CN105435426A - 力传输框架和包括力传输框架的运动辅助设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种力传输框架和包括力传输框架的运动辅助设备。力传输框架可具有大于宽度的长度。在力传输框架的纵向上，力传输框架的第一端部的刚度和第二端部的刚度可大于力传输框架的中心区域的硬度。力传输框架可包括：内部框架，被配置为支撑用户的一侧；和/或外部框架，外部框架的第一端部和第二端部固定在内部框架的第一端部和第二端部上，外部框架的中心部分未固定在内部框架的中心部分上。外部框架的中心部分可被配置为相对于内部框架的中心部分滑动。

Description

力传输框架和包括力传输框架的运动辅助设备

本申请要求于2014年9月19日提交到韩国知识产权局(KIPO)的第10-2014-0125240号韩国专利申请优先权和于2015年6月2日提交到韩国知识产权局的第10-2015-0078098号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

一些示例实施例总体上可涉及力传输框架。一些示例性实施例总体上可涉及包括力传输框架的运动辅助设备。

背景技术

随着快速老龄化社会的来临，一些人可能经受关节问题的不便和/或疼痛。因此，可对能够使具有关节问题的老年人和/或患者更轻松地行走的运动辅助设备存在日益增长的兴趣。运动辅助设备可包括：包括液压系统和/或驱动马达的主动关节结构，来驱动每个关节部分以辅助和/或提高用户腿的肌肉力量。

用户可在用户的衣服外面穿戴运动辅助设备。

虽然将描述与针对人的运动辅助设备和驱动模块相关的一些示例性实施例，但是，本领域技术人员将理解的是：一些示例性实施例可应用于其它类型的模块、设备和系统，例如，针对动物的运动辅助设备和驱动模块或更通用的系统。

发明内容

一些示例性实施例可提供力传输框架。

一些示例性实施例可提供运动辅助设备。

一些示例性实施例可提供包括力传输框架的运动辅助设备。

在一些示例性实施例中，力传输框架可具有大于宽度的长度。在力传输框架的纵向方向上，力传输框架的第一端部的刚度和第二端部的刚度可大于力传输框架的中心区域的刚度。

在一些示例性实施例中，中心区域可以是柔性的。

在一些示例性实施例中，第一端部的刚度和第二端部的刚度可以是中心区域的刚度的1.5至20倍。

在一些示例性实施例中，第一端部的刚度和第二端部的刚度可以是中心区域的刚度的4至10倍。

在一些示例性实施例中，第一端部的表面和第二端部的表面可朝着相同的方向。

在一些示例性实施例中，第一端部的表面和第二端部的表面可朝向不同的方向。

在一些示例性实施例中，第一端部的表面和第二端部的表面可形成80度至100度的角。

在一些示例性实施例中，中心区域可被设置为扭曲曲面的形式。

在一些示例性实施例中，力传输框架可包括：内部框架，被配置为支撑用户的一侧；和/或外部框架，外部框架的第一端部和第二端部固定到内部框架的第一端部和第二端部，外部框架的中心部分未固定到内部框架的中心部分。外部框架的中心部分可被配置为相对于内部框架的中心部分滑动。

在一些示例性实施例中，内部框架可包括：内板以及内板与外板之间的第一悬挂部分。外部框架可包括：外板和被配置为固定到第一悬挂部分的第二悬挂部分。

在一些示例性实施例中，第一悬挂部分和第二悬挂部分中的一个可包括：宽度沿朝着第一悬挂部分和第二悬挂部分的另一个的方向增加的部分。

在一些示例性实施例中，所述一个悬挂部分的横截面符合倒梯形形状。

在一些示例性实施例中，内部框架还可包括：第一凸起部分，被配置为从内板向外板凸出。外部框架还可包括：第二凸起部分，被配置为从外板向内板凸出。

在一些示例性实施例中，可沿内部框架的纵向方向形成多个第一凸起部分。沿外部框架的纵向方向形成多个第二凸起部分。

在一些示例性实施例中，在所述多个第一凸起部分中，两个相邻的第一凸起部分之间的间隔可被配置为比设置在所述两个第一凸起部分的对面的第二凸起部分的长度短。

在一些示例性实施例中，从力传输框架的中心区域向力传输框架的第一端部和第二端部，内板与外板之间的间隔可减小。

在一些示例性实施例中，可基于以下等式确定内板与外板之间的间隔，h(x)＝F(L-x)/[T-Fsin(atan(d/dxp(x)))]，其中，‘h(x)’表示内板与外板之间的间隔，‘F’表示施加于力传输框架的一个端部的力的大小，‘T’表示施加于内板的拉力的大小，‘L’表示力传输框架的长度，‘x’表示从力传输框架的端部到内板的期望点的距离，‘p(x)’表示在距离x处内板的高度。

在一些示例性实施例中，力传输框架还可包括：框架加强件，设置在内部框架和外部框架中的至少一个上。

在一些示例性实施例中，框架加强件可包括碳纤维材料。

在一些示例性实施例中，力传输框架还可包括：施加部分，连接到内部框架的一端和外部框架的一端，和被配置为将力传输到用户的部分。

在一些示例性实施例中，施加部分的厚度可被配置为大于内部框架的一端的厚度与外部框架的一端的厚度之和。

在一些示例性实施例中，随着距施加部分的距离增加，内板和外板之间的距离可增加。

在一些示例性实施例中，力传输框架可包括：第一板；第二板，被配置为朝向第一板；连接部分，被配置为将第一板的一端连接到第二板的一端；和/或施加部分，被配置为将第一板的第二端连接到第二板的第二端。

在一些示例性实施例中，力传输框架还可包括：分离防止构件，被配置为防止第一板与第二板之间的分离。

在一些示例性实施例中，分离防止构件的第一侧可滑动地连接到第一板，分离防止构件的第二侧可滑动地连接到第二板。

在一些示例性实施例中，力传输框架还可包括：引导部分，包括被配置为从第一板凸出的引导凸起和设置在引导凸起中的引导孔。第二板可被配置为容纳在引导孔中。

在一些示例性实施例中，第一板与第二板之间的间隔可被确定为与通过将施加部分的法线方向的第一单位向量和间隔方向的第二单位向量的内积乘以从施加部分到所述间隔的距离值而获得的值成比例。

在一些示例性实施例中，第一板与第二板之间的间隔可被确定为与沿垂直于施加到施加部分的力的方向的方向的距离成比例。

在一些示例性实施例中，一种运动辅助设备可包括：固定构件，附着于用户；驱动源，设置在固定构件的一侧；关节组件，被配置为辅助用户的关节部分的旋转运动；和/或力传输框架，力传输框架的第一端部连接到关节组件，力传输框架的第二端部被配置为将力传输到用户的部分。力传输框架的第二端部的刚度可大于力传输框架的中心部分的刚度。

在一些示例性实施例中，力传输框架可包括：第一板和第二板，第一板的第一端部和第二端部可固定到第二板的第一端部和第二端部。第一板的中心部分可不固定到第二板的中心部分。

在一些示例性实施例中，力传输框架的第二端部的刚度可以是力传输框架的中心部分的刚度的1.5至20倍。

在一些示例性实施例中，力传输框架的第二端部的刚度可以是力传输框架的中心部分的刚度的4至10倍。

在一些示例性实施例中，力传输框架还可包括：支撑体，位于内部框架与外部框架之间，被配置为支撑内部框架和外部框架；和/或分离防止带，被配置为防止内部框架与外部框架彼此的分离。

在一些示例性实施例中，支撑体可垂直弯曲多次。支撑体可包括碳纤维。分离防止带可缠绕在内部框架和外部框架的周围。分离防止带可包括织物材料。

在一些示例性实施例中，力传输框架还可包括：支撑体，位于第一板与第二板之间，被配置为支撑第一板和第二板；和/或分离防止带，被配置为防止第一板与第二板彼此的分离。

在一些示例性实施例中，力传输框架可包括：第一板；第二板；和/或中间部分，被配置为防止第一板与第二板分离。力传输框架的第一端部的刚度可大于力传输框架的中心区域的刚度。力传输框架的第二端部的刚度可大于力传输框架的中心区域的刚度。

在一些示例性实施例中，中间部分可以是第一板的一部分。

在一些示例性实施例中，中间部分可以是第一板和第二板的一部分。

在一些示例性实施例中，中间部分可以不是第一板或第二板的一部分。

在一些示例性实施例中，第一端部的刚度可以是中心区域的刚度的1.5至20倍。

在一些示例性实施例中，第一端部的刚度可以是中心区域的刚度的4至10倍。

在一些示例性实施例中，第一端部的刚度和第二端部的刚度可以是中心区域的刚度的4至10倍。

在一些示例性实施例中，第一端部的表面和第二端部的表面可朝向相同的方向。

在一些示例性实施例中，第一端部的表面和第二端部的表面可朝向不同的方向。

示例性实施例的另外的方面将在下面描述中部分进行阐述，部分从该描述将是清楚的，或者可以通过本公开的实践获知。

附图说明

从以下结合附图对示例性实施例进行的详细描述，以上和/或其它方面和优点将变得明显和更容易理解，在附图中：

图1是示出根据一些示例性实施例的运动辅助设备的正视图；

图2是示出根据一些示例性实施例的运动辅助设备的侧视图；

图3是示出根据一些示例性实施例的力传输框架的分解透视图；

图4是示出根据一些示例性实施例的力传输框架的横截面图；

图5是示出根据一些示例性实施例的内部框架的内表面和侧表面的示图；

图6是示出根据一些示例性实施例的外部框架的内表面和侧表面的示图；

图7A至图7C是示出根据一些示例性实施例的在力传输框架的部分中的滑动移动的示图；

图8是示出根据一些示例性实施例的力传输框架的横截面图；

图9是示出根据一些示例性实施例的力传输框架的横截面图；

图10是示出根据一些示例性实施例的确定力传输框架的区间的方法的曲线图；

图11是示出根据一些示例性实施例的力传输框架的透视图；

图12A和图12B是根据一些示例性实施例的力传输框架的示图；

图13是示出根据一些示例性实施例的力传输框架的侧视图；

图14A至图14C是示出根据一些示例性实施例的当负载施加于力传输框架时变形的力传输框架的示图；

图15是示出根据一些示例性实施例的力传输框架的示图；

图16是示出根据一些示例性实施例的从力传输框架分离的分离防止带的状态的示图；

图17是示出根据一些示例性实施例的支撑体的示图；

图18是示出根据一些示例性实施例的基于第一转换示例的支撑体的示图；

图19是示出根据一些示例性实施例的基于第二转换示例的支撑体的示图。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述示例实施例。然而，可以以许多不同的形式实现实施例，而不应解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些示例性实施例，从而本公开将是彻底和完全的，并且将范围充分地传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清楚会夸大层和区域的厚度。

将理解，当组件被称为“在”另一组件“上”、“连接到另一组件”、“电连接到另一组件”或“结合到另一组件”时，其可直接在另一组件上、直接连接、电连接或结合到该另一组件或者可存在中间组件。相反，当组件被称为“直接在”另一组件“上”、“直接连接”、“直接电连接”或“直接结合”到另一组件时，不存在中间组件。如在此所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项的任何和所有组合。

将理解，虽然术语“第一”、“第二”和“第三”等可在此被用于描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应该由这些术语限制。这些术语仅被用于区分一个元件、组件、区域、层和/或部分与另一元件、组件、区域、层和/或部分。例如，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，第一元件、组件、区域、层和/或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层和/或部分。

在这里使用空间相对术语(例如“在…之下”、“在…下方”、“下面的”、“在…之上”、“上面的”等)来简化描述在附图中示出的一个组件和/或特征与另一组件和/或特征或与其它组件和/或特征的关系的描述。应该理解，有关空间的术语意在包含除了在附图中描述的方位之外的使用中的装置或操作的不同方向。

这里使用的术语仅用于描述特定示例性实施例，而不意在限制示例性实施例。如这里所使用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式也意在包括复数形式。还将理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

除非另外定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语或科学术语)具有与示例性实施例所属领域的普通技术领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解，除非在这里明确定义，否则诸如在通用的字典中定义的术语应被解释为具有与现有技术的背景中的含义一致的含义，并且不应被解释为理想化或过于正式的含义。

现在将详细描述附图中示出的示例性实施例，其中，相同的附图标记可始终表示相同的组件。

图1是根据一些示例性实施例的运动辅助设备10的正视图，图2是根据一些示例性实施例的运动辅助设备10的侧视图。

参照图1和图2，用户可穿戴运动辅助设备10以辅助用户的运动。

用户可以是人、动物或机器人。然而，示例性实施例不限于此。此外，虽然图1示出运动辅助设备10辅助用户的大腿的运动的情况，但是运动辅助设备10还可辅助上半身的另一部分(例如，用户的手、上臂和下臂)的运动或下半身的另一部分(例如，用户的脚和小腿)的运动。运动辅助设备10可辅助用户的部位的运动。

在一些示例性实施例中，用于机器人的运动辅助设备可在运动辅助设备与机器人之间建立主/从或从/主关系。这样的主装置可以不是单个装置，而可包括不止一个装置，其中，每个装置执行主装置的一个或多个功能(例如，可分散主装置的功能)。类似地，从装置可以不是单个装置，而是可包括不止一个装置，其中，每个装置执行从装置的一个或多个功能(例如，可分配从装置的功能)。从而，可分主装置、从装置的功能，或者分配主装置和从装置。

在一些示例性实施例中，在这样的主/从或从/主关系中，可请求主装置来执行特定功能，但是在保持其作为主装置的作用的同时，可执行或可不执行其它功能。可与从装置(保持其作为从装置的作用)共享或可由从装置(保持其作为从装置的作用)执行一个或多个这些其它功能。类似地，从装置可被请求来执行特定功能，但是在保持其作为从装置的作用的同时，可执行或可不执行其它功能。可与主装置共享(保持其作为主装置的作用)共享或可由主装置(保持其作为主装置的作用)执行一个或多个那些其它功能。因此，当可与其它装置共享或由其它装置执行的功能可与其它装置这样地共享或由其它装置与保持主装置作用的主装置和保持从装置作用的从装置一致地执行时，可保持主装置和从装置的要求的功能。

虽然图1示出运动辅助设备10为两侧的实施例的情况，但是在一些示例性实施例中，运动辅助设备10可为一侧的实施例。

虽然图1示出运动辅助设备10可辅助用户的两条大腿的运动的情况，但是在一些示例性实施例中，运动辅助设备10还可每次仅辅助用户的一条大腿的运动。

以下，将作为示例描述运动辅助设备10辅助人大腿的运动的情况。

运动辅助设备10可包括：固定构件20、驱动模块30、关节组件40、支撑模块50、被配置为控制驱动模块30的控制器70和被配置为向驱动模块30供电的供电单元80。

固定构件20可附着于用户，并被配置为覆盖用户的外表面。例如，固定构件20可附着于用户的腰部的一侧，并包括与用户的接触部分相应的曲面。

驱动模块30可提供将被传输到关节组件40的力量。驱动模块30可包括被配置为从供电单元80接收电压或电流并生成动力的电动机。例如，具体地，可沿关节组件40的横向方向设置驱动模块30，以使驱动模块30的旋转轴可与关节组件40的旋转轴隔开。在一些示例性实施例中，当与驱动模块30和关节组件40共享旋转轴的情况比较时，可相对降低从用户凸起的高度。此外，驱动模块30可被设置为与关节组件40隔开更远。在一些示例性实施例中，可另外设置动力传输模块(未示出)来将动力从驱动模块30传输到关节组件40。例如，动力传输模块可以为旋转体(例如，齿轮)或纵向构件(例如，诸如，线、线缆、绳子、橡皮筋、弹簧、带子或链子)。

关节组件40可从驱动模块30接收动力，并可辅助用户的关节部分的运动。关节组件40可设置在固定构件20一侧上的与用户的关节部分相应的位置。关节组件40的一侧可连接到驱动模块30，关节组件40的另一侧可连接到支撑模块50。

关节组件40可包括：旋转构件42和连接构件44。旋转构件42可使用从驱动模块30接收的动力旋转。例如，旋转构件42可设置在用户的髋关节的一侧上。连接构件44可将旋转构件42连接到支撑模块50，并可利用旋转构件42的扭矩旋转。例如，可以以铰链连接结构设置连接构件44。通过铰链连接结构的铰链轴和旋转构件42的旋转轴，支撑模块50可针对固定构件20执行两个自由度(DOF)的运动。

支撑模块50可支撑用户的部位，并可辅助用户的所述部位的运动。被配置为利用关节组件40的扭矩旋转的支撑模块50可包括：力传输框架100、施加构件54和支撑构件56。

力传输框架100可将力传输到用户的部位。力传输框架100的一个端部可旋转地连接到关节组件40，力传输框架100的另一端部可连接到支撑构件56以将力传输到用户的部位。例如，力传输框架100可推或拉用户的大腿。力传输框架100可沿用户的大腿的纵向延伸并弯曲，以至少覆盖用户的大腿的部分圆周。力传输框架100的所述一个端部可设置在用户的大腿的侧表面上，力传输框架100的另一端部可设置在用户的大腿的前表面上。在力传输框架100的一个端部侧的表面可与在力传输框架100的另一端部侧的表面正交。

力传输框架100可以可移动地连接到连接构件44。通过力传输框架100和连接构件44的相对运动，从关节组件40到施加构件54的总长度可以是可变化的。在一些示例性实施例中，支撑模块50可针对固定构件20执行三个DOF运动。

施加构件54可连接到力传输框架100的另一端部，以将力施加到用户的部位。例如，可沿用户的大腿的前表面或沿用户的大腿的圆周方向设置施加构件54，以推或拉用户的大腿。施加构件54可包括与用户的大腿相应的弯曲表面，并被配置为从力传输框架100的另一端向力传输框架100的两侧延伸。

支撑构件56可连接到施加构件54的一侧。例如，支撑构件56可被设置为覆盖用户大腿的至少一部分的圆周，从而防止用户的大腿与力传输框架100之间的分离。

图3是示出根据一些示例性实施例的力传输框架100的分解透视图，图4是示出根据一些示例性实施例的力传输框架100的横截面图。

参照图3和图4，力传输框架100可包括内部框架110、外部框架130、关节连接部分150和施加部分160。力传输框架100可包括可选的框架加强件(framestiffener，框架肋骨)170和180。

内部框架110可被设置为朝向用户并支撑用户的一侧。如图1所示，内部框架110可在用户的骨盆附近支撑大腿的侧表面，并可在用户的膝盖附近支撑大腿的前表面。为了支撑用户的大腿的侧表面和前表面，可以以扭曲曲面(twistedcurve)的形式实施内部框架110的中心区域。内部框架110还可被称为第一框架。内部框架110可包括：内板112、第一凸起部分114和第一悬挂部分116。

可以以与用户的外表面相应的形状设置内板112。例如，如上所述，可沿用户的大腿的纵向以与用户的骨盆附近的大腿的侧表面以及用户的膝盖附近的大腿的前表面对应的形状纵向设置内板112。可使用薄弹性板(例如，诸如塑料或钢的材料)形成内板112。内板112还可被称为第一板。

第一凸起部分114可从内板112向外部框架130凸起。多个第一凸起部分114可被设置为沿内板112的纵向互相隔开，并沿用户的大腿的圆周方向纵长地形成，其中，圆周方向与垂直于内板112的纵向的方向对应。

第一悬挂部分116可防止外部框架130与内部框架110分离。可以以包括第一凸起部分114的侧表面和内板112的内表面的凹槽的形式设置第一悬挂部分116。如图4所示，可以以梯形凹槽的形式设置第一悬挂部分116。为了实现这样的凹槽形式，第一凸起部分114的侧表面可随着距内板112的距离增大而向内凸起。例如，当第一凸起部分114沿内板112的两侧的边排成两行时，第一凸起部分114的侧表面可随着距内板112的距离增加而向中心凸起。第一凸起部分114的侧表面和内板112的内表面可形成固定在外部框架130的第二悬挂部分136的凹槽，从而阻止内部框架110与外部框架130之间的分离。

可以以与内部框架110对应的形状设置外部框架130。外部框架130可相对于内部框架110设置于用户的相对方向。外部框架130还可被称为第二框架。外部框架可包括：外板132、第二凸起部分134和第二悬挂部分136。

可以以与内板112相应的形状与内板112分开地设置外板132。可使用薄弹性板(例如，诸如塑料或钢的材料)形成外板132。外板132还可被称为第二板。

随着距施加部分160和/或关节连接部分150的距离增加，外板132与内板112之间的间隔可增加。例如，间隔在力传输框架100的中心部分可最大，并向力传输框架100的两个端部逐渐减小。因此，力传输框架100的两个端部的刚度可大于它的中心部分的刚度。

当力传输框架100具有三维(3D)形状时，外板132与内板112之间的间隔可被确定为与通过将施加部分160的法线方向的第一单位向量和间隔的方向的第二单位向量的内积乘以从施加部分160到间隔的距离值而获得的值成比例。

第二凸起部分134可从外板132向内板112凸起。多个第二凸起部分134可被设置为沿外板132的纵向互相隔开，并沿用户的大腿的圆周方向纵向形成，圆周方向垂直于外板132的纵向方向。

第二悬挂部分136可防止内部框架110从外部框架130分离。如图4所示，第二悬挂部分136的横截面可与倒梯形榫头的形状对应。具有沿从外板132向内板112的方向增加的宽度的第二悬挂部分136可固定在梯形形状的第一悬挂部分116上，从而防止内部框架110与外部框架130之间的分离。

关节连接部分150可将关节组件40的扭矩传输到内部框架110和外部框架130。内板112的一端和外板132的一端可固定在关节连接部分150的一端上，关节组件40的连接构件44可固定在关节连接部分150的另一端上。

施加部分160可接收关节组件40的扭矩并将力传输到用户的部位。如图1所示，为了使施加部分160能够将力传输到用户的大腿的前表面，内板112的另一端和外板132的另一端可固定在施加部分160上。施加部分160的厚度可大于与施加部分160相邻的内部框架110和外部框架130的厚度之和。

力传输框架100的关节连接部分150的表面和施加部分160的表面可朝向不同的方向。如图3所示，可以以这样的结构来设置力传输框架100，在所述结构中，关节连接部分150的表面在用户的骨盆的表面附近朝向大腿的侧表面，施加部分160的表面在用户的膝盖的附近朝向大腿的前表面。具体地，关节连接部分150的表面和施加部分160的表面可形成大约80度至大约100度的角。

框架加强件170和180可设置在内部框架110、外部框架130和施加部分160中的至少一个上。框架加强件170和180可被添加到需要增加刚度的部分，并可包括具有相对大的强度和弹性的碳织物材料(carbonfabricmaterial)。例如，框架加强件170和180可包括碳纤维增强塑料(CFRP)材料。框架加强件170和180还可包括其它材料，例如，碳纳米管增强聚合物、玻璃纤维增强聚合物或芳纶纤维增强聚合物。

通过关节连接部分150和施加部分160，分别固定了内部框架110的两个端部和外部框架130的两个端部的力传输框架100的端部对扭矩可具有相对大的刚度。此外，内部框架的中心部分可针对外部框架130的中心部分相对移动。因此，力传输框架100的中心部分可具有比它的端部大的弹性(例如，低刚度)。相反地，力传输框架100的两个端部的刚度可大于它的中心部分的刚度。具体地，力传输框架100的两个端部的刚度可以是它的中心部分的刚度的1.5至20倍。更具体地讲，力传输框架100的两个端部的刚度可以是它的中心部分的刚度的4至10倍。力传输框架100的两个端部的刚度可与它的中心部分的刚度相同或不同。在一些示例性实施例中，力传输框架100的中心部分的刚度可以是大约0.91牛顿每毫米(N/mm)，力传输框架100的一个端部的刚度可以是大约5.9N/mm。

可通过第一悬挂部分116与第二悬挂部分136之间的相互作用来防止内部框架110与外部框架130之间的分离。因此，内部框架110的中心部分可针对外部框架130的中心部分滑动。通过力传输框架100，可在力传输框架100的中心部分为柔性的同时防止内部框架110或外部框架130的屈曲。

可纵向设置如上所述的力传输框架，以具有大于宽度的长度和扭曲的中心区域，从而力传输框架被设置为从用户的盆骨附近的大腿的侧表面延伸到用户的膝盖附近的大腿的前表面。被配置为接收并传输力的两个端部可具有相对高的刚度，然而被配置为与用户的大腿接触的中心部分可具有相对低的刚度和相对高的柔性。因此，可提高可穿戴性。

在一些示例性实施例中，可以以楔形榫头的形式固定两个框架，以形成柔性的中心部分。然而，其它结构也可适用。在一些示例性实施例中，通过区分单个框架的两个端部与中心部分的厚度和材料，可实现刚度上的不同。包括柔性中心区域和刚性比中心区域强的两个端部的力传输框架可属于本公开的技术范畴。在一些示例性实施例中，两个端部的刚性可为中心区域的刚度的1.5至20倍(具体地，4至10倍)或者等于中心区域的刚度，或者两个端部的刚度可与中心区域的刚度相同或不同。

图5是示出根据一些示例性实施例的内部框架110的内表面和侧表面的示图，图6是示出根据一些示例性实施例的外部框架130的内表面和侧表面的示图，图7A至图7C是示出根据一些示例性实施例的在力传输框架100的部分中的滑动移动的示图。如图7A至图7C所示，当力施加到力传输框架100的中心部分时，可在力传输框架100的至少一部分中执行滑动移动。

参照图5至图7C，当内部框架110和外部框架130针对彼此滑动时，第一凸起部分114和第二凸起部分134可在互不啮合的情况下平滑地移动。为了简明，图7A至图7C中没有示出第一悬挂部分116和第二悬挂部分136。

具体地，在多个第一凸起部分114中，两个相邻的第一凸起部分114之间的间隔d1可被形成为比设置为朝向两个相邻的第一凸起部分114的第二凸起部分134的长度L2短。相似地，在多个第二凸起部分134中，两个相邻的第二凸起部分134之间的间隔d2可被形成为比设置为面对两个相邻的第二凸起部分134的第一凸起部分114的长度L1短。通过上述结构，在如图7所示的滑动移动期间，凸起部分不会插入相对的间隔中，因此，滑动移动不会被中断。

具体地，当在外力未施加到力传输框架100的状态下(如图7A所示)施加外力时，内部框架110的中心区域和外部框架130的中心区域可相对移动(如图7B和图7C所示)。在上述处理中，第一凸起部分114可在不插入到第二凸起部分134之间的间隔中的情况下从第一凸起部分114面对单个第二凸起部分134的位置向第一凸起部分114面对另一个相邻的第二凸起部分134的位置移动。因此，第一凸起部分114可平滑地滑动。

以下，可使用相同的名称来描述包括在上述一些示例性实施例中的元件，并且元件具有常见功能。除非另外提及，否则，相同示例性实施例的描述可被应用于以下示例性实施例，因此，为了简明，将省略重复描述。

图8是示出根据一些示例性实施例的力传输框架200的横截面图。

参照图8，力传输框架200可包括内部框架210和外部框架230。内部框架210可包括：内板212、第一凸起部分214和第一悬挂部分216。外部框架230可包括：外板232、第二凸起部分234和第二悬挂部分236。

第二悬挂部分236可固定在第一悬挂部分216上。第二悬挂部分236可包括具有随着距外板232的距离增加而增加的宽度的部分。例如，第二悬挂部分236的横截面可以是圆形，第一悬挂部分216的横截面可以是两边向内弯曲的矩形槽。在一些示例性实施例中，可减小与第一悬挂部分216接触的面积，从而，内部框架210的中心部分可相对外部框架230的中心部分更平滑地滑动。

图9是示出根据一些示例性实施例的力传输框架300的横截面图。

参照图9，力传输框架300可包括：内部框架310、外部框架330和分离防止构件390。内部框架310可包括：内板312、第一凸起部分314和第一悬挂部分316。外部框架330可包括外板332、第二凸起部分334和第二悬挂部分336。

分离防止构件390可防止内板312与外板332之间的分离。分离防止构件390的一侧可固定在第一悬挂部分316上，并相对于第一悬挂部分316滑动。例如，分离防止构件390的所述一侧可具有包括具有沿向内板312的方向增加的宽度的部分的倒梯形形状。相似地，分离防止构件390的另一侧可固定在第二悬挂部分336上。

可以以包括具有从中心分别向内板312和外板332增加的宽度的部分的两个组合的倒梯形形状设置分离防止构件390的一侧和另一侧。

图10是示出根据一些示例性实施例的确定内板与外板之间的间隔的方法的曲线图。

图10的曲线图的起点表示关节连接部分与内板相连接的部分。当F表示施加于施加部分的力时，力F可指垂直地施加于用户的大腿的前表面的力。当均匀力F施加到施加部分时，可确定防止外板屈曲的内板与外板之间的间隔h(x)。间隔h(x)可将施加到外板的力矩之和设置为“0”。

与内板的点(x1，y1)处的法线相交的外板的点可以是(x2，y2)。施加到点(x2，y2)的力矩可包括由力F施加的力矩M1和由拉力T施加到内板的力矩M2。施加到外板的拉力可不对点(x2，y2)施加力矩，因此，可不考虑施加到外板的拉力。可分别如等式1和等式2所示来计算力矩M1和力矩M2。

[等式1]

M₁=F（L-x₁+h(x₁)sinΦ)

[等式2]

M₂=Th(x₁)

可如等式3所示来确定将施加到点(x2，y2)的力矩之和设置为“0”的间隔h(x1)。当力矩M₁和力矩M₂使用相同条件时，可如等式3所示来确定间隔h(x1)。

[等式3]

$h\left(x_1\right)=\frac{F(L-x_1)}{T-F\sin \mathrm{\φ}}$

在等式3中，Φ表示针对内板的点的切线与X轴的之间的角。当p(x)表示内板的高度时，p(x)可以是定义内板的形状的函数。相似地，当c(x)表示外板的高度时，c(x)可以是定义外板的形状的函数。Φ与p(x)之间的关系可由等式4表示。

[等式4]

$\tan \mathrm{\φ}=\frac{d}{dx}p\left(x\right)$

利用等式4，等式3可被表示为等式5。

[等式5]

$h\left(x_1\right)=\frac{F(L-x_1)}{T-F\sin \left(a\tan \right(\frac{d}{dx}p\left(x_1\right)\left)\right)}$

等式5可被泛化为针对内板的期望点(可以是预定的或者可以不是预定的)(x，y)的等式，如等式6所示。

[等式6]

$h\left(x\right)=\frac{F(L-x)}{T-F\sin \left(a\tan \right(\frac{d}{dx}p\left(x\right)\left)\right)}$

在等式6中，当提供针对内板的形状的函数p(x)时，可计算T与F之间的关系。F表示施加于用户的部位的力，并可以是由用户或设计者预定的或者可以不是由用户或设计者预定。因此，当提供函数p(x)时，可确定将以间隔h(x)与内板隔开的外板的形状。通过使用利用上述方法确定的力传输框架，当负荷施加到施加部分时，力传输框架不会弯曲并可将力全部传输。

当力传输框架具有二维(2D)形状时，可确定外板与内板之间的间隔与沿垂直于施加到施加部分的力的方向的方向的距离成比例。

以上提供的描述仅是确定内板与外板之间的间隔的方法的示例性实施例。然而，示例性实施例不限于此。

图11是示出根据一些示例性实施例的力传输框架400的透视图。

参照图11，力传输框架400可包括：内部框架410、外部框架430、关节连接部分450和施加部分460。内部框架410可包括：内板412、第一凸起部分414和第一悬挂部分416。外部框架430可包括：外板432、第二凸起部分434和第二悬挂部分436。

可基于等式6确定内板412与外板432之间的间隔。例如，当内板412具有如图11所示的直线形状时，dp(x)/dx的值可以是常数。在一些示例性实施例中，h(x)的值可与(L-x)的值成比例。因此，内板412与外板432之间的间隔h(x)可从施加部分460向关节连接部分450增加。随着距施加部分460的距离增加，内板412与外板432之间的距离可增加。

第一凸起部分414的宽度可随着距内板412距离增加而减小。第一凸起部分414的上侧的宽度可小于它的下侧的宽度。第一凸起部分414可具有锥形形状的斜坡。通过上述结构，当第二凸起部分434被插入到两个相邻第一凸起部分414之间的间隔时，第二凸起部分434可沿第一凸起部分414的斜坡移动，而不会被第一凸起部分414挡住。

图12A和图12B是示出根据一些示例性实施例的力传输框架500的示图。

参照图12A和图12B，力传输框架500可包括：内部框架510、外部框架530、关节连接部分550和施加部分560。内部框架510可包括：内板512和引导部分590。

内板512的一端和外部框架530的一端可固定在关节连接部分550上，内板512的另一端和外部框架530的另一端可固定在施加部分560上。外部框架530的中心部分可相对于内板512的中心部分滑动。

引导部分590可引导外部框架530的移动。引导部分590可包括：引导凸起592和引导孔594。引导凸起592可被形成为从内板512凸起。多个引导凸起592可被设置为沿内板512的纵向互相隔开。可沿与内板512的纵向垂直的方向纵长地形成每个引导凸起592。引导孔594可设置在引导凸起592中，可在引导孔594中容纳外部框架530。引导孔594可使外部框架530能够与内板512以期望的间隔(可以是预定的或者可以不是预定的)隔开。例如，可在基于等式6确定的h(x)的位置形成引导孔594。

虽然图12A和图12B示出具有直线形状的力传输框架500，但是可以以如图13所示的弯曲形状设置力传输框架500＇，或者以如图1至图3所示的中心区域弯曲且部分扭曲的形状设置力传输框架500＇。

图14A至图14C是示出根据一些示例性实施例的当负荷施加于力传输框架时变形的力传输框架的示图。

具体地，图14A示出负荷未施加于力传输框架的状态，图14B示出负荷施加于力传输框架的施加部分的状态，图14C示出负荷施加于力传输框架的中心部分的状态。

如上所述，力传输框架的端部的刚度可大于它的中心部分的刚度。因此，当负荷(load)F施加到力传输框架的端部时，力传输框架的端部的位置不会改变较大(如图14B所示)。然而，当同一负荷F施加到力传输框架的中心部分时，力传输框架的中心部分的位置会改变较大(如图14C所示)。

图15是示出根据一些示例性实施例的力传输框架600的示图。图16是示出根据一些示例性实施例的从力传输框架600分离的分离防止带690状态的示图，图17是示出根据一些示例性实施例的支撑体620的示图。

图18是示出根据一些示例性实施例的基于第一转换示例的支撑体620的示图。图19是示出根据一些示例性实施例的基于第二转换示例的支撑体620的示图。

参照图15-图19，力传输框架600可包括：内部框架610、外部框架630、支撑体620、关节连接部分650、施加部分660和分离防止带690。内部框架610和外部框架630还可分别被称为，例如，第一板和第二板。

支撑体620可插入到内部框架610和外部框架630之间，以支持内部框架610和外部框架630。支撑体620可由碳纤维材料(例如，碳纤维增强塑料(CFRP))形成。支撑体620可进行多次垂直弯曲(verticallybent)。例如，如图17-图19所示，可以以正弦波(620)、方波(620^’)或之字形(620”)的形式设置支撑体620。通过使用支撑体620，内部框架610和外部框架630可保持至少以期望的距离(可以是预定的或者可以不是预定的)互相隔开。

分离防止带690可防止内部框架610与外部框架630互相分离。分离防止带690可围绕在内部框架610和外部框架630的周围。分离防止带690可由(例如，织物材料)形成。分离防止带620在两侧可分别包括：第一钩圈搭扣692和第二钩圈搭扣694，使得分离防止带690的两侧互相固定。

通常的包括柔性材料的纵向构件可具有随着到固定端的距离增加而增大的改变。因此，力在包括柔性材料的纵向构件的端部不能被恰当地传输。通常的包括刚性材料的纵向构件可在它的端部适当地传输力。然而，包括刚性材料的纵向构件的柔性会在它的中心部分减小。因此，包括刚性材料的纵向构件在处理针对各种运动状态的用户体积的改变方面可能有困难。然而，根据一些示例性实施例的力传输框架可包括柔性中心部分和刚性端部，因此，力传输框架可在减小与用户的摩擦力的同时减小在力传输处理中的力的损耗。此外，可不需要将框架设计为与主体分隔开来防止摩擦问题。因此，可减小用于设置框架的体积，并可在衣服内穿戴整个运动辅助设备。此外，由于在端部可使用相对小的力传输相对大的扭矩，因此用户会感受到相对小的对皮肤的力，从而可减小用户的不便。

虽然已经示出并描述了一些示例性实施例，但是本领域技术人员将理解：在不脱离示例性实施例的原则和精神的情况下，可对这些示例性实施例做改变，示例性实施例的范围有权利要求及其等同物限定。例如，当特定操作已经被描述为由给出元件执行时，本领域技术人员将理解：可以以各种方式在元件之间划分操作。

虽然上面描述了与肌肉力量辅助设备有关的一些示例性实施例，但是本领域技术人员将理解：一些示例性实施例可应用于其它类型的系统，例如，未用于医学领域的系统(例如，航空航天远程操作系统、用于处理危险材料的设备、巡逻设备、军事设备)、类人设备或更加通用目的的控制系统。本领域技术人员将理解：在本申请中描述的肌肉力量辅助设备具有大量实际用途。

虽然已经示出并描述了本公开的一些示例性实施例，但是本领域技术人员将理解：在不脱离本发明的原则和精神的情况下，可对这些示例性实施例做改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

应该理解，在此描述的示例性实施例应被认为仅是描述性的意义，而不是为了限制的目的。每个实施例内的特征或方面的描述通常应该被认为是可用于其它实施例中的其它相似特征或方面。

Claims (38)

1.一种具有大于宽度的长度的力传输框架，其中，在力传输框架的纵向上，力传输框架的第一端部的刚度和第二端部的刚度大于力传输框架的中心区域的刚度。

2.如权利要求1所述的力传输框架，其中，所述中心区域是柔性的。

3.如权利要求1所述的力传输框架，其中，第一端部的刚度和第二端部的刚度是所述中心区域的刚度的1.5至20倍。

4.如权利要求1所述的力传输框架，其中，第一端部的刚度和第二端部的刚度是所述中心区域的刚度的4至10倍。

5.如权利要求1所述的力传输框架，其中，第一端部的表面和第二端部的表面朝向相同的方向。

6.如权利要求1所述的力传输框架，其中，第一端部的表面和第二端部的表面朝向不同的方向。

7.如权利要求6所述的力传输框架，其中，第一端部的表面和第二端部的表面形成80度至100度的角。

8.如权利要求1所述的力传输框架，其中，所述中心区域被设置为扭曲曲面的形式。

9.如权利要求1所述的力传输框架，包括：

内部框架，被配置为支撑用户的一侧；

外部框架，外部框架的第一端部和第二端部固定到内部框架的第一端部和第二端部，外部框架的中心部分未固定到内部框架的中心部分，

其中，外部框架的中心部分被配置为相对于内部框架的中心部分滑动。

10.如权利要求9所述的力传输框架，其中，内部框架包括：内板以及内板与外板之间的第一悬挂部分，

其中，外部框架包括：外板和被配置为固定到第一悬挂部分的第二悬挂部分。

11.如权利要求10所述的力传输框架，其中，第一悬挂部分和第二悬挂部分中的一个包括：宽度沿朝着第一悬挂部分和第二悬挂部分的另外一个的方向增加的部分。

12.如权利要求11所述的力传输框架，其中，所述一个悬挂部分的横截面符合倒梯形形状。

13.如权利要求10所述的力传输框架，其中，内部框架还包括：第一凸起部分，被配置为从内板向外板凸出，

其中，外部框架还包括：第二凸起部分，被配置为从外板向内板凸出。

14.如权利要求13所述的力传输框架，其中，沿内部框架的纵向形成多个第一凸起部分，

其中，沿外部框架的纵向形成多个第二凸起部分。

15.如权利要求14所述的力传输框架，其中，在所述多个第一凸起部分中，两个相邻的第一凸起部分之间的间隔被配置为比设置在所述两个第一凸起部分的对面的第二凸起部分的长度短。

16.如权利要求10所述的力传输框架，其中，从力传输框架的中心区域向力传输框架的第一端部和第二端部，内板与外板之间的间隔减小。

17.如权利要求10所述的力传输框架，其中，基于以下等式确定内板与外板之间的间隔，

[等式]

$h\left(x\right)=\frac{F(L-x)}{T-F\sin \left(atan\right(\frac{d}{dx}p\left(x\right)\left)\right)}$

其中，‘h(x)’表示内板与外板之间的间隔，‘F’表示施加于力传输框架的一个端部的力的大小，‘T’表示施加于内板的拉力的大小，‘L’表示力传输框架的长度，‘x’表示从力传输框架的端部到内板的期望点的距离，‘p(x)’表示在距离x处内板的高度。

18.如权利要求9所述的力传输框架，还包括：

框架加强件，设置在内部框架和外部框架中的至少一个上。

19.如权利要求18所述的力传输框架，其中，框架加强件包括碳纤维材料。

20.如权利要求10所述的力传输框架，还包括：施加部分，连接到内部框架的一端和外部框架的一端，并被配置为将力传输到用户的部分。

21.如权利要求20所述的力传输框架，其中，施加部分的厚度被配置为大于内部框架的一端的厚度与外部框架的一端的厚度之和。

22.如权利要求20所述的力传输框架，其中，随着距施加部分的距离增加，内板和外板之间的距离增加。

23.如权利要求9所述的力传输框架，还包括：

支撑体，位于内部框架与外部框架之间，被配置为支撑内部框架和外部框架；

分离防止带，被配置为防止内部框架与外部框架彼此的分离。

24.如权利要求23所述的力传输框架，其中，支撑体垂直弯曲多次，

其中，支撑体包括碳纤维，

其中，分离防止带缠绕在内部框架和外部框架的周围，

其中，分离防止带包括织物材料。

25.如权利要求1所述的力传输框架，包括：

第一板；

第二板；

中间部分，被配置为防止第一板与第二板分离；

其中，力传输框架的第一端部的刚度大于力传输框架的中心区域的刚度，

其中，力传输框架的第二端部的刚度大于力传输框架的中心区域的刚度。

26.如权利要求25所述的力传输框架，其中，中间部分是第一板的一部分。

27.一种力传输框架，包括：

第一板；

第二板，被配置为朝向第一板；

连接部分，被配置为将第一板的一端连接到第二板的一端；

施加部分，被配置为将第一板的第二端连接到第二板的第二端。

28.如权利要求27所述的力传输框架，还包括：

分离防止构件，被配置为防止第一板与第二板之间的分离。

29.如权利要求28所述的力传输框架，其中，分离防止构件的第一侧滑动地连接到第一板，分离防止构件的第二侧滑动地连接到第二板。

30.如权利要求27所述的力传输框架，还包括：

引导部分，包括被配置为从第一板凸出的引导凸起和设置在引导凸起中的引导孔；

其中，第二板被配置为容纳在引导孔中。

31.如权利要求27所述的力传输框架，其中，第一板与第二板之间的间隔被确定为与通过将施加部分的法线方向的第一单位向量与间隔方向的第二单位向量的内积乘以从施加部分到所述间隔的距离值而获得的值成比例。

32.如权利要求27所述的力传输框架，其中，第一板与第二板之间的间隔被确定为与沿垂直于施加到施加部分的力的方向的方向的距离成比例。

33.如权利要求27所述的力传输框架，还包括：

支撑体，位于第一板与第二板之间，被配置为支撑第一板和第二板；

分离防止带，被配置为防止第一板与第二板彼此的分离。

34.一种运动辅助设备，包括：

固定构件，附着于用户；

驱动源，设置在固定构件的一侧；

关节组件，被配置为辅助用户的关节部分的旋转运动；

力传输框架，力传输框架的第一端部连接到关节组件，力传输框架的第二端部被配置为将力传输到用户的部分；

其中，力传输框架的第二端部的刚度大于力传输框架的中心部分的刚度。

35.如权利要求34所述的运动辅助设备，其中，力传输框架包括：第一板和第二板，

其中，第一板的第一端部和第二端部固定到第二板的第一端部和第二端部，

其中，第一板的中心部分未固定在第二板的中心部分上。

36.如权利要求34所述的运动辅助设备，其中，力传输框架的第二端部的刚度是力传输框架的中心部分的刚度的1.5至20倍。

37.如权利要求34所述的运动辅助设备，其中，力传输框架的第二端部的刚度是力传输框架的中心部分的刚度的4至10倍。

38.如权利要求35所述的运动辅助设备，其中，力传输框架还包括：

支撑体，位于第一板与第二板之间，被配置为支撑第一板和第二板；

分离防止带，被配置为防止第一板与第二板彼此分离。