CN107835675B - 用于人手臂支承外骨骼的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种手臂支承外骨骼，其包括连接至手臂连杆机构的肩部基部。手臂连杆机构包括：被构造成围绕旋转关节相对于彼此旋转的近端连杆和远端连杆；适于将使用者的手臂连接至远端连杆的至少一个手臂连接器；连接至近端连杆和远端连杆并且提供使远端连杆相对于近端连杆屈曲的力矩的张力产生器；以及实质上位于旋转关节处的突出部。当远端连杆延伸超过肘节角度时，突出部限制张力产生器，并且张力产生器所提供的力矩保持为实质上较小。当突出部不限制张力产生器时，力矩倾向于使远端连杆相对于近端连杆屈曲，从而减小抬起使用者的手臂所需的人肩部的力和力矩。

Description

用于人手臂支承外骨骼的方法和装置

技术领域

本发明属于用于人手臂的支承装置的领域，更具体而言属于被构造为在手臂举起期间减小人肩部的力矩的手臂支承装置。

背景技术

可以在美国专利第9,205,017B2号和美国专利申请第2014/0158839A1号中找到安装在人的躯干上、被构造为支承手臂重量的无源提升装置的例子。这样的装置被认为是有局限性的，因为当使用者打算将他/她的上臂放置在他/她的侧面或从他/她的工具腰带上拾取工具时，这样的装置不能够自动地切断或显著减少它们的辅助。这样的装置不提供支承力矩自动地减小至零的一系列持续的位置。除了少数几个定位点之外，这些装置总是对使用者的上臂施加提升力，从而在不需要辅助时的非工作姿态期间可能抑制运动并且产生不适感。

总体上，在本领域中已知被构造为辅助人支承工具重量的无源支承装置。典型的无源装置被构造为使用结构元件、弹簧、线缆和滑轮的组合在一系列位置补偿重力。这些装置的构造在有限的运动范围内提供重力补偿。另外，这些装置不允许提供实质上为零的力矩。可以在美国专利第6,821,259B2号和第7,325,777号中找到无源提升辅助装置的例子。这样的装置被认为是在功能方面相当有局限性的，因为每当使用者移动到新的地点时，这些装置的基部必须重新定位。安装在人的躯干上用于支承工具重量的无源提升辅助装置的例子包括美国专利第7,618,016B2号和美国专利申请公开第US2015/001269A1号。由于不能准确地跟随使用者的运动的笨重的框架，因此这样的装置被认为是相当有局限性的。

发明内容

这里描述的发明为使用者提供用于抬起他/她的上臂的支承力矩，从而减小了抬起上臂所需的人肩部的力和力矩。然而，当使用者打算将他/她的上臂放置在他/她的侧面或从他/她的工具腰带上拾取工具时，此处本发明的装置自动地将提升力减小至零(或者实质上较小的值)，从而允许穿戴者自由地移动他/她的上臂。在非工作姿态期间，期望为零的(或实质上较小的)力矩来允许人的上臂自由地运动或允许人的上臂在不受来自辅助装置施加的力矩的阻抗下放置。这在非工作姿态期间针对使用者产生了较大的整体舒适度。

在实施方式中，被构造为连接至人的手臂支承外骨骼包括：被构造为连接至人的躯干的肩部基部；以及被构造为连接至肩部基部的手臂连杆机构。手臂连杆机构包括：被构造为在人直立站立时围绕旋转关节并且沿实质上与重力线正交的第一旋转轴线相对于彼此旋转的近端连杆和远端连杆；适于将人的上臂连接至远端连杆的至少一个手臂连接器；在张力产生器的第一端部处连接至近端连杆并且在张力产生器的第二端部处连接至远端连杆的张力产生器，张力产生器提供使远端连杆相对于近端连杆屈曲的力矩；以及实质上位于旋转关节处的突出部。当远端连杆延伸超过肘节角度时，突出部限制张力产生器，并且张力产生器所提供的力矩保持为实质上较小，并且当突出部不限制张力产生器时，所述力矩具有使远端连杆相对于近端连杆屈曲的倾向，从而减小抬起人的上臂所需的人肩部的力和力矩。

在实施方式中，被构造为连接至人的手臂支承外骨骼包括：被构造为连接至人的躯干的肩部基部；以及被构造为连接至肩部基部的手臂连杆机构。手臂连杆机构包括：被构造为在人直立站立时围绕旋转关节并且沿实质上与重力线正交的第一旋转轴线相对于彼此旋转的近端连杆和远端连杆；适于将人的上臂连接至远端连杆的至少一个手臂连接器；以及在张力产生器的第一端部处连接至近端连杆并且在张力产生器的第二端部处连接至远端连杆的张力产生器，张力产生器提供使远端连杆相对近端连杆屈曲的力矩。当手臂支承外骨骼连接至人并且近端连杆与远端连杆之间的角度小于肘节角度时，所述力矩具有使远端连杆相对于近端连杆屈曲的倾向，从而减小抬起人的上臂所需的人肩部的力和力矩，并且对肩部基部施加反作用力和力矩。当近端连杆与远端连杆之间的角度大于肘节角度时，张力产生器在近端连杆与远端连杆之间提供实质上较小的力矩，从而允许人自由地移动人的上臂。

附图说明

图1为本发明的辅助装置的后视立体图，其中使用者的手臂伸出。

图2为本发明的手臂连杆机构的放大图。

图3为本发明的手臂连杆机构的后视放大立体图。

图4为本发明的辅助装置的侧视图，其中第一角度小于肘节角度。

图5为本发明的辅助装置的侧视图，其中第一角度大于肘节角度。

图6为本发明的包括两个手臂连杆机构的手臂支承外骨骼的前视立体图。

图7为示出冠状面和宽度尺寸的人的前视图。

图8为示出长度尺寸的人的后视图。

图9为示出宽度尺寸的人的侧视图。

图10为本发明的包括背部框架和髋部承载带的承载结构的后视图。

图11为本发明的包括上部框架和下部框架的背部框架的后视图。

图12为本发明的包括脊柱框架的背部框架的后视图。

图13为本发明的包括宽度调节器和深度调节器的上部框架和下部框架的后视图。

图14为本发明的包括腰带、胸带和锚固带的连接机构的前视立体图。

图15为本发明的包括腰带、胸带和锚固带的连接机构的后视图。

图16为本发明的包括腰带、胸带和锚固带的连接机构的后视立体图。

图17为本发明的包括腰带、肩带和胸骨带的连接机构的前视立体图。

图18为本发明的包括腰带、肩带和胸骨带的连接机构的后视图。

图19为本发明的包括腰带、肩带和胸骨带的连接机构的后视立体图。

图20为本发明的包括腰带和背心的连接机构的前视立体图。

图21为本发明的包括腰带和背心的连接机构的后视图。

图22为本发明的包括腰带和背心的连接机构的后视立体图。

图23为本发明的包括连接至安全背带的背心的连接机构的前视立体图。

图24为本发明的包括连接至安全背带的背心的连接机构的后视立体图。

图25为本发明的包括连接至安全背带的腰带的连接机构的后视立体图。

图26为本发明的辅助装置的后视放大立体图，其示出了第一旋转轴线与使用者的盂肱关节对齐。

图27为本发明的辅助装置的后视图，其示出了第一旋转轴线与使用者的盂肱关节对齐。

图28为本发明的包括第二旋转轴线的手臂连杆机构的立体图。

图29为与使用者的盂肱关节对齐的图28的第二旋转轴线的后视放大图。

图30为将肩部基部连接至手臂连杆机构的肩部支架的立体图。

图31为本发明的肩部支架的立体图，其示出了从肩部基部移除的手臂连杆机构。

图32为本发明的允许手臂支承外骨骼的肩部宽度调节的肩部支架的立体图。

图33为本发明的肩部支架的立体图，其示出了肩胛旋转轴线。

图34为使用者与处于装载位置的本发明的手臂支承外骨骼一起的前视立体图。

图35为处于工作位置的本发明的手臂支承外骨骼的立体图。

图36为处于装载位置的本发明的手臂支承外骨骼的立体图。

图37为本发明的包含手臂连接器的手臂连杆机构的立体图。

图38为本发明的手臂连杆机构的立体图，其中手臂连接器包含手臂旋转关节。

图39为本发明的手臂连杆机构的立体图，其中手臂连接器含有平移关节。

图40为本发明的含有平移关节的手臂连接器的剖视图。

图41为本发明的包含内外旋转关节的手臂连接器的前视图。

图42为具有拉伸弹簧的本发明的力矩产生器的侧视剖视图。

图43为本发明的力矩产生器的示意图。

图44为具有拉伸弹簧的本发明的力矩产生器的替代的侧视剖视图。

图45为具有压缩弹簧的本发明的力矩产生器的侧视剖视图。

图46为具有压缩弹簧的力矩产生器的替代的侧视剖视图。

图47为具有处于升高位置的上部支架的本发明的力矩产生器的侧视剖视图。

图48为具有处于降低位置的上部支架的本发明的力矩产生器的侧视剖视图。

图49为针对本发明的上部支架的两个位置的力矩产生器力矩曲线图。

图50为具有处于伸展位置的下部支架的本发明的力矩产生器的侧视剖视图。

图51为具有处于收起位置的下部支架的本发明的力矩产生器的侧视剖视图。

图52为针对本发明的下部支架的两个位置的力矩产生器力矩曲线图。

图53为具有突出部的力矩产生器的侧视剖视图，其中第一角度大于肘节角度。

图54为本发明的包括突出部的力矩产生器的侧视放大剖视图，该突出部包括关节销。

图55为本发明的包括作为近端连杆的一部分的突出部的力矩产生器的侧视放大剖视图。

图56为在没有突出部的情况下的力矩产生器力矩曲线图。

图57为具有突出部的力矩产生器力矩曲线图。

图58为本发明的包括偏移调节关节的力矩产生器的侧视剖视图。

图59为本发明的力矩产生器的侧视剖视图，其示出了偏移位置增大。

图60为手臂连杆机构的分解立体图，其示出了偏移调节关节。

图61为针对偏移调节角度的两个值的力矩产生器力矩曲线图。

图62为期望的力矩产生器支承力矩曲线与手臂重量力矩曲线比较的例子。

图63为期望的力矩产生器支承力矩曲线与手臂重量力矩曲线比较的替代的例子。

图64为期望的力矩产生器支承力矩曲线与手臂重量力矩曲线比较的替代的例子。

图65为本发明的连接至下肢外骨骼的背部框架的前视立体图。

图66为本发明的连接至躯干外骨骼的背部框架的前视立体图。

具体实施方式

图1描绘了手臂支承外骨骼(辅助装置)100的实施方式。手臂支承外骨骼100包括被构造为连接至人的躯干202的肩部基部102。在本发明的一些实施方式中，肩部基部102实质上位于人(使用者)200的背面。手臂支承外骨骼100另外包括连接至肩部基部102的至少一个手臂连杆机构104。手臂连杆机构104至少包括能够沿第一旋转轴线154相对于彼此旋转的近端连杆150和远端连杆152。在本发明的一些实施方式中，当人200直立站立时，第一旋转轴线154与重力线208正交。术语“重力线”应理解为是指重力作用的方向。第一关节151表示远端连杆152相对于近端连杆150旋转处的铰接件。手臂支承外骨骼100另外包括将人的上臂204连接至手臂连杆机构104的远端连杆152的至少一个手臂连接器106。手臂连接器106描绘在图2中。手臂支承外骨骼100另外包括被构造为在近端连杆150与远端连杆152之间产生力矩280的至少一个力矩产生器108。图3中描绘了手臂连杆机构104的放大图。图1和图3中的力矩280示出了通过近端连杆150施加在远端连杆152上的力矩。如图4所示，第一角度193表示近端连杆150与远端连杆152之间的角度。如图4所描绘的那样，当第一角度193小于肘节角度195时，力矩产生器108产生具有使远端连杆152相对于近端连杆150屈曲的倾向的力矩280。术语“肘节角度”应理解为是指近端连杆150和远端连杆152共线时的第一位置(例如，抬起手臂)与近端连杆150和远端连杆152变为共线时的第二位置(例如，放下手臂)之间的角度。术语“屈曲”应理解为是指远端连杆152的、造成第一角度193减小的运动，而本文所使用的术语“伸展”应理解为是指远端连杆152的、造成第一角度193增大的运动。力矩280通过手臂连接器106在上臂204上产生支承力212(在图2和图4中示出)。这减小了抬起人的上臂204所需的人肩部的力和力矩，并且对肩部基部102施加设定的反作用力214和反作用力矩215。

如图5所示，当角度193大于肘节角度195时，力矩产生器108在近端连杆150与远端连杆152之间提供实质上较小的力矩。术语“实质上较小的力矩”应理解为是指不对人的上臂204产生显著抑制或不适感的力矩值。这允许人200自由地移动他/她的上臂204。在图5所示的例子中，当人的上臂204降低时，远端连杆152的位置移动超过与近端连杆150共线对齐的位置之外，并且力矩产生器在近端连杆150与远端连杆152之间提供实质上较小的力矩，使得使用者能够在该降低位置容易操纵他们的上臂204。

图6描绘了手臂支承外骨骼100的另一种实施方式，其包括连接至肩部基部102的两个手臂连杆机构104，其每一个都包括至少一个力矩产生器108和至少一个手臂连接器106。在本发明的一些实施方式中，远端连杆152以使其与人的上臂204实质上保持平行的方式移动。

在本发明的一些实施方式中，如图6所描绘的那样，手臂支承外骨骼100的肩部基部102包括连接至手臂连杆机构104的承载结构112以及将肩部基部102附接至人的躯干202的连接机构114。承载结构112支承来自手臂连杆机构104的反作用力214和反作用力矩215。在本发明的一些实施方式中，如图10至图13所描绘的那样，反作用力214和反作用力矩215传递至人200。在本发明的一些实施方式，如图65所描绘的那样，反作用力214和反作用力矩215传递至支承表面(例如，地面310)。下面描述承载结构112和连接机构114的各种实施方式。

这里给出图7、图8和图9来描述本文在承载结构112的描述中所使用的各种尺寸。图7描绘了人200的前视图，其包括髋部宽度234、肩部宽度236和人的冠状面250。图8描绘了人200的后视图，其包括躯干高度232和上臂长度242。图9描绘了人200的侧视图，其包括髋部深度238和肩部深度240。

图10至图13描绘了承载结构112的各种实施方式。如图10所描绘的那样，在实施方式中，承载结构112包括：背部框架130，其支承来自手臂连杆机构104(未示出)的反作用力214和力矩215；以及髋部承载带131。髋部承载带131将反作用力214的至少一部分和反作用力矩215的至少一部分传递至人的髋部220(图14中示出)，以产生髋部反作用力221。背部框架130也可以将反作用力214的至少一部分传递至人的肩部224(在图14中描绘出)，这通过肩部反作用力225示出。背部框架130可以定制或者尺寸可以逐渐增加，以适应人的躯干高度232、髋部宽度234、肩部宽度236、髋部深度238、肩部深度240或它们的任意组合。在本发明的一些实施方式中，髋部承载带131和背部框架130被构造成一体。

图11描绘了承载结构112的另一种实施方式，其中背部框架130包括连接至手臂连杆机构104(未示出)的上部框架136，以及下部框架138，该下部框架138可平移地连接至上部框架136，从而为人的躯干高度232提供期望的躯干高度调节量233。下部框架138连接至髋部承载带131或连接至其一部分。来自手臂连杆机构104的反作用力214通过上部框架136支承，该反作用力的至少一部分借助于下部框架138、通过髋部承载带131传递至人的髋部220，以产生髋部反作用力221。如通过肩部反作用力225所描绘的那样，上部框架136也可以将所述反作用力214的至少一部分传递至人的肩部224。上部框架136可以定制或者尺寸可以逐渐增加，以适应人的肩部宽度236和肩部深度240。下部框架138可以定制或者尺寸可以逐渐增加，以适应人的髋部宽度234和髋部深度238。

图12描绘了承载结构112的另一种实施方式，其中背部框架130还包括将上部框架136连接至下部框架138的脊柱框架134。脊柱框架134在其下端部被旋转地连接至下部框架138，从而允许脊柱框架134在人的冠状面250中相对于下部框架138旋转。中侧屈曲运动260示出了脊柱框架134与下部框架138之间运动的方向。脊柱框架134沿脊柱框架轴线135被旋转地连接至上部框架136。脊柱扭转运动262示出了脊柱框架134与上部框架136之间运动的方向。上部框架136也可以相对于脊柱框架134沿脊柱框架轴线135平移，从而为人的躯干高度232提供躯干高度调节量233。上部框架136与脊柱框架134之间的脊柱扭转运动262以及下部框架138与脊柱框架134之间的中侧屈曲运动260的自由度允许上部框架136实质上与人的胸部222(在图14中描绘出)一致地移动，并且允许下部框架138实质上与人的髋部220一致地移动。

图13描绘了承载结构112的另一种实施方式，其中下部框架138还包括下部中间杆144和两个下部拐角杆140，其中每个下部拐角杆140都可以在下部中间杆144上的多个位置处连接至下部中间杆144，从而提供期望的髋部宽度调节量235，以适应人的髋部宽度234。下部框架138还可以包括两个下部侧支架149，其中每个下部侧支架149都可以在下部框架138上的多个位置处连接至下部框架138，从而提供期望的髋部深度调节量239，以适应人的髋部深度238。上部框架136还包括上部中间杆142和两个上部拐角杆146，其中每个上部拐角杆146都可以在上部中间杆142上的多个位置处连接至上部中间杆142，从而提供期望的肩部宽度调节量237，以适应人的肩部宽度236。上部框架136还可以包括两个上部侧支架148，其中每个上部侧支架148都可以在上部框架136上的多个位置处连接至上部框架136，从而提供期望的肩部深度调节量241，以适应人的肩部深部240。上部框架136还可以包括吊带128，其跨过上部框架136中的弯曲部，以将相应的肩部反作用力225更均匀地分配到人的肩部224(在图14中示出)。上部侧支架、上部拐角杆、下部侧支架和下部拐角杆的调节可以包括柱塞销、螺杆、夹具、摩擦锁、齿条和小齿轮、或它们的任意组合的使用。

图14至图22描绘了本发明的各种实施方式，其中连接机构114包括腰带116，该腰带116在腰带附接点115处附接至承载结构112并且至少部分地环绕人的髋部220。腰带116可以与人的髋部220一致地移动。在一些实施方式中，腰带116可以改变长度，以便允许牢固地附接至人的髋部220。

图14、图15和图16描绘了肩部基部102的各种实施方式。图14示出了肩部基部102与人200一起的前视立体图。图15示出了没有人200的、肩部基部102的后视图。图16示出了没有人200的、肩部基部102的后视立体图。在本实施方式中，连接机构114包括胸带118。胸带118至少部分环绕人的胸部222。胸带118在大致处于人胸部222的高度处、在中背侧附接点117处安装在承载结构112上。在一些实施方式中，连接机构114包括至少一条锚固带119，该锚固带119在其第一端部处、在上腹侧附接点121处安装在承载结构112上，并且在其第二端部处附接至胸带118。胸带118和锚固带119与人的胸部222一致地移动。在一些实施方式中，胸带118和锚固带119可以改变长度，以便允许牢固地附接至人的胸部222。在本发明的一些实施方式中，胸带118为刚性的，以防止因锚固带119的拉紧而造成的偏转。

图17、图18和图19描绘了肩部基部102的各种实施方式。图17示出了肩部基部102与人200一起的前视立体图。图18示出了没有人200的、肩部基部102的后视图。图19示出了没有人200的、肩部基部102的后视立体图。在本实施方式中，连接机构114包括至少两条肩带120。两条肩带120至少部分地环绕人的肩部224。每条肩带120都在第一端部上的相应的上腹侧附接点121处以及第二端部上的下背侧附接点123处安装在承载结构112上。在一些实施方式中，胸骨带122在其第一端部处连接至一条肩带120，并在其第二端部处连接至另一条肩带120。肩带120和胸骨带122与人的胸部222一致地移动。在一些实施方式中，肩带120和胸骨带122可以改变长度，以便允许牢固地附接至人的胸部222。在一些实施方式中，肩带120在其第一端部上的上腹侧附接点121处以及其第二端部处的中背侧附接点117处安装在承载结构112上。

图20、图21和图22描绘了肩部基部102的各种实施方式。图20示出了肩部基部102与人200一起的前视立体图。图21示出了没有人200的、肩部基部102的后视图。图22示出了没有人200的、肩部基部102的后视立体图。在本实施方式中，连接机构114包括牢固地附接至人的胸部222的背心124。背心124可以与人的胸部222一致地移动。在一些实施方式中，背心124通过多个背心附接点125连接至肩部基部102。在一些实施方式中，背心附接点125附接至胸带118、锚固带119、肩带120、胸骨带122或它们的任意组合。

图23至图25描绘了肩部基部102的实施方式，其中连接机构114可以通过至少一个安全背带附接点127连接至人200穿戴的安全背带126，而不修改安全背带126。图23和图24描绘了本发明的一种实施方式，其中背心124含有至少一个安全背带附接点127。安全背带附接点127允许背心124附接至安全背带126，而不修改安全背带126。安全背带附接点127可以位于背心124的前部、肩部或背部。图23示出了背心124的前部和肩部上的安全背带附接点127的前视立体图。图24描绘了包括背心124的背部和肩部上的安全背带附接点127的实施方式的后视放大立体图(没有承载结构112)。安全背带附接点127可以由魔术贴毛面(velcro loops)、暗扣(buttoned flap)、带、搭扣、夹子、钳具或它们的任意组合形成。图25描绘了本发明的一种实施方式，其中腰带116含有至少一个安全背带附接点127。安全背带附接点127允许安全背带126附接至腰带116，而不修改安全背带126。在一些实施方式中，安全背带附接点127位于腰带116的侧面。安全背带附接点127可以由魔术贴毛面、暗扣、带、搭扣、夹子、钳具或它们的任意组合形成。

图26描绘了手臂连杆机构104的放大图。在本实施方式中，第一关节151的第一旋转轴线154大致穿过人的盂肱关节218。图27描绘了本实施方式的后视图，其中手臂支承外骨骼100含有两个手臂连杆机构104。

图28和图29描绘了手臂支承外骨骼100的另一种实施方式，其中手臂连杆机构104包括至少一个水平旋转关节156。水平旋转关节156允许近端连杆150围绕第二旋转轴线155相对于肩部基部102旋转。第二旋转轴线155与第一旋转轴线154实质上正交。图29示出了手臂连杆机构104的后视图，其中第二旋转轴线155被示出为实质上穿过人的盂肱关节218。

图30和图31描绘了手臂支承外骨骼100的实施方式，其包括连接至肩部基部102的至少一个肩部支架153。肩部支架153有利于快速地连接和断开手臂连杆机构104与肩部基部102之间的连接。图30描绘出肩部支架153将手臂连杆机构104连接至肩部基部102。图31示出了肩部支架153允许手臂连杆机构104从肩部基部102移除。

图32描绘了手臂支承外骨骼100的另一种实施方式，其包括连接至肩部基部102的至少一个肩部支架153。肩部支架153可以将肩部基部102在多个位置连接至手臂连杆机构104，从而提供期望的肩部宽度调节量237，以适应人的肩部宽度236(参见图7)。在未描绘的另一种实施方式中，肩部支架153可以在多个位置连接至手臂连杆机构104，从而提供期望的肩部深度调节量214，以适应人的肩部深度240。

图33描绘了手臂支承外骨骼100的另一种实施方式，其中肩部基部102包括至少一个肩部支架153。肩部支架153沿肩胛旋转轴线171旋转地连接至手臂连杆机构104，其中在人200(未示出)直立站立时，肩胛旋转轴线171与重力线208实质上正交。

图34至图36描绘了手臂支承外骨骼100的另一种实施方式，其中肩部基部102连接至肩部支架153。肩部支架153连接至手臂连杆机构104。肩部支架153含有允许肩部支架153相对于肩部基部102旋转的装载关节158(装载关节158未在图34中示出)。当肩部支架153围绕装载关节158旋转时，其可以将手臂连杆机构104实质上定位在人200的背后。肩部支架153可以关于装载关节158保持静止，从而将手臂连杆机构104保持在期望的取向。图34示出了穿戴手臂支承外骨骼100的人200，其中手臂连杆机构104处于实质上在人的工作区230之外的装载位置。术语“人的工作区”应理解为是指在普通的工作区任务期间可以使用的人上臂204的运动范围。图35示出了处于工作位置的肩部支架153的立体图。在工作位置，手臂连杆机构104定位成支承人的上臂204(未示出)。图36示出了处于装载位置的肩部支架153的立体图，其中手臂连杆机构104实质上定位在人200(未示出)的背后。在装载位置，由于力矩产生器108围绕第一旋转轴线154起作用，因此远端连杆152相对于近端连杆150保持完全屈曲。这用于进一步将手臂连杆机构104固定在人的工作区230之外。应理解的是，手臂连杆机构104与肩部基部102之间的其他关节可以用于进一步将手臂连杆机构104固定在人的工作区230之外。

图37至图41描绘了手臂支承外骨骼100的实施方式，其中手臂连接器106还包括承载连接器160，其能够对人的上臂204施加向上的支承力212并且连接至远端连杆152(在图1中示出)。在一些实施方式中，承载连接器160包括将手臂连接器106附接至远端连杆152的远端连杆附接件167，以及至少部分地环绕人的上臂204(在图1中示出)的至少一个手臂套箍168。

图37描绘了手臂支承外骨骼100的实施方式，其中手臂连接器106还包括手臂连接机构162。手臂连接机构162能够将手臂连接器106连接至人的上臂204(在图2中示出)。手臂连接机构162可以包括从刚性材料、半刚性材料或柔性材料组成的组中选择的元件或元件的组合，从而防止人的上臂204(在图1中示出)与手臂连接器106分离。

图38描绘了手臂连接器106的实施方式，其中承载连接器160含有手臂旋转关节164。手臂旋转关节164允许手臂套箍168沿实质上平行于第一旋转轴线154的手臂套箍旋转轴线165相对于远端连杆152旋转。手臂旋转关节164允许手臂套箍168提供与人的上臂204(在图1中示出)的最大接触或者补偿远端连杆152与人的上臂204之间的移动偏差。

图39描绘了手臂连接器106的实施方式，其中手臂连接器106的位置可以相对于远端连杆152进行调节。在本发明的一些实施方式中，承载连接器160可以在平移关节166处相对于远端连杆152平移，从而得到手臂连杆机构104的手臂长度调节量243，以符合人的上臂长度242(参见图7)或补偿远端连杆152与人的上臂204(在图1中描绘出)之间的移动偏差。图40描绘了平移关节166的另一种实施方式，其中远端连杆152含有与承载连接器160配合的t形狭槽。承载连接器160含有相对于远端连杆152使承载连接器160的位置固定的锁定销169。

图41描绘了手臂连接器106的实施方式，其中承载连接器160允许人的上臂204(在图1中示出)随内/外旋转关节172内外旋转。内/外旋转关节172位于远端连杆附接件167与手臂套箍168之间。内/外旋转关节172围绕内外旋转轴线173旋转。在未描绘的另一种实施方式中，与放在手臂套箍168中的人的上臂204的滑动接触允许围绕内外旋转轴线173的旋转。

图42至图46描绘了手臂支承外骨骼100的各种实施方式，其中力矩产生器108包括张力产生器178。如图42所示，张力产生器178通过其第一张紧端部176连接至近端连杆150，并且通过其第二张紧端部177连接至远端连杆152。张力产生器178中的张力提供使远端连杆152围绕第一旋转关节151相对于近端连杆150屈曲的力矩280。在力矩产生器108的一些实施方式中，张力产生器178包括螺旋弹簧元件180。在力矩产生器108的一些实施方式中，张力产生器178包括将螺旋弹簧元件180连接至近端连杆150的线元件182。线元件182包括从钢丝绳、绳索、线缆、双股线、带、链或它们的任意组合组成的组中选择的元件或元件的组合。在力矩产生器108的一些实施方式中，在线元件182连接至近端连杆150之前，线元件182至少部分地环绕连接至远端连杆152的滑轮183。在一些实施方式中，滑轮183不相对于远端连杆152旋转。在一些实施方式中，滑轮183为包括在远端连杆152内的曲面。图42描绘了力矩产生器108的实施方式，其中螺旋弹簧元件180为拉伸弹簧。螺旋弹簧元件180在接合部179处连接至线元件182，并且在第二张紧端部177处连接至远端连杆152。

图43示出了力矩产生器108的大致示意图。张力产生器178在第一距离272处连接至近端连杆150。张力产生器178在第二距离270处围绕远端连杆起作用。张力产生器有效长度276为沿近端连杆150的第一距离272与沿远端连杆152的第二距离270之间的距离。张力产生器原始长度为对应于第一角度193为0值的张力产生器有效长度276。张力是弹簧常数、弹簧预载荷、张力产生器原始长度以及第一角度193为给定值时的张力产生器有效长度276的函数。力矩280使得远端连杆相对于肩部基部102屈曲。

图44至图46描绘了力矩产生器108的各种实施方式，其中张力产生器178包括螺旋弹簧元件180和线元件182。线元件182至少部分地环绕连接至远端连杆152的滑轮183。图44描绘了力矩产生器108的实施方式，其中螺旋弹簧元件180为与图42所示的取向不同的拉伸弹簧。螺旋弹簧元件180在接合部179处连接至线元件182，并且在第二张紧端部177处连接至远端连杆152。在一些实施方式中，线元件182在附接至近端连杆150之前至少部分地缠绕附接至远端连杆152的滑轮183。图45描绘了力矩产生器108的实施方式，其中螺旋弹簧元件180为压缩弹簧。螺旋弹簧元件180在接合部179处连接至线元件182，并且在第二张紧端部177处连接至远端连杆152。在一些实施方式中，线元件182在附接至近端连杆150之前至少部分地缠绕附接至远端连杆152的滑轮183。图46描绘了力矩产生器108的实施方式，其中螺旋弹簧元件180为与图45所示的取向不同的压缩弹簧。螺旋弹簧元件180在接合部179处连接至线元件182，并且在第二张紧端部177处连接至远端连杆152。在一些实施方式中，线元件182在附接至近端连杆150之前至少部分地缠绕附接至远端连杆152的滑轮183。应理解，在所有实施方式中，可以使用气弹簧、空气弹簧、弹性体或表现出类似性质的任意组合来代替螺旋弹簧元件180。

图47和图48描绘了力矩产生器108的实施方式，其中近端连杆150包括连接至张力产生器178的上部支架188。上部支架188的位置可以沿近端连杆150调节，从而调节张力产生器178所提供的力矩280。上部支架188的位置对应于图43的示意图中的第一距离272。在一些实施方式中，相对于近端连杆150通过上部支架螺杆187调节上部支架188的位置，其中上部支架188包括与上部支架螺杆187配合的螺纹特征。通过转动上部支架螺杆187，沿近端连杆150调节了上部支架188的位置。总的来说，上部支架188距离第一关节151越远，力矩280的幅值越大。图47描绘了相对于第一关节151处于伸展位置的上部支架188，产生较大的第一距离272(参见图43)。图48描绘了相对于第一关节151处于收起位置的上部支架188，产生较小的第一距离272(参见图42)。图49描绘了由力矩产生器108产生的、作为第一角度193的函数的力矩280针对图47和图48所描述的上部支架188的两个位置的两个曲线图。图47所示构造的力矩曲线用力矩曲线288表示。图48所示构造的力矩曲线用力矩曲线287表示。可以看出，相比于力矩曲线287，力矩曲线288具有更大的幅值。

图50和图51描绘了力矩产生器108的实施方式，其中远端连杆152包括连接至张力产生器178的下部支架190。下部支架190的位置可以沿远端连杆152调节，从而调节张力产生器178所提供的力矩280。下部支架190的位置对应于张力产生器178的预载荷。在一些实施方式中，相对于远端连杆152通过下部支架螺杆189调节下部支架190的位置，其中下部支架包括与下部支架螺杆189配合的螺纹特征。通过转动下部支架螺杆189，沿远端连杆152调节了下部支架190的位置。总的来说，下部支架190距离第一关节151越远，预载荷的量越小。图50描绘了相对于第一关节151处于伸长位置的下部支架190，产生较小的张力产生器178的预载荷。图51描绘了相对于第一关节151处于缩短位置的下部支架190，产生较大的张力产生器178的预载荷。图52描绘了由力矩产生器108产生的、作为第一角度193的函数的力矩280针对图50和图51所描述的下部支架190的两个位置的两个曲线图。图50所示构造的力矩曲线用力矩曲线290表示。图51所示构造的力矩曲线用力矩曲线289表示。与伸长的下部支架的力矩曲线290相比，缩短的下部支架的力矩曲线289具有更大的幅值。

图53至图55描绘了本发明的重要特征，其中当第一角度193大于或等于肘节角度195时，张力产生器178所提供的力矩280自动保持为实质上较小。即，当使用者将他们的手臂从第一角度193不大于或等于肘节角度195的第一位置移动至第一角度193大于或等于肘节角度195的第二位置时，张力产生器178将自动地从张力产生器178提供第一力矩的第一力矩模式(在手臂的第一位置处)变换到张力产生器178提供实质上较小的力矩的第二力矩模式(在手臂的第二位置处)。同样地，当使用者将他们的手臂从第二位置移回到第一位置时，张力产生器179将自动地从第二力矩模式变换到第一力矩模式。

图53示出了第一角度193大于180度并且手臂连杆机构104包括实质上位于第一关节151处的突出部186的构造。当第一角度193变为等于或大于肘节角度195时，突出部186在实质上以第一关节152为中心的位置处限制张力产生器178(图53所示的力产生器178的线元件182)。通过限制张力产生器178，突出部186防止张力产生器178越过第一关节151。由于受限制的张力产生器178的力实质上以第一关节151为中心，因此力矩280实质上保持为零。大于肘节角度195的第一角度193对应于人200打算将他/她的上臂204放置在他/她的侧面或从他/她的工具腰带上拾取工具的情形。在这些情形中，期望实质上较小的力矩280，从而允许人的上臂204自由地运动或者允许人的上臂204在不受施加的力矩280的阻抗下放置。这在非工作姿态期间产生人200的较大的整体舒适度。图54描绘了本发明的实施方式，其中突出部186由形成第一关节151的第一关节销184形成。图55描绘了本发明的实施方式，其中突出部186为近端连杆150的一部分。

图56描绘了在没有突出部186的情况下由力矩产生器108产生的、作为第一角度193的函数的力矩280的曲线图。在肘节角度195处，力矩280变为负值。力矩280的负值会阻碍人的上臂204的运动或者降低人200的舒适度。

图57描绘了在形成突出部186时由力矩产生器108产生的、作为第一角度193的函数的力矩280的曲线图。当第一角度193变为等于或大于肘节角度195时，突出部186限制张力产生器178，从而确保力矩280保持为实质上较小(如图53所描述的那样)。在肘节角度195之后，力矩280实质上变为零，从而针对剩下的第一角度193产生中立区域197。中立区域197允许人的上臂204在大于肘节角度195的第一角度193内以实质上为零的施加力矩280移动。中立区域197允许人200将他/她的上臂舒适地放置在中立位置或进行二次作业，例如伸入口袋或工具腰带。

图58和图59描绘了手臂支承外骨骼100的实施方式，其中近端连杆150的取向可以被调节并且相对于肩部基部102被保持到位。近端连杆偏移位置191被定义为在人200直立站立时近端连杆150相对于固定到肩部基部102的重力线208的取向。近端连杆偏移位置191在偏移调节关节159处被调节，该偏移调节关节159实质上在第一关节151的平面中旋转。肘节位置194表示第一关节角度193变为等于肘节角度195时远端连杆152的位置。通过调节近端连杆偏移位置191，相对于肩部基部102调节了肘节位置194。偏移角度199表示人200直立站立时近端连杆偏移位置191与重力线208之间的角度。图58示出了本发明的实施方式，其中偏移角度199相对较小。图59示出了本发明的实施方式，其中偏移角度199增大。图60示出了包括偏移调节关节159的手臂连杆机构104的分解实施例。偏移调节关节159允许近端连杆150相对于肩部基部102旋转。偏移调节关节159还可以将近端连杆150相对于肩部基部102的旋转锁定在特定的位置处。

图61描绘了由力矩产生器108产生的、作为远端连杆152相对于水平线209的角度的函数的力矩280的曲线图。力矩曲线291对应于偏移角度199为零时的构造。力矩曲线292对应于偏移角度199为50度时的构造，其指的是除非近端连杆152的角度在水平线209下方相对于40度升高，否则向上的力矩将不会向上推动人的手臂。由该曲线图可以观察到，可以通过调节偏移角度199来移动肘节位置。可以调节力矩产生器的偏移角度199来将肘节位置194相对于水平线209定位在特定角度。也可以调节力矩产生器的偏移角度199来在相对于水平线209的所需角度下产生具有特定峰值位置的力矩曲线。当存在突出部186时，针对近端连杆152超过肘节位置194的角度的两个曲线均形成中立区域197。当偏移角度199增大时，相对于人的上臂204的运动范围产生较大范围的中立区域197。

在一些实施方式中，下部支架190、上部支架188以及近端连杆偏移位置191均可以被调节，从而产生力矩280的所需的支承曲线。手臂重量力矩曲线198被定义为对抗人的上臂204、前臂206、手207和工具308的重量的力矩。图62描绘了力矩280的曲线，其中该曲线在实质上高于水平线209的角度下与手臂重量力矩曲线198匹配，并且大致抵消了手臂重量力矩曲线198。仰焊为可能需要这种力矩的使用者活动的一个范例。当远端连杆152的绝对角度相对于水平线209低于-60度时，力矩280的曲线进入力矩实质上为零的中立区域197。可以通过产生峰幅值与手臂重量力矩曲线相比减小的力矩280的、下部支架190的位置或上部支架188的位置来产生力矩280的这种曲线。然后，可以调节偏移角度199，以使力矩280的支承曲线移位，使得其针对所需的运动范围与手臂重量力矩曲线198紧密匹配。当与手臂重量力矩曲线198匹配时，幅值减小的支承力矩280对应于力矩280与手臂重量力矩曲线198匹配的较小范围的角度和较大的中立区域197。

图63描绘了在水平线209上方的一些角度下具有大于手臂重量力矩曲线198的值的、力矩280的另一个支承曲线。这在人200需要施加大于上臂204、前臂206、手207和工具308的组合重量的向上的力时是有用的。在天花板中钻孔为可能需要这种力矩的使用者活动的一个范例。当远端连杆152的绝对角度相对于水平线209低于-40度时，力矩280的曲线进入力矩实质上为零的中立区域197。可以通过产生与手臂重量力矩曲线198相比具有任意峰幅值的力矩280的、下部支架190的位置或上部支架188的位置来产生力矩280的这种曲线。然后，可以调节偏移角度199，以使力矩280的曲线移位，使得其针对所需的运动范围超过手臂重量力矩曲线198。当调节至手臂重量力矩曲线198时，幅值减小的支承力矩280对应于力矩280超过手臂重量力矩曲线198的较小范围的角度和较大的中立区域197。

图64描绘了在所有角度下的值均实质上等于手臂重量力矩曲线198的、力矩280的另一种可能的支承曲线。在整个运动范围中操控工具为可能需要这种力矩的使用者活动的例子。可以通过产生与手臂重量力矩曲线198相比峰幅值相等的力矩280的、下部支架190的位置或上部支架188的位置来产生力矩280的这种曲线。然后，可以调节偏移角度199，从而将力矩280的曲线的峰与手臂重量力矩曲线198的峰对齐。在关于水平线209偏离-90度以下时，力矩280进入力矩280实质上为零的中立区域197(未示出)。即使全部的向前运动范围都受到支承，当人的手臂204在人的躯干202背后反向延伸时，例如，当使用者的手伸向背部口袋时，中立区域197也提供实质上为零的力矩。

图65描绘了一种实施方式，其中承载结构112包括实质上位于人200背后的背部框架130，以及连接至背部框架130并且还连接至人的腿部228的下肢外骨骼304。背部框架130连接至手臂连杆机构104，并且支承来自手臂连杆机构104的反作用力214的至少一部分和反作用力矩215的至少一部分。背部框架130将反作用力214的至少一部分和反作用力矩215的至少一部分传递至下肢外骨骼304。下肢外骨骼304将反作用力214的至少一部分和反作用力矩215的至少一部分传递至地面310，产生地面反作用力311。美国专利8,894,592、8,070,700、8,945,028、8,057,410、7,947,004描述了可以连接至根据本发明的方面的手臂支承外骨骼100的下肢外骨骼的一些例子。

图66描绘了一种实施方式，其中承载结构112包括实质上位于人200的背后的背部框架130以及连接至背部框架130的躯干支承外骨骼302。美国专利及专利申请公开第2015/0230964号、第2014/0378882号、美国专利第9,308,112号和第9,022,956号描述了可以连接至根据本发明的方面的手臂支承外骨骼100的躯干支承外骨骼的一些例子。

Claims (29)

1.一种手臂支承外骨骼，其被构造为连接至人并且包括：

肩部基部，其被构造为连接至人的躯干；以及

手臂连杆机构，其被构造为连接至肩部基部，手臂连杆机构包括：

近端连杆；

远端连杆，其被构造为围绕旋转关节并且沿第一旋转轴线相对于近端连杆旋转；

至少一个手臂连接器，其附接至远端连杆并且适于将人的上臂连接至远端连杆；

张力产生器，其在张力产生器的第一端部处连接至近端连杆并且在张力产生器的第二端部处连接至远端连杆，其中张力产生器被构造为提供使远端连杆相对于近端连杆屈曲的力矩；以及

突出部，其实质上位于旋转关节处，其中：

肩部基部包括：承载结构，其连接至手臂连杆机构并且被构造为支承肩部基部上的反作用力和力矩；以及连接机构，其被构造为将承载结构连接至人的躯干并且使得肩部基部与人的躯干一致地移动；

其中人抬起手臂时近端连杆和远端连杆共线时的第一位置与人放下手臂时近端连杆和远端连杆变为共线时的第二位置之间的角度为肘节角度，当远端连杆延伸超过肘节角度时，突出部限制张力产生器，并且张力产生器所提供的力矩保持为实质上较小，从而允许人自由地移动人的上臂；并且

当突出部不限制张力产生器时，通过张力产生器产生的所述力矩使远端连杆相对于近端连杆屈曲，从而减小抬起人的上臂所需的人肩部的力和力矩。

2.一种手臂支承外骨骼，其被构造为连接至人并且包括：

肩部基部，其被构造为连接至人的躯干；以及

手臂连杆机构，其被构造为连接至肩部基部，手臂连杆机构包括：

近端连杆；

远端连杆，其被构造为围绕旋转关节并且沿第一旋转轴线相对于近端连杆旋转；

至少一个手臂连接器，其附接至远端连杆并且适于将人的上臂连接至远端连杆；

张力产生器，其在张力产生器的第一端部处连接至近端连杆并且在张力产生器的第二端部处连接至远端连杆，并且被构造为提供使远端连杆相对于近端连杆屈曲的力矩；以及

突出部，其实质上位于旋转关节处并且被构造为当远端连杆延伸超过肘节角度时在实质上以旋转关节为中心的位置处限制张力产生器，该肘节角度为人抬起手臂时近端连杆和远端连杆共线时的第一位置与人放下手臂时近端连杆和远端连杆变为共线时的第二位置之间的角度，其中：

肩部基部包括：承载结构，其连接至手臂连杆机构并且被构造为支承肩部基部上的反作用力和力矩；以及连接机构，其被构造为将承载结构连接至人的躯干并且使得肩部基部与人的躯干一致地移动；

当突出部限制张力产生器时，力矩保持为实质上较小，从而允许人自由地移动人的上臂。

3.一种手臂支承外骨骼，其被构造为连接至人并且包括：

肩部基部，其被构造为连接至人的躯干；以及

手臂连杆机构，其被构造为连接至肩部基部，手臂连杆机构包括：

近端连杆；

远端连杆，其被构造为围绕旋转关节并且沿着与近端连杆形成第一角度的第一旋转轴线相对于近端连杆旋转；

至少一个手臂连接器，其附接至远端连杆并且适于将人的上臂连接至远端连杆；

至少一个力矩产生器，其连接至近端连杆和远端连杆并且被构造为在近端连杆与远端连杆之间产生力矩；以及

突出部，其实质上位于第一旋转轴线的旋转关节处并且被构造为当远端连杆延伸超过肘节角度时限制至少一个力矩产生器，该肘节角度为人抬起手臂时近端连杆和远端连杆共线时的第一位置与人放下手臂时近端连杆和远端连杆变为共线时的第二位置之间的角度，其中：

肩部基部包括：承载结构，其连接至手臂连杆机构并且被构造为支承肩部基部上的反作用力和力矩；以及连接机构，其被构造为将承载结构连接至人的躯干并且使得肩部基部与人的躯干一致地移动；

当近端连杆与远端连杆之间的角度小于肘节角度时，通过至少一个力矩产生器在近端连杆与远端连杆之间产生的所述力矩使远端连杆相对于近端连杆屈曲，从而减小抬起人的上臂所需的人肩部的力和力矩，并且对肩部基部施加反作用力和力矩；并且

当近端连杆与远端连杆之间的角度大于肘节角度时，通过至少一个力矩产生器在近端连杆与远端连杆之间产生的所述力矩实质上较小，从而允许人自由地移动人的上臂。

4.根据权利要求1所述的手臂支承外骨骼，其中，承载结构包括：

背部框架，其被构造为实质上位于人的背部背后，背部框架连接至手臂连杆机构并且被构造为支承来自手臂连杆机构的反作用力和力矩的至少一部分；以及

至少一条髋部承载带，其连接至背部框架，其中髋部承载带将反作用力和力矩的至少一部分从背部框架传递至人的髋部。

5.根据权利要求1所述的手臂支承外骨骼，其中，承载结构包括：

背部框架，其被构造为实质上位于人的背部背后，背部框架连接至手臂连杆机构并且被构造为支承来自手臂连杆机构的反作用力和力矩的至少一部分；以及

下肢外骨骼，其被构造为连接至背部框架和人的腿部，其中下肢外骨骼将反作用力和力矩的至少一部分从背部框架传递至人站立处的支承表面。

6.根据权利要求4所述的手臂支承外骨骼，其中，背部框架包括：

上部框架，其连接至手臂连杆机构；

下部框架，其连接至髋部承载带；以及

脊柱框架，其中脊柱框架在脊柱框架的上端部处连接至上部框架并且在脊柱框架的下端部处旋转地连接至下部框架，从而允许上部框架在人的冠状面中相对于下部框架旋转。

7.根据权利要求4所述的手臂支承外骨骼，其中，背部框架包括：

上部框架，其连接至手臂连杆机构；

下部框架，其连接至髋部承载带；以及

脊柱框架，其中脊柱框架在脊柱框架的下端部处连接至下部框架并且在脊柱框架的上端部处旋转地连接至上部框架，从而允许上部框架沿脊柱框架的主轴线相对于下部框架旋转。

8.根据权利要求7所述的手臂支承外骨骼，其中，下部框架包括：

下部中间杆；以及

第一下部拐角杆和第二下部拐角杆，其中第一下部拐角杆和第二下部拐角杆各自适于在下部中间杆上的多个位置处连接至下部中间杆，从而为下部框架提供选择性的髋部宽度调节量。

9.根据权利要求7所述的手臂支承外骨骼，其中，下部框架还包括第一下部侧支架和第二下部侧支架，并且其中第一下部侧支架和第二下部侧支架各自在下部框架上的多个位置处连接至下部框架，从而为下部框架提供选择性的髋部深度调节量。

10.根据权利要求7所述的手臂支承外骨骼，其中，上部框架包括：

上部中间杆；以及

第一上部拐角杆和第二上部拐角杆，其中第一上部拐角杆和第二上部拐角杆各自在上部中间杆上的多个位置处连接至上部中间杆，从而为上部框架提供选择性的肩部宽度调节量。

11.根据权利要求7所述的手臂支承外骨骼，其中，上部框架还包括第一上部侧支架和第二上部侧支架，并且其中第一上部侧支架和第二上部侧支架各自在上部框架上的多个位置处连接至上部框架，从而为上部框架提供选择性的肩部深度调节量。

12.根据权利要求4所述的手臂支承外骨骼，其中，背部框架还包括上部框架，该上部框架包括至少一个吊带结构，所述吊带结构跨过背部框架中的弯曲部并且被构造为将所述反作用力的至少一部分均匀地分配到人的肩部。

13.根据权利要求6所述的手臂支承外骨骼，其中，连接机构包括：

胸带，其被构造为至少部分地环绕人的胸部并且实质上在人背后的位置处连接至上部框架；以及

第一锚固带和第二锚固带，它们将胸带连接至上部框架并且被构造为在人的相应的肩部的上方延伸，其中将胸带以及第一锚固带和第二锚固带连接至上部框架允许上部框架与人的胸部及肩部一致地移动。

14.根据权利要求1所述的手臂支承外骨骼，其中，连接机构包括从腰带、背心、胸带、肩带以及它们的组合组成的组中选择的元件。

15.根据权利要求1所述的手臂支承外骨骼，其中，连接机构适于通过多个安全背带附接点连接至人穿戴的安全背带，而不修改安全背带。

16.根据权利要求3所述的手臂支承外骨骼，其中，力矩产生器包括张力产生器，所述张力产生器在张力产生器的第一端部处连接至近端连杆并在张力产生器的第二端部处连接至远端连杆，其中张力产生器中的张力提供使远端连杆相对于近端连杆屈曲的力矩。

17.根据权利要求16所述的手臂支承外骨骼，其中，张力产生器包括螺旋弹簧元件。

18.根据权利要求17所述的手臂支承外骨骼，其中，张力产生器包括将螺旋弹簧元件连接至近端连杆的线元件。

19.根据权利要求18所述的手臂支承外骨骼，其中，在线元件连接至近端连杆之前，线元件至少部分地环绕连接至远端连杆的滑轮。

20.根据权利要求16所述的手臂支承外骨骼，其中，当远端连杆延伸超过肘节角度时，突出部限制张力产生器，使得张力产生器所提供的力矩保持为实质上较小。

21.根据权利要求16所述的手臂支承外骨骼，其中，近端连杆的取向可以沿实质上平行于第一旋转轴线的轴线相对于肩部基部被调节并被保持就位，从而允许相对于肩部基部调节肘节角度的位置。

22.根据权利要求16所述的手臂支承外骨骼，其中，近端连杆包括连接至张力产生器的上部支架，并且其中上部支架的位置可以沿近端连杆被调节，从而调节张力产生器所提供的力矩。

23.根据权利要求16所述的手臂支承外骨骼，其中，远端连杆包括连接至张力产生器的下部支架，并且其中下部支架的位置可以沿远端连杆被调节，从而调节张力产生器的预加载力。

24.根据权利要求3所述的手臂支承外骨骼，其中，手臂连杆机构包含至少一个水平旋转关节，所述水平旋转关节允许近端连杆围绕第二旋转轴线相对于肩部基部旋转，第二旋转轴线实质上与大致穿过人的盂肱关节的第一旋转轴线正交。

25.根据权利要求3所述的手臂支承外骨骼，其中，肩部基部包括至少一个肩部支架，所述肩部支架允许手臂连杆机构与肩部基部的快速连接和断开连接。

26.根据权利要求3所述的手臂支承外骨骼，其中，肩部基部包括至少一个肩部支架，所述肩部支架将手臂连杆机构连接至肩部基部，使得手臂连杆机构的位置能够相对于肩部基部被调节。

27.根据权利要求3所述的手臂支承外骨骼，其中，手臂连杆机构包含至少一个旋转关节，所述旋转关节允许近端连杆沿实质上与重力线正交的至少一条肩胛旋转轴线相对于肩部基部旋转。

28.根据权利要求3所述的手臂支承外骨骼，其中，肩部基部包括至少一个肩部支架，所述肩部支架旋转地连接至肩部基部并且连接至手臂连杆机构，其中所述肩部支架沿装载轴线旋转并且能够保持静止，从而允许手臂连杆机构实质上在人的工作区之外被存放在人的背后。

29.一种手臂支承外骨骼，其被构造为连接至人并且包括：

肩部基部，其被构造为连接至人的躯干并且包括承载结构，该承载结构包括背部框架，其被构造为实质上位于人的背部背后；

下肢外骨骼，其被构造为连接至背部框架并且还连接至人的腿部，以将反作用力的至少一部分和反作用力矩的至少一部分传递至地面, 产生地面反作用力；

连接机构，其被构造为将肩部基部连接至人的躯干并且使得背部框架与人的躯干一致地移动；以及

至少一个手臂连杆机构，其被构造为连接至肩部基部，手臂连杆机构包括：

近端连杆；

远端连杆，其被构造为围绕第一旋转轴线相对于近端连杆旋转；

至少一个手臂连接器，其附接至远端连杆并且适于将人的上臂连接至远端连杆；

至少一个力矩产生器，其连接至近端连杆和远端连杆并且被构造为在近端连杆与远端连杆之间产生力矩；以及

突出部，其实质上位于第一旋转轴线的旋转关节处并且被构造为限制至少一个力矩产生器，其中：

肩部基部包括：承载结构，其连接至手臂连杆机构并且被构造为支承肩部基部上的反作用力和力矩；以及连接机构，其被构造为将承载结构连接至人的躯干并且使得肩部基部与人的躯干一致地移动；

当近端连杆与远端连杆之间的角度小于肘节角度时，通过至少一个力矩产生器在近端连杆与远端连杆之间产生的所述力矩使远端连杆相对于近端连杆屈曲，从而减小抬起人的上臂所需的人肩部的力和力矩，并且对肩部基部施加反作用力和力矩，该肘节角度为人抬起手臂时近端连杆和远端连杆共线时的第一位置与人放下手臂时近端连杆和远端连杆变为共线时的第二位置之间的角度；并且

当近端连杆与远端连杆之间的角度大于肘节角度时，通过至少一个力矩产生器在近端连杆与远端连杆之间产生的所述力矩实质上较小，从而允许人自由地移动人的上臂。

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