200，而是外骨骼100可在臀部及膝蓋處撓曲以使軀干及頭部接近于直立且將撞擊引導(dǎo)到骨盆區(qū)域。因此，安全氣袋模塊200的理想位置在用戶的骨盆后面(如圖3A到3D中所展示且下文所討論)。類似地，在側(cè)向跌倒中，外骨骼100可經(jīng)重新定向使得撞擊再次引導(dǎo)到在用戶的骨盆后面的安全氣袋模塊200。
[0027]在這點上，在跌倒即將發(fā)生時，系統(tǒng)(即，裝置與用戶的組合)的高度及質(zhì)量提供勢能，所述勢能如果未衰減那么將就在撞擊之前轉(zhuǎn)化為相等量的動能。對裝置及用戶的損傷風(fēng)險與在撞擊時的動能的量直接有關(guān)。在一個實施例中，在跌倒期間通過以下方式保護(hù)用戶及外骨骼100:控制外骨骼100以通過在傾斜期間致動動力關(guān)節(jié)(即，使用致動器125、130、135、140以引起關(guān)節(jié)處的樞轉(zhuǎn)移動)抵擋將勢能轉(zhuǎn)化為動能。此致動引起正關(guān)節(jié)做功，此使向下加速變慢。換句話說，外骨骼100以類似于健全人在地面上從站位緩慢地蹲下到坐位的方式控制跌倒而非簡單地讓其跌倒。
[0028]轉(zhuǎn)到圖3A到3D，展示在向后跌倒期間的外骨骼100。在圖3A中，展示正常地站在地面300上的用戶及外骨骼100。在圖3B中，用戶開始向后跌倒。外骨骼100使用傳感器(例如未展示的重量、傾斜、定向或慣性傳感器)及控制器105檢測跌倒。為了緩和由跌倒導(dǎo)致的任何損傷，外骨骼100采用上文所描述的緩沖、定位及關(guān)節(jié)做功方法中的至少一者，圖3B到3D中展示外骨骼100的動作。具體來說，以優(yōu)選形式部署安全氣袋模塊200的袋215以吸收跌倒的能量且擴(kuò)散在與地面300的撞擊期間發(fā)生的力(緩沖方法)。另外，致動器125、130、135、140工作以既定位外骨骼100使得袋215撞擊地面300 (定位方法)且通過減少動能(通過正關(guān)節(jié)做功)(關(guān)節(jié)做功方法)使跌倒緩慢。
[0029]針對例如外骨骼100的動力裝置，安全氣袋模塊200的優(yōu)選實施例不包含外殼235內(nèi)側(cè)的電子器件。替代地，由外骨骼100的控制器105完全地控制模塊200的操作。此通過利用已存在于外骨骼100中的電子器件及控制元件而簡化安全氣袋模塊200的設(shè)計且減少成本。然而，也可能使安全氣袋模塊200在模塊200內(nèi)側(cè)包含電子器件及電力供應(yīng)器使得模塊200的操作直接由所述模塊控制。在此些裝置上，安全氣袋模塊200還可具有檢測定向及慣性以確定何時部署安全氣袋的感測能力，同時與用于外骨骼100的致動器控制器通信。
[0030]安全氣袋模塊200及其觸發(fā)的優(yōu)選特性為:其為故障保險的。此意味，如果模塊200中的組件或外部觸發(fā)設(shè)備出故障，那么外骨骼100仍受保護(hù)。因此，在一個實施例中，組件故障引起安全氣袋模塊200部署使得用戶意識到元件被損害?；蛘撸瑢㈥P(guān)于故障的警告?zhèn)鬟f給用戶。
[0031]應(yīng)容易地明了，盡管本發(fā)明主要針對于使用安全氣袋作為用于減少在跌倒期間對用戶及裝置的傷害的方法，但可采用上文所提及的緩沖機(jī)構(gòu)中的任一者。舉例來說，在向后跌倒(例如圖3中所展示的向后跌倒)期間，裝置可僅在軀干的底部上具有保險杠，其中裝置在跌倒期間經(jīng)定向使得保險杠首先撞擊?；蛘撸谄渌鼘嵤├校b置可具有在裝置檢測到跌倒時圍繞用戶展開的可部署碾桿。在此實施例中，控制器類似地定位裝置使得跌倒導(dǎo)致對碾桿的撞擊。例如，如果跌倒在側(cè)面且碾桿位于后部，那么裝置控制器可沖擊裝置腿中的一者使得裝置旋轉(zhuǎn)且經(jīng)部署碾桿首先撞擊，即使沖擊所述腿中的一者增加裝置的總體動能，如上所述通常為并非期望的一些事情。
[0032]基于上文，應(yīng)容易地明了，本發(fā)明提供保護(hù)裝置及其用戶在跌倒期間免受損傷的步態(tài)矯正裝置。盡管參考優(yōu)選實施例描述，但應(yīng)容易地理解，可在不背離本發(fā)明的精神的情況下對本發(fā)明做出各種改變或修改。舉例來說，本發(fā)明可用于寬廣范圍的步態(tài)矯正裝置(動力及非動力兩者)中。另外，緩沖、定位及關(guān)節(jié)做功方法的各種組合及其不同實施例可一起使用。一般來說，本發(fā)明僅打算由所附權(quán)利要求書的范圍限制。
【主權(quán)項】
1.一種包含多個關(guān)節(jié)的動力外骨骼，所述動力外骨骼包括: 多個致動器，其經(jīng)配置以引起所述動力外骨骼通過所述多個關(guān)節(jié)的移動； 緩沖機(jī)構(gòu)，其耦合到所述動力外骨骼且經(jīng)配置以在與表面或物體的撞擊期間吸收能量或擴(kuò)散力；及 控制器，其經(jīng)配置以確定何時發(fā)生跌倒且指導(dǎo)所述多個致動器中的至少一者以進(jìn)行以下操作: 定向所述動力外骨骼使得所述緩沖機(jī)構(gòu)在所述跌倒期間與所述表面或物體進(jìn)行接觸；或 減少所述動力外骨骼在所述跌倒期間的動能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力外骨骼，其中所述緩沖機(jī)構(gòu)為安全氣袋、彈簧、保險杠、碾桿或支架。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力外骨骼，其中所述緩沖機(jī)構(gòu)為安全氣袋，所述安全氣袋構(gòu)成以可拆卸方式耦合到所述動力外骨骼的安全氣袋模塊使得可移除及替換所述安全氣袋模塊，且進(jìn)一步地其中所述安全氣袋模塊在鄰近于用戶的頭部、骨盆、臀部或膝蓋的位置處耦合到所述動力外骨骼。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動力外骨骼，其中所述動力外骨骼包含多個安全氣袋模塊，且所述控制器進(jìn)一步經(jīng)配置以在所述跌倒期間選擇性地部署所述多個安全氣袋模塊中的一或多者。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動力外骨骼，其中所述控制器基于所述動力外骨骼在所述跌倒期間的位置或所述動力外骨骼跌倒的方向而選擇所述多個安全氣袋模塊中的所述一或多者。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動力外骨骼，其中所述安全氣袋模塊包含: 壓縮空氣罐； 罐穿孔機(jī)構(gòu)，其經(jīng)配置以將所述壓縮空氣罐穿孔； 觸發(fā)機(jī)構(gòu)，其經(jīng)配置以致動所述罐穿孔機(jī)構(gòu)； 折疊式柔性袋，其經(jīng)配置以從所述壓縮空氣罐接收空氣；及 安裝組件，其經(jīng)配置以將所述安全氣袋模塊以可拆卸方式耦合到所述動力外骨骼。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力外骨骼，其中所述控制器經(jīng)配置以指導(dǎo)所述致動器通過執(zhí)行正關(guān)節(jié)做功而減少所述動力外骨骼的所述動能。8.一種包含關(guān)節(jié)的步態(tài)矯正裝置，所述步態(tài)矯正裝置包括: 致動器，其經(jīng)配置以引起所述步態(tài)矯正裝置在所述關(guān)節(jié)處的移動； 緩沖機(jī)構(gòu)，其耦合到所述步態(tài)矯正裝置且經(jīng)配置以在與表面或物體的撞擊期間吸收能量或擴(kuò)散力；及 控制器，其經(jīng)配置以確定何時發(fā)生跌倒且指導(dǎo)所述致動器以進(jìn)行以下操作: 定向所述步態(tài)矯正裝置使得所述緩沖機(jī)構(gòu)在所述跌倒期間與所述表面或物體進(jìn)行接觸；或 減少所述步態(tài)矯正裝置在所述跌倒期間的動能。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的步態(tài)矯正裝置，其中所述緩沖機(jī)構(gòu)為安全氣袋、彈簧、保險桿、碾桿或支架。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的步態(tài)矯正裝置，其中所述緩沖機(jī)構(gòu)為安全氣袋，所述安全氣袋構(gòu)成以可拆卸方式耦合到所述步態(tài)矯正裝置的安全氣袋模塊使得可移除及替換所述安全氣袋模塊，且進(jìn)一步地其中所述安全氣袋模塊在鄰近于用戶的頭部、骨盆、臀部或膝蓋的位置處耦合到所述步態(tài)矯正裝置。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的步態(tài)矯正裝置，其中所述步態(tài)矯正裝置包含多個安全氣袋模塊，且所述控制器進(jìn)一步經(jīng)配置以在所述跌倒期間選擇性地部署所述多個安全氣袋模塊中的一或多者。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的步態(tài)矯正裝置，其中所述控制器基于所述步態(tài)矯正裝置在所述跌倒期間的位置或所述步態(tài)矯正裝置跌倒的方向而選擇所述多個安全氣袋模塊中的所述一或多者。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的步態(tài)矯正裝置，其中所述安全氣袋模塊包含: 壓縮空氣罐； 罐穿孔機(jī)構(gòu)，其經(jīng)配置以將所述壓縮空氣罐穿孔； 觸發(fā)機(jī)構(gòu)，其經(jīng)配置以致動所述罐穿孔機(jī)構(gòu)； 折疊式柔性袋，其經(jīng)配置以從所述壓縮空氣罐接收空氣；及 安裝組件，其經(jīng)配置以將所述安全氣袋模塊以可拆卸方式耦合到所述步態(tài)矯正裝置。14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的步態(tài)矯正裝置，其中所述控制器經(jīng)配置以指導(dǎo)所述致動器通過執(zhí)行正關(guān)節(jié)做功而減少所述步態(tài)矯正裝置的所述動能。15.一種用于保護(hù)步態(tài)矯正裝置及其用戶在跌倒期間免受損傷的方法，所述步態(tài)矯正裝置包含各種關(guān)節(jié)、經(jīng)配置以引起所述步態(tài)矯正裝置通過所述關(guān)節(jié)的移動的致動器、耦合到所述步態(tài)矯正裝置且經(jīng)配置以在與表面或物體的撞擊期間吸收能量或擴(kuò)散力的緩沖機(jī)構(gòu)及控制器，所述方法包括: 用所述控制器確定何時發(fā)生所述跌倒； 用所述控制器指導(dǎo)所述致動器中的至少一者以進(jìn)行以下操作: 定向所述步態(tài)矯正裝置使得所述緩沖機(jī)構(gòu)在所述跌倒期間與所述表面或物體進(jìn)行接觸；或 減少所述步態(tài)矯正裝置在所述跌倒期間的動能。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述緩沖機(jī)構(gòu)為安全氣袋模塊，所述方法進(jìn)一步包括: 如果所述安全氣袋模塊在所述跌倒期間部署安全氣袋，那么移除所述安全氣袋模塊；及 用另一安全氣袋模塊替換所述安全氣袋模塊。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述緩沖機(jī)構(gòu)為多個安全氣袋模塊，所述方法進(jìn)一步包括: 在所述跌倒期間選擇性地部署所述安全氣袋模塊中的一或多者。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括: 基于所述步態(tài)矯正裝置在所述跌倒期間的位置或所述步態(tài)矯正裝置跌倒的方向而選擇所述安全氣袋模塊中的所述一或多者。19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述緩沖機(jī)構(gòu)為安全氣袋模塊，所述安全氣袋模塊包含壓縮空氣罐、經(jīng)配置以將所述壓縮空氣罐穿孔的罐穿孔機(jī)構(gòu)、經(jīng)配置以致動所述罐穿孔機(jī)構(gòu)的觸發(fā)機(jī)構(gòu)及經(jīng)配置以從所述壓縮空氣罐接收空氣的折疊式柔性袋，所述方法進(jìn)一步包括: 激活所述觸發(fā)機(jī)構(gòu)以致動所述罐穿孔機(jī)構(gòu)； 將所述壓縮空氣罐穿孔；及 從所述空氣罐引導(dǎo)壓縮空氣以使所述袋膨脹。20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述致動器中的所述至少一者通過執(zhí)行正關(guān)節(jié)做功而減少所述步態(tài)矯正裝置的所述動能。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種步態(tài)矯正裝置，例如動力外骨骼(100)，所述步態(tài)矯正裝置包含：至少一個關(guān)節(jié)；至少一個致動器(125、130；135、140)，其經(jīng)配置以引起所述裝置在所述關(guān)節(jié)處的移動；緩沖機(jī)構(gòu)，其耦合到所述裝置以用于在與表面(300)或物體的撞擊期間吸收能量或擴(kuò)散力；及控制器(105)。所述控制器(105)經(jīng)配置以確定何時發(fā)生跌倒且指導(dǎo)所述致動器(125、130；135、140)以進(jìn)行以下操作：定向所述裝置因此所述緩沖機(jī)構(gòu)在所述跌倒期間與所述表面(300)或物體進(jìn)行接觸；或通過執(zhí)行正關(guān)節(jié)做功而減少所述裝置在所述跌倒期間的動能。
【IPC分類】A41D13/018
【公開號】CN105142445
【申請?zhí)枴緾N201480013339
【發(fā)明人】拉斯頓·安戈爾德, 魯賓·山德勒, 羅伯特·莫爾
【申請人】埃克蘇仿生公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2014年3月12日
【公告號】CA2902175A1, WO2014164974A2, WO2014164974A3, WO2014164974A4