CN108015743B - 运动辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种运动辅助装置，该运动辅助装置包括：支架(2、3、5、6、11；23、24、32、35)，此支架被构造成由使用者佩戴；辅助马达(4、34)，该辅助马达与所述支架关联地设置成辅助使用者的预定运动；控制单元(10；40)，该控制单元用于控制所述辅助马达的操作；以及姿势检测传感器(8、18；38)，该姿势检测传感器连接至所述控制单元以用于检测使用者的姿势。所述控制单元构造成当所述姿势检测传感器检测到使用者的预定姿势时启动所述辅助马达，从而能使使用者的身体的除被直接辅助的部位以外的部位上的负载最小化。

Description

运动辅助装置

技术领域

本发明涉及用于辅助使用者的预定运动的运动辅助装置。

背景技术

在公知的膝关节运动辅助装置中，上框架固定至使用者的大腿，并且下框架固定至使用者的相应的小腿。与定位在使用者的膝盖的外侧上的驱动单元配合的可旋转支撑单元使上框架与下框架可枢转地相互连接。控制单元经由用于检测使用者的动作的加速度传感器检测使用者的运动，并且驱动单元基于使用者的预定运动的检测向可旋转支撑单元提供驱动力从而可旋转支撑单元可辅助使用者的运动。参见JP2015-173739A。

根据传统的膝关节运动辅助装置，取决于使用者在发起诸如从地板表面提起物体之类的某运动时的姿势，过度的负载可能施加至身体的诸如髋关节之类的其他部分从而使用者不能充分得到膝关节运动辅助装置的益处。而且，如果在发起某运动时使用者的姿势不恰当，则驱动单元上的负载可能增大从而能量消耗增大，导致电池寿命较短。

发明内容

鉴于现有技术的这些问题，本发明的首要目的是提供一种能使使用者的身体的除被直接辅助的部位以外的部位上的负载最小化的运动辅助装置。

本发明的第二目的是提供一种能使辅助使用者的预定运动的能量消耗最小的运动辅助装置。

为了实现这些目的，本发明提供一种运动辅助装置，该运动辅助装置包括：支架(2、3、5、6、11；23、24、32、35)，该支架构造成由使用者佩戴；驱动单元(4、34)，该驱动单元与所述支架关联地设置以辅助使用者的预定运动；控制单元(10；40)，该控制单元用于控制所述驱动单元的操作；以及姿势检测传感器(8、18；38)，该姿势检测传感器连接至所述控制单元以用于检测使用者的姿势，其中，所述控制单元被构造成当所述姿势检测传感器检测到使用者的预定姿势时启动所述驱动单元。

因此，控制单元能在使用者采取用于运动辅助装置的操作的最佳姿势时启动驱动单元。

优选地，所述控制单元被构造成当所述姿势检测传感器检测到使用者的以下姿势时辅助使用者的关节的运动，即：使用者的身体的除该关节以外的部位需要相对较大的力，或者需要相对较小的力来辅助所述关节的运动。本文中使用的姿势可能不仅是指使用者的预定瞬时姿势而且是使用者采取一段时间的某一范围的姿势。

因此，使用者能以使使用者的舒适度最大化的方式从运动辅助装置获得辅助力。另选地或者此外，能够使驱动单元的能量消耗最小化。而且，使用者受运动辅助装置鼓励而习得进行预定运动过程中的最佳姿势。

根据本发明的优选实施方式，所述支架包括固定至位于膝关节上方的身体部位的上构件以及固定至位于所述膝关节下方的身体部位的下构件，所述控制单元被构造成当所述姿势检测传感器检测到使用者的肘部已与使用者的膝盖或者大腿部的上表面接触时辅助所述膝关节的伸展运动。

因此，使用者能够以使由使用者的身体的诸如髋关节之类的其他部位需要的努力最少的方式进行诸如从地板提起物体之类的预定运动。

根据本发明的特别优选的实施方式，所述驱动单元被构造成当所述姿势检测传感器检测到使用者的两个肘部都与使用者的相应的膝盖或者大腿部的上表面接触时辅助所述膝关节的伸展运动。

因此能以可靠的方式检测使用者的预定姿势。

优选地，所述姿势检测传感器构造成检测作用在所述肘部与所述膝盖或者所述大腿部的所述上表面之间的压力或者力。

因此，姿势检测传感器可以由相对便宜的压力传感器构成，或者由接触开关或者接近开关构成。

根据本发明的另一优选实施方式，所述支架包括固定至位于髋关节上方的身体部位的上构件以及固定至位于所述髋关节下方的身体部位的下构件，所述控制单元被构造成当所述姿势检测传感器检测到使用者的膝关节的弯曲角度小于预定值并且所述髋关节的弯曲角度大于预定角度时辅助所述髋关节的伸展运动。

因此，使用者能够以使由使用者的身体的诸如膝关节之类的其他部位需要的努力最少的方式进行诸如从地板提起物体之类的预定运动。

优选地，所述驱动单元被构造成当所述姿势检测传感器检测到使用者的所述膝关节的所述弯曲角度两者均小于预定值并且所述髋关节的所述弯曲角度两者均大于预定角度时辅助所述髋关节的伸展运动。

因此能以可靠的方式检测使用者的预定姿势。

优选地，所述姿势检测传感器被构造成检测大腿的绝对角度或者所述大腿相对于小腿的角度。

因此，姿势检测传感器可以由相对便宜的诸如角度传感器之类的传感器构成，或者由陀螺仪传感器以及电子水平传感器构成。

附图说明

图1是佩戴根据本发明的第一实施方式的膝关节运动辅助装置的使用者的前视图；

图2是膝关节运动辅助装置的控制单元的功能框图；

图3a是佩戴膝关节运动辅助装置并伏在待提起的物体上方的使用者的简化侧视图；

图3b是类似于图3a的视图，在此视图中，使用者蹲下准备从地板表面提起物体；

图4是示出提起物体涉及的力如何传递的示图；

图5是佩戴膝关节运动辅助装置并且蹲下准备从地板表面提起物体的使用者的简化侧视图；

图6是示出辅助扭矩与膝关节的跖屈角度之间的关系的图表；

图7是示出第一实施方式的控制单元的操作的模式的流程图；

图8是类似于图5的视图，示出第一实施方式的变型；

图9是类似于图1的视图，示出佩戴根据本发明的第二实施方式的髋关节运动辅助装置的使用者；

图10是髋关节运动辅助装置的控制单元的功能框图；

图11a是佩戴髋关节运动辅助装置并且蹲下准备从地板表面提起物体的使用者的简化侧视图；

图11b类似于图11a的视图，其中使用者伏在待提起的物体上方；

图12是示出辅助扭矩与髋关节的弯曲角度之间的关系的图表；以及

图13是示出第二实施方式的控制单元的操作的模式的流程图。

具体实施方式

下文中参照附图描述本发明的优选实施方式。

(第一实施方式)

首先，下文中参照图1至图8描述根据本发明的第一实施方式的膝关节运动辅助装置1。图1是由使用者H佩戴着的膝关节运动辅助装置1的前视图。膝关节运动辅助装置1关于使用者H的矢状平面基本对称，并且包括仅设置在右侧与左侧中的一者上的少量元件。在下文中，对称地设置至左侧与右侧的元件由具有表示左侧的后缀“L”或者表示右侧的后缀“R”的相同的附图标记标示，并且下文中合适时仅描述位于使用者的一侧上的部件，标示这样的零件的附图标记不加后缀。

膝关节运动辅助装置1包括：大腿臂2(股骨部分)，此大腿臂沿使用者的大腿的至少下部的外侧延伸；以及小腿臂3(胫骨部分)，此小腿臂沿使用者的小腿的至少上部的外侧延伸，并且小腿臂3经由沿横向方向延伸的枢轴在上端处连接至大腿臂2的下端。大腿臂2与小腿臂3之间的接头设置有用于产生辅助扭矩T的辅助马达4，此辅助扭矩选择性地沿相对于大腿臂2延伸的(向前的)方向驱策小腿臂3以及沿相对于大腿臂2弯曲的(向后的)方向驱策小腿臂3。特别地，辅助马达4对小腿臂3施加辅助扭矩T，并且其反作用力由大腿臂2支撑。

大腿臂2的上部设置有带5，该带用于通过绕使用者H的大腿缠绕而将使用者H的大腿保持至大腿臂2。小腿臂3的下部设置有带6，该带用于通过绕使用者H的小腿缠绕而将使用者H的小腿保持至小腿臂3。因此，由辅助马达4施加的辅助扭矩T能够施加至使用者H的大腿与小腿而不会引起不适。大腿臂2、小腿臂3以及带5和6可以统称作辅助力传递构件。

辅助马达4设置有角度传感器7，此角度传感器用于检测大腿臂2与小腿臂3之间的角度θ或者使用者H的大腿与小腿之间的角度。用于大腿臂2的带5设置有压力传感器8，此压力传感器测量作用在使用者H的大腿或者膝盖的表面上的压力。

使用者H佩戴围绕腰部的带11，并且带11支撑用于控制用于右腿与左腿的辅助马达4的控制单元10，还支撑电池9。电池9向控制单元10、辅助马达4以及角度传感器7供应电流。控制单元10根据压力传感器8以及角度传感器7的输出信号控制辅助马达4的输出扭矩。因此，使得膝关节运动辅助装置1能够辅助小腿绕膝关节相对于大腿的跖曲移动，或者说使用者H的膝关节运动。特别地，所示实施方式的膝关节运动辅助装置1构造成当使用者H提起放置在诸如搁架的上表面或者地板表面之类的下表面上的物体O时辅助膝关节的跖曲运动。

图2是图1中所示的控制单元10的功能框图。如图2中所示，控制单元10包括姿势确定单元13，该姿势确定单元用于确定使用者H的由作用在使用者的大腿或者膝盖的上表面上的压力P产生的姿势。在所示实施方式中，姿势确定单元13确定使用者H的两个肘部放置在相应的膝盖或者大腿上。另选地，姿势确定单元13也可以构造成确定使用者H的至少一个肘部放置在相应的膝盖或者大腿上。

辅助扭矩设定单元14使用姿势确定单元13的确定结果。辅助扭矩设定单元14根据由各个角度传感器7R与7L检测的右膝盖与左膝盖的弯曲角度θR与θL确定辅助马达4的辅助扭矩TR与TL。计算的辅助扭矩TR与TL转换成相应的电流值，并且马达驱动器(附图中未示出)从电池9向各个辅助马达4供应相应的电流从而从辅助马达4产生所需的辅助扭矩。更具体地说，当使用者H的两个肘部放置在相应的膝盖或者大腿上时，从两个辅助马达4产生辅助扭矩。换言之，控制单元10在检测到使用者H的肘部放置在相应的膝盖或者大腿上时开始用于两个膝关节的运动的辅助操作。

图3a是示出膝盖挺直将要提起物体O的使用者H的姿势的简化侧视图，并且图3b是膝盖弯曲并且肘部放置在相应的膝盖上的情况下的相似视图。当使用者将要从地板表面F提起物体O时，起初使用者的躯干在待提起的物体上方弯曲(通过使躯干绕髋关节相对于大腿跖曲)同时膝盖保持挺直，如图3a中所示。但是此姿势不适于使用者直接提起物体，因为该姿势张拉使用者的身体的各个部位。

因此，使用者于是如图3b中所示弯曲膝盖直到使用者的肘部触及相应的膝盖的上表面。此后，使得使用者能够通过挺直髋关节与膝关节提起物体而不对使用者的身体的各个部位造成任何过度的张拉。

图4是用于解释提起物体O的过程中负载L如何传递至使用者的身体的各个部位的视图。当使用者蹲下，髋关节与膝关节弯曲从而肘部放置在相应的膝盖的上表面上时，负载可经由使用者的小腿和肘部部分地由小腿支撑。在此情况下使用者能稍稍提起物体O而不显著对使用者的髋关节或者膝关节加载。

根据所示实施方式，辅助扭矩设定单元14利用将使用者的肘部放置在相应的膝盖上的检测作为触发而开始两个膝盖的膝盖运动的辅助，因为使用者的肘部放置在相应的膝盖上这样的姿势适于支撑物体O的负载而不对使用者的身体的各个部位造成任何过度的张拉。

能够在从地板提起物体的过程中保持髋关节与膝关节上的负载小的姿势不限于图3b中所示的姿势。肘部可接触大腿的位于膝盖稍后部的部分而不对髋关节与膝关节造成任何过度的张拉从而在从地板提起物体的过程中不对髋关节与膝关节造成任何过度的张拉。

如图3中所示，压力传感器8从大腿的带5延伸至膝盖的上表面或者沿大腿的长度具有预定长度。因此，压力传感器8能检测肘部的不仅在膝盖上而且在大腿的更后部上的压力。

因此，当两个压力传感器8检测到来自肘部的压力或者当使用者采取适于从地板表面F提起物体的姿势时，膝关节运动辅助装置1开始使用者的膝关节的辅助操作。当使用者重复使用膝关节运动辅助装置1时，使用者会习惯提起物体时的此姿势，并且最终当从地板表面提起物体时会训练有素地或者被促使采取此姿势。

图6是示出膝关节的弯曲角度θ与由辅助扭矩设定单元14设定的辅助扭矩T之间的关系的图表。膝关节的小的弯曲角度θ意味着使用者H处于直立姿势，并且膝关节的大的弯曲角度θ意味着使用者H坐下或者蹲下或者处于采取这样的姿势的过程中。当膝关节的弯曲角度θ对应于使用者H的站立姿势时辅助扭矩设定单元14将辅助扭矩T设定至零，并且辅助扭矩设定单元14以与膝盖的弯曲角度θ的增大成比例的方式增大辅助扭矩T。

通过以此方式将辅助扭矩设定单元14构造成提供辅助扭矩T，膝关节运动辅助装置1在用于物体O的提起运动的起始阶段向使用者H提供相当大的辅助扭矩T，并且随着提起运动的进行减小辅助扭矩T。当物体O完全被提起并且膝关节的弯曲角度θ基本等于零时，辅助扭矩T变得等于零。因此，膝关节运动辅助装置1能以舒适并且顺畅的方式辅助使用者H提起物体O。

图7是由图2中所示的控制单元10进行的辅助控制的流程图。当打开电力供应时，控制单元10开始辅助控制以便在左右辅助马达4中产生辅助扭矩T。在执行主流程(附图中未示出)过程中，控制单元10周期性地确定使用者H的两个肘部是否搁在相应的膝盖上(步骤ST1)。当由右压力传感器8R与左压力传感器8L检测的压力P两者都大于预定值时步骤ST1的确定结果为“是”，否则为“否”。

当步骤ST1的确定结果为“否”时，程序流程返回至主流程。当步骤ST1的确定结果为“是”时，控制单元10开始膝盖辅助操作(步骤ST2)。在膝盖辅助操作过程中，当膝盖弯曲角度θ对应于使用者H的站立姿势时，控制单元10将辅助扭矩T设定至零，并且经由左右辅助马达4将辅助扭矩T设定至与膝盖弯曲角度θ成比例的值，如图6中所示。因此，使用者H在提起物体O的过程中被膝关节运动辅助装置1以有利的方式辅助。

此后，控制单元10确定两个膝盖是否都伸展(步骤ST3)。当由左右角度传感器7检测到左右膝关节的弯曲角度θ两者都等于或者小于预定值(例如，0度)时，步骤ST3的确定结果为“是”，否则为“否”。当步骤ST3的确定结果为“是”时，控制单元10关闭膝盖辅助操作(步骤ST4)，并且返回至主流程。当步骤ST3的确定结果为“否”时，控制单元10继续步骤ST2的膝盖辅助操作。

因此，所示实施方式的运动辅助装置在使用者的每一侧上包括：支架，此支架包括大腿臂2和小腿壁3，该大腿臂经由带5固定至使用者H的相应的大腿，该小腿臂具有可枢转地连接至大腿臂2的下端的上端并且经由带6固定至使用者H的相应的小腿；驱动单元，该驱动单元由连接在大腿臂2与小腿臂3之间以实现二者之间的角运动的辅助马达7构成；压力传感器8，该压力传感器附接至使用者H的膝盖或者大腿部的上表面以用于检测使用者H的姿势；以及控制单元10，该控制单元10用于当压力传感器8检测到使用者的肘部正向使用者H的膝盖或者大腿部的上表面施加压力时命令辅助马达7产生辅助扭矩。因此，当过度的张拉会置于使用者的髋关节以及/或者膝关节上时(例如当使用者H站立时)所示实施方式的膝关节运动辅助装置1不启动辅助马达7。因此，当使用者的姿势可能造成使用者的髋关节以及/或者膝关节上的张拉时，使用者被阻止从地板表面F提起物体O。

使用者触发膝关节运动辅助装置1的操作的姿势被确定成其中使用者的髋关节以及/或者膝关节上经历相对较小的张拉这样的姿势，并且此姿势能被检测成由使用者的肘部施加至使用者的膝盖或者大腿部的上表面的压力。因此，以采取适当姿势进行诸如从地板表面提起物体之类的预定动作这样的方式教导使用者。

当使用者H提起物体O时大腿臂2与小腿臂3向大腿与小腿传递辅助膝关节的辅助扭矩T，并且压力传感器8检测肘部接触使用者H的膝盖或者大腿部的上表面这样的姿势。因此，当使用者H发起提起物体O的运动时，在使用者的姿势使得髋关节上的张拉最小时辅助扭矩T传递至小腿。应注意，辅助扭矩T也可以传递至大腿以及地面。即便在这样的情况下，根据本发明也能够辅助使用者的运动。

压力传感器8检测由使用者H的肘部施加至膝盖或者大腿部的上表面的压力P。因此，能够容易地检测使用者H已经采取了髋关节上的负载轻的姿势。

参照图8，以下描述根据本发明的变型实施方式的膝关节运动辅助装置1。图8是示出由已经蹲下并且将肘部放置在膝盖上的使用者佩戴的变型实施方式的膝关节运动辅助装置1的侧视图。对于该变型实施方式，由相同附图标记标示与先前实施方式对应的部件，无需描述这些部件以避免冗余。

在此实施方式中，膝关节运动辅助装置1设置有经由肘部带17附接至肘部而非膝盖或者小腿的压力传感器18。在此情况下，同样地，压力传感器18检测由肘部施加至膝盖或者小腿的压力。更准确地说，当位于使用者的相应肘部上的压力传感器18两者均检测到由相应的肘部施加至膝盖或者小腿部分的压力时，控制单元10检测到使用者H处于适于提起物体的姿势。因此，膝关节运动辅助装置1能够通将压力传感器18的检测结果作为用于辅助使用者的膝关节的触发器而开始辅助左右膝关节的运动。

可以在膝盖带5或者肘部带17上设置接触开关18(压力开关或者接近开关)代替压力传感器，此接触开关构造成被施加至此的压力启动。因此，开关18起用于检测使用者H的姿势的传感器的作用。在此情况下，同样地，当位于使用者的相应肘部或者相应膝盖上的开关18两者均检测到由相应的肘部施加至膝盖或者小腿的压力时，控制单元10检测到使用者H处于适于提起物体的姿势。

(第二实施方式)

下文中参照图9至图11描述根据本发明的第二实施方式的髋关节运动辅助装置21。

图9是由使用者H佩戴着的髋关节运动辅助装置21的前视图。髋关节运动辅助装置21关于使用者H的矢状平面基本对称，并且包括仅设置在右侧与左侧中的一者上的少量元件。在下文中，对称地设置至左侧与右侧的元件由具有表示左侧的后缀“L”或者表示右侧的后缀“R”的相同的附图标记标示，并且下文中合适时仅描述位于使用者的一侧上的部件，标示这样的零件的附图标记不加后缀。

髋关节运动辅助装置21包括骨盆支撑构件22，此骨盆支撑构件构造成以类似于普通带的方式佩戴在使用者的骨盆部分上。骨盆支撑构件22包括：沿使用者H的背部延伸的相对硬的后部；以及柔性带部23，此柔性带部通常以可拆卸地方式(但是附图中未示出)连接在所述后部的两个横向端部之间并且沿使用者H的前侧延伸。骨盆支撑构件22进一步包括一对侧部框架构件24，这一对侧部框架构件连接至所述后部的各个横向端部，并且向下延伸至对应使用者H的髋关节的部分。

各个侧部框架构件24的下端经由在横向方向上延伸的枢轴连接至大腿臂32的上端。侧部框架构件24与大腿臂32之间的接头设置有用于产生辅助扭矩T的辅助马达34，此辅助扭矩选择性地沿相对于侧部框架构件24延伸的(向后的)方向驱策大腿臂32以及沿相对于侧部框架构件24弯曲的(向前的)方向驱策大腿臂32。特别地，辅助马达34对大腿臂32施加辅助扭矩T，并且其反作用力由侧部框架构件24支撑。

大腿臂32的下部设置有带35，此带用于通过绕使用者H的大腿缠绕而将使用者H的大腿支撑至大腿臂32。因此，由辅助马达34施加的辅助扭矩能够施加至使用者H的小腿而不会引起不适。侧部框架构件24、大腿臂32以及带35可以统称作辅助力传递构件。

辅助马达34设置有角度传感器37，此角度传感器用于检测侧部框架构件24与大腿臂32之间的角度θ或者使用者H的骨盆部与小腿之间的角度。用于大腿臂32的带35设置有角度传感器38，此角度传感器测量大腿的相对于竖直线(铅垂线)的角度。角度传感器38可以由能检测使用者的大腿相对于重力的方向的角度的陀螺仪传感器或者加速度传感器构成。

骨盆支撑构件22的后部支撑用于控制用于右腿与左腿的辅助马达34的控制单元40，还支撑电池39。电池39向控制单元40、辅助马达34以及髋关节角度传感器37和大腿角度传感器38供应电流。控制单元40根据这些角度传感器37和38的输出信号控制辅助马达34的输出扭矩。因此，在如下文中将描述的预定控制过程中，使得髋关节运动辅助装置21能够辅助大腿的绕使用者H的髋关节相对于骨盆的跖曲移动。特别地，所示实施方式的髋关节运动辅助装置21构造成当使用者H提起物体O时辅助髋关节的跖曲运动。

图10是图9中所示的控制单元40的功能框图。如图10中所示，控制单元40包括姿势确定单元43，此姿势确定单元用于确定使用者H的由作用在使用者的大腿部或者膝盖的上表面上的压力P产生的姿势。姿势确定单元43确定使用者H的两个肘部放置在相应的膝盖或者大腿上。

辅助扭矩设定单元44使用姿势确定单元43的确定结果。辅助扭矩设定单元44根据由各个角度传感器37R与37L检测的右大腿与左大腿的弯曲角度θR与θL确定辅助马达34的辅助扭矩TR与TL。计算出的辅助扭矩TR与TL转换成相应的电流值，并且马达驱动器从电池39向相应的辅助马达34供应相应的电流，从而从辅助马达34产生所需的辅助扭矩。更具体地说，当大腿角度传感器38检测到使用者的大腿直立，并且髋关节弯曲(躯干关于大腿成角度)时，从两个辅助马达34产生辅助扭矩。换言之，控制单元40在检测到使用者H的大腿处于直立姿势并且髋关节弯曲时开始用于两个髋关节的运动的辅助操作。

图11a是示出膝盖弯曲并且伏在待提起的物体上将要提起物体O的使用者H的姿势的简化侧视图。当使用者试图以此姿势提起物体O时，需要在伸展髋关节的同时伸展膝盖。辅助马达34辅助髋关节的运动，但是不辅助膝关节的运动。因此，大量负载施加至使用者的膝盖。

图11b是膝盖挺直时的类似视图。当使用者从地板表面F提起物体O时，由于膝关节已经伸展，在提起运动基本完全由借助辅助马达的辅助的髋关节的运动完成时膝关节基本不费力。因此，使得使用者能够以相对不费力的方式提起物体。

根据所示实施方式，辅助扭矩设定单元14一检测到膝关节伸展并且髋关节弯曲就开始两个膝盖的膝盖运动的辅助，因为膝关节伸展并且髋关节弯曲的这样的姿势适于支撑物体O的负载而不对使用者的身体的各个部分造成任何过度张拉。

图12是示出髋关节的弯曲角度θ与由辅助扭矩设定单元44设置的辅助扭矩T之间的关系的图表。髋关节的小的弯曲角度θ意味着使用者H的躯干相对于大腿挺直，并且髋关节的大的弯曲角度θ意味着使用者H在地板表面上方弯曲。当髋关节的弯曲角度θ对应于使用者H的直立姿势时辅助扭矩设定单元44将辅助扭矩T设定至零，并且辅助扭矩设定单元44以与髋关节的弯曲角度θ的增大成比例的方式增大辅助扭矩T。

通过以此方式将辅助扭矩设定单元44构造成提供辅助扭矩T，髋关节运动辅助装置21在用于物体O的提起运动的起始阶段中向使用者H提供相对较大的辅助扭矩T，并且在提起运动进行过程中减小辅助扭矩T。当物体O完全被提起并且髋关节的弯曲角度θ基本等于零时，辅助扭矩T变得等于零。因此，髋关节运动辅助装置21能以舒适并且顺畅的方式辅助使用者H提起物体O。

图13是由图10中所示的控制单元40进行的辅助控制的流程图。当打开电力供应时，控制单元40开始辅助控制以便在左右辅助马达34中产生辅助扭矩T。在执行主流程(附图中未示出)过程中，控制单元40根据角度传感器37和38的检测信号周期性地确定膝盖是否伸展并且躯干是否伏在地板表面或者物体O上方(步骤ST11)。当膝盖伸展并且躯干伏在地板表面或者物体O上方时，步骤ST11的确定结果为“是”。如果膝盖弯曲或者躯干不伏在地板表面上方则步骤ST11的确定结果为“否”。

当步骤ST11的确定结果为“否”时，程序流程返回至主流程。当步骤ST11的确定结果为“是”时，控制单元40可能有些时延地开始髋关节辅助操作(步骤ST12)。在髋关节辅助操作过程中，当髋关节弯曲角度θ对应于使用者H的站立姿势时，控制单元40将辅助扭矩T设定至零，并且经由左右辅助马达34将辅助扭矩T设定至与髋关节弯曲角度θ成比例的值(如图12中所示)。因此，使用者H在提起物体O的过程中被髋关节运动辅助装置21以有利方式辅助。

此后，控制单元40确定髋关节两者是否伸展(步骤ST13)。当由左右角度传感器37检测的左右髋关节的弯曲角度θ两者等于或者小于预定值(例如，0度)时步骤ST13的确定结果为“是”，否则为“否”。当步骤ST13的确定结果为“是”时，控制单元40关闭髋关节辅助操作(步骤ST14)，并且返回至主流程。当步骤ST13的确定结果为“否”时，控制单元40继续步骤ST13的髋关节辅助操作。

因此，所示实施方式的运动辅助装置在使用者的每一侧上包括：支架，该支架包括侧部框架构件24及大腿臂32，该侧部框架构件经由骨盆支撑构件22固定至使用者H的骨盆部，该大腿臂具有可枢转地连接至侧部框架构件24的下端的上端并且经由带35固定至使用者H的相应的大腿；驱动单元，该驱动单元由连接在侧部框架构件24与大腿臂32之间以实现二者之间的角运动的辅助马达37构成；角度传感器38，该角度传感器附接至诸如带35之类的大腿的一部分以用于检测使用者H的姿势；以及控制单元40，该控制单元用于当角度传感器37检测到髋关节弯曲并且角度传感器38检测到使用者的大腿相对于铅垂线成角度(大于某一阈值)时命令辅助马达37产生辅助扭矩。因此，当过度的张拉会置于使用者的膝关节上时(例如当使用者H在提起物体之前蹲下时)所示实施方式的髋关节运动辅助装置21不启动辅助马达37。因此，当使用者的姿势可能造成使用者膝关节上的张拉时，使用者H被阻止从地板表面提起物体。

使用者触发髋关节运动辅助装置21的操作的姿势被确定成其中使用者的膝关节上经历相对较小的张拉这样的姿势，并且此姿势能被检测成使用者的膝盖或者大腿部的角度。因此，以采取适当姿势进行诸如从地板表面提起物体之类的预定动作这样的方式教导使用者。

当使用者H提起物体O时侧部框架构件24与大腿臂32传递辅助髋关节的运动的辅助扭矩T，并且角度传感器38检测使用者H的膝关节弯曲的姿势。因此，当使用者H发起提起物体O的运动时，在使用者的姿势使得位于膝关节上的张拉最小的情况下辅助扭矩T传递至大腿。

在所示实施方式中，大腿的角度由角度传感器38测量成相对于铅垂线的角度，但是大腿的角度也可以被测量成相对于使用者的小腿的角度。角度传感器38可以由相对便宜的角度传感器构成，也可由电子水平传感器、陀螺仪传感器等构成。因此，能够容易地检测使用者H采取了膝关节上的负载轻的姿势。

第二变型可以以与第一实施方式变型(如图8中所示)的基本相似的方式由前述实施方式变型产生。

尽管已经根据本发明的优选实施方式描述了本发明，但是对于本领域中的普通技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的实质的情况下各种变更以及变型是可行的。例如，待被辅助的使用者的运动不限于髋关节以及膝关节的那些运动，而也可以是使用者的其他身体部分的运动。可以由使用者的任一部位代替使用者的带或者骨盆部来支撑电池9、39以及控制单元10、40。此外，以上描述的实施方式中所示的各个元件不全是本发明必要的，并且在不脱离本发明的实质的情况下能被适当省略及替代。

Claims (7)

1.一种运动辅助装置，该运动辅助装置包括：

支架，该支架构造成由使用者佩戴；

驱动单元，该驱动单元与所述支架关联地设置以辅助使用者的预定运动；

控制单元，该控制单元用于控制所述驱动单元的操作；以及

姿势检测传感器，该姿势检测传感器连接至所述控制单元以用于检测使用者的姿势，

其中，所述支架包括固定至位于膝关节上方的身体部位的上构件以及固定至位于所述膝关节下方的身体部位的下构件，

其中，所述控制单元被构造成当所述姿势检测传感器检测到使用者的肘部已与使用者的膝盖或者大腿部的上表面接触时启动所述驱动单元并且辅助所述膝关节的伸展运动。

2.根据权利要求1所述的运动辅助装置，其中，所述驱动单元被构造成当所述姿势检测传感器检测到使用者的两个肘部都与使用者的相应的膝盖或者大腿部的上表面接触时辅助所述膝关节的伸展运动。

3.根据权利要求1所述的运动辅助装置，其中，所述姿势检测传感器被构造成检测作用在所述肘部与所述膝盖或者所述大腿部的所述上表面之间的压力或者力。

4.一种运动辅助装置，该运动辅助装置包括：

支架，该支架构造成由使用者佩戴；

驱动单元，该驱动单元与所述支架关联地设置以辅助使用者的预定运动；

控制单元，该控制单元用于控制所述驱动单元的操作；以及

姿势检测传感器，该姿势检测传感器连接至所述控制单元以用于检测使用者的姿势，

其中，所述支架包括固定至位于髋关节上方的身体部位的上构件以及固定至位于所述髋关节下方的身体部位的下构件，所述控制单元被构造成当所述姿势检测传感器检测到使用者的膝关节的弯曲角度小于预定值并且使用者的躯干伏在地板表面时启动所述驱动单元并且辅助所述髋关节的伸展运动。

5.根据权利要求4所述的运动辅助装置，其中，所述驱动单元被构造成当所述姿势检测传感器检测到使用者的所述膝关节的所述弯曲角度两者均小于预定值并且所述躯干伏在所述地板表面时辅助所述髋关节的伸展运动。

6.根据权利要求5所述的运动辅助装置，其中，所述姿势检测传感器被构造成检测大腿的绝对角度。

7.根据权利要求5所述的运动辅助装置，其中，所述姿势检测传感器被构造成检测大腿相对于小腿的角度。

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