CN107773389B - 运动辅助设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种运动辅助设备。所述运动辅助设备包括：近端支撑件，被配置为支撑用户的近端部分；远端支撑件，被配置为支撑用户的远端部分；旋转架，连接到远端支撑件，被配置为同时执行相对于近端支撑件的平移运动和旋转运动。

Description

运动辅助设备

本申请要求于2016年8月26日提交到韩国知识产权局的第10-2016-0109490号韩国专利申请的权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用全部包含于此。

技术领域

至少一个示例实施例涉及一种运动辅助设备。

背景技术

使得具有关节问题的老年人和/或病人能够使用更少的力气行走的运动辅助设备，以及用于军事目的的增加用户的肌肉力量的运动辅助设备正在开发。

发明内容

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：近端支撑件，被配置为支撑用户的近端部分；远端支撑件，被配置为支撑用户的远端部分；旋转架，连接到远端支撑件，旋转架被配置为同时执行相对于近端支撑件的平移运动和旋转运动。

在一些示例实施例中，近端支撑件被配置为支撑用户的小腿，远端支撑件被配置为支撑用户的脚，当用户穿戴所述运动辅助设备时，旋转架位于用户的踝的前面。

在一些示例实施例中，近端支撑件被配置为支撑用户的小腿，远端支撑件被配置为支撑用户的脚，旋转架被配置为经由旋转架的第一部分连接到远端支撑件，当用户穿戴所述运动辅助设备时，旋转架的第一部分在用户的踝与前脚之间。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备还包括：滑动架，连接到旋转架，被配置为相对于近端支撑件滑动以旋转旋转架。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备还包括：动力分配器，被配置为接收由驱动源产生的动力，动力分配器包括：第一输出端，连接到滑动架；第二输出端，连接到旋转架，第一输出端和第二输出端具有相对于近端支撑件的不同的平移速度。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备还包括：连接杆，被配置为连接第二输出端和旋转架。

在一些示例实施例中，第二输出端包括：突起，被配置为朝向第一输出端突出，连接杆的第一端部被配置为经由突起连接到第二输出端。

在一些示例实施例中，连接杆包括：杆体；第一接头，在杆体的第一端部，第一接头以至少两个自由度可旋转地连接到第二输出端；第二接头，在杆体的第二端部，第二接头以至少两个自由度可旋转地连接到旋转架。

在一些示例实施例中，如果动力分配器接收到动力，则滑动架执行相对于近端支撑件的平移运动，并且连接杆的第一端部被配置为执行相对于滑动架的平移运动。

在一些示例实施例中，动力分配器还包括：连接构件，被配置为连接第一输出端和第二输出端，动力分配器被配置为将动力传输到第一输出端、第二输出端和连接构件之一。

在一些示例实施例中，连接构件可旋转地连接到近端支撑件。

在一些示例实施例中，连接构件包括：一对平行连杆，均被配置为连接第一输出端和第二输出端，使得第一输出端和第二输出端彼此平行。

在一些示例实施例中，旋转架包括：基础连杆，被配置为相对于滑动架沿偏航方向旋转。

在一些示例实施例中，旋转架还包括：支撑连杆，连接到远端支撑件，支撑连杆被配置为相对于基础连杆沿俯仰方向旋转。

在一些示例实施例中，旋转架还包括：一对连接连杆，被配置为连接基础连杆和支撑连杆。

在一些示例实施例中，沿所述一对连接连杆的纵向方向延伸的一对直线之间的距离从基础连杆向支撑连杆增加。

在一些示例实施例中，所述一对连接连杆通过第一对旋转轴连接到支撑连杆，并通过第二对旋转轴连接到基础连杆，使得连接到支撑连杆的第一对旋转轴之间的距离大于连接到基础连杆的第二对旋转轴之间的距离。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备还包括：驱动源，被配置为产生用于操作旋转架的动力；至少一个压力传感器，与远端支撑件相关联，所述至少一个压力传感器被配置为感测由用户的远端部分施加到远端支撑件的压力；控制器，被配置为基于由所述至少一个压力传感器感测的数据控制驱动源。

在一些示例实施例中，如果由所述至少一个压力传感器感测的压力小于或等于设置的压力，则控制器被配置为控制驱动源，使得远端支撑件执行背屈运动。

在一些示例实施例中，近端支撑件被配置为支撑用户的小腿，远端支撑件被配置为支撑用户的脚，所述至少一个压力传感器包括：前脚传感器，被配置为在用户的前脚感测压力；后脚传感器，被配置为在用户的后脚感测压力。

在一些示例实施例中，如果由前脚传感器感测的压力大于或等于第一设置压力，则控制器被配置为控制驱动源，使得远端支撑件执行跖屈运动。

在一些示例实施例中，如果由前脚传感器感测的压力与由后脚传感器感测的压力之间的差大于或等于第二设置压力，则控制器被配置为控制驱动源，使得远端支撑件执行跖屈运动。

一些其他示例实施例还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：近端支撑件，被配置为附着于用户的膝盖的下方的小腿部分；远端支撑件，被配置为附着于用户的踝的前面的脚；架结构，连接在近端支撑件与远端支撑件之间，使得架结构被配置为在用户的前面位于膝盖与脚之间，如果近端支撑件和远端支撑件附着于用户，则架结构被配置为提供用于辅助用户的踝的运动的辅助力。

在一些示例实施例中，如果所述运动辅助设备附着于用户，则所述运动辅助设备被配置为将辅助力提供到踝，而在用户的后面的小腿与脚之间没有任何可运动的结构。

在一些示例实施例中，架结构包括：滑动架，被配置为相对于近端支撑件滑动；旋转架，连接到远端支撑件，旋转架被配置为相对于滑动架旋转。

在一些示例实施例中，旋转架被配置为同时执行相对于近端支撑件的平移运动和旋转运动。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备还包括：动力分配器，被配置为接收由驱动源产生的动力，动力分配器包括：第一输出端，连接到滑动架；第二输出端，连接到旋转架，第一输出端和第二输出端具有相对于近端支撑件的不同的平移速度。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备，还包括：连接杆，被配置为连接第二输出端和旋转架。

在一些示例实施例中，旋转架具有包括连接到滑动架的基础连杆和连接到远端支撑件的支撑连杆的四连杆结构。

一些其他示例实施例还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：近端支撑件，被配置为附着于用户的膝盖的下方的部分；远端支撑件，被配置为附着于用户的脚；旋转架，在近端支撑件与远端支撑件之间，旋转架具有包括第一自由度和第二自由度的两个自由度，第一自由度在运动辅助设备附着于用户时帮助相对于用户的距小腿关节的背屈运动和跖屈运动，第二自由度在运动辅助设备附着于用户时帮助相对于用户的距下关节的外翻运动和内翻运动。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备还包括：动力分配器，被配置为接收由驱动源产生的动力，动力分配器包括第一输出端和第二输出端，第一输出端和第二输出端具有相对于近端支撑件的不同的平移速度；滑动架，连接到第一输出端；连接杆，被配置为连接第二输出端和旋转架。

在一些示例实施例中，旋转架具有包括连接到滑动架的基础连杆和连接到远端支撑件的支撑链连杆的四连杆结构。

在一些示例实施例中，支撑连杆被配置为同时执行相对于基础连杆的平移运动和旋转运动，使得支撑连杆具有相对于基础连杆的一个自由度，以允许相对于用户的距小腿关节的背屈运动和跖屈运动。

在一些示例实施例中，基础连杆可旋转地连接到滑动架中的旋转轴，使得基础连杆具有相对于滑动架的一个自由度，以允许相对于用户的距下关节的外翻运动和内翻运动。

示例实施例的额外方面将在下面的描述中部分阐述，部分从该描述将是清楚的，或者可通过本公开的实践而获知。

附图说明

通过下面结合附图对示例实施例的描述，这些和/或其他方面将变得清楚并且更加容易理解：

图1A示出用户的距小腿关节的运动；

图1B示出用户的距下关节的运动；

图2是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的立体图；

图3是根据至少一个示例实施例的连接杆的立体图；

图4是根据至少一个示例实施例的在背屈状态下的动力分配器的主视图；

图5是根据至少一个示例实施例的在背屈状态下的运动辅助设备的侧视图；

图6是根据至少一个示例实施例的在跖屈状态下的动力分配器的主视图；

图7是根据至少一个示例实施例的在跖屈状态下的运动辅助设备的侧视图；

图8A示出用户的踝的外翻运动；

图8B示出用户的踝的内翻运动；

图9是示出根据至少一个示例实施例的旋转架的放大图；

图10是根据至少一个示例实施例的在外翻状态下的运动辅助设备的主视图；

图11是示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的框图；

图12示出根据至少一个示例实施例的动力分配器；

图13示出根据至少一个示例实施例的动力分配器；

图14示出根据至少一个示例实施例的动力分配器；

图15示出根据至少一个示例实施例的动力分配器；

图16示出根据至少一个示例实施例的动力分配器；

图17示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备；

图18是示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的框图；

图19是示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的控制方法的流程图。

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。关于分配给附图中的元件的参考标号，应注意，在任何可能的情况下，即使相同的元件在不同的附图中被示出，相同元件也将由相同的参考标号表示。此外，在实施例的描述中，当认为与公知相关的结构或功能的详细描述将导致本公开的解释模糊时，将省略与公知相关的结构或功能的详细描述。

然而，应理解，不意在将本公开限制为所公开的具体示例实施例。相反，示例实施例将涵盖落入示例实施例的范围内的所有修改、等同物和替代物。贯穿附图的描述，相同的标号表示相同的元件。

此外，这里可使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等术语来描述组件。这些术语中的每个术语不用于限定相应组件的本质、顺序或次序，而仅用于将相应组件与其它组件进行区分。应注意，如果在说明书描述了一个组件“连接”、“结合”或“接合”至另一组件，则尽管第一组件可直接连接、结合或接合到第二组件，但第三组件可“连接”、“结合”或“接合”在第一组件与第二组件之间。

在此使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，不意在限制。除非上下文另外明确地指示，否则如在此使用的单数形式也意在包括复数形式。还将理解，当在此使用时，术语“包括”和/或“包含”时，指定存在叙述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是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，在一些可选择的实施例中，提出的功能/动作可不按附图中示出的顺序发生。例如，连续示出的两个附图实际上可基本同时执行或有时可以以相反的顺序执行，这取决于所包含的功能/动作。

图1A示出用户的距小腿关节(talocrural joint)的运动，图1B示出用户的距下关节(subtalar joint)的运动。

参照图1A和图1B，用户的踝相对于两个轴(具体地说，分别为概念性示出的距小腿关节和距下关节的第一轴A1和第二轴A2)运动。用户的踝可执行相对于距小腿关节的背屈运动或跖屈运动。此外，用户的踝可执行相对于距下关节的外翻运动或内翻运动。当用户的踝相对于第一轴A1和第二轴A2的一个轴运动时，第一轴A1和第二轴A2中的另一轴的位置或角度可改变。在下文中，描述根据至少一个示例实施例的运动辅助设备可使得用户的踝相对于第一轴A1和/或第二轴A2运动。

图2是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的立体图。

参照图2，运动辅助设备1可由用户穿戴以辅助用户的运动。用户可对应于人、动物或机器人。然而，用户不限于此。

运动辅助设备1可包括：近端支撑件10、远端支撑件11、驱动源12、动力分配器13、滑动架14、旋转架15和连接杆16。

近端支撑件10和远端支撑件11可分别设置在以用户的关节为基准的相对侧，以支撑用户的远端部分和近端部分。例如，近端支撑件10和远端支撑件11可被设置在以用户的踝关节为基准的相对侧。近端支撑件10可支撑用户的膝盖的下方的部分(例如，小腿)，远端支撑件11可支撑用户的踝的下方的部分(例如，脚)。具体地说，近端支撑件10可包括用于支撑用户的整个小腿外围的可拆卸带，远端支撑件11可包括用于支撑用户的脚的围绕整个脚背和脚底的结构。

尽管图2示出运动辅助设备1辅助用户的踝的运动的情况，但是运动辅助设备1还可辅助上肢中的另一部分(例如，用户的腕、肘或肩)的运动，或者下肢中的另一部分(例如，用户的膝盖或髋关节)的运动。运动辅助设备1可辅助用户的一部分的运动。在下文中，将描述运动辅助设备1辅助人的踝的运动的情况。然而，示例实施例不限于此。

驱动源12可产生用于操作动力分配器13的动力。例如，驱动源12可为用于产生如图2中所示的旋转力的执行器(诸如，电机)，或者驱动源12可为用于产生与图2的旋转力不同的平移力的执行器(诸如，活塞缸套执行器(piston-cylinder actuator)或绳牵引执行器(wire-driven actuator))。在下文中，将描述驱动源12为电机的情况。然而，示例实施例不限于此。

动力分配器13可包括被配置为使用由驱动源12产生的动力进行操作的第一输出端131和第二输出端132。第一输出端131和第二输出端132可分别连接到滑动架14和旋转架15，以将动力传递到滑动架14和旋转架15。

动力分配器13还可包括减速器134、动力传输构件135和连接构件133，其中，减速器134被配置为对从驱动源12接收的动力进行减速，动力传输构件135被配置为将传输到减速器134的动力传递到第一输出端131和第二输出端132中的至少一个输出端，连接构件133被配置为连接第一输出端131和第二输出端132，使得第一输出端131和第二输出端132中的一个输出端可相对于另一输出端运动。

减速器134可包括在不转换的情况下对旋转运动进行减速并且进行传递的传动机构，例如，行星齿轮或组合具有不同齿轮比的齿轮的复合齿轮。减速器134可包括诸如将旋转运动转换为线性运动的滚珠丝杠类型的传动机构。减速器134可包括在不转换的情况下对线性运动进行减速并进行传递的传动机构，例如，动滑轮。然而，减速器134的类型不限于此。

当动力分配器13操作时，连接构件133可使第一输出端131和第二输出端132能够沿相同的方向以不同的速度运动。第二输出端132的速度可大于第一输出端131的速度。连接构件133可旋转地连接到第一输出端131和第二输出端132中的每一输出端。在上面的结构中，两个输出端可相对于彼此运动。例如，连接构件133可为具有可旋转地附着于围绕用户的小腿的近端支撑件10的一侧并穿过用户的膝盖下方的部分的纵向构件。在上面的结构中，第一输出端131可沿连接用户的膝盖和踝的垂直方向相对于近端支撑件10运动，相似地，第二输出端132也可沿垂直方向相对于第一输出端131运动。

例如，连接构件133可包括均被配置为连接第一输出端131和第二输出端132的一对平行的连杆(link)。在这样的平行四边形四连杆结构中，第一输出端131和第二输出端132可相对于彼此滑动，同时保持彼此平行。

例如，动力传输构件135可为将减速器134的旋转运动改变为线性运动的曲柄。动力传输构件135的类型可基于将被传输的动力的类型而变化。

滑动架14可连接到第一输出端131并相对于近端支撑件10滑动。例如，如在图2中所示，滑动架14和第一输出端131可彼此连接以执行单个刚体运动。

旋转架15可同时执行相对于近端支撑件10的平移运动和旋转运动。旋转架15的第一部分可连接到围绕在用户的踝的前面的脚背和脚底的远端支撑件11，旋转架15的第二部分可通过连接杆16连接到第二输出端132，旋转架15的第三部分可旋转地连接到滑动架14。在上面的结构中，旋转架15可绕着作为远程运动中心(RCM)的用户的距小腿关节的附近旋转，而不连接到设置在用户的距小腿关节的轴上的结构。因此，旋转架15可实现与用户的距小腿关节的实际运动相似的运动。

当用户穿戴运动辅助设备1时，包括动力分配器13、滑动架14和旋转架15的所有可运动部分可被设置在用户的踝与前脚之间的前面。在垂直方向上，可运动的部分可被设置在用户的脚与膝盖之间。在上面的结构中，运动辅助设备1可由用户穿戴，而在小腿的后面不存在可运动部分。此外，当可运动部分被设置在小腿的前面时，用户可在穿戴运动辅助设备1的同时穿上或脱下典型的鞋(诸如，运动鞋)，因此，可提高用户便利性。例如，可运动部分设置在前面且使用薄硬板来制造的远端支撑件11的运动辅助设备1可使用户在穿戴该运动辅助设备1的同时容易地穿上或脱下用户的通常大小的鞋。

连接杆16可连接第二输出端132和旋转架15。连接杆16可使用从第二输出端132接收的动力来旋转旋转架15。

图3是根据至少一个示例实施例的连接杆的立体图。

参照图3，连接杆16可包括杆体161以及被设置在杆体161的两端的第一接头162和第二接头163。第一接头162可旋转地连接到第二输出端132以至少两个自由度旋转，第二接头163可旋转地连接到旋转架15以至少两个自由度旋转。例如，第二输出端132可包括图2的突起132a和第一连接体1321，第一接头162可连接到第一连接体1321以至少两个旋转自由度旋转。两个旋转自由度可包括偏航旋转自由度和俯仰旋转自由度，其中，偏航旋转自由度绕着与杆体161的纵轴L沿着向前和向后的方向垂直的第一旋转轴R1旋转，俯仰旋转自由度绕着与杆体161的纵轴L沿着向左和向右的方向垂直的第二旋转轴R2旋转。如在图3中所示，当第一连接体1321为球面轴承或球形接头时，第一接头162还可执行绕着杆体161的纵轴L的翻滚旋转(roll rotation)。因此，第一接头162可以以包括偏航旋转自由度、俯仰旋转自由度和翻滚旋转自由度的三个旋转自由度来旋转。

相似地，旋转架15可包括第二连接体155，第二接头163可连接到第二连接体155以至少两个旋转自由度旋转。两个旋转自由度可包括偏航旋转自由度和俯仰旋转自由度，其中，偏航旋转自由度绕着与杆体161的纵轴L沿着向前和向后的方向垂直的第三旋转轴R3旋转，俯仰旋转自由度绕着与杆体161的纵轴L沿着向左和向右的方向垂直的第四旋转轴R4旋转。如在图3中所示，当第二连接体155为球面轴承或球形接头时，第二接头163还可执行绕着杆体161的纵轴L的翻滚旋转。因此，第二接头163可以以包括偏航旋转自由度、俯仰旋转自由度和翻滚旋转自由度的三个旋转自由度来旋转。如在图3中所示，例如，第一接头162的连接到第一连接体1321的开口162a和第二接头163的连接到第二连接体155的开口163a可被设置在不同的方向以形成正确的角。

第一接头162可连接到第二输出端132以执行俯仰旋转，第二接头163可连接到旋转架15以执行俯仰旋转。在上面的结构中，参照图2，当第一输出端131的速度与第二输出端132的速度不同时，杆体161可执行相对于滑动架14的俯仰旋转，从而沿着向前或向后的方向相对于滑动架14移动第二接头163。具体地说，连接到第二接头163的旋转架15可执行相对于滑动架14的俯仰旋转，从而实现用户的距小腿关节的背屈运动或跖屈运动。

此外，第一接头162可连接到第二输出端132以执行偏航旋转，第二接头163可连接到旋转架15以执行偏航旋转。在上面的结构中，尽管旋转架15在用户沿距下关节的旋转轴执行外翻或内翻运动时执行相对于滑动架14的偏航旋转，但可防止将被施加到连接杆16的力矩。因此，用户可在不接收由连接杆16产生的外力的情况下舒适地执行外翻或内翻运动。具体地说，连接杆16可依从用户的距下关节的运动来操作。

图4是根据至少一个示例实施例的在背屈状态下的动力分配器的主视图，图5是根据至少一个示例实施例的在背屈状态下的运动辅助设备的侧视图。

参照图4和图5，当动力分配器13操作时，从减速器134接收旋转力的动力传输构件135可将旋转运动改变为线性运动，从而沿着向上的方向相对于近端支撑件10滑动第二输出端132。因为第一输出端131通过连接构件133连接到第二输出端132，所以第一输出端131也可沿着向上的方向相对于近端支撑件10滑动。

第二输出端132与连接构件133的旋转中心之间的距离可大于第一输出端131与连接构件133的旋转中心之间的距离。因此，第二输出端132可沿着相同的方向比第一输出端131更快地滑动。

因此，连接到第一输出端131的滑动架14可沿着向上的方向相对于近端支撑件10执行平移运动，连接到第二输出端132的连接杆16的第一接头162可沿着向上的方向相对于滑动架14执行平移运动。该两步平移运动可引起滑动架14与连接杆16之间的速度差异。

参照图4和图5，随着动力传输构件135沿向上的方向运动，滑动架14也可沿着向上的方向运动，从而沿着向上的方向移动距下关节的运动轴A2。连接杆16可沿着向上的方向比滑动架14更快地运动，因此可沿着向上的方向(即，沿着图5的顺时针方向)旋转连接到滑动架14的旋转架15。连接杆16可使远端支撑件11能够执行背屈运动。例如，当用户穿戴着运动辅助设备1时，运动辅助设备1可在0至20度的范围内沿着向上的方向执行背屈运动。

同时，第二输出端132可包括朝向第一输出端131突出的突起132a，并且连接杆16的第一接头162可连接到突起132a。在上面的结构中，当观察如图4中所示的运动辅助设备1时，滑动架14和连接杆16可几乎平行地运动。因此，可减少(或者，可选地，防止)从连接杆16传递到旋转架15的动力的损失，并且可容易地解释通过连接杆16传递的动力。

图6是根据至少一个示例实施例的在跖屈状态下的动力分配器的主视图，图7是根据至少一个示例实施例的在跖屈状态下的运动辅助设备的侧视图。

参照图6和图7，随着动力传输构件135沿着向下的方向运动，滑动架14也可沿着向下的方向运动，从而沿着向下的方向移动距下关节的运动轴A2。连接杆16可沿着向下的方向比滑动架14更快地运动，因此可沿着向下的方向(即，沿着图7的逆时针方向)旋转连接到滑动架14的旋转架15。连接杆16可使远端支撑件11能够执行跖屈运动。当用户穿戴运动辅助设备1时，运动辅助设备1可在0至50度的范围内沿着向下的方向执行跖屈运动。

同时，当用户的踝从背屈状态向跖屈状态切换时，与用户的踝邻近的部分的皮肤可被伸展。在这个示例中，稍后将被描述的旋转架15的结构可使远端支撑件11能够同时执行平移运动和旋转运动，因此远端支撑件11可维持相对于用户的脚的位置。即，可防止可能由用户的踝的皮肤的伸展或压缩而导致的皮肤磨损。

图8A示出用户的踝的外翻运动，图8B示出用户的踝的内翻运动。

参照图8A和图8B，用户的踝可执行从用户的中心向外弯曲的外翻运动以及从用户的中心向内弯曲的内翻运动。基于该外翻运动和内翻运动，用户的距小腿关节的背屈运动和跖屈运动的旋转轴A1也可改变。具体地说，当踝执行如图8A中所示的外翻运动时，距小腿关节的旋转轴A1可改变为朝着用户的中心向下倾斜。相反，当踝执行如图8B中所示的内翻运动时，距小腿关节的旋转轴A1可改变为朝着用户的中心向上倾斜。响应于外翻/内翻运动，距小腿关节的旋转轴A1的斜率可改变。

图9是示出根据至少一个示例实施例的旋转架的放大图，图10是根据至少一个示例实施例的在外翻状态下的运动辅助设备的主视图。

参照图9和图10，旋转架15可包括：基础连杆151、第一连接连杆152、第二连接连杆153和支撑连杆154。

基础连杆151可旋转地连接到滑动架14以跟随距下关节的运动。基础连杆151可连接到滑动架14以沿着如由图9中的箭头所指示的偏航方向旋转。具体地说，基础连杆151可绕着从用户的踝向前上方延伸的旋转轴旋转。当用户的踝执行如图10中所示的外翻运动时，旋转架15可通过基础连杆151相对于滑动架14沿着偏航方向旋转，借此运动辅助设备1可依从距下关节的运动来操作。例如，当用户穿戴运动辅助设备1时，制造的运动辅助设备1可在0至25度的范围内向外执行外翻运动。相同的描述可应用于用户的踝执行内翻运动的情况，因此为了简洁，在此将省略重复的描述。例如，当用户穿戴运动辅助设备1时，运动辅助设备1可在0至35度的范围内向内执行内翻运动。

支撑连杆154可连接到远端支撑件11，并相对于基础连杆151沿着俯仰方向旋转。支撑连杆154可沿基础连杆151的旋转轴和沿着脚的纵向的方向延伸的延长线所属的平面执行旋转运动。因此，如图10中所示，在旋转架15沿着偏航方向旋转的状态下，支撑连杆154可基于连接杆16的驱动而操作，因此用户的踝可以以两个自由度自由地运动。

支撑连杆154可通过可旋转地连接到基础连杆151的第一连接连杆152和第二连接连杆153来连接到基础连杆151，而不是直接地连接到基础连杆151。即，旋转架15可包括被配置为连接基础连杆151和支撑连杆154的第一连接连杆152和第二连接连杆153。由于包括基础连杆151、第一连接连杆152、第二连接连杆153和支撑连杆154的四连杆的驱动特性，所以支撑连杆154可同时执行相对于基础连杆151的旋转运动和平移运动。通过支撑连杆154的平移运动分量，连接到支撑连杆154的远端支撑件11可在维持相对于用户的脚的位置的情况下同时执行相对于近端支撑件10的旋转运动和平移运动。在上面的结构中，尽管脚的皮肤响应于脚的背屈运动或跖屈运动而被伸展(参照图7的L2)或被压缩(参照图5的L1)，但可防止由远端支撑件11导致的脚的皮肤磨损。

一对直线之间的距离可从基础连杆151向支撑连杆154而增加，其中，一对直线中的一条直线连接第一连接连杆152的一对旋转轴(即，两个旋转轴)，另一直线连接第二连接连杆153的一对旋转轴。即，连接到支撑连杆154的第一连接连杆152和第二连接连杆153的旋转轴之间的距离可大于连接到基础连杆151的第一连接连杆152和第二连接连杆153的旋转轴之间的距离。此外，由直线形成的角θ可响应于跖屈运动和背屈运动在20度与50度之间变化。在上面的结构中，支撑连杆154的示例中心可设置接近距小腿关节，因此可提高用户穿着性能。

图11是示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的框图。

参照图11，驱动源12的动力可通过第一输出端131、第二输出端132或连接构件133来传递。上面描述的示例实施例示出驱动源12的动力通过第二输出端132传递的情况。然而，如在下面的示例实施例中所描述的，驱动源12的动力可通过第一输出端131(例如，第一输出端231)传递(见图12和图16)，或通过连接构件133传递(见图13、图14和图15)。

图12示出根据至少一个示例实施例的动力分配器。

参照图12，动力分配器23可包括：第一输出端231、第二输出端232、连接构件233和动力传输构件235。尽管图12示出动力传输构件235为将驱动源12的旋转力转换为线性运动的曲柄的情况，但是驱动源12和动力传输构件235的类型不限于此。来自驱动源12的动力可通过动力传输构件235传输到第一输出端231。传输到第一输出端231的动力可通过连接构件233传递到第二输出端232。第一输出端231可相对于近端支撑件10运动，第二输出端232可相对于第一输出端231运动，从而引起滑动架14与连接杆16之间的速度差异。

图13示出根据至少一个示例实施例的动力分配器。

参照图13，动力分配器33可包括：第一输出端331、第二输出端332、连接构件333、第一动力传输构件335和第二动力传输构件336。来自驱动源12的动力可通过第一动力传输构件335和第二动力传输构件336传输到连接构件333。传输到连接构件333的动力可传递到第一输出端331和第二输出端332。

图14示出根据至少一个示例实施例的动力分配器。

参照图14，动力分配器43可包括：第一输出端431、第二输出端432和连接构件433。来自驱动源12的动力可传输到连接构件433。传输到连接构件433的动力可传递到第一输出端431和第二输出端432。

图15示出根据至少一个示例实施例的动力分配器。

参照图15，动力分配器53可包括：第一输出端531、第二输出端532和连接构件533。如图15中所示，第一输出端531和第二输出端532可被形成为与连接构件533形成为一体。例如，第一输出端531和第二输出端532均可表示在连接构件533上定义的预定位置。与其他示例实施例相似，来自驱动源12的动力可传输到连接构件533，并且传输到连接构件533的动力可分别通过第一输出端531和第二输出端532传递到滑动架14和连接杆16。

图16示出根据至少一个示例实施例的动力分配器。

参照图16，动力分配器63可包括：第一输出端631、第二输出端632、连接构件633和动力传输构件635。图16示出第一输出端631、第二输出端632和连接构件633使用齿条齿轮机构连接的情况。连接构件633可具有包含不同直径的两个齿轮连接的复合齿轮结构。当第一输出端631连接到连接构件633的小直径齿轮并且第二输出端632连接到连接构件633的大直径齿轮时，第二输出端632可比第一输出端631更快地运动。此外，当第一输出端631和第二输出端632在连接构件633的旋转中心的同侧啮合时，第一输出端631和第二输出端632可沿相同方向运动。

来自驱动源12的动力可通过动力传输构件635传输到第一输出端631。传输到第一输出端631的动力可通过连接构件633传递到第二输出端632。同时，与上面不同，来自驱动源12的动力可通过动力传输构件传输到第二输出端632，并可直接传输到连接构件633。即，来自驱动源12的动力可传输到第一输出端631、第二输出端632和连接构件633之一。

图17示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备，图18是示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的框图。

参照图17和图18，运动辅助设备1可包括：被配置为产生用于操作旋转架15的动力的驱动源12、设置在远端支撑件11的用于感测由用户的远端部位施加到远端支撑件11的压力的压力传感器18和被配置为基于由压力传感器18感测的数据来控制驱动源12的控制器19。

驱动源12可包括根据从电源供应的电能产生力矩的电机。根据其他示例实施例，驱动源12可包括通过电能或流体压力(诸如，液体压力或气体压力)操作的至少一个活塞或汽缸。

压力传感器18可包括用于感测压力的各种类型的传感器(诸如，压力传感器、应变传感器或被配置为感测用户的体重的任何其他传感器)。

控制器19可包括：处理器和存储器。存储器可包括非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质的示例包括：磁介质(诸如，硬盘、软盘和磁带)、光介质(诸如，CD ROM盘和DVD)、磁光介质(诸如，光盘)、以及专门被配置为存储和执行程序指令的硬件装置(诸如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存等)。非暂时性计算机可读介质还可为分布式网络，使得程序指令以分布式方式被存储和执行。处理器可为算术逻辑单元、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、微处理器或能够以限定的方式响应并执行指令的任何其他装置。存储器可包括在由处理器执行时配置处理器为专用计算机的计算机可读代码。

例如，存储器可包括在由处理器执行时将处理器配置为专用计算机的计算机可读代码，以基于由压力传感器18感测的压力来确定步态状态，并且存储器可基于由压力传感器18感测的压力来指示驱动源12产生动力，使得远端支撑件11执行背屈运动或跖屈运动。

在近端支撑件10支撑用户的小腿的情况下，远端支撑件11支撑用户的脚，压力传感器18可包括被配置为在用户的前脚感测压力的前脚传感器181以及被配置为在用户的后脚感测压力的后脚传感器182。

图19是示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的控制方法的流程图。

参照图19，在操作900中，控制器19可基于由压力传感器18感测的压力来确定步态状态。例如，当由压力传感器18感测的压力小于或等于设置的(或者，可选地，预设的)压力时，控制器19可将用户的步态状态确定为处于摇摆阶段。相反，当由压力传感器18感测的压力超过设置的(或者，可选地，预设的)压力时，控制器19可将用户的步态状态确定为处于站立阶段。

在操作910中，当控制器19确定用户的步态状态处于摇摆阶段时，控制器19可控制驱动源12使得远端支撑件11可执行背屈运动。根据该控制方法，可减少(或者，可选地，防止)由足下垂导致的在摇摆阶段期间脚在地面上的拖行，其中，足下垂是指踝可能由于膝盖受伤或腓总神经异常而不能抬起。

在操作920中，当控制器19确定用户的步态状态处于站立阶段时，控制器19可基于由前脚传感器181感测的压力和由后脚传感器182感测的压力，来确定此时是否是用户将要执行抬脚运动的时间点。

例如，当由前脚传感器181感测的压力大于或等于第一设置压力时，控制器19可将用户的步态状态确定为处于站立阶段。在另一示例中，当通过从由前脚传感器181感测的压力减去由后脚传感器182感测的压力而获得的值大于或等于第二设置压力时，控制器19可确定此时是用户将要执行抬脚运动的时间点。

在操作930中，当控制器19确定此时是用户将要执行抬脚运动的时间点时，控制器19可控制驱动源12使得远端支撑件11可执行跖屈运动。通过该控制方法，可以在合适的时间点辅助用户执行抬脚运动。

同时，当控制器19确定此时不是用户将要执行抬脚运动的时间点时，控制器19可反复执行操作920并等待，直到用户将要执行抬脚运动的时间点到来。

虽然未示出，但是在一些其他示例实施例中，旋转架15可包括保持装置(诸如，电磁体)，并且控制器19可被配置为在提供用于执行操作910中的背屈运动和/或操作930中的跖屈运动的辅助力的同时激活保持装置，使得用户限制于执行外翻运动或内翻运动中的一个或多个。因此，运动辅助设备1可允许用户经历平移运动和旋转运动两者，同时在辅助用户时保护用户的踝避免受伤。

上面已描述了一些示例实施例。然而，应理解，可对这些示例实施例做出各种修改。例如，如果描述的技术以不同的顺序被执行，和/或如果描述的系统、构架、装置或电路中的组件以不同的方式被组合和/或被其他组件或他们的等同物替换或补充，则可获得合适的结果。因此，其他实施例在权利要求的范围内。

Claims (32)

1.一种运动辅助设备，包括：

近端支撑件，被配置为支撑用户的近端部分；

远端支撑件，被配置为支撑用户的远端部分；

旋转架，连接到远端支撑件，旋转架被配置为同时执行相对于近端支撑件的平移运动和旋转运动；

滑动架，连接到旋转架，滑动架被配置为相对于近端支撑件滑动以旋转旋转架；

动力分配器，被配置为接收由驱动源产生的动力，

其中，动力分配器包括：第一输出端，连接到滑动架；第二输出端，连接到旋转架；连接构件，被配置为连接第一输出端和第二输出端，使得第一输出端和第二输出端中的一个输出端能够相对于另一输出端运动。

2.如权利要求1所述的运动辅助设备，其中，

近端支撑件被配置为支撑用户的小腿，

远端支撑件被配置为支撑用户的脚，

当用户穿戴所述运动辅助设备时，旋转架位于用户的踝的前面。

3.如权利要求1所述的运动辅助设备，其中，

近端支撑件被配置为支撑用户的小腿，

远端支撑件被配置为支撑用户的脚，

旋转架被配置为经由旋转架的第一部分连接到远端支撑件，当用户穿戴所述运动辅助设备时，旋转架的第一部分在用户的踝与前脚之间。

4.如权利要求1所述的运动辅助设备，

其中，第一输出端和第二输出端具有相对于近端支撑件的不同的平移速度。

5.如权利要求4所述的运动辅助设备，还包括：

连接杆，被配置为连接第二输出端和旋转架。

6.如权利要求5所述的运动辅助设备，其中，

第二输出端包括：突起，被配置为朝向第一输出端突出，

连接杆的第一端部被配置为经由突起连接到第二输出端。

7.如权利要求5所述的运动辅助设备，其中，连接杆包括：

杆体；

第一接头，在杆体的第一端部，第一接头以至少两个自由度可旋转地连接到第二输出端；

第二接头，在杆体的第二端部，第二接头以至少两个自由度可旋转地连接到旋转架。

8.如权利要求6所述的运动辅助设备，其中，如果动力分配器接收到动力，则滑动架执行相对于近端支撑件的平移运动，并且连接杆的第一端部被配置为执行相对于滑动架的平移运动。

9.如权利要求4所述的运动辅助设备，其中，

动力分配器被配置为：将动力传输到第一输出端、第二输出端和连接构件之一。

10.如权利要求9所述的运动辅助设备，其中，连接构件可旋转地连接到近端支撑件。

11.如权利要求9所述的运动辅助设备，其中，连接构件包括：

一对平行的连杆，均被配置为：连接第一输出端和第二输出端，使得第一输出端和第二输出端彼此平行。

12.如权利要求1所述的运动辅助设备，其中，旋转架包括：

基础连杆，被配置为相对于滑动架沿着偏航方向旋转。

13.如权利要求12所述的运动辅助设备，其中，旋转架还包括：

支撑连杆，连接到远端支撑件，支撑连杆被配置为相对于基础连杆沿着俯仰方向旋转。

14.如权利要求13所述的运动辅助设备，其中，旋转架还包括：

一对连接连杆，被配置为连接基础连杆和支撑连杆。

15.如权利要求14所述的运动辅助设备，其中，沿所述一对连接连杆的纵向方向延伸的一对直线之间的距离从基础连杆向支撑连杆增加。

16.如权利要求14所述的运动辅助设备，其中，所述一对连接连杆通过第一对旋转轴连接到支撑连杆，并通过第二对旋转轴连接到基础连杆，使得连接到支撑连杆的第一对旋转轴之间的距离大于连接到基础连杆的第二对旋转轴之间的距离。

17.如权利要求1所述的运动辅助设备，还包括：

驱动源，被配置为产生用于操作旋转架的动力；

至少一个压力传感器，与远端支撑件相关联，所述至少一个压力传感器被配置为感测由用户的远端部分施加到远端支撑件的压力；

控制器，被配置为基于由所述至少一个压力传感器感测的数据控制驱动源。

18.如权利要求17所述的运动辅助设备，其中，如果由所述至少一个压力传感器感测的压力小于或等于设置的压力，则控制器被配置为控制驱动源，使得远端支撑件执行背屈运动。

19.如权利要求17所述的运动辅助设备，其中，近端支撑件被配置为支撑用户的小腿，远端支撑件被配置为支撑用户的脚，所述至少一个压力传感器包括：

前脚传感器，被配置为在用户的前脚感测压力；

后脚传感器，被配置为在用户的后脚感测压力。

20.如权利要求19所述的运动辅助设备，其中，如果由前脚传感器感测的压力大于或等于第一设置压力，则控制器被配置为控制驱动源，使得远端支撑件执行跖屈运动。

21.如权利要求19所述的运动辅助设备，其中，如果由前脚传感器感测的压力与由后脚传感器感测的压力之间的差大于或等于第二设置压力，则控制器被配置为控制驱动源，使得远端支撑件执行跖屈运动。

22.一种运动辅助设备，包括：

近端支撑件，被配置为附着于用户的膝盖下方的小腿部分；

远端支撑件，被配置为附着于用户的踝的前面的脚；

架结构，连接在近端支撑件与远端支撑件之间，使得架结构被配置为在用户的前面位于膝盖与脚之间，其中，如果近端支撑件和远端支撑件附着于用户，则架结构被配置为提供用于辅助用户的踝的运动的辅助力，

其中，架结构包括：

滑动架，被配置为相对于近端支撑件滑动；

旋转架，连接到远端支撑件，旋转架被配置为相对于滑动架旋转，

其中，所述运动辅助设备还包括：

动力分配器，被配置为接收由驱动源产生的动力，动力分配器包括：第一输出端，连接到滑动架；第二输出端，连接到旋转架；连接构件，被配置为连接第一输出端和第二输出端，使得第一输出端和第二输出端中的一个输出端能够相对于另一输出端运动。

23.如权利要求22所述的运动辅助设备，其中，如果所述运动辅助设备附着于用户，则所述运动辅助设备被配置为将辅助力提供到踝，而在用户的后面的小腿与脚之间没有任何可运动的结构。

24.如权利要求22所述的运动辅助设备，其中，旋转架被配置为同时执行相对于近端支撑件的平移运动和旋转运动。

25.如权利要求24所述的运动辅助设备，其中，第一输出端和第二输出端具有相对于近端支撑件的不同的平移速度。

26.如权利要求25所述的运动辅助设备，还包括：

连接杆，被配置为连接第二输出端和旋转架。

27.如权利要求22所述的运动辅助设备，其中，旋转架具有包括连接到滑动架的基础连杆和连接到远端支撑件的支撑连杆的四连杆结构。

28.一种运动辅助设备，包括：

近端支撑件，被配置为附着于在用户的膝盖下方的部分；

远端支撑件，被配置为附着于用户的脚；

旋转架，在近端支撑件与远端支撑件之间，旋转架具有包括第一自由度和第二自由度的两个自由度，第一自由度在所述运动辅助设备附着于用户时帮助相对于用户的距小腿关节的背屈运动和跖屈运动，第二自由度在所述运动辅助设备附着于用户时帮助相对于用户的距下关节的外翻运动和内翻运动；

滑动架，连接到旋转架，滑动架被配置为相对于近端支撑件滑动以旋转旋转架；

动力分配器，被配置为接收由驱动源产生的动力，动力分配器包括：第一输出端，连接到滑动架；第二输出端，连接到旋转架；连接构件，被配置为连接第一输出端和第二输出端，使得第一输出端和第二输出端中的一个输出端能够相对于另一输出端运动。

29.如权利要求28所述的运动辅助设备，其中，

第一输出端和第二输出端具有相对于近端支撑件的不同的平移速度；

其中，所述运动辅助设备还包括：

连接杆，被配置为连接第二输出端和旋转架。

30.如权利要求29所述的运动辅助设备，其中，旋转架具有包括连接到滑动架的基础连杆和连接到远端支撑件的支撑连杆的四连杆结构。

31.如权利要求30所述的运动辅助设备，其中，支撑连杆被配置为：同时执行相对于基础连杆的平移运动和旋转运动，使得支撑连杆具有相对于基础连杆的一个自由度，以允许相对于用户的距小腿关节的背屈运动和跖屈运动。

32.如权利要求30所述的运动辅助设备，其中，基础连杆可旋转地连接到滑动架中的旋转轴，使得基础连杆具有相对于滑动架的一个自由度，以允许相对于用户的距下关节的外翻运动和内翻运动。

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