用于辅助操作者施力的系统技术方案

用于协助操作者施力的外骨骼系统(410)，包括具有一个或多个自由度并支撑了补偿装置(450)的框架(411)，该补偿装置设置成向操作者的关节提供辅助力。补偿装置(450)包括调节装置(458)，其设置用于调整弹性机构(456)的张紧程度。补偿装置(450)包括止转组件(461)，其包括伸展和屈曲停止件，以限定补偿装置(450)的允许的运动程度，该止转组件(461)具有安全锁(480)，用于阻止补偿装置(450)的运动。用于阻止补偿装置(450)的运动。用于阻止补偿装置(450)的运动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于辅助操作者施力的系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请通过引用纳入以下内容：2020年10月13日提交的美国临时申请63/091,022、2017年4月25日提交的美国临时申请62/489,618、2017年11月8日提交的美国临时申请62/583,140、2017年11月27日提交的美国临时申请62/590,844、2020年8月25日提交的美国临时申请63/069,985、2017年2月21日授权的美国专利9,572,705、2014年2月25日授权的美国专利8,657,769、2012年5月8日授权的美国专利8,172,779、2016年9月1日公布的美国专利申请公开2016/0250061、2018年10月25日公布的美国专利申请公开2018/0303699，以及2020年4月22日提交的国际专利申请PCT/IB2020/053821。


[0003]本公开涉及一种外骨骼中的用于人体的系统，以及适于增强操作者的表现、减轻重复性劳损或辅助施力的支持性辅助装置。

技术介绍

[0004]可穿戴的工业外骨骼技术可提高工业环境中的耐力和安全性。这些外骨骼可提高工业生产力，并通过减少肌肉和肌腱的过度使用来防止常见的工伤。外骨骼可在剧烈活动中支持和增强操作者，包括举起、弯腰、弯曲、下蹲和高空作业，以减少雇员的疲劳和工伤。外骨骼在重复性和/或吃力的活动中会有额外的价值。在外骨骼的协助下，操作者可不费力地握住沉重的手持工具，并且通过减少肌肉疲劳来提高生产力和准确性。拥有宝贵经验和直觉的老年工人可通过外骨骼系统而在体力要求高或具有挑战性的工作中比原来工作得更久。
[0005]外骨骼系统可设置成在站立或跪姿时通过外骨骼将负载转移到地面上，并允许操作者使用重型工具，就像它们没有重量一样。外骨骼系统可配置成自然地运动，并适应不同的身体类型和高度。外骨骼系统可复制肩部的动态运动，而接口可如第二层皮肤一样包裹住操作者的身体。
[0006]一个示例性的外骨骼系统设置用于上半身，包括肩部和手臂，通过减少肩部处的力(例如，促使手臂向下的重力)来提高性能，并使操作者能够不费力地在较长时间内执行从胸部到天花板高度的任务。外骨骼可帮助操作者抬高和支撑操作者的手臂，减少在胸部以上或头顶进行的任务所带来的身体风险和不适。
[0007]已经发现，下半身、躯干和上半身的区域可从主动式和被动式外骨骼中受益。据报道，主动式和被动式外骨骼所带来的效果包括肌肉活动的减少。外骨骼具有减少会带来与工作相关的肌肉骨骼损伤的潜在因素的能力。虽然已经有了一些外骨骼，但一些技术问题阻碍了外骨骼在工业中的实际使用。具体的问题包括被动式和主动式外骨骼的不适感、设备的重量、与人体解剖学和运动学的符合性，以及检测人的意图以使主动式外骨骼顺利运动。
[0008]另一个问题是确保外骨骼系统的协助与操作者的特定需要和活动相匹配。现有的
系统可提供静态或动态的辅助力，但需要复杂的控制和调节系统，这使得外骨骼系统在随后的工作班次中适应不同操作者的成本很高且不实际。而且，现有的外骨骼系统对操作者的特定体格、力量和任务的适应性不够，导致对于不同操作者来说依从性差，效果不佳。现有的外骨骼设备还在允许操作者执行不相关任务的方面的适应性较差，如果要舒适且有效地执行这些任务，就得脱掉外骨骼。
[0009]安全问题进一步限制了辅助式外骨骼系统的广泛应用和使用。由于外骨骼系统可支持操作者关节的伸展和/或屈曲，操作者可能因这些系统提供的辅助力所带来的关节的过度伸展或过度屈曲而受伤。对外骨骼系统本身或非操作者的损害也存在类似的担忧，因为储存在外骨骼系统中的张力在不使用时可能会突然释放，这导致对外骨骼系统及其周围环境造成的损害进行缓解或修复非常昂贵。存在着更安全、更直接地操作外骨骼系统的需要。
[0010]本公开的实施方案旨在克服这些技术问题，并提供外骨骼的解决方案，这些改进的外骨骼系统能克服现有的问题，并导致工业界更广泛的采用。

技术实现思路

[0011]本公开的系统的实施方案涉及一种被动或伪被动式外骨骼系统，用于减轻关节(如肩部)上的负荷，并协助操作者施力。本公开的实施例改进了上述讨论的现有技术的解决方案，特别是从人体工程学和使用便利性的角度。
[0012]具体而言，该系统的实施方案依赖于被动的、辅助性外骨骼的原理，该外骨骼具有主动调整或调节机构，其使用了设置成可产生与关节(如操作者的手臂)的仰角成比例的扭矩的弹性机构。根据一些实施方案，主动调整或调节机构构造成可改变弹性机构在两个末端之间的距离，以便在多个预定的张紧设置和外骨骼所提供的辅助水平中预张紧或张紧弹性机构。该弹性机构可以是基于弹簧的，包括至少一个弹性的弹簧元件。调整或调节装置可以是手动驱动的，其操作性地连接到控制系统和电机，以根据操作者的输入和传感器的反馈来选择性地和自动地张紧弹性机构。
[0013]根据一个实施方案，用于协助操作者施力的系统包括操作者可穿戴的服装。该服装可与操作者关节的相互移动部分接合。它可包括限定了至少一个旋转轴的移动框架，该框架占据了与操作者关节相对应的位置。该服装和/或框架可携带补偿装置，其可操作以补偿在操作者的施力期间作用于关节的阻力矩。服装是可选的，外骨骼可在没有这种服装的情况下使用。
[0014]补偿装置包括第一可旋转部件和第二可旋转部件，它们相互连接，并可因操作者身体的关节而围绕第一旋转轴呈相对运动。第二可旋转部件可围绕第二旋转轴线旋转。弹性机构具有至少一个弹性元件，其设置成作用于第二可旋转部件，以便在第一旋转轴上施加与阻力矩相反的力矩。
[0015]第一可旋转部件可以是齿轮，其固定地安装在第一部分上，并与第一旋转轴对齐。第二可旋转部件可以是齿轮，其固定地安装在第二部分上，可围绕第二旋转轴旋转，并根据围绕旋转轴的旋转而移动。弹性机构与第二可旋转部件接合，在第二可旋转部件的偏心点处施加线性力。第一和第二可旋转部件以及弹性机构相互间预设置有从动件和齿轮止动件，以限定所允许的从预定的最大伸展角度到预定的最大屈曲角度的运动。
[0016]第一可旋转部件可设有安全锁，用于防止第一可旋转部件的旋转或补偿装置的相应运动。该安全锁可使用设备外壳上的选择器来手动地接合，并且可以仅在预定的伸展或屈曲角度下操作。
[0017]弹性机构可以包括一组同轴弹簧，因此弹性机构的第二端可以调节，以设定弹性机构的预张紧。该组同轴弹簧可连接到第一和第二支架上。第一支架安装在第二可旋转部件的偏心点处，而第二支架安装在第二部分上。
[0018]调节装置可以连接成适于调节弹性机构中的张紧。该调节装置设置用于在多个离散的或不同的张紧设置下预张紧或大致张紧弹性机构，并将张紧置于多个离散的张紧设置中的一个处。多个离散的张紧设置可对应于操作者的体格、姿势、力量和/或任务，或者根据它们来进行选择，以优化操作者的生产力和舒适度。
[0019]通过以下描述、所附权利要求和附图，可以更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点。
附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种外骨骼系统(410)，设置用于供操作者穿戴并位于与操作者的关节相对应的位置，所述外骨骼系统(410)包括：补偿装置(450)，操作用于补偿在操作者的施力期间作用于所述关节的阻力矩，所述补偿装置(450)包括：第一可旋转部件(462)和第二可旋转部件(464)，所述第二可旋转部件(464)在接合部分(454)处与所述第一可旋转部件(462)接合，并设置成能因操作者的所述关节的运动而围绕第一旋转轴(I3)呈相对运动，所述第二可旋转部件(464)能够围绕第二旋转轴(I4)旋转；弹性机构(456)，包括与所述第二可旋转部件(464)连接的第一端，以在所述第一旋转轴(I3)上施加与所述阻力矩相反的力矩；和调节装置(458)，其连接到所述弹性机构(456)的第二端，用于通过调节所述第一端和第二端之间的距离(L1)来调节所述弹性机构(456)的张紧。2.根据权利要求1所述的外骨骼系统(410)，其特征在于，用于调节所述弹性机构(456)的张紧的调节装置(458)包括凸轮(486)和从动件(460，484)，所述从动件(460，484)连接到所述弹性机构(456)的第二端。3.根据权利要求2所述的外骨骼系统(410)，其特征在于，所述弹性机构(456)包括在第一支架组件(466)和第二支架组件(468)之间张紧的至少一个弹性元件(472，474)，所述至少一个弹性元件(472，474)的长度设置成通过所述调节装置(458)提供的线性运动来调节。4.根据权利要求2所述的外骨骼系统(410)，其特征在于，所述凸轮(486)的表面轮廓包括用于所述调节装置(458)的多个预定的张紧档位，所述多个预定的张紧档位对应于所述弹性机构(456)的第一端和第二端之间的不同的距离(L1)。5.根据权利要求4所述的外骨骼系统(410)，其特征在于，还包括与所述凸轮(486)连接的转盘(485)，其中，所述凸轮(486)的多个预定的张紧档位通过所述转盘(485)的旋转来手动地调节，所述从动件(460，484)设置成根据所述转盘(485)和凸轮(486)的旋转而在第一方向(D1)和第二方向(D2)上线性移动，以调节所述弹性机构(456)的张紧。6.根据权利要求1所述的外骨骼系统(410)，其特征在于，所述弹性机构(456)包括至少两个同轴弹簧(472，474)。7.根据权利要求6所述的外骨骼系统(410)，其特征在于，所述至少两个同轴弹簧(472，474)中的第一弹簧(472)大于第二弹簧(474)，所述第二弹簧(474)设置在所述第一弹簧(472)的内部。8.根据权利要求6所述的外骨骼系统(410)，其特征在于，所述至少两个同轴弹簧(472，474)中的每一个在所述弹性机构(456)的第一端处与第一支架组件(466)相连，并在所述弹性机构(456)的第二端处与第二支架组件(468)相连。9.根据权利要求8所述的外骨骼系统(410)，其特征在于，还包括将所述弹性机构(456)的第二支架组件(468)固定到所述从动...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾科莫，
申请(专利权)人：IUVO公司，
类型：发明
国别省市：