、内插式构造、 搭扣构造等等中的一个或多个固定至所述大腿结构构件。
42.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中每个小腿结构构件的长度能够变化， 以改变所述脚关节和膝关节之间的距离。
43.如权利要求40所述的助行器，其中每个所述小腿结构构件包括相对彼此能够活动 的至少两部分，以延长和缩短所述小腿结构构件的有效长度。
44.如权利要求43所述的助行器，其中所述小腿结构构件的两部分的长度通过相互的 (a)螺纹关系、(b)套叠关系或(c)滑动关系是可调节的。4
45.如权利要求43所述的助行器，其中所述小腿结构构件被配置用于接收用于延长所 述小腿结构构件有效长度的小腿加长插件。
46.如权利要求45所述的助行器，其中所述小腿加长插件通过螺纹构造、内插式构造、 搭扣构造等等中的一个或多个固定至所述小腿结构构件。
47.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中用户由位于用户的骨盆部位或朝向 用户的骨盆部位的用户固定装置完全支承，以使用户的腿不承受用户的重量。
48.如权利要求47所述的助行器，其中所述用户固定装置包括以下中的一个或多个 骨盆支具，适用于将用户的骨盆固定至骨盆支承构件；填充装置，用于使用户的髋部紧密的抵靠住所述骨盆支承构件；以及 紧固件装置，用于将用户的每条腿固定至相关的腿结构件。
49.如权利要求46所述的助行器，其中所述填充装置是充气的压力容器。
50.如权利要求46所述的助行器，其中所述填充装置是楔形泡沫垫。
51.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述外骨骼包括躯干支具，所述躯干 支具在使用中于所述用户固定装置上方与用户啮合。
52.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中设置多个传感器，所述传感器被配置 用于向所述控制系统提供信息，用于利于控制所述外骨骼的运动。
53.如权利要求52所述的助行器，其中所述多个传感器被配置用于感测待感测的特定 参数，并生成对所述特定参数进行指示的信号，且将所述信号传送给所述控制系统，以便于 控制所述外骨骼的运动。
54.如权利要求52或53所述的助行器，其中所述传感器包括用于确定所述促动器的位 置和速度的位置传感器。
55.如权利要求52或53所述的助行器，其中所述传感器包括设置在所述脚构件上以确 定所述脚构件向地面施加的压力的压力传感器。
56.如权利要求55所述的助行器，其中所述压力传感器被配置用于确定通过所述脚构 件的底部向地面施加的压力的变化。
57.如权利要求52或53所述的助行器，其中所述传感器包括被配置用于确定所述助行 器前方、后方以及横向的地面的斜度的距离传感器。
58.如权利要求57所述的助行器，其中所述距离传感器被配置用于检测所述助行器中 央地面的斜度，所述距离传感器允许控制器控制所述促动器以考虑所述助行器周围地面的 斜度。
59.如权利要求52或53所述的助行器，其中所述传感器包括加速计，以测量所述骨盆 支承构件、所述大腿结构构件、所述小腿结构构件以及所述脚构件中至少一个或多个的加速度。
60.如权利要求52或53所述的助行器，其中所述传感器包括倾斜仪，以测量所述骨盆 支承构件、所述大腿结构构件、所述小腿结构构件以及所述脚构件中至少一个或多个的倾斜度。
61.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述控制器包括陀螺仪，用于限定参 照系，所述参照系用于对所述外骨骼或外骨骼的一部分进行位置控制。
62.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述助行器包括人机接口装置。
63.如权利要求62所述的助行器，其中所述人机接口装置包括操纵杆。
64.如权利要求62或63所述的助行器，其中所述人机接口装置包括键盘。
65.如权利要求62、63或64中任意一项所述的助行器，其中所述人机接口装置在摇臂 上是可旋转的，所述摇臂用于在用户转移至所述助行器期间便于运动至垂直位置。
66.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述外骨骼包括支承面，所述支承面 被配置和尺寸设计为能够与用户啮合，以便于用户进入和/或脱离所述助行器。
67.如权利要求66所述的助行器，其中所述支承面为把手。
68.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述外骨骼能被配置为坐姿位置，以 便于用户进入和脱离所述助行器。
69.如权利要求68所述的助行器，其中，当所述助行器处于坐姿位置时，所述支承面与 用户能够啮合。
70.如权利要求68所述的助行器，其中，当所述助行器处于坐姿位置时，所述把手被配 置以基本水平地延伸。
71.如权利要求69或70所述的助行器，其中所述支承面由罩体限定，所述罩体至少罩 住部分所述外骨骼。
72.如上述任意一项权利要求所述的助行器，其中所述骨盆支承构件是模制的。
73.如权利要求72所述的助行器，其中所述骨盆支承构件由碳素纤维或玻璃纤维中的 一种模制而成。
74.如权利要求72或73所述的助行器，其中所述骨盆支承构件模制或制造为单一中空单元。
75.如权利要求74所述的助行器，其中所述骨盆支承构件模制或制造为单一中空单 元，所述单一中空单元包括跨过所述骨盆支承构件内部空腔的抗剪腹板。
76.如权利要求56至75中任意一项所述的助行器，其中在所述脚构件上的传感器由防 水罩密封。
77.—种适于用于支承行动障碍的残障用户的可控助行器的外骨骼，所述外骨骼包括i)刚性骨盆支承构件，包括用于紧固至用户的用户固定装置，以操作地完全支承所述 用户， )第一腿部结构件和第二腿部结构件，所述第一腿部结构件和所述第二腿部结构件 中的每个都与所述骨盆支承构件耦合且从所述骨盆支承构件中伸出，用于操作地定位于接 近用户各腿部的位置，所述第一腿部结构件和第二腿部结构件中的每个都包括a.大腿结构构件，用于接合用户的大腿，所述大腿结构构件在其第一端处通过髋部关 节与所述骨盆支承构件枢轴地啮合；b.小腿结构构件，用于接合用户的小腿，所述小腿结构构件在其第一端处通过膝部关 节与所述大腿结构构件的第二端枢轴地啮合；c.脚构件，用于接合用户的脚，所述脚构件通过脚关节与所述小腿的第二端枢轴地啮合；d.主髋部促动器，被配置用于促使所述大腿结构构件相对所述骨盆支承构件围绕所述 髋关节转动，以在使用中在前/后平面中转动所述大腿结构构件；e.膝部促动器，被配置用于促使所述小腿结构构件相对所述大腿结构构件围绕所述膝 关节转动；f.主脚部促动器，被配置用于促使所述脚构件相对所述小腿结构构件围绕所述脚关节 围绕基本与所述膝关节的转动轴平行的轴转动。
78.如权利要求77所述的外骨骼，其中所述外骨骼包括电源，所述电源被配置用于至 少向所述主髋部促动器、膝部促动器和主脚部促动器中的一个或多个供电。
79.如权利要求77或78所述的外骨骼，其中所述外骨骼包括，用于所述第一腿部结构 件和第二腿部结构件的每一个的辅助髋部促动器，所述辅助髋部促动器被配置用于促使所 述大腿结构构件在中间/横向平面围绕所述骨盆支承构件转动。
80.如权利要求79所述的外骨骼，其中所述辅助髋部促动器被配置用于促使所述大腿 结构构件在中间/横向平面中以大约10度的范围向垂直方向的每一侧进行转动。
81.如权利要求80所述的外骨骼，其中所述辅助髋部促动器被配置用于促使所述大腿 结构构件在中间/横向平面中以大约6度的范围向垂直方向的每一侧进行转动。
82.如权利要求77至81中任意一项所述的外骨骼，其中所述髋关节为球座接头、万向 接头或球窝接头中的一个，被配置用于利于所述大腿结构构件相对所述骨盆支承构件的多 轴转动能力。
83.如权利要求77至82中任意一项所述的外骨骼，其中所述髋关节被配置用于提供所 述大腿结构构件在中间/横向平面中和前/后面中围绕所述骨盆支承构件的枢轴运动，且 至少部分地防止所述大腿结构构件围绕其纵轴的枢轴运动。
84.如权利要求77至83中任意一项所述的外骨骼，其中每个髋关节被配置有沿前/后 平面以0和6度之间的角度沿横向向下延伸的转动轴。
85.如权利要求84所述的外骨骼，其中每个髋关节都被配置有沿前/后平面以大约4 度的角度沿横向向下延伸的转动轴。
86.如权利要求77至85中任意一项所述的外骨骼，其中所述膝关节从所述大腿结构构 件向后偏置以在操作中与用户的膝关节的转动轴大致对齐。
87.如权利要求77至86中任意一项所述的外骨骼，其中所述膝关节包括用于利于所述 膝关节转动的滚柱轴承。
88.如权利要求77至87中任意一项所述的外骨骼，其中所述膝关节还包括用于抵抗所 述膝关节上的轴力的推力轴承。
89.如权利要求77至88中任意一项所述的外骨骼，其中所述外骨骼包括用于所述第一 腿部结构件和第二腿部结构件的辅助脚部促动器，所述辅助脚部促动器被配置用于促使所 述脚构件沿大致中间/横向平面中围绕所述脚关节转动。
90.如权利要求89所述的外骨骼，其中所述辅助脚部促动器被配置用于促使所述大腿 结构构件沿中间/横向平面以大约6度范围向垂直方向的每一侧进行转动。
91.如权利要求77至90中任意一项所述的外骨骼，其中所述脚关节为球座接头、万向 接头或球窝接头，被配置用于利于所述脚构件相对所述小腿结构构件的多轴转动能力。
92.如权利要求77至91中任意一项所述的外骨骼，其中所述脚关节被配置用于提供所 述大腿结构构件在中间/横向平面中和前/后面中围绕所述骨盆支承构件的枢轴运动，且 至少部分地防止所述小腿结构构件相对脚构件围绕其纵轴的枢轴运动。
93.如权利要求92所述的外骨骼，其中每个脚关节被配置有转动轴，当沿前/后平面转 动时，所述转动轴以0和6度之间的角度沿横向向下延伸。
94.如权利要求93所述的外骨骼，其中每个脚关节被配置有转动轴，当沿前/后平面转 动时，所述转动轴以4度的角度沿横向向下延伸。
95.如上述任意一项权利要求所述的外骨骼，其中每个所述大腿结构构件和小腿结构 构件都包括紧固件，用以紧固至用户的腿部。
96.如权利要求95所述的外骨骼，其中所述紧固件包括矫正装置和缚带，所述矫正装 置被成形为符合其待啮合的用户腿部的部分矫正装置，所述缚带用来将所述腿部固定至所 述矫正装置
97.如权利要求95或96所述的外骨骼，其中所述紧固件包括用于至少部分地绕用户腿 部固定的可调带子。
98.如权利要求97所述的外骨骼，其中所述可调带子包括可调紧固装置。
99.如权利要求98所述的外骨骼，其中所述可调紧固装置至少包括钩环扣构造、扣环 构造或扣锁构造中的一个。
100.如上述任意一项权利要求所述的外骨骼，其中每个所述大腿结构构件都具有与其 置啮合的大腿矫正装，通过所述大腿矫正装置，用户的大腿在使用中相对各自的所述大腿 结构构件牢固的接合；以及每个所述小腿结构构件都具有与其啮合的小腿矫正装置，通过所述小腿矫正装置，用 户的小腿在使用中相对各自的所述小腿结构构件牢固的接合。
101.如权利要求100所述的外骨骼，其中每个所述大腿矫正装置包括至少一个缚带， 以将所述大腿矫正装置固定至用户的腿部；且每个所述小腿矫正装置包括至少一个缚带，以将所述小腿矫正装置固定至用户的腿部。
102.如权利要求100或101所述的外骨骼，其中每个所述矫正装置与所述外骨骼可拆 卸的啮合。
103.如权利要求100至102中任意一项所述的外骨骼，其中所述外骨骼包括紧固件，以 可拆卸地与每个所述矫正装置啮合，以将每个所述矫正装置固定在相对所述外骨骼适当的 位置。
104.如权利要求103所述的外骨骼，其中紧固件允许所述矫正装置以不同的位置被啮I=I O
105.如权利要求77至104中任意一项所述的外骨骼，其中所述每个所述脚构件包括用 于操作地引导用户脚的运动的脚构件结构元件。
106.如权利要求77至105中任意一项所述的外骨骼，其中所述每个脚构件包括鞋，用 户能将其脚放入所述鞋中。
107.如权利要求106所述的外骨骼，其中所述鞋可移动地与所述脚构件结构元件啮I=I O
108.如权利要求106或107所述的外骨骼，其中所述鞋构件包括固定构造，被配置用于 利于所述脚构件结构元件和所述鞋之间方便地紧固连接。
109.如权利要求108所述的外骨骼，其中所述固定构造允许所述脚构件结构元件和所述鞋之间的夹住和松开。
110.如权利要求106至109中任意一项所述的外骨骼，其中所述鞋的位置相对所述脚 构件结构元件是可调节的。
111.如权利要求77至110中任意一项所述的外骨骼，其中所述脚构件包括用于直接或 间接地与用户的脚啮合的脚啮合构造。
112.如权利要求111所述的外骨骼，其中所述脚啮合构造与所述脚构件结构元件耦I=I O
113.如权利要求111或112所述的外骨骼，其中所述脚啮合构造的位置相对所述脚构 件结构元件是可调节的。
114.如权利要求77至113中任意一项所述的外骨骼，其中每个大腿结构构件的长度能 够变化，以改变所述髋关节和膝关节之间的距离。
115.如权利要求114所述的外骨骼，其中每个所述大腿结构构件包括相对彼此能够活 动的至少两部分，以延长和缩短所述大腿结构构件的有效长度。
116.如权利要求115所述的外骨骼，其中所述大腿结构构件的两部分的长度通过相互 的(a)螺纹关系、(b)套叠关系或(c)滑动关系是可调节的。
117.如权利要求114所述的外骨骼，其中所述大腿结构构件被配置用于接收用于延长 所述大腿结构构件有效长度的大腿加长插件。
118.如权利要求117所述的外骨骼，其中所述大腿加长插件通过螺纹构造、内插式构 造、搭扣构造等等中的一个或多个固定至所述大腿结构构件。
119.如权利要求77至118中任意一项所述的外骨骼，其中每个小腿结构构件的长度能 够变化，以改变所述脚关节和膝关节之间的距离。
120.如权利要求119所述的外骨骼，其中每个所述小腿结构构件包括相对彼此能够活 动的至少两部分，以延长和缩短所述小腿结构构件的有效长度。
121.如权利要求120所述的外骨骼，其中所述小腿结构构件的两部分的长度通过相互 的(a)螺纹关系、(b)套叠关系或(c)滑动关系是可调节的。
122.如权利要求119所述的外骨骼，其中所述小腿结构构件被配置用于接收用于延长 所述小腿结构构件有效长度的小腿加长插件。
123.如权利要求122所述的外骨骼，其中所述小腿加长插件通过螺纹构造、内插式构 造、搭扣构造等等中的一个或多个固定至所述小腿结构构件。
124.如权利要求77至123中任意一项所述的外骨骼，其中用户由位于用户的骨盆部位 或朝向骨盆部位的用户固定装置部分地或完全地支承，以使用户的腿不承受用户的重量。
125.如权利要求124所述的外骨骼，其中所述用户固定装置包括以下中的一个或多个骨盆支具，适用于将用户的骨盆固定至骨盆支承构件；填充装置，用于使用户的髋部紧密的抵靠住所述骨盆支承构件；以及紧固件装置，用于将用户的每条腿固定至相关的腿结构件。
126.如权利要求125所述的外骨骼，其中所述填充装置是充气的压力容器。
127.如权利要求125所述的外骨骼，其中所述填充装置是楔形泡沫垫。
128.如权利要求77至127中任意一项所述的外骨骼，其中所述外骨骼包括躯干支具，所述躯干支具在使用中于所述用户固定装置上方与用户啮合。
129.如权利要求77至128中任意一项所述的外骨骼，其中所述外骨骼能被配置为坐姿 位置，以便于用户进入或脱离所述外骨骼。
130.如权利要求77至127中任意一项所述的外骨骼，其中所述外骨骼包括支承面，所 述支承面被配置和尺寸设计为能够与用户啮合，以便于用户进入和/或脱离所述外骨骼。
131.如权利要求130所述的外骨骼，其中所述支承面为把手。
132.如权利要求130或131所述的外骨骼，其中，当所述外骨骼处于坐姿位置时，所述 支承面与用户能够啮合。
133.如权利要求131或132所述的外骨骼，其中，当所述外骨骼处于坐姿位置时，所述 把手被配置以基本水平地延伸。
134.如权利要求130至133中任意一项所述的外骨骼，其中所述支承面由罩体限定，所 述罩体至少罩住部分所述外骨骼。
135.如权利要求77至134中任意一项所述的外骨骼，其中所述骨盆支承构件是模制的。
136.如权利要求135所述的外骨骼，其中所述骨盆支承构件由碳素纤维或玻璃纤维中 的一种模制而成。
137.如权利要求135或136所述的外骨骼，其中所述骨盆支承构件模制或制造为单一中空单元。
138.如权利要求137所述的外骨骼，其中所述骨盆支承构件模制或制造为单一中空单 元，所述单一中空单元包括跨过所述骨盆支承构件内部空腔的抗剪腹板。
139.如权利要求77至138中任意一项所述的外骨骼，其中设置多个传感器，所述传感 器被配置用于向所述控制系统提供信息，用于利于控制所述外骨骼的运动。
140.如权利要求139所述的外骨骼，其中所述多个传感器被配置用于感测待感测的特 定参数，并生成对所述特定参数进行指示的信号，且将所述信号传送给所述控制系统，以便 于控制所述外骨骼的运动。
141.如权利要求139或140所述的外骨骼，其中所述传感器包括用于确定所述促动器 的位置的位置传感器。
142.如权利要求139或140所述的外骨骼，其中所述传感器包括设置在所述脚构件上 以确定所述脚构件向地面施加的压力的压力传感器。
143.如权利要求142所述的外骨骼，其中所述压力传感器被配置用于确定通过所述脚 构件的底部向地面施加的压力的变化。
144.如权利要求139或140所述的外骨骼，其中所述传感器包括被配置用于确定所述 外骨骼前方、后方以及横向的地面的斜度的距离传感器。
145.如权利要求144所述的外骨骼，其中所述距离传感器被配置用于检测所述助行器 中央地面的斜度，所述距离传感器允许控制器控制所述促动器以考虑所述外骨骼周围地面 的斜度。
146.如权利要求24所述的外骨骼，其中所述传感器包括加速计，适于测量所述骨盆支 承构件、所述大腿结构构件、所述小腿结构构件以及所述脚构件中至少一个或多个的加速度。
147.如权利要求139或140所述的外骨骼，其中所述传感器包括倾斜仪，以测量所述骨 盆支承构件、所述大腿结构构件、所述小腿结构构件以及所述脚构件中至少一个或多个的 倾斜度。
148.如权利要求77至147中任意一项所述的外骨骼，其中所述控制器包括陀螺仪，用 于限定参照系，所述参照系用于所述外骨骼或外骨骼的一部分进行位置控制。
149.如权利要求77至148中任意一项所述的外骨骼，其中所述外骨骼包括人机接口装置。
150.如权利要求149所述的外骨骼，其中所述人机接口装置包括操纵杆。
151.如权利要求149或150所述的外骨骼，其中所述人机接口装置包括键盘。
152.如权利要求149至151中任意一项所述的外骨骼，其中所述人机接口装置在摇臂 上是可旋转的，所述摇臂用于在用户转移至所述助行器期间便于运动至垂直位置。
153.—种适于助行器或医疗装置的外骨骼，所述外骨骼包括 i)刚性骨盆支承构件，适于操作地与用户的髋部紧密地啮合； )用户固定装置，用于将用户紧固至所述支承构件来操作地支承所述用户； iii)第一腿部结构件和第二腿部结构件，所述第一腿部结构件和所述第二腿部结构件 中的每个都与所述骨盆支承构件耦合且从所述骨盆支承构件中伸出，用于操作地定位于接 近用户各腿部的位置，所述第一腿部结构件和第二腿部结构件中的每个都包括a.大腿结构构件，用于接合用户的大腿，所述大腿结构构件在其第一端处通过髋部关 节与所述骨盆支承构件枢轴地啮合；b.小腿结构构件，用于接合用户的小腿，所述小腿结构构件在其第一端处通过膝部关 节与所述大腿结构构件的第二端枢轴地啮合；c.脚构件，用于接合用户的脚，所述脚构件通过脚关节与所述小腿第二端枢轴地啮合；d.主髋部促动器，被配置用于促使所述大腿结构构件相对所述骨盆支承构件围绕所述 髋关节转动，以在使用中在前/后平面中转动所述大腿结构构件；e.膝部促动器，被配置用于促使所述小腿结构构件相对所述大腿结构构件围绕所述膝 关节转动；f.主脚部促动器，被配置用于促使所述脚构件相对所述小腿结构构件围绕所述脚关节 围绕基本与所述膝关节的转动轴平行的轴转动。
154.如权利要求153所述的外骨骼，其中所述用户固定装置包括骨盆支具，适用于将 用户的骨盆固定至所述骨盆支承构件；以及紧固装置，适用于操作地将用户的腿固定至所 述腿结构件。
全文摘要
根据本发明第一方面，提供一种用作医疗装置助行器(WA)(100)，适于通过一系列与行走运动相关的运动来支承行动障碍的残障用户。WA(100)包括外骨骼(500)、电池组或其他相似机载电源组形式的电源(未示出)和与电源连接的电源电缆(未示出)、以及控制系统(未示出)。外骨骼(500)包括刚性骨盆支承构件或髋部框架(15)，该刚性骨盆支承构件或髋部框架(15)包括骨盆装具(96)和一对腿部结构件(50)(第一腿部结构件和第二腿部结构件)。每个腿部结构件(50)都包括大腿结构构件(10)、小腿结构构件(11)、脚构件(18)、主髋部促动器(16)、膝部促动器(13)和主脚部促动器(19)。大腿结构构件(10)用于固定用户(600)的大腿(610)，大腿结构构件(10)在其第一端(10a)处通过髋关节(14)与髋部框架(15)枢轴地啮合。小腿结构构件(11)用于固定用户(600)的小腿(620)，小腿结构构件(11)在其第一端(11a)处通过膝关节(12)与大腿结构构件(100)枢轴地啮合。髋关节(14)位于大腿构件(10)的第一端(10)处，利用髋部框架(15)与大腿构件(10)枢轴地啮合。髋关节(14)限定髋轴(14A)，使用中髋轴(14A)相对于用户(600)位于或接近位于运动的前/后方向的髋转动的中和轴。在优选的实施方式中，每个髋关节(14)被配置为相对髋框架(15)与其转动轴(14A)一起沿横向以0和10度之间的角度向下延伸，更优选地大约为4度。转动轴14A的该倾角模仿人类大腿的布置。该倾角使得质心(通常大致位于骨盆中间)更自然地转变至一点，该点在控制WA(100)在自然行走运动期间由脚构件(18)提供的支承区域内。
文档编号A61F5/00GK101938967SQ200880126184
公开日2011年1月5日 申请日期2008年12月24日 优先权日2007年12月26日
发明者理查德·利特尔, 罗伯特·亚历山大·欧文 申请人:雷克斯仿生学有限公司