用于人类外骨骼的通用张拉整体关节制造技术

一种外骨骼(305；405)包含经配置以耦合到所述外骨骼(305；405)的穿戴者(205)的第一压缩部件(105；105')及第二压缩部件(110；110')。张拉整体关节(100；170；171；200；300；400)将所述第一压缩部件(105；105')连接到所述第二压缩部件(110；110')，所述关节(100；170；171；200；300；400)包含具有第一端及第二端的拉伸部件(140；235；330；445)。所述第一端在所述关节(100；170；171；200；300；400)的第一侧上耦合到所述第一压缩部件(105；105')，且所述第二端在所述关节(100；170；171；200；300；400)的与所述第一侧相对的第二侧上耦合到所述第一压缩部件(105；105')。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于人类外骨骼的通用张拉整体关节相关申请案交叉参考本申请案主张2015年7月17日提出申请且标题为“用于人类外骨骼的通用拉伸关节”的第62/193,919号美国临时申请案的权益。本申请案的全部内容以引用方式并入本文中。政府许可权利本专利技术依据由美国特别行动指挥处颁发的合同H92222-15-C-0025在政府支持下制成。政府拥有本专利技术的某些权利。
本专利技术涉及一种在执行某些承重或需要力量的任务期间增大用户的承载能力及力量、增加性能且帮助防止损伤的装置及方法。更特定来说，本专利技术涉及一种适合于由从事重型工具使用或承重任务的人使用的装置，所述装置包括加强用户的附肢的经改进功能从而允许用户在行走时携载更多重量的一组假肢及相关控制系统，所述功能包含但不限于用户的腿的较大力量及耐力。
技术介绍
可穿戴外骨骼已经设计用于医疗、商业及军事应用。医疗外骨骼经设计以帮助恢复用户的移动性。商业及军事外骨骼通过在剧烈活动期间减轻由工人或士兵支撑的负载而帮助防止损伤且增大用户的体力及力量。经设计以供健全用户使用的外骨骼通常用于通过以下方式改进用户的体力：通过外骨骼结构转移工具或负载的重量且将所述重量转移到地面，因此减小用户所承载的重量。为使外骨骼将此重量转移到地面，外骨骼重量与地面之间的每一外骨骼支撑部件及外骨骼关节必须能够用作围绕用户的此力的导管。此需要一刚度(当前外骨骼的关节中所见)，所述刚度可限制一些外骨骼关节的运动范围。通过限制这些关节处的灵活性，降低外骨骼的移动性及可操作性，借此限制外骨骼在某些应用中的有用性。此为被动承重外骨骼及动力外骨骼两者中的问题。在动力外骨骼的情形中，致动器及例如电池的电力系统的重量必须也由外骨骼的结构及关节承载。当前外骨骼设计依赖于非柔性压缩部件来支撑外骨骼结构的重量，其中外骨骼关节由以固定距离(所述距离为关节自身)连接两个刚性部件且通过压缩承载重量的旋转或枢转组件组成。此极大地限制一个刚性外骨骼部件相对于邻接外骨骼部件的自由度。虽然例如膝盖的一些外骨骼关节仅需要在所连接刚性部件之间具有固定距离的情况下在单个平面中的旋转，但例如髋关节及踝关节等其它关节通过在两个或多于两个平面中的旋转以及平移而更好地起作用。作为外骨骼关节的有限运动范围的后果的一个实例，当前外骨骼脚踝不能够进行任何显著外翻或内翻运动。因此，外骨骼脚的底部无法补偿冠状平面中的斜率，从而使当前外骨骼不能够在许多类型的地形上行走。作为另一实例，外骨骼踝关节及髋关节不能(或不太能)在横向平面中旋转使让行走及站立外骨骼转弯为困难的。具体来说关于髋关节，虽然人类髋部为不需要平移的球形及球窝关节，但外骨骼髋关节必须围绕人类髋部通过。由于外骨骼髋部无法与人类髋关节旋转的中心共处，因此关于外骨骼髋关节的平移允许外骨骼穿戴者在髋部处的灵活性极大地改进(尤其在例如内旋及外旋或者旋转与内收、外展、伸展或屈曲的组合的移动中)。此经改进灵活性将非常有利于在高度动态环境中穿戴外骨骼(例如体育活动或作战情景中所见)。由于外骨骼关节中的受限运动范围对外骨骼使用强加的限制，因此此项技术中需要开发允许承重外骨骼关节的经改进灵活性的装置。此项技术中还需要开发低重量的此类装置。
技术实现思路
本文中揭示允许承重外骨骼关节中极大地经改进的灵活性的装置及方法。除在一定范围的移动及地形条件下增强外骨骼关节的灵活性且允许经改进外骨骼移动性以外，这些装置及方法还具有与经减小外骨骼重量及经改进的到外骨骼用户的外骨骼装配有关的额外益处。特定来说，本专利技术针对于一种经配置以耦合到外骨骼的穿戴者的外骨骼，所述外骨骼包含第一压缩部件及第二压缩部件。张拉整体关节将所述第一压缩部件连接到所述第二压缩部件，所述关节包含具有第一端及第二端的拉伸部件。所述第一端在所述关节的第一侧上耦合到所述第一压缩部件，且所述第二端在所述关节的与所述第一侧相对的第二侧上耦合到所述第一压缩部件。优选地，所述关节进一步包含拉伸部件导引件，所述拉伸部件穿过所述拉伸部件导引件。在一个实施例中，所述第一端及所述第二端中的每一者直接耦合到所述第一压缩部件。在另一实施例中，所述第一端直接耦合到第一支撑件，所述第二端直接耦合到第二支撑件且所述第一支撑件及所述第二支撑件中的每一者直接耦合到所述第一压缩部件。所述关节进一步包含位于所述关节的所述第一侧上的第一滑轮及位于所述关节的所述第二侧上的第二滑轮。所述第一滑轮及所述第二滑轮中的每一者连接到所述第二压缩部件。在一个实施例中，所述第一滑轮及所述第二滑轮中的每一者直接耦合到所述第二压缩部件。在另一实施例中，所述第一滑轮直接耦合到第一支撑件，所述第二滑轮直接耦合到第二支撑件且所述第一支撑件及所述第二支撑件中的每一者直接耦合到所述第二压缩部件。在一个实施例中，所述关节为踝关节，且所述第一压缩部件及所述第二压缩部件中的一者为下部腿支撑件。所述第一压缩部件及所述第二压缩部件中的另一者为靴子支撑件。在另一实施例中，所述关节为腹部关节，且所述第一压缩部件及所述第二压缩部件中的一者为躯干支撑件。所述第一压缩部件及所述第二压缩部件中的另一者为腰部支撑件。在又一实施例中，所述关节为髋关节，且所述第一压缩部件及所述第二压缩部件中的一者为腰部支撑件。所述第一压缩部件及所述第二压缩部件中的另一者为上部腿支撑件。在一个实施例中，所述关节构成第一张拉整体关节。所述外骨骼进一步包含经配置以耦合到所述穿戴者的第三压缩部件及将所述第二压缩部件连接到所述第三压缩部件的第二张拉整体关节。所述第二张拉整体关节包含具有第一端及第二端的拉伸部件。所述第一端在所述第二张拉整体关节的第一侧上耦合到所述第二压缩部件，且所述第二端在所述第二张拉整体关节的与所述第一侧相对的第二侧上耦合到所述第二压缩部件。依据连同图式一起进行的对本专利技术的优选实施例的以下详细描述将更容易地明了本专利技术的额外目标、特征及优点，其中在数个视图中相似元件符号是指共同零件。附图说明图1A是根据本专利技术的第一实施例构造的简化外骨骼关节的透视图；图1B是包含额外拉伸部件导引件的第一实施例的外骨骼关节的透视图；图1C是具有不止一个关节链接的第一实施例的外骨骼关节的透视图；图1D是在装置的一部分经切除以便允许装置耦合到人的情况下第一实施例的外骨骼关节的透视图；图2A是根据本专利技术的第二实施例构造的外骨骼踝关节的侧视图；图2B是在踝关节的一部分经移除以展示在下部腿支撑件的内部上的滑轮的情况下第二实施例的外骨骼踝关节的侧视图；图2C是在脚踝经展示处于中立位置中的情况下第二实施例的外骨骼踝关节的正视图；图2D是在脚踝经展示处于内翻中的情况下第二实施例的外骨骼踝关节的正视图；图2E是在脚踝经展示处于内翻中的情况下第二实施例的外骨骼踝关节的正视图；图2F是在脚踝及腿经展示处于中立位置中的情况下第二实施例的外骨骼踝关节的俯视图示；图2G是在脚踝及腿经展示处于内旋中的情况下第二实施例的外骨骼踝关节的俯视图示；图2H是在脚踝及腿经展示处于外旋中的情况下第二实施例的外骨骼踝关节的俯视图示；图3A是人与外骨骼的侧视图，所述外骨骼具有根据本专利技术的第三实施例构造的躯干与腹部关节；图3B是在躯干经展示处于中立位置中的情况下第三实施例的外骨骼躯干与腹部关节的俯视图示；图3C是在躯干经展示为相对于腹部向右本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外骨骼，其包括：第一压缩部件，其经配置以耦合到所述外骨骼的穿戴者；第二压缩部件，其经配置以耦合到所述穿戴者；张拉整体关节，其将所述第一压缩部件连接到所述第二压缩部件，所述关节包含具有第一端及第二端的拉伸部件，其中所述第一端在所述关节的第一侧上耦合到所述第一压缩部件，且所述第二端在所述关节的与所述第一侧相对的第二侧上耦合到所述第一压缩部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.17 US 62/193,9191.一种外骨骼，其包括：第一压缩部件，其经配置以耦合到所述外骨骼的穿戴者；第二压缩部件，其经配置以耦合到所述穿戴者；张拉整体关节，其将所述第一压缩部件连接到所述第二压缩部件，所述关节包含具有第一端及第二端的拉伸部件，其中所述第一端在所述关节的第一侧上耦合到所述第一压缩部件，且所述第二端在所述关节的与所述第一侧相对的第二侧上耦合到所述第一压缩部件。2.根据权利要求1所述的外骨骼，其中：所述第一端及所述第二端中的每一者直接耦合到所述第一压缩部件；或所述第一端直接耦合到第一支撑件，所述第二端直接耦合到第二支撑件，且所述第一支撑件及所述第二支撑件中的每一者直接耦合到所述第一压缩部件。3.根据权利要求1所述的外骨骼，其中：所述关节进一步包含位于所述关节的所述第一侧上的第一滑轮及位于所述关节的所述第二侧上的第二滑轮；且所述拉伸部件缠绕在所述第一滑轮及所述第二滑轮中的每一者上。4.根据权利要求3所述的外骨骼，其中所述第一滑轮及所述第二滑轮中的每一者连接到所述第二压缩部件。5.根据权利要求4所述的外骨骼，其中：所述第一滑轮及所述第二滑轮中的每一者直接耦合到所述第二压缩部件；或所述第一滑轮直接耦合到第一支撑件，所述第二滑轮直接耦合到第二支撑件，且所述第一支撑件及所述第二支撑件中的每一者直接耦合到所述第二压缩部件。6.根据权利要求1所述的外骨骼，其中所述关节进一步包含拉伸部件导引件，所述拉伸部件穿过所述拉伸部件导引件。7.根据权利要求1所述的外骨骼，其中：所述关节为踝关节；所述第一压缩部件及所述第二压缩部件中的一者为下部腿支撑件；且所述第一压缩部件及所述第二压缩部件中的另一者为靴子支撑件。8.根据权利要求1所述的外骨骼，其中：所述关节为腹部关节；所述第一压缩部件及所述第二压缩部件中的一者为躯干支撑件；且所述第一压缩部件及所述第二压缩部件中的另一者为腰部支撑件。9.根据权利要求1所述的外骨骼，其中：所述关节为髋关节；所述第一压缩部件及所述第二压缩部件中的一者为腰部支撑件；且所述第一压缩部件及所述第二压缩部件中的另一者为上部腿支撑件。10.根据权利要求1所述的外骨骼，其中所述关节构成第一张拉整体关节，所述外骨骼进一步包括：第三压缩部件，其经配置以耦合到所述穿戴者；第二张拉整体关节，其将所述第二压缩部件连接到所述第三压缩部件，所述第二张拉整体关节包含具有第一端及第二端的拉伸部件，其中所述第一端在所述第二张拉整体关节的第一侧上耦合到所述第二压缩部件，且所述第二端在所述第二张拉整体关节的与所述第一侧相对的第二侧上耦合到所述第二压缩部件。11.一种增加外骨骼的关节的灵活性的方法，所述外骨骼包含经配置以耦合到所述外骨骼的穿戴者的第一压缩部件、经配置以耦合到所述穿戴者的第二压缩部件及将...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克·休斯，拉斯顿·安戈尔德，杰弗·维克斯，布拉德利·罗安，库尔特·阿蒙森，尼古拉斯·弗莱明，
申请(专利权)人：埃克苏仿生公司，
类型：发明
国别省市：美国,US