用于改善在复杂运动期间用户重心的可移动性的负载分配装置制造方法及图纸

一种负载分配装置，用于将肌肉骨骼应力从用户的关节传递到下肢身体节段。该装置包括髋和膝部的致动，该致动跟随并以补充的方式协助用户的运动。该补充的协助和负载分配装置相结合，以减少用户关节上的负载并增加用户的力量。通过根据需要协助用户的髋和/或膝部，该装置使用户能够实现力量改善、减少运动的代谢需求，并增加身体活动期间的舒适度。该负载分配装置在整个关节运动范围内跟随用户的四肢，并且能够在被动模式和主动模式下使用。且能够在被动模式和主动模式下使用。且能够在被动模式和主动模式下使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改善在复杂运动期间用户重心的可移动性的负载分配装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年12月18日提交的美国临时专利申请No.63/127,806的权益，其通过引用并入本文。


[0003]本公开涉及一种用于改善在复杂运动期间用户重心的可移动性的负载分配装置。

技术介绍

[0004]下半身外骨骼和矫形器在特定活动中提供不同程度的结构和机械协助，但这样做的代价是关节活动性降低。被动装置为佩戴者提供静态结构支撑，将肌肉骨骼应力从关节转移出去，但缺乏提供动态协助的能力。主动解决方案可在有限的情况下(例如，走路步态、坐立)提供动态协助，但不支持复杂的移动任务(例如，涉及上半身和下半身的多平面运动，如挥动球棒、射击曲棍球、投掷球，或者快速改变方向和下半身的爆发性运动)。动态协助装置的局限性是由于它们的控制(即，它们无法跟随用户)或支撑结构的运动范围的缺陷，限制了用户在这些3D运动中最佳控制其重心的能力。
[0005]因此，需要一种能够提供动态支撑的装置，以将肌肉骨骼应力从佩戴者的关节转移开而不限制他们的复杂运动功能，以便改善在这些运动中其重心的可移动性。

技术实现思路

[0006]本公开提供了一种负载分配装置，用于改善在复杂运动期间用户重心的可移动性，其包括：
[0007]骨盆支撑带，其被配置为围绕用户的下躯干定位；
[0008]至少一个大腿支撑元件，其包括两个或更多个接触区域，所述两个或更多个接触区域被配置为以主动
‑
拮抗配置定位在用户大腿的后部和前部上，所述至少一个大腿支撑元件旋转连接到骨盆支撑带；
[0009]至少一个髋关节致动器，其提供所述至少一个大腿支撑元件相对于骨盆支撑带的旋转运动；
[0010]至少一个小腿支撑元件，其包括两个或更多个接触区域，所述至少一个小腿支撑元件的所述两个或更多个接触区域被配置为以主动
‑
拮抗配置定位在用户小腿的后部和前部上，所述至少一个小腿支撑元件旋转连接到所述至少一个大腿支撑元件；
[0011]至少一个膝关节致动器，其提供所述至少一个小腿支撑元件相对于所述至少一个大腿支撑元件的旋转运动；
[0012]多个传感器和至少一个足部传感器，所述多个传感器定位在骨盆支撑带、所述至少一个大腿支撑元件、髋关节致动器和膝关节致动器上，所述至少一个足部传感器被配置为定位在用户的脚上，所述多个传感器提供机械和生物力学信号；
[0013]控制单元，其可操作地连接到所述多个传感器和至少一个足部传感器，用于接收机械和生物力学信号，在该控制单元上存储有可执行指令，用于处理和分析机械和生物力学信号并生成用户运动的运动设定点；和
[0014]电源单元，其可操作地连接到所述至少一个膝关节致动器、所述至少一个髋关节致动器和控制单元；
[0015]其中，通过在控制单元的指示下根据所计算的在用户下肢关节处补偿用户运动所必需的与肌肉骨骼应力降低对应的能量水平产生或耗散生物力学能量，所述至少一个膝关节致动器和所述至少一个髋关节致动器将肌肉骨骼应力从用户的关节传递到下肢的身体节段，并由此改善关节的稳定性和身体节段的运动范围，所产生或耗散的生物力学能量分别通过骨盆支撑带、至少一个大腿支撑元件和至少一个小腿支撑元件重新分配到用户的下躯干、大腿和小腿上。
[0016]本公开还提供了如上所述的负载分配装置，其包括两个大腿支撑元件、两个小腿支撑元件、两个髋关节致动器、两个膝关节致动器和两个足部传感器。
[0017]本公开还提供了一种负载分配装置，其中，大腿支撑元件中的每个通过与用户膝关节的旋转中心对齐的膝部枢轴旋转连接到相关联的小腿支撑元件，并且其中，膝关节致动器中的每个远离于用户膝关节的旋转中心定位，膝关节致动器中的每个通过延伸线缆和弯曲线缆将旋转运动传递到相应的膝部枢轴。
[0018]本公开还提供了一种负载分配装置，其中，大腿支撑元件中的每个通过与用户髋关节的旋转中心对齐的髋部枢轴旋转连接到骨盆支撑带，并且其中，髋关节致动器中的每个远离于用户的髋关节旋转中心定位，髋关节致动器中的每个通过延伸线缆和弯曲线缆将旋转运动传递到相应的髋部枢轴。
[0019]本公开还提供了一种负载分配装置，其中，膝关节或髋关节致动器中的每个可以定位例如居中地在骨盆支撑带的相应侧部上、在骨盆支撑带的下后部上、在用户大腿的相应前部上、在用户大腿的相应后部上或在用户髋关节与膝部枢轴之间的大腿支撑元件的相应部分上。
[0020]本公开还提供了一种负载分配装置，其还包括离域(delocalization)机构，该离域机构包括驱离(deportation)结构连杆，该驱离结构连杆在第一端部具有配置为支撑膝部致动器或髋致动器的致动器支撑元件，并且在第二端部具有用于连接到膝部枢轴或髋部枢轴的枢轴连接元件。该致动器支撑元件可被配置成可拆卸地支撑膝部致动器或髋致动器。
[0021]本公开还提供一种矫形装置，其包括：
[0022]近端支撑元件和远端支撑元件，近端支撑元件包括被配置成固定到用户的近端身体部分的至少一个接触区域，远端支撑元件包括被配置成固定到用户的远端身体部分的至少一个接触区域，近端支撑元件和远端支撑元件通过与用户的相应关节的旋转中心对齐的枢轴旋转连接；
[0023]至少一个致动器，其通过旋转提供远端支撑元件相对于近端支撑元件的旋转运动，所述至少一个致动器远离于用户相应关节的旋转中心定位，该致动器通过延伸线缆和弯曲线缆将旋转运动传递到枢轴。
[0024]该假体装置还可以包括离域机构，该离域机构包括驱离结构连杆，该驱离结构连
杆在第一端部具有配置为支撑致动器的致动器支撑元件，并且在第二端部具有用于连接到枢轴的枢轴连接元件。该致动器支撑元件可被配置成可拆卸地支撑致动器。
附图说明
[0025]下面将仅参照附图用示例的方式对本公开的实施例进行说明，其中：
[0026]图1A、图1B和图1C分别是根据本公开的说明性实施例的用于改善在复杂运动期间用户重心的可移动性的负载分配装置的正视图、侧视图和后视图；
[0027]图2A和图2B是根据本公开的第一替代实施例和第二替代实施例的定位在髋致动器上方的膝部致动器的示意图；
[0028]图3是根据本公开的第三替代实施例的定位在髋致动器上方和用户下背部的膝部致动器的示意图；
[0029]图4A、图4B和图4C是根据本公开的第四替代实施例的定位在髋致动器上方的膝部致动器的示意图，并示出了处于缩短状态的线缆附接件；
[0030]图5A、图5B和图5C是按照图4A、图4B和图4C所示的本公开的第四替代实施例的定位在髋致动器上方的膝部致动器的示意图，并示出了处于伸长状态的线缆附接件；
[0031]图6是根据本公开的第五替代实施例的定位在髋致动器和膝关节之间的膝部致动器的示意图；
[0032]图7A、图7B、图4C和图7D是按照本公开的替代实施例的各种线缆附接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负载分配装置，用于改善在复杂运动期间用户重心的可移动性，所述负载分配装置包括：骨盆支撑带，其被配置为围绕用户的下躯干定位；至少一个大腿支撑元件，其包括两个或更多个接触区域，所述两个或更多个接触区域被配置为以主动
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拮抗配置定位在用户大腿的后部和前部上，所述至少一个大腿支撑元件旋转连接到所述骨盆支撑带；至少一个髋关节致动器，其提供所述至少一个大腿支撑元件相对于所述骨盆支撑带的旋转运动；至少一个小腿支撑元件，其包括两个或更多个接触区域，所述至少一个小腿支撑元件的所述两个或更多个接触区域被配置为以主动
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拮抗配置定位在用户小腿的后部和前部上，所述至少一个小腿支撑元件旋转连接到所述至少一个大腿支撑元件；至少一个膝关节致动器，其提供所述至少一个小腿支撑元件相对于所述至少一个大腿支撑元件的旋转运动；多个传感器和至少一个足部传感器，所述多个传感器定位在所述骨盆支撑带、所述至少一个大腿支撑元件、所述髋关节致动器和所述膝关节致动器上，所述至少一个足部传感器被配置为定位在用户的脚上，所述多个传感器提供机械和生物力学信号；控制单元，其可操作地连接到所述多个传感器和至少一个足部传感器，用于接收所述机械和生物力学信号，在该控制单元上存储有可执行指令，用于处理和分析所述机械和生物力学信号并生成用户运动的运动设定点；和电源单元，其可操作地连接到所述至少一个膝关节致动器、所述至少一个髋关节致动器和所述控制单元；其中，通过在所述控制单元的指示下根据所计算的在用户下肢关节处补偿用户运动所必需的与肌肉骨骼应力降低对应的能量水平产生或耗散生物力学能量，所述至少一个膝关节致动器和所述至少一个髋关节致动器将肌肉骨骼应力从用户的关节传递到下肢的身体节段，并由此改善关节的稳定性和身体节段的运动范围，所产生或耗散的生物力学能量分别通过所述骨盆支撑带、所述至少一个大腿支撑元件和所述至少一个小腿支撑元件重新分配到用户的下躯干、大腿和小腿上。2.如权利要求1所述的负载分配装置，包括两个大腿支撑元件、两个小腿支撑元件、两个髋关节致动器、两个膝关节致动器和两个足部传感器。3.如权利要求2所述的负载分配装置，其中，所述大腿支撑元件中的每个通过与用户膝关节的旋转中心对齐的膝部枢轴旋转连接到相关联的小腿支撑元件，并且其中，所述膝关节致动器中的每个远离于用户膝关节的旋转中心定位，所述膝关节致动器中的每个通过延伸线缆和弯曲线缆将旋转运动传递到对应的膝部枢轴。4.如权利要求3所述的负载分配装置，其中，所述膝关节致动器中的每个位于选自以下的位置中：居中地在所述骨盆支撑带的相应侧部上、在所述骨盆支撑带的下后部上、在用户大腿的相应前部上、在用户大腿的相应后部上和在用户的髋关节与膝部枢轴之间的大腿支撑元件的相应部分上的位置。5.如权利要求3或4中任一项所述的负载分配装置，其中，所述大腿支撑元件包括相应的长度调整机构。
6.如权利要求7所述的负载分配装置，其中，所述长度调整机构选自滑块机构和螺杆机构。7.如权利要求5或6中任一项所述的负载分配装置，其中，所述延伸线缆和所述弯曲线缆均包括张紧机构。8.如权利要求3或4中任一项所述的负载分配装置，还包括离域机构，该离域机构包括驱离结构连杆，所述驱离结构连杆在第一端部具有配置为支撑所述膝致动器的致动器支撑元件，并且在第二端部具有用于连接到所述膝部枢轴的枢轴连接元件。9.如权利要求8所述的负载分配装置，其中，所述致动器支撑元件被配置为可拆卸地支撑所述膝致动器。10.如权利要求3至9中任一项所述的负载分配装置，其中，所述延伸线缆和所述弯曲线缆形成与所述膝关节致动器的定子和所述膝部枢轴摩擦接触的单个连续环。11.如权利要求3至9中任一项所述的负载分配装置，其中，所述延伸线缆和所述弯曲线缆形成与所述膝关节致动器的定子摩擦接触的单个线缆，所述单个线缆的两端附接到位于所述膝部枢轴上的相应远端延伸线缆附接件和远端弯曲线缆附接件。12.如权利要求3至9中任一项所述的负载分配装置，其中，所述延伸线缆和所述弯曲线缆形成与所述膝关节致动器的定子摩擦接触的单个线缆，所述单个线缆的两端附接到位于所述膝部枢轴上的相应远端延伸线缆附接件和远端弯曲线缆附接件。13.如权利要求3至9中任一项所述的负载分配装置，其中，所述延伸线缆和所述弯曲线缆形成与所述膝部枢轴摩擦接触的单个线缆，所述单个线缆的两端附接到位于所述膝关节致动器的定子上的相应近端延伸线缆附接件和近端弯曲线缆附接件。14.如权利要求3至9中任一项所述的负载分配装置，其中，所述延伸线缆和所述弯曲线缆是两个分离的线缆，所述两个分离的线缆的相应端分别附接到位于所述膝关节致动器的定子上的相应近端延伸线缆附接件和近端弯曲线缆附接件，和位于所述膝部枢轴上的对应远端延伸线缆附接件和远端弯曲线缆附接件。15.如权利要求13或14中任一项所述的负载分配装置，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：纳撒尼尔，
申请(专利权)人：贝泰米亚公司，
类型：发明
国别省市：