CN106667726B - 力传输装置和包括该力传输装置的运动辅助设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种力传输装置和包括该力传输装置的运动辅助设备。所述力传输装置可包括：输入构件，被设置成相对于基座旋转；输出构件，被设置成相对于基座旋转；第一轴，沿与输入构件的轴向相交的方向连接到输入构件；第一连接构件，连接到第一轴；第二轴，沿与第一轴的轴向相交的方向连接到第一连接构件；第二连接构件，连接到第二轴；第三轴，沿与第二轴的轴向相交的方向连接在第二连接构件与输出构件之间。

Description

力传输装置和包括该力传输装置的运动辅助设备

本申请要求于2015年11月5日在韩国知识产权局提交的申请号为10-2015-0155151的韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的全部公开内容通过引用包含于此。

技术领域

示例实施例涉及一种力传输装置和/或包括该力传输装置的运动辅助设备。

背景技术

随着快速老龄化社会的来临，越来越多的人可能经受关节问题带来的不便和/或疼痛。因此，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可存在日益增长的兴趣。此外，可开发用于增加人的肌肉力量的运动辅助设备以用于军事用途。

发明内容

一些示例实施例涉及一种力传输装置。

在一些示例实施例中，力传输装置可包括：输入构件，被构造为相对于基座旋转；输出构件，被构造为相对于基座旋转；第一轴，沿与输入构件的轴向相交的方向连接到输入构件；第一连接构件，连接到第一轴；第二轴，沿与第一轴的轴向相交的方向连接到第一连接构件；第二连接构件，连接到第二轴；第三轴，沿与第二轴的轴向相交的方向连接在第二连接构件与输出构件之间。

在一些示例实施例中，输出构件和输入构件被构造为沿相同的方向旋转。

在一些示例实施例中，第二轴被构造为基于输入构件的轴向是否与第二轴的轴向匹配而在输入构件与输出构件之间传输力或阻挡力。

在一些示例实施例中，第一轴的轴向与输入构件的轴向正交，第二轴的轴向与第一轴的轴向正交，第三轴的轴向与第二轴的轴向正交，输出构件的轴向与第三轴的轴向正交。

在一些示例实施例中，第三轴的轴向与输入构件的轴向正交。

在一些示例实施例中，输出构件的轴向与第一轴的轴向正交。

在一些示例实施例中，所述力传输装置还可包括：锁定装置，被构造为保持由第二轴相对于输入构件的轴形成的相对角。

在一些示例实施例中，所述锁定装置包括：阻挡件，被构造为相对于输出构件运动以限制第二连接构件的运动。

在一些示例实施例中，所述锁定装置还包括：第一弹性构件，被构造为将弹力沿限制第二连接构件的运动的方向提供给阻挡件。

在一些示例实施例中，所述力传输装置还包括：第二弹性构件，被构造为将弹力提供给第二连接构件以迫使第二连接构件与阻挡件分离。

在一些示例实施例中，所述阻挡件包括：阻挡件主体，与第一弹性构件相连，所述阻挡件主体被构造为相对于输出构件滑动；柄，与阻挡件主体相连，所述柄被构造为在用户抓握柄时将摩擦力提供给用户。

在一些示例实施例中，所述锁定装置包括：磁性主体，被构造为将输出构件磁性地结合到第一连接构件和第二连接构件中的至少一个连接构件。

在一些示例实施例中，所述力传输装置还包括：传感器，被构造为感测与施加到输入构件、输出构件、第一轴、第一连接构件、第二轴、第二连接构件和第三轴中的至少一个的负荷有关的信息；控制器，被构造为基于由传感器感测到的信息控制锁定装置。

在一些示例实施例中，控制器被构造为在由传感器感测到的信息的值超过阈值时释放锁定装置。

在一些示例实施例中，锁定装置包括：阻挡件，被构造为限制第二连接构件的运动；第一弹性构件，被构造为将弹力沿第一方向提供给阻挡件，使得阻挡件限制第二连接构件的运动；螺线管，被构造为在施加电流时将电磁力提供给阻挡件，以使阻挡件沿与第一方向相反的第二方向运动，使得第二连接构件的运动不受阻挡件的限制。

在一些示例实施例中，第二弹性构件被构造为将弹力提供给第二轴，使得在释放锁定装置时，第二轴与输入构件的轴之间的相对角改变。

在一些示例实施例中，第二弹性构件被构造为将弹力提供给第二连接构件以使在输入构件与输出构件之间传输的力被阻挡。

在一些示例实施例中，第二弹性构件被构造为将弹力提供给第二轴，以使第二轴沿与输入构件的轴向相同的方向旋转。

在一些示例实施例中，锁定装置包括：控制电机，被构造为调节第三轴的旋转角。

一些示例实施例涉及一种力传输装置。

在一些示例实施例中，力传输装置包括：输入构件，被构造为接收力；输出构件，被构造为输出力；多个连接构件，连接在输入构件与输出构件之间，所述多个连接构件被构造为基于所述多个连接构件之中的至少一个连接构件的旋转角而将力传输到输出构件或阻挡力传输到输出构件。

在一些示例实施例中，输入构件的轴与输出构件的轴匹配。

在一些示例实施例中，所述多个连接构件包括：第一连接构件，被构造为相对于输入构件旋转；第二连接构件，被构造为相对于第一连接构件旋转。

在一些示例实施例中，所述多个连接构件基于第二连接构件的旋转角将力传输到输出构件或阻挡力传输到输出构件。

在一些示例实施例中，当所述多个连接构件中的一个连接构件处于奇异点时，所述多个连接构件将力传输到输出构件。

一些示例实施例涉及一种运动辅助设备。

在一些示例实施例中，运动辅助设备包括：固定装置，被构造为附着到用户的第一部分；支撑件，被构造为支撑用户的第二部分；驱动器，被构造为产生力；力传输装置，被构造为在驱动器与支撑件之间选择性地传输力。所述力传输装置包括：输入构件，被构造为从驱动器接收力；输出构件，连接到支撑件；多个连接构件，连接在输入构件与输出构件之间，所述多个连接构件被构造为基于所述多个连接构件之中的至少一个连接构件的旋转角而将力传输到输出构件或者阻挡力传输到输出构件。

一些示例实施例涉及一种力传输装置。

在一些示例实施例中，所述力传输装置包括：多个可旋转构件，连接在电机的驱动轴与输出构件之间，所述多个可旋转构件被构造为基于驱动轴与所述多个可旋转构件中的至少一个可旋转构件之间的相对角而选择性地将来自电机的驱动扭矩传输到输出构件。

在一些示例实施例中，所述多个可旋转构件包括至少第一可旋转构件和第二可旋转构件，所述第一可旋转构件被构造成通过第一轴关于驱动轴枢转，以改变驱动轴与第二可旋转构件之间的相对角。

在一些示例实施例中，第一轴的轴向与驱动轴的轴向正交。

在一些示例实施例中，第二可旋转构件具有穿过第二可旋转构件并连接到第一可旋转构件的第二轴。

在一些示例实施例中，第一可旋转构件被构造为在第一位置与第二位置之间枢转，在所述第一位置，第一可旋转构件将通过驱动轴产生的驱动扭矩传输到第二可旋转构件，在所述第二位置，第一可旋转构件不将所述驱动扭矩传输到第二可旋转构件。

在一些示例实施例中，在所述第二位置，第一可旋转构件被构造为关于第二轴旋转，以使所述驱动扭矩不被传输到第二可旋转构件。

在一些示例实施例中，在所述第二位置，驱动轴与第二轴对齐。

在一些示例实施例中，在所述第二位置，驱动轴和第二轴被对齐为使得驱动轴的轴向与第二轴的轴向相同。

在一些示例实施例中，在所述第二位置，第一可旋转构件和第二可旋转构件保持连接。

在一些示例实施例中，所述力传输装置还包括：可释放锁定件，被构造为将第一可旋转构件选择性地锁定在第一位置和第二位置中的第一个位置处。

在一些示例实施例中，所述力传输装置还包括：弹簧，被构造为如果解锁可释放锁定件则使第一可旋转构件旋转到第一位置和第二位置中的第二个位置。

在一些示例实施例中，所述力传输装置还包括：传感器，被构造为感测通过驱动轴施加到所述多个可旋转构件之中的一个或更多个可旋转构件的力；控制器，被构造为如果力超过阈值则产生指令以解锁可释放锁定件。

在一些示例实施例中，所述力传输装置还包括：螺线管，被构造为响应于来自控制器的指令而解锁可释放锁定件。

一些示例实施例涉及一种运动辅助设备。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备包括：带，被构造为附着到用户的腰；驱动器，附着到所述带，驱动器包括被构造产生力的电机；支撑件，被构造为固定到用户的肢以辅助所述肢的运动；力传输装置，被构造为选择性地将来自驱动器的力经由输出构件传输到支撑件。

在一些示例实施例中，运动辅助设备还包括：传感器，被构造为感测与用户的运动有关的信息；控制器，被构造为基于所述信息确定用户是否在进行困难地运动，并且如果用户在进行困难地运动，则将指令发送给力传输装置以传输所述驱动扭矩。

示例实施例的另外的方面部分地将在以下的描述中进行阐述，部分地通过该描述将是清楚的或者可通过公开的实践而获知。

附图说明

通过下面结合附图进行的示例实施例的详细描述，这些和/或其它方面将变得更清楚且更易于理解，在附图中：

图1是示出根据示例实施例的力传输装置处于力传输状态的透视图；

图2是示出根据示例实施例的力传输装置处于力传输状态的示图；

图3是示出根据示例实施例的力传输装置处于力传输状态的操作的示图；

图4是示出根据示例实施例的力传输装置处于力阻挡状态的透视图；

图5是示出根据示例实施例的力传输装置处于力阻挡状态的示图；

图6是示出根据示例实施例的力传输装置处于力阻挡状态的操作的示图；

图7是示出根据示例实施例的力传输装置的透视图；

图8是示出根据示例实施例的力传输装置的透视图；

图9是示出根据示例实施例的力传输装置的透视图；

图10是示出根据示例实施例的力传输装置的主视图；

图11是示出根据示例实施例的力传输装置的侧视图；

图12是示出根据示例实施例的力传输装置的示图；

图13是示出根据示例实施例的力传输装置的示图；

图14是示出根据示例实施例的运动辅助设备的示图；

图15示出了根据示例实施例的运动辅助设备的控制器；

图16示出了根据示例实施例的控制运动辅助设备的方法；

图17A和图17B示出了根据示例实施例的控制运动辅助设备的方法。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述一些示例实施例。对于分配给图中元件的标号，应注意的是，即使在不同的图中示出相同的元件，在任何可能的情况下，相同的元件也将由相同的标号所指示。此外，在示例实施例的描述中，当认为公知的现有结构或功能的详细描述会导致本公开的解释变模糊时，将省略这种描述。

然而，应理解，无意将本公开限制于公开的具体示例实施例。相反，示例实施例意图覆盖落入示例实施例的范围内的所有变型、等同物和替换。在整个附图的描述中，同样的标号指示同样的元件。

另外，在此可使用诸如“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(a)”、“(b)”等术语来描述组件。这些术语均不用于限定相应组件的重要性、次序或顺序，而仅用于将相应组件与另一组件区分开。应注意，如果在说明书中描述第一组件“连接到”、“结合到”或“接合到”第二组件，则虽然第一组件可直接“连接到”、“结合到”或“接合到”第二组件，但第三组件可“连接在”、“结合在”或“接合在”第一组件与第二组件之间。

在此使用的术语仅是描述具体实施例的目的，而不意在限制具体实施例。除非上下文另有清楚地指示，否则如在此使用的单数形式也意图包括复数形式。还将理解，当在此使用术语“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多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

还应注意，在一些可选的实施方式中，指出的功能/作用可不以图中指出的顺序出现。例如，连续示出的两幅图根据涉及的功能/作用，实际上可基本上同时执行或者有时可按照相反的顺序执行。

除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本示例实施例所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。除非在此另有清楚的定义，否则在常用词典中定义的术语应被解释为具有与它们在相关领域和/或本公开的上下文中的含义一致的含义，而不应被解释为理想化或过于正式的含义。

可参照操作的动作和符号表示(例如，以流向图、流程图、数据流图、结构图、框图等的形式)来描述示例实施例，操作可结合以下更详细讨论的单元和/或装置被实施。虽然以特定方式讨论，但是在特定框图中指定的功能或操作可与流向图、流程图等所指定的顺序不同地被执行。例如，被示出为在两个连续框图中顺序执行的功能或操作实际上可同时被执行，或者在一些情况下以相反的顺序被执行。

根据一个或更多个示例实施例的单元和/或装置可使用硬件、软件和/或它们的组合被实施。例如，可使用处理电路(例如，但不限于，处理器、中央处理单元(CPU)、控制器、算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、可编程逻辑单元、微处理器或能够以限定的方式对指令做出响应并执行指令的任何其它装置)来实施硬件装置。

软件可包括用于独立地或共同地指示或配置硬件装置以按照需要进行操作的计算机程序、程序代码、指令或它们的一些组合。计算机程序和/或程序代码可包括能够由一个或更多个硬件装置(例如，上述一个或更多个硬件装置)实施的程序或计算机可读指令、软件组件、软件模块、数据文件、数据结构等。程序代码的示例包括由编译器产生的机器代码和使用解释器执行的更高级程序代码。

例如，当硬件装置是计算机处理装置(例如，处理器、中央处理单元(CPU)、控制器、算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器、微型计算机、微处理器等)时，计算机处理装置可被配置为通过根据程序代码执行算术、逻辑和输入/输出操作来执行程序代码。一旦程序代码被存入计算机处理装置，则计算机处理装置可被编程为执行程序代码，从而将计算机处理装置转换为专用计算机处理装置。在更具体的示例中，当程序代码被存入处理器时，处理器开始被编程为执行程序代码和与程序代码相应的操作，从而将处理器转换为专用处理器。

软件和/或数据可以以能够向硬件装置提供指令或数据或者能够被硬件装置解释的机器、组件、物理或虚拟设备或者计算机存储介质或装置中的任何类型被永久或暂时地实施。软件还可分布在网络连接的计算机系统中，从而软件以分步式方式被存储和执行。具体地讲，例如，软件和数据可由一个或更多个计算机可读记录介质(包括在此讨论的有形或非易失性计算机可读存储介质)存储。

根据一个或更多个示例实施例，为了增加描述的清楚性，计算机处理装置可被描述为执行各种操作和/或功能的各种功能单元。然而，计算机处理装置不意在被限制为这些功能单元。例如，在一个或更多个示例实施例中，功能单元的各种操作和/或功能可由功能单元中的其它功能单元执行。此外，计算机处理装置可在不将计算机处理单元的操作和/或功能细分到这些各种功能单元的情况下，执行各种功能单元的操作和/或功能。

根据一个或更多个示例实施例的单元和/或装置还可包括一个或更多个存储装置。所述一个或更多个存储装置可以是有形或非易失性计算机可读存储介质，例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、永久性大容量装置(例如，磁盘驱动器)、固态(例如，NAND闪存)装置和/或能够存储并记录数据的任何其它类似数据存储装置。所述一个或更多个存储装置可被配置为存储用于一个或更多个操作系统和/或用于实现在此描述的示例实施例的计算机程序、程序代码、指令或它们的一些组合。计算机程序、程序代码、指令或它们的一些组合还可使用驱动装置从单独的计算机可读存储介质被存入到一个或更多个存储装置和/或一个或更多个计算机处理装置中。这样的单独的计算机可读存储介质可包括串行通用总线(USB)闪存驱动、记忆棒、蓝光/DVD/CD-ROM驱动、存储卡和/或其它类似的计算机可读存储介质。计算机程序、程序代码、指令或它们的一些组合可经由网络接口(而非经由本地计算机可读存储介质)从远程数据存储装置被存入到一个或更多个存储装置和/或一个或多个计算机处理装置中。此外，计算机程序、程序代码、指令或它们的一些组合可通过网络从远程计算系统被存入到一个或多个存储装置和/或一个或多个处理器中，远程计算系统被配置为传输和/或分布计算机程序、程序代码、指令或它们的一些组合。远程计算机系统可经由有线接口、空中接口和/或任何其它类似介质传输和/或分布计算机程序、程序代码、指令或它们的一些组合。

一个或更多个硬件装置、一个或更多个存储装置和/或计算机程序、程序代码、指令或一些它们的一些组合可针对示例实施例的目的被专门设计并构建，或者它们可以是针对示例实施例的目的被改变和/或修改的已知装置。

硬件装置(例如，计算机处理装置)可运行操作系统(OS)以及一个或更多个在OS上运行的软件应用程序。计算机处理装置还可响应于软件的运行而访问、存储、操作、处理和创建数据。为了简单起见，一个或更多个示例实施例可列举一个计算机处理装置；然而，本领域技术人员将理解，硬件装置可包括多个处理元件以及多种类型的处理元件。例如，硬件装置可包括多个处理器或一个处理器和一个控制器。此外，其它的处理配置是可行的，例如，并行处理器。

现在将参照示出一些示例实施例的附图更充分地描述各种示例实施例。在附图中，为了清楚起见，放大了层和区域的厚度。

图1是示出根据示例实施例的力传输装置处于力传输状态的透视图，图2是示出根据示例实施例的力传输装置处于力传输状态的示图，图3是示出根据示例实施例的力传输装置处于力传输状态的操作的示图。

图4是示出根据示例实施例的力传输装置处于力阻挡状态的透视图，图5是示出根据示例实施例的力传输装置处于力阻挡状态的示图，图6是示出根据示例实施例的力传输装置10处于力阻挡状态的操作的示图。

参照图1至图6，力传输装置10可包括输入构件120、第一轴125、第一连接构件130、第二轴135、第二连接构件140、第三轴145和输出构件150。基于力传输顺序，输入构件120、第一轴125、第一连接构件130、第二轴135、第二连接构件140、第三轴145和输出构件150可彼此顺序地连接。

输入构件120可相对于基座110旋转。例如，输入构件120可从设置在基座110中的驱动电机M接收力。

第一轴125可沿与输入构件120的轴向相交(例如，正交)的方向连接到输入构件120。第一轴125可以是能够相对于两个相邻的构件(例如，输入构件120和第一连接构件130)旋转的独立的构件。作为另一示例，第一轴125可以是附设到输入构件120和第一连接构件130中的一个并能够相对于输入构件120和第一连接构件130中的另一个旋转的构件。为了简洁起见，在此将省略第二轴135和第三轴145的重复描述。

第一连接构件130可连接到第一轴125，并相对于输入构件120旋转。

第二轴135可沿与第一轴125的轴向相交(例如，正交)的方向连接到第一连接构件130。

第二连接构件140可连接到第二轴135，并相对于第一连接构件130旋转。

第三轴145可沿与第二轴135的轴向相交(例如，正交)的方向连接到第二连接构件140。第三轴145的轴向可沿例如正交方向与输入构件120的轴向相交。

输出构件150可相对于基座110旋转。输出构件150和输入构件120可沿相同的方向旋转。输出构件150的轴可与输入构件120的轴匹配。输出构件150的轴向可沿例如正交方向与第三轴145的轴向相交。输出构件150的轴向可沿例如正交方向与第一轴125的轴向相交。

图1至图6中的输入构件120、第一连接构件130、第二连接构件140和输出构件150的弯曲的多边形形状是示例，输入构件120、第一连接构件130、第二连接构件140和输出构件150可被设置成期望的(或者，可选地，预定的)形状，例如，环形、圆形或球形。

在下文中，将根据例如输入构件120的轴、第一轴125、第二轴135、第三轴145和输出构件150的轴之中的基于力传输顺序的每对相邻的轴彼此正交的情况描述力传输装置10的操作。

基于第二连接构件140的旋转角，输入到输入构件120的力可被传输到输出构件150或者被阻挡。具体地讲，基于输入构件120的轴向是否与第二轴135的轴向匹配，输入到输入构件120的力可被传输到输出构件150或者被阻挡。

如图1至图3所示，在第二连接构件140不旋转的状态下，具体地，在第二连接构件140基于z轴的旋转角为0度的状态下，输入构件120的轴向可不与第二轴135的轴向匹配。在该示例中，由于输入构件120、第一连接构件130、第二连接构件140和输出构件150之中所有对相邻的构件在结构上可执行单一的刚体运动，因此输入构件120和输出构件150可执行单一的刚体运动。因此，基于力传输顺序，输入构件120、第一连接构件130、第二连接构件140和输出构件150都相对于基座110旋转，力可从输入构件120传输到输出构件150。详细地讲，当输入构件120的轴向不与第二轴135的轴向匹配时，力可被传输。

如图4至图6所示，在第二连接构件140旋转的状态下，具体地，在第二连接构件140基于z轴的旋转角为90度的状态下，输入构件120的轴向可与第二轴135的轴向匹配。在该示例中，输入到输入构件120的力可仅被传输到设置在输入构件120与第二轴135之间的组件，并且可不被传输到位于输入构件120与输出构件150之间的第二轴135之后的组件。因此，虽然力被输入到输入构件120，但输入的力可用于使输入构件120和第一连接构件130旋转，而不可使第二连接构件140和输出构件150旋转。详细地讲，当输入构件120的轴向与第二轴135的轴向匹配时，力可被阻挡。

同时，如图1至图3所示，当输入构件120、第一连接构件130、第二连接构件140和输出构件150都旋转时，施加到驱动电机M的惯性矩可被最大化。如图4至图6所示，当仅输入构件120和第一连接构件130旋转时，施加到驱动电机M的惯性矩可被最小化。

当第二连接构件140稍微脱离图1至图3中示出的状态时，输入构件120的轴、第一连接构件130的轴、第二连接构件140的轴和输出构件150的轴可自动地被布置为处于惯性矩减小的状态，例如，处于图4至图6中示出的状态。详细地讲，图1至图3中示出的力传输装置10的状态可被称为奇异点(singular point)。当第二连接构件140处于奇异点时，输入到输入构件120的力可被传输到输出构件150。当第二连接构件140离开奇异点时，力可被阻挡。

虽然描述了力传输装置10包括两个连接构件(例如，第一连接构件130和第二连接构件140)和三个轴(例如，第一轴125、第二轴135和第三轴145)的情况，但连接构件的数量和轴的数量不限于此。例如，在一些示例实施例中，力传输装置10可包括具有连接在输入构件与输出构件之间的多个连接构件并能够基于多个连接构件中的一个连接构件的旋转角来传输力或阻挡力的任何构造。详细地讲，当多个连接构件中的一个连接构件处于奇异点时，输入到输入构件的力可被传输到输出构件。当多个连接构件中的一个连接构件离开奇异点时，力可被阻挡。

力传输装置10可通过结构上的改变在传输力和阻挡力之间进行切换，而无需使彼此相连的多个组件中的一部分完全分离。与通过使用摩擦力(例如，离合器)来选择性地传输力的方法不同，力传输装置10可不需要承受摩擦力的笨重的构造，因此可被小型化。此外，力传输装置10可通过减少在假设使用摩擦能来阻挡力时将浪费掉的能量来提高能效。另外，由于可不施加用于阻挡力的摩擦力，因此可提高力传输装置10的耐久性并可延长包括力传输装置10的产品的使用寿命。力传输装置10可被相对容易地制造，并且可具有相对少的故障和维修方面的优势。与通过使齿轮啮合或脱离来选择性地传输力的方法不同，力传输装置10可不需要用于分离和结合的空隙。因此，可不因齿轮的重新啮合而出现侧隙(backlash)。由于可无需考虑侧隙，因此可容易地设计并更精确地控制力传输装置10。例如，力传输装置10可用于需要精确控制的机械臂。

图7是示出根据另一示例实施例的力传输装置的透视图。

参照图7，力传输装置20可包括输入构件120、第一轴125、第一连接构件130、第二轴135、第二连接构件140、第三轴145、输出构件150和锁定装置260。

锁定装置260可保持第二连接构件140的角度。详细地讲，锁定装置260可保持由第二轴135相对于输入构件120的轴形成的相对角。

例如，锁定装置260可保持力从输入构件120传输到输出构件150的状态。详细地讲，锁定装置260可保持输入构件120的轴向不与第二轴135的轴向匹配的状态。更详细地讲，锁定装置260可将力传输装置10约束为保持在奇异点。

锁定装置260可包括阻挡件262和第一弹性构件264。

阻挡件262可相对于输出构件150运动并约束第二连接构件140的运动。例如，阻挡件262可设置在输出构件150的一侧上，并且在图7中向上运动以插入到形成在第二连接构件140的底部上的凹槽中，从而固定第二连接构件140。

第一弹性构件264可将弹力提供给阻挡件262，从而阻挡件262可约束第二连接构件140的运动。例如，第一弹性构件264可以是被构造为使阻挡件262在图7中向上加压的压缩弹簧。

力传输装置20还可包括第二弹性构件270。第二弹性构件270可将弹力提供给第二轴135，从而当释放锁定装置260时，由第二轴135相对于输入构件120的轴形成的相对角可改变。第二弹性构件270可将弹力提供给第二连接构件140，从而第二连接构件140可运动，以与阻挡件262分离。

例如，第二弹性构件270可将弹力提供给第二连接构件140以使第二连接构件140运动为使得力可被阻挡。详细地讲，第二弹性构件270可提供弹力，以使第二连接构件140旋转为使得第二轴135的轴向与输入构件120的轴向相同。第二弹性构件270可设置在第三轴145处。第二弹性构件270可以是扭转弹簧，所述扭转弹簧被构造为提供弹力以使第二连接构件140基于z轴顺时针旋转，使得第二轴135的轴向与输入构件120的轴向相同。

当释放锁定装置260时，第二弹性构件270可迅速地使第二连接构件140运动，从而相对迅速地阻挡力。此外，为了使第二连接构件140沿力传输方向运动，需使用比第二弹性构件270的弹力大的力来使第二连接构件140运动。因此，可防止由于用户的误操作或设备的故障而导致的非有意的力传输。

图8是示出根据另一示例实施例的力传输装置的透视图。

参照图8，力传输装置20'的锁定装置260'可保持从输入构件120将被传输到输出构件150的力被阻挡的状态。具体地讲，与图7相反，锁定装置260'可保持输入构件120的轴向与第二轴135的轴向匹配的状态。

力传输装置20'的第二弹性构件270'可将弹力提供给第二连接构件140，以使力可被传输。具体地讲，第二弹性构件270'可设置在第三轴145处。第二弹性构件270'可以是扭转弹簧，所述扭转弹簧被构造为提供弹力以使第二连接构件140基于z轴逆时针旋转。

图9是示出根据另一示例实施例的力传输装置的透视图。

参照图9，力传输装置30可包括输入构件120、第一轴125、第一连接构件130、第二轴135、第二连接构件140、第三轴145、输出构件150和锁定装置360。锁定装置360可包括阻挡件362和第一弹性构件364。

阻挡件362可包括阻挡件主体3621和柄3622，阻挡件主体3621连接到第一弹性构件364并被构造为相对于输出构件150滑动，柄3622连接到阻挡件主体3621并供用户抓握。需要时，用户可通过控制柄3622来使阻挡件362运动，以将力从输入构件120传输到输出构件150或阻挡所述力。详细地讲，用户可手动控制阻挡件362以使力传输装置30在力传输状态与阻挡状态之间切换。

图10是示出根据另一示例实施例的力传输装置的主视图，图11是示出根据另一示例实施例的力传输装置40的侧视图。

参照图10和图11，力传输装置40可包括输入构件120、第一轴125、第一连接构件130、第二轴135、第二连接构件140、第三轴145、输出构件150和锁定装置460。

锁定装置460可使用磁力固定第一连接构件130或第二连接构件140。锁定装置460可设置在输出构件150处。锁定装置460可包括至少一个磁性主体，以被磁性地结合到第一连接构件130和第二连接构件140中的至少一个连接构件。

例如，锁定装置460可包括第一磁性主体462和第一金属端464，第一磁性主体462被构造为将第二连接构件140在力传输状态的位置磁性结合到输出构件150，第一金属端464设置在第二连接构件140的与第一磁性主体462的位置对应的位置。第一磁性主体462和第一金属端464的位置可互换。当第二连接构件140为导体时，可省去第一金属端464。通过包括第一金属端464，可自由地选择第二连接构件140的材料，从而第二连接构件140可由非磁性材料形成。

类似地，锁定装置460可包括第二磁性主体466和第二金属端468，第二磁性主体466被构造为将第一连接构件130在力传输状态的位置磁性结合到输出构件150，第二金属端468设置在第一连接构件130的与第二磁性主体466的位置对应的位置。

图12是示出根据另一示例实施例的力传输装置的图。

参照图12，力传输装置50可包括输入构件120、第一轴125、第一连接构件130、第二轴135、第二连接构件140、第三轴145、输出构件150、锁定装置560、传感器580和控制器590。

锁定装置560可基于是否施加了电流而传输力或阻挡力。锁定装置560可包括阻挡件262、第一弹性构件264和螺线管566。

阻挡件262可限制第二连接构件140的运动。第一弹性构件264可沿阻挡件262限制第二连接构件140的运动的第一方向提供弹力。

当施加电流时，螺线管566可将电磁力提供给阻挡件262，以使阻挡件262可沿阻挡件262不限制第二连接构件140的运动的方向运动，具体地讲，沿与第一方向相反的第二方向运动。

传感器580可感测与施加到输入构件120、第一轴125、第一连接构件130、第二轴135、第二连接构件140、第三轴145和输出构件150中的至少一个的负荷有关的信息。例如，传感器580可包括附设到输入构件120、第一轴125、第一连接构件130、第二轴135、第二连接构件140、第三轴145和输出构件150中的至少一个的应变仪。作为另一示例，传感器580可包括附设在两个邻接的组件之间的压力传感器以测量施加在两个组件之间的压力。传感器580的类型不限于此。例如，传感器580可包括能够感测与施加到力传输装置50的组件的负荷相关的信息的任何装置。

控制器590可基于由传感器580感测到的信息控制锁定装置560。当由传感器580感测到的信息的值超过设定值(或者，可选地，期望的阈值)时，控制器590可释放锁定装置560。控制器590可防止过度的负荷施加到力传输装置50的组件，从而可防止对力传输装置50的损坏并可提高用户安全性。

图13是示出根据另一示例实施例的力传输装置的图。

参照图13，力传输装置60可包括输入构件120、第一轴125、第一连接构件130、第二轴135、第二连接构件140、第三轴145、输出构件150、锁定装置660和控制器690。

锁定装置660可包括被构造为调节第三轴145的旋转角的控制电机662。控制电机662可响应于从控制器690接收到的信号来调节电机轴的旋转角。控制电机662可包括例如被构造为控制位置的伺服电机。控制电机662可包括例如被构造为测量电机轴的旋转角的编码器。

锁定装置660还可包括被构造为将控制电机662和第三轴145连接在一起的减速器664。通过减速器664，可更精确地调节第三轴145的旋转角。

控制器690可控制控制电机662，以将输入到输入构件120的力传输到输出构件150或者阻挡所述力。例如，控制器690可从设置在控制电机662中的编码器接收与第三轴145的旋转角相关的信息，并基于接收到的信息控制控制电机662。

图14是示出根据示例实施例的运动辅助设备的示图。

参照图14，用户可穿戴运动辅助设备1以辅助用户的运动。

用户可对应于人、动物或机器人。然而，用户不限于此。另外，虽然图14示出了运动辅助设备1辅助用户的大腿运动的情况，但运动辅助设备1还可辅助上身(例如，用户的手、上臂和下臂)的运动。此外，运动辅助设备1可辅助下身的另一部分(例如，用户的脚和小腿)的运动。运动辅助设备1可辅助用户的部位的运动。在下文中，将描述运动辅助设备1辅助人的大腿运动的情况。然而，示例实施例不限于此。

运动辅助设备1可包括固定模块11、驱动模块13、力传输装置10和支撑模块15。

在一些示例实施例中，可将驱动模块13、力传输装置10和支撑模块15设置成多个，驱动模块13、力传输装置10和支撑模块15中的第一组可附着于用户的一条腿，驱动模块13、力传输装置10和支撑模块15中的第二组可附着于用户的另一条腿。

固定模块11可附着于用户。固定模块11可覆盖用户的外表面。例如，固定模块11可附着于用户的腰部的外侧，并包括与用户的接触部分相应的曲面。

驱动模块13可提供将被传输到力传输装置10的力。例如，可沿力传输装置10的横向方向设置驱动模块13，以使驱动模块13的旋转轴可与力传输装置10的旋转轴分开。在该示例中，当与驱动模块13和力传输装置10共享旋转轴的情况比较时，可相对降低从用户凸起的高度。在另一示例实施例中，驱动模块13可与力传输装置10分开的更远。在该示例中，可另外设置力传输模块以将力从驱动模块13传输到力传输装置10。例如，力传输模块可以是旋转体(诸如，以齿轮为例)或纵向构件(诸如，以线、线缆、绳子、橡胶带、弹簧、带子和链子为例)。

力传输装置10可从驱动模块13接收力，并将力传输给支撑模块15，以辅助用户的关节部分的运动。力传输装置10可设置在固定模块11的一侧上的与用户的关节部分相对应的位置。力传输装置10的输入端可连接到驱动模块13，力传输装置10的输出端可连接到支撑模块15。

力传输装置10可包括：输入构件，被构造为相对于固定模块11旋转并从驱动模块13接收力；输出构件，被构造为相对于固定模块11旋转并将力传输到支撑模块15；多个连接构件，连接在输入构件与输出构件之间。由驱动模块13产生的力可基于多个连接构件之中的一个连接构件的旋转角度被传输到输出构件或者被阻挡。

在该示例中，通过基于用户的行走状态传输力或阻挡力，从而可提高用户安全性。此外，可在奇异点传输力，因此可提高在力可被迅速阻挡方面的响应速度。另外，当力被阻挡时，输出构件可自由地旋转，而不受输入构件的惯性矩以及连接到输入构件的驱动模块13的转子的影响。因此，当电池被完全放电时，虽然用户仍穿戴着运动辅助设备1，但用户可在不经受大的阻力的情况下运动，从而可增加运动辅助设备1的使用性。此外，当测试运动辅助设备1对用户的效果时，可在排除辅助力的效果的同时测试运动辅助设备1的重量的效果，从而可容易地执行产品测试。

支撑模块15可支撑用户的另一部分(例如，用户的大腿)，并辅助用户的下肢的运动。支撑模块15可包括连接构件15a、力传输框架15b、施加构件15c和支撑构件15d。

连接构件15a可铰接到例如力传输装置10。连接构件15a的铰链轴可沿与力传输装置10的输出构件的轴相交(例如，正交)的方向设置。在该示例中，支撑模块15可相对于固定模块11执行两个自由度(DOF)的运动。

力传输框架15b可将力传输给用户的部位。力传输框架15b的一个端部可以能够旋转地连接到连接构件15a，力传输框架15b的另一端部可连接到施加构件15c以将力传输到用户的部位。例如，力传输框架15b可推或拉用户的大腿。力传输框架15b可沿用户的大腿的纵向延伸并弯曲以覆盖用户的大腿的外周的一部分。力传输框架15b的一个端部可设置在用户的大腿的侧表面上，力传输框架15b的另一端部可设置在用户的大腿的前表面上。力传输框架15b的所述一个端部侧的表面可与力传输框架15b的所述另一端部侧的表面正交。

力传输框架15b可以能够运动地连接到连接构件15a。通过力传输框架15b和连接构件15a的相对运动，从力传输装置10到施加构件15c的总长度可以是可变的。在该示例中，支撑模块15可相对于固定模块11执行三个DOF运动。

施加构件15c可连接到力传输框架15b的所述另一端部，以将力施加到用户的部位。例如，施加构件15c可沿用户的大腿的前表面设置，或者沿用户的大腿的周向设置，以推或拉用户的大腿。施加构件15c可包括与用户的大腿相对应的曲面，并被构造为从力传输框架15b的所述另一端部朝力传输框架15b的两个侧部延伸。

支撑构件15d可连接到施加构件15c的一侧。例如，支撑构件15d可被设置为覆盖用户的大腿的至少一部分的外周，从而防止用户的大腿与力传输框架15b分离。

在一些示例实施例中，可设置另外的驱动模块和/或支撑模块。例如，支撑模块15可延伸到膝盖，另外的关节装置可设置在支撑模块15的与膝盖关节相对应的位置。此外，另外的支撑模块可连接到另外的关节装置。另外的支撑模块可支撑用户的小腿，从而辅助小腿的运动。这里，被构造为驱动另外的关节装置的致动器可设置在另外的关节装置的一侧上，或者可设置在例如固定模块11中以与另外的关节装置分开。

图15示出了根据示例实施例的运动辅助设备的控制器。

参照图15，控制器1500可包括存储器1510、处理器1520、输入/输出(I/O)装置1530以及连接存储器1510、处理器1520、I/O装置1530的总线1540。控制器1500可安装在例如固定模块11上。控制器1500可以是如图12所示的控制器590或如图13所示的控制器690中的一个或更多个的示例。

I/O装置1530可包括发送器和/或接收器。发送器可包括用于将包括例如数据信号和/或控制信号的信号发送到驱动器13和/或力传输装置10的硬件和任何必要的软件。接收器可包括用于从一个或更多个传感器(例如，传感器580)接收包括例如数据信号和/或控制信号的信号的硬件和任何必要的软件。

存储器1510可以是非易失性存储器、易失性存储器、硬盘、光盘以及上述装置中的两种或更多种的组合。存储器可以是非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质还可以是分布式网络，以使程序指令以分布式方式存储并执行。非易失性存储器可以是只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM)。

处理器1520可通过设置在印刷电路板上的至少一个半导体芯片来实现。处理器1520可以是算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程阵列、可编程逻辑单元、微型处理器或能够以定义的方式对指令做出响应并执行指令的任何其它装置。

处理器1520可利用指令程序化，所述指令将处理器1520构造成专用计算机以执行图16、图17A和图17B中的一个或更多个中示出的操作(如下所述)。例如，处理器1520可基于由传感器提供的信息，经由I/O装置1530发送控制指令以控制驱动模块13和/或力传输装置10。例如，处理器1520可基于由一个或更多个传感器(例如，传感器580)感测到的力，将控制指令发送给力传输装置10，以选择性地将与力传输装置有关的锁定件解锁。

此外，在一些示例实施例中，处理器1520可经由I/O装置1530从一个或更多个传感器接收包括与穿戴者的运动有关的信息的信号。例如，传感器可以是位于穿戴者的鞋底上的压力传感器、感测关节角度或关节角速度的电位计或者测量用户走动时的加速度信息的惯性测量单元(IMU)传感器。处理器1520可基于来自传感器的信息确定穿戴者行走困难(例如，穿戴者运动的比与穿戴者有关的正常步速慢)，如果用户正在困难地行走，则处理器1520可将控制指令发送给力传输装置10，以选择性地将力从驱动模块13传输到支撑模块15。

图16示出了根据示例实施例的控制运动辅助设备的方法。

参照图16，在操作1610中，可使控制器1500初始化。

在操作1620中，控制器1500可从一个或更多个传感器接收数据。例如，控制器1500可经由I/O装置1530从传感器580和/或位于用户的鞋底的压力传感器接收数据。

在操作1630中，控制器1500可确定数据是否指示满足锁定/解锁状态。

在操作1640中，控制器1500可基于是否满足锁定/解锁状态而发送指令以控制力传输装置。例如，控制器1500可基于是满足锁定状态还是解锁状态，经由I/O装置1530发送指令以将力传输装置10设置为力传输状态和力阻挡状态中的一个状态。

图17A和图17B示出了根据示例实施例的控制运动辅助设备的方法。

参照图16至图17B，在一些示例实施例中，在操作1730a中，控制器1500可基于在操作1620中从传感器接收到的数据来确定施加到力传输装置10的组件的负荷是否超过阈值。如果控制器1500确定负荷超过阈值，则在操作1740a中，控制器1500可发送指令以使力传输装置10运动到力阻挡状态。因此，控制器1500可通过防止过度的负荷施加到运动辅助设备1，从而保护运动辅助设备1。

在另一示例实施例中，在操作1730b中，控制器1500可基于在操作1620中从传感器接收到的数据来确定用户是否行走得困难。如果控制器1500确定用户行走得困难，则在操作1740b中，控制器1500可发送指令以使力传输装置10运动到力传输状态。因此，控制器1500可使运动辅助设备1自动地辅助用户运动。

以上已经描述了一些示例实施例。然而，应理解的是，可对这些示例实施例进行各种变型。例如，如果以不同的顺序执行所描述的技术和/或如果以不同的方式结合所描述的系统、架构、装置或电路中的组件和/或用其它组件或它们的等同物来替换或补充描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，其它实现方式也在权利要求的范围内。

Claims (30)

1.一种运动辅助设备的力传输装置，包括：

输入构件，被构造为相对于基座旋转；

输出构件，被构造为相对于基座旋转；

第一轴，沿与输入构件的轴向相交的方向连接到输入构件；

第一连接构件，连接到第一轴；

第二轴，沿与第一轴的轴向相交的方向连接到第一连接构件；

第二连接构件，连接到第二轴；

第三轴，沿与第二轴的轴向相交的方向连接在第二连接构件与输出构件之间，

其中，当输入构件的轴向与第二轴的轴向共线时，在输入构件与输出构件之间阻挡力，当输入构件的轴向与第二轴的轴向不共线时，在输入构件与输出构件之间传输力。

2.根据权利要求1所述的力传输装置，其中，输出构件和输入构件被构造为沿相同的方向旋转。

3.根据权利要求1所述的力传输装置，其中，

第一轴的轴向与输入构件的轴向正交；

第二轴的轴向与第一轴的轴向正交；

第三轴的轴向与第二轴的轴向正交；

输出构件的轴向与第三轴的轴向正交。

4.根据权利要求1所述的力传输装置，其中，第三轴的轴向与输入构件的轴向正交。

5.根据权利要求1所述的力传输装置，其中，输出构件的轴向与第一轴的轴向正交。

6.根据权利要求1所述的力传输装置，所述力传输装置还包括：

锁定装置，被构造为保持由第二轴相对于输入构件的轴形成的相对角。

7.根据权利要求6所述的力传输装置，其中，所述锁定装置包括：

阻挡件，被构造为相对于输出构件运动以限制第二连接构件的运动。

8.根据权利要求7所述的力传输装置，其中，所述锁定装置还包括：

第一弹性构件，被构造为将弹力沿限制第二连接构件的运动的方向提供给阻挡件。

9.根据权利要求8所述的力传输装置，所述力传输装置还包括：

第二弹性构件，被构造为将弹力提供给第二连接构件以迫使第二连接构件与阻挡件分离。

10.根据权利要求8所述的力传输装置，其中，所述阻挡件包括：

阻挡件主体，与第一弹性构件相连，所述阻挡件主体被构造为相对于输出构件滑动；

柄，与阻挡件主体相连，所述柄被构造为在用户抓握柄时将摩擦力提供给用户。

11.根据权利要求6所述的力传输装置，其中，所述锁定装置包括：

磁性主体，被构造为将输出构件磁性地结合到第一连接构件和第二连接构件中的至少一个连接构件。

12.根据权利要求6所述的力传输装置，所述力传输装置还包括：

传感器，被构造为感测与施加到输入构件、输出构件、第一轴、第一连接构件、第二轴、第二连接构件和第三轴中的至少一个的负荷有关的信息；

控制器，被构造为基于由传感器感测到的信息控制锁定装置。

13.根据权利要求12所述的力传输装置，其中，控制器被构造为在由传感器感测到的信息的值超过阈值时释放锁定装置。

14.根据权利要求13所述的力传输装置，其中，锁定装置包括：

阻挡件，被构造为限制第二连接构件的运动；

第一弹性构件，被构造为将弹力沿第一方向提供给阻挡件，使得阻挡件限制第二连接构件的运动；

螺线管，被构造为在施加电流时将电磁力提供给阻挡件，以使阻挡件沿与第一方向相反的第二方向运动，使得第二连接构件的运动不受阻挡件的限制。

15.根据权利要求6所述的力传输装置，所述力传输装置还包括：

第二弹性构件，被构造为将弹力提供给第二轴，使得在释放锁定装置时，第二轴与输入构件的轴之间的相对角改变。

16.根据权利要求15所述的力传输装置，其中，第二弹性构件被构造为将弹力提供给第二连接构件，以使在输入构件与输出构件之间传输的力被阻挡。

17.根据权利要求15所述的力传输装置，其中，第二弹性构件被构造为将弹力提供给第二轴，以使第二轴沿与输入构件的轴向相同的方向旋转。

18.根据权利要求6所述的力传输装置，其中，锁定装置包括：

控制电机，被构造为调节第三轴的旋转角。

19.根据权利要求1所述的力传输装置，其中，第一连接构件被构造为在第一位置与第二位置之间枢转，在所述第一位置，第一连接构件将由输入构件产生的驱动扭矩传输到第二连接构件，在所述第二位置，第一连接构件不将所述驱动扭矩传输到第二连接构件。

20.根据权利要求19所述的力传输装置，其中，在所述第二位置，第一连接构件被构造为关于第二轴旋转，以使所述驱动扭矩不被传输到第二连接构件。

21.根据权利要求19所述的力传输装置，其中，在所述第二位置，输入构件与第二轴对齐。

22.根据权利要求21所述的力传输装置，其中，在所述第二位置，输入构件和第二轴被对齐为使得输入构件的轴向与第二轴的轴向相同。

23.根据权利要求21所述的力传输装置，其中，在所述第二位置，第一连接构件和第二连接构件保持连接。

24.根据权利要求19所述的力传输装置，所述力传输装置还包括：

可释放锁定件，被构造为将第一连接构件选择性地锁定在第一位置和第二位置中的一个位置处。

25.根据权利要求24所述的力传输装置，所述力传输装置还包括：

弹簧，被构造为如果解锁可释放锁定件，则使第一连接构件旋转到第一位置和第二位置中的另一个位置。

26.一种运动辅助设备的力传输装置，包括：

输入构件，被构造为接收力；

输出构件，被构造为输出力；

多个连接构件，连接在输入构件与输出构件之间，所述多个连接构件被构造为基于所述多个连接构件中的至少一个连接构件的旋转角而将力传输到输出构件或者阻挡力传输到输出构件，

其中，所述至少一个连接构件的第一轴与输入构件的驱动轴相交，

其中，所述多个连接构件包括：

第一连接构件，被构造为围绕第一轴相对于输入构件旋转；

第二连接构件，被构造为围绕与第一轴的轴向相交的第二轴相对于第一连接构件旋转，

其中，当输入构件的轴向与第二轴的轴向共线时，在输入构件与输出构件之间阻挡力，当输入构件的轴向与第二轴的轴向不共线时，在输入构件与输出构件之间传输力。

27.根据权利要求26所述的力传输装置，其中，输入构件的轴与输出构件的轴共线。

28.根据权利要求26所述的力传输装置，其中，所述多个连接构件基于第二连接构件的旋转角将力传输到输出构件或阻挡力传输到输出构件。

29.一种运动辅助设备，包括：

固定装置，被构造为附着到用户的第一部分；

支撑件，被构造为支撑用户的第二部分；

驱动器，被构造为产生力；

力传输装置，被构造为在驱动器与支撑件之间选择性地传输力，所述力传输装置包括：

输入构件，被构造为从驱动器接收力；

输出构件，连接到支撑件；

多个连接构件，连接在输入构件与输出构件之间，所述多个连接构件被构造为基于所述多个连接构件中的至少一个连接构件的旋转角而将力传输到输出构件或者阻挡力传输到输出构件，

其中，所述至少一个连接构件的第一轴与输入构件的旋转轴相交，

其中，所述多个连接构件包括：

第一连接构件，被构造为围绕第一轴相对于输入构件旋转；

第二连接构件，被构造为围绕与第一轴的轴向相交的第二轴相对于第一连接构件旋转，

其中，当输入构件的轴向与第二轴的轴向共线时，在输入构件与输出构件之间阻挡力，当输入构件的轴向与第二轴的轴向不共线时，在输入构件与输出构件之间传输力。

30.根据权利要求29所述的运动辅助设备，所述运动辅助设备还包括：

传感器，被构造为感测与用户的运动有关的信息；

控制器，被构造为基于所述信息确定用户是否在困难地运动，并且如果用户在困难地运动，则将指令发送给力传输装置以传输所述力。

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