CN105827064A - 用于人体外骨骼的集成发电及发电的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于人体外骨骼的集成发电及发电的方法。一种人体外骨骼,其包括电池。人体外骨骼还包括电马达,所述电马达电气地联接到电池并且由电池供电以在电马达工作状态中致动人体外骨骼的至少一个部件,在电马达非激活状态期间所述电马达被反向驱动以在电池中再生电能。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2015年1月28日提交的,美国临时专利申请序列号62/108,757的优先权,该临时申请的全部内容通过引用被并入本文。
技术领域
在本文中所描述的实施例涉及人体外骨骼以及,更具体地说,涉及用于人体外骨骼的集成发电。
背景技术
人体辅助外骨骼是相对较新的现实。这些外骨骼的目的在于以众多所考虑到的方式提供辅助。例如,所考虑到的是与下身麻痹患者、残疾人、正在从手术中恢复的人等等的步行移动性或者步行辅助有关的辅助。这些人在长时段内需要不受绳索约束的电能以提供不受阻碍的全天操作,从而促进这种技术的广泛采用。
当今在开发和/或生产中的许多外骨骼具有集成到它们的主电子框架中的电池。这个设计要求特殊的外部方法来给所述电池重新充电。如果穿戴者要继续使用所述设备,那么所述外骨骼将受到电能源的约束直到充电完成。这样的情况降低了所述技术的有用性并且,最终,将大大减缓所述技术在潜在用户中的采用率。
外骨骼电池更换是冗长且繁琐的,在大多数情况下要求去除所述外骨骼和/或打开电池包等等以更换向所述外骨骼供电的所述电池,从而非期望地阻碍了连续且简单的使用。
发明内容
在本发明的一个实施例中,人体外骨骼包括电池。所述人体外骨骼还包括电气地联接到所述电池且由所述电池供电的电马达,从而在所述电马达的激活状态中致动所述人体外骨骼的至少一个部件,在所述电马达的非激活状态期间,所述电马达被反向驱动从而在所述电池中再生电能。
在本发明的另一个实施例中,人体外骨骼包括在所述人体外骨骼的致动机械装置的非激活状态期间电气地或者化学地再生的电能供给。
在本发明的又另一个实施例中,提供了用于人体外骨骼的再生电能的方法。所述方法包括激活所述人体外骨骼的电池。所述方法还包括从所述电池向电马达供电,所述电马达被配置成在所述电马达的激活状态中致动所述人体外骨骼的至少一个部件。所述方法进一步包括在所述电马达的非激活状态期间且在所述至少一个部件的运动期间,反向驱动所述电马达。所述方法又进一步包括在反向驱动非激活状态的所述电马达的同时,在所述电池中再生电能。
这些和其他优势及特征根据结合附图的下面的描述将变得更加明显。
附图说明
在说明书的结尾处的权利要求中特别指出且清楚地要求了被认为是本发明的主题。根据结合所述附图的下面的详细描述,本发明上述的和其他的特征,以及优势是明显的,其中,
图1是人体外骨骼的透视图;
图2说明了被用户穿着的所述人体外骨骼;以及
图3说明了用于所述人体外骨骼的发电的方法。
具体实施方式
现在参照附图,其中,本发明将参照具体实施例被描述的,但不限制本发明,外骨骼10被配置成围绕用户的腰部被用带捆绑并且还被用带捆绑到用户的腿部。外骨骼10适于辅助用户做腿部运动。在一个实施例中,外骨骼10提供仅通过用户的所述腿部运动才被激活的“辅助”模式。如此,外骨骼10为用户提供额外的“肌肉”,从而允许用户具有更好的移动性。尽管所说明且在上面所描述的实施例与辅助用户的腿部运动的外骨骼设备有关,但是应考虑到的是辅助例如其他身体部分,比如手臂,的运动的外骨骼设备,将得益于在此所公开的所述实施例。
参照图1和图2,外骨骼10包括用于围绕用户的腰部区域装配的框架12。在所说明的实施例中,框架12是基本上U-形的,但是替代的取向也被考虑。外骨骼10还包括从框架12延伸的至少一条腿。在所说明的实施例中,包括第一腿14和第二腿16。每条腿14、16均包括联接设备18,比如钩环,联接设备18把外骨骼10连接到所述用户。腿14、16相对于框架12是可移动的,从而辅助所述用户移动所被连接的身体部分(例如,四肢)。
外骨骼10包括致动所述腿(一个或复数个)的运动的致动设备。在一些实施例中,包括单独的致动设备24,其被配置为驱动所述腿(一个或复数个)的每一个。在所说明的实施例中,所述致动设备包括以第一电马达24和第二电马达25形式的电马达,所述马达相应地控制每条腿14、16。第一齿轮箱26和第二齿轮箱27操作地联接到所述致动设备(例如,电马达)以响应所述致动设备的输出端,比如电马达24、25的输出轴,的运动来完成所述腿14、16的期望运动。电马达24、25和齿轮箱26、27操作地联接到外骨骼10的框架12。
电马达24、25被操作地联接到框架12的至少一个电能供给驱动。在一个实施例中,每个电马达24、25均由相应的电能供给供电,比如由第一电池34和第二电池36供电。电池34、36可以是任何类型的电池,例如,比如蓄电池或者电化学电池。
在本文中所描述的实施例解决了电池寿命的问题,否则,所述电池寿命的问题将限制用户进行长时段使用外骨骼10的能力。在一个实施例中,通过电马达24、25和齿轮箱组26、27的发电概念。尤其,外骨骼10可互换地生成或者使用电能,如在下面详细描述的那样。
现在参照图3,说明了控制外骨骼10的方法以及所述方法总体被指示为数字50。外骨骼10使用电池34、36通电52并且收集数据54。嵌入式微型控制器42(图1)处理56该数据并且确定如何指示58马达24、25并且可能地指示齿轮箱26、27。如果马达24、25未被激活60但是所述用户仍然正在移动,那么马达24、25将被反向驱动62。由于把外骨骼10连接到所述用户的身体部分(例如,腿部)的联接设备18的有效联接,如上面所描述的那样,所以检测到用户的感兴趣的身体部分在运动或者缺乏运动。当用户使用他自己的腿部来移动腿14、16时,电马达24、25将被反向驱动。在这种情况下,电马达24、25充当发电机并且所生成的电流通过微型控制器42被引导回电池34、36中,作为再生电能64的一种方法。该在所述用户没有电马达24、25辅助的腿部运动期间自动地对电池34和36重新充电。
上面所描述方式的电池34、36的电的和/或化学的电能再生是通过消除电障碍来完成的,所述电障碍会阻碍使发电成为可能的反向驱动特征。有利地,由于上面所描述的所述发电能力,电能在延长的时间段上被提供到外骨骼10。
在本文中公开的实施例的另一个方面中,采用更换电池34、36来提供延长的时间段以让用户享受外骨骼10的有益辅助。在这样的实施例中,电池34、36各自联接到外骨骼10的外部位置处,这样使得不要求拆卸外骨骼10就能进入所述电池安置位置。在所说明的实施例中,电池34、36被安置到外骨骼10的后部部分,然而,替代的区域,比如侧部区域、上部区域或者下部区域,可以被用作电池安置位置。另外,电池34、36没有集成到框架12的内部位置并且未被设置在包或其他盒之内,所述包或其他盒妨碍所述用户容易接近要被更换的电池的能力。
所述电池可以以任何适合的方式联接到外骨骼10的外部安置位置,所述任何适合的方式促进简单去除以更换为替代电池。例如,在有工具和无工具情况下均容易地被去除和安装的简单的机械紧固件被考虑。在这种方式中,电量较低或者没电的被连接的电池容易地被去除并且可与多个替代电池互换,同时所述外骨骼仍然在所述用户身上。换句话说,在更换电池期间的任何时间都不要求用户脱掉外骨骼10以适当且容易地进行更换任务。这允许用户携带一个或多个替代电池,以防当前联接的电池耗尽它的电能供给。
尽管本发明已经结合仅仅有限数量的实施例详细地被描述,但是应容易理解的是本发明不受限于这样的公开的实施例。相反,本发明能被修改以并入任何数量的未在这之前被描述但却与本发明的精神和范围相称的变型、改变、替换、或者等同布置。额外地,尽管已经描述了本发明的各种实施例,但是要被理解的是本发明的方面可以包括仅仅一些所描述的实施例。据此,本发明不应被视为受到前述描述的限制。
Claims (15)
1.一种人体外骨骼,其包括:
电池;以及
电马达,所述电马达电气地联接到所述电池并且由所述电池供电以在所述电马达的激活状态中致动所述人体外骨骼的至少一个部件,在所述电马达的非激活状态期间,所述电马达被反向驱动以在所述电池中再生电能。
2.根据权利要求1所述的人体外骨骼,其中,在所述非激活状态期间所述至少一个部件的运动反向驱动所述电马达。
3.根据权利要求1所述的人体外骨骼,其中,所述至少一个部件是能操作地联接到用户的肢体的腿构件。
4.根据权利要求3所述的人体外骨骼,其中,所述肢体是手臂。
5.根据权利要求3所述的人体外骨骼,其中,所述肢体是腿部。
6.根据权利要求1所述的人体外骨骼,其中,所述电池安置到所述人体外骨骼的外部。
7.根据权利要求6所述的人体外骨骼,其中,所述电池能与多个替代电池互换,同时所述人体外骨骼仍然在用户身上。
8.一种人体外骨骼,其包括在所述人体外骨骼的致动机械装置的非激活状态期间被电气地或者化学地再生的电能供给。
9.根据权利要求8所述的人体外骨骼,其中,所述致动机械装置是电马达。
10.根据权利要求9所述的人体外骨骼,其中,所述电马达电气地联接到所述电能供给且由所述电能供给供电以在所述电马达的激活状态中致动所述人体外骨骼的至少一个部件,在所述电马达的非激活状态期间所述电马达被反向驱动以在所述电池中再生电能。
11.根据权利要求10所述的人体外骨骼,其中,在所述非激活状态期间所述至少一个部件的运动反向驱动所述电马达。
12.根据权利要求8所述的人体外骨骼,其中,所述电能供给安置到所述人体外骨骼的外部。
13.根据权利要求12所述的人体外骨骼,其中,所述电能供给能与多个替代电能供给互换,同时所述外骨骼仍然在用户身上。
14.一种用于人体外骨骼的再生电能的方法,其包括
激活所述人体外骨骼的电池;
从所述电池向电马达供电,所述电马达被配置为在所述电马达的激活状态中致动所述人体外骨骼的至少一个部件;
在所述电马达的非激活状态期间且在所述至少一个部件的运动期间,反向驱动所述电马达;以及
在所述电池中再生电能,同时在所述非激活状态中反向驱动所述电马达。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,所述电池安置到所述人体外骨骼的外部,所述方法进一步包括把所述电池与替代电池互换,同时所述人体外骨骼仍然在用户身上。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160803 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |