CN108236559B - 运动辅助设备 - Google Patents

Abstract

提供一种运动辅助设备，包括：第一支撑件，被配置为支撑用户的第一部分；连接杆，可旋转地连接到第一支撑件；第二支撑件，被配置为支撑用户的第二部分；距离调节组件，被配置为调节从第二支撑件到连接杆的距离。

Description

运动辅助设备

本申请要求于2016年12月26日提交到韩国知识产权局的第10-2016-0179475号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过整体引用被包含于此。

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

使具有关节问题的老年人和/或病人能够花费更少的力气步行的运动辅助设备和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被开发。

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，所述运动辅助设备可包括：第一支撑件，被配置为支撑用户的第一部分；连接杆，可旋转地连接到第一支撑件；第二支撑件，被配置为支撑用户的第二部分；距离调节组件，被配置为调节第二支撑件与连接杆之间的距离。

在一些示例实施例中，距离调节组件的第一端和第二端分别可旋转地连接到连接杆和第二支撑件。

在一些示例实施例中，距离调节组件包括：第一调节连杆，可旋转地连接到连接杆；第二调节连杆，具有第一端和第二端，第二调节连杆的第一端可运动地连接到第一调节连杆，第二调节连杆的第二端可旋转地连接到第二支撑件。

在一些示例实施例中，第二调节连杆可旋转地连接到第一调节连杆，所述运动辅助设备还包括：致动器，被配置为产生动力，以使第一调节连杆和第二调节连杆中的至少一个旋转。

在一些示例实施例中，致动器位于第一调节连杆与第二调节连杆之间。

在一些示例实施例中，第二调节连杆可滑动地连接到第一调节连杆。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备还包括：线性致动器，被配置为连接第一调节连杆和第二调节连杆。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备还包括：旋转限制件，被配置为限制第一调节连杆与连接杆之间的最小角度。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备还包括：致动器，被配置为驱动距离调节组件，其中，如果当致动器被驱动时第一调节连杆与连接杆之间的角度是最小角度，则第一调节连杆和连接杆被配置为执行单一刚体运动，并且连接杆被配置为相对于第一支撑件旋转。

在一些示例实施例中，旋转限制件包括冲击吸收构件，冲击吸收构件被配置为吸收当第一调节连杆和连接杆执行单一刚体运动时发生的冲击。

在一些示例实施例中，旋转限制件连接到第一调节连杆和连接杆中的至少一个，并且位于第一调节连杆与连接杆之间。

在一些示例实施例中，第一支撑件包括防下垂部，防下垂部被配置为支撑连接杆的一部分。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备还包括：弹性体，被配置为提供弹力，以抵触连接杆从第一支撑件向外张开。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备还包括：第三支撑件，被配置为支撑用户的第三部分，所述第三部分从第二部分位于用户的相对侧；连接构件，被配置为连接第三支撑件和第二支撑件。

在一些示例实施例中，第一支撑件被配置为支撑用户的前脚，第二支撑件被配置为支撑用户的大腿或用户的大腿以上的部分。

在一些示例实施例中，当用户穿戴所述运动辅助设备时，连接距离调节组件和连接杆的部分位于用户的前脚与脚跟之间。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备还包括：脚跟导向件，被配置为沿与连接杆相反的方向从距离调节组件延伸，并且在用户执行脚跟着地运动时接触地面。

在一些示例实施例中，脚跟导向件具有随着与距离调节组件的距离的增加而向上弯曲的圆弧形状。

在一些示例实施例中，在脚跟着地时段中，脚跟导向件被配置为接触地面，并且第一支撑件被配置为与地面分离，在蹬离时段中，脚跟导向件被配置为与地面分离，并且第一支撑件被配置为接触地面。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备还包括：传感器，被配置为感测用户的步态周期；控制器，被配置为基于由传感器感测的步态周期来控制致动器，使得控制器被配置为在支撑相中开启致动器并在摆动相中关闭致动器。

示例实施例的其他的方面将在下面的描述中部分阐述，并且部分将通过描述而明显，或者可通过本公开的实践而获知。

附图说明

从以下结合附图对示例实施例进行的描述，这些和/或其他方面将变得明显和更容易理解，其中：

图1是示出根据至少一个示例实施例的步态周期的示图；

图2是示出根据至少一个示例实施例的通过弹簧-质量模型简化后的人的步态的示图；

图3是示出根据至少一个示例实施例的在支撑相(stance phase)中人脚接触地面的部分的示图；

图4是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的透视图；

图5是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的侧视图；

图6和图7是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的一部分的透视图；

图8示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备在脚跟着地时段(heel strikeinterval)中的操作；

图9示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备在中间支撑时段(mid-stanceinterval)中的操作；

图10示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备在终末支撑时段(terminal-stance interval)中的操作；

图11示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备在脚尖离地时段(toe-offinterval)中的操作；

图12示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备在摆动时段(swinginterval)中的操作；

图13是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的侧视图；

图14是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的透视图；

图15是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的透视图；

图16是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的透视图；

图17是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的侧视图；

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框图；

图20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，相同的元件也将由相同的参考标号表示。此外，在实施例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将导致本公开的解释模糊时，将省略公知的相关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，如果在说明书中描述了一个组件“连接”、“结合”或“接合”至另一组件，则尽管第一组件可直接连接、结合或接合至第二组件，但第三组件可“连接”、“结合”和“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，并不意在限制。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”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，在一些替代的实施方式中，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1是示出根据至少一个示例实施例的步态周期的示图。

参照图1，人的步态周期可被理解为腿接触地面的支撑相和腿离开地面的摆动相轮流重复。在人的步态中，可执行至少一个关节的运动。例如，当人正在步行时，可同时执行距小腿关节、距下关节、膝关节和/或髋关节的运动。在本示例中，每个关节可具有不同的自由度和运动。因此，为了基于每个关节的运动来辅助步态，可能需要考虑相应关节的角度和施加到相应关节的力矩。

图2是示出根据至少一个示例实施例的通过弹簧-质量模型简化后的人的步态的示图。

参照图2，当人的每条腿被理解为单个线性弹簧时，在步态周期中腿的运动可基于一个自由度被简化。例如，可假设人的重心位于质量m处，并且可将腿假设为具有弹性模量K的弹簧。在人的步态运动中，腿的运动可基于从腿的一部分(例如，大腿)至地面的直线距离的改变和跟随直线距离的改变的弹力的改变而被确认。通过使用这样的结构，可提供与大腿和地面之间的距离对应的一个自由度的操作动力(operational power)。在本示例中，大腿与地面之间的距离和从人的脚施加到地面的力(例如，地面反作用力(GRF))可被调节，以便辅助人的步态。尽管图2示出弹簧具有与设定值对应的弹性模量K，但是弹性模量K还可通过调节操作动力而被改变。

图3是示出根据至少一个示例实施例的在支撑相中人脚接触地面的部分的示图。

参照图3，将理解，在步态期间，人的脚接触地面的部分在支撑相中顺序地改变。支撑相可包括脚跟接触地面的脚跟着地时段、脚底接触地面的中间支撑时段、前脚接触地面的终末支撑时段和前脚蹬离地面以使人向前移动的脚尖离地时段。在支撑相中，脚可从脚跟至前脚顺序地接触地面。在这样的过程中，人相对于地面的压力中心可从脚跟顺序地移动至前脚。因此，为了实现人的实际步态，运动辅助设备相对于地面的压力中心可需要从脚跟顺序地移动至前脚。

图4是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的透视图，图5是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的侧视图，图6和图7是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的一部分的透视图。

参照图4和图5，运动辅助设备1可由用户穿戴以辅助用户运动。用户可对应于人、动物或机器人。然而，用户不限于此。尽管图4和图5示出了运动辅助设备1辅助用户的步态运动的情况，但是运动辅助设备1也可辅助用户的另一部分(例如，腕部、肘部或肩部)的运动。即，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辅助人的步态的示例。

运动辅助设备1可包括第一支撑件10、第二支撑件11、连接杆12、距离调节组件13、致动器14、脚跟导向件15和旋转阻止件(rotation preventer)或者旋转限制件(rotationlimiter)16。

第一支撑件10可支撑用户的第一部分。第一部分可以是当用户正在步行时接触地面的部分(例如，用户的前脚)。第一支撑件10可包括脚底支撑构件101、可穿戴构件102和布置在用户的脚的底部上的防下垂部(dropping preventer)103。

脚底支撑构件101可支撑用户的脚底的至少一部分(例如，前部)。在本示例中，第一支撑件10在支撑相的脚跟着地时段可不接触地面。可穿戴构件102可连接到脚底支撑构件101并覆盖用户的前脚。

防下垂部103可支撑连接杆12的一部分。例如，防下垂部103可从第一支撑件10朝向连接杆12延伸。在这样的结构中，防下垂部103可防止连接杆12由于自重而下垂。

第二支撑件11可支撑用户的第二部分。第二部分可以是膝关节以上的部分(例如，大腿)。包括膝关节和踝关节的多个关节可位于第一部分和第二部分之间。尽管附图示出第二支撑件11支撑用户的大腿，但示例实施例不限于此。第二支撑件11还可支撑大腿以上的部分(例如，腰或胸)。在下文中，为了描述的简洁，将描述第二支撑件11支撑用户的大腿的示例。

连接杆12可以可旋转地连接到第一支撑件10。连接杆12可以是从用户的前脚延伸到脚跟的纵向构件。连接杆12与第一支撑件10之间的连接点可在跖趾关节的前方。例如，连接杆12与第一支撑件10之间的连接点可位于前脚的侧部。在这样的结构中，当用户执行脚尖离地运动时，连接杆12可相对于第一支撑件10旋转。

距离调节组件13可调节第二支撑件11与连接杆12之间的距离。距离调节组件13的第一端和第二端可以分别可旋转地连接到第二支撑件11和连接杆12。通过这样，距离调节组件13可调节第一支撑件10与第二支撑件11之间的相对距离。距离调节组件13可包括第一调节连杆131和第二调节连杆132。

第一调节连杆131可减少在支撑相的初始阶段的至少一部分时段中脚跟受到的冲击。这里，支撑相的初始阶段可以是支撑相的除蹬离时段以外的其他时段(即，从脚跟着地时段到中间支撑时段的时段)。

第一调节连杆131可以可旋转地连接到连接杆12。当用户正在穿戴运动辅助设备1时，连接第一调节连杆131和连接杆12的部分可位于前脚与脚跟之间。例如，第一调节连杆131可被配置为在前脚与脚跟之间相对于连接杆12旋转。与连接第一调节连杆131和连接杆12的部分形成在前脚或脚跟之一上的情况相比，这样的结构可在支撑相的中间支撑时段中减少运动辅助设备1相对于地面的压力中心与人在实际步态中的压力中心之间的差异。

第二调节连杆132可连接第一调节连杆131和第二支撑件11。第二调节连杆132的一端可连接为能够相对于第一调节连杆131运动。例如，第二调节连杆132的一端可以可旋转地连接到第一调节连杆131。同样地，第二调节连杆132的另一端可以可旋转地连接到第二支撑件11。在本示例中，响应于第一调节连杆131和第二调节连杆132的相对运动，连接到第一调节连杆131的连接杆12与连接到第二调节连杆132的第二支撑件11之间的相对距离可被调节。

致动器14可提供动力，用于使第一调节连杆131和第二调节连杆132中的至少一个旋转。通过这样，致动器14可调节第一调节连杆131与第二调节连杆132之间的角度，和/或将力矩提供给第一调节连杆131和第二调节连杆132。致动器14可设置在第一调节连杆131与第二调节连杆132之间。例如，如在图4中所示，致动器14可设置在连接第一调节连杆131和第二调节连杆132的部分处。在这样的结构中，由致动器14提供的动力可直接被传递到第一调节连杆131与第二调节连杆132之间的连接轴。因此，动力可被有效地传递，并且结构稳定性可被确保。与附图不同，将致动器14设置在运动辅助设备1的另一部分上使得动力经由动力传递构件被传递到第一调节连杆131和第二调节连杆132也是可行的。

脚跟导向件15可辅助用户的脚跟着地运动。脚跟导向件15可沿与连接杆12相反的方向从距离调节组件13延伸，以便当用户穿戴运动辅助设备1时靠近用户的脚跟定位。脚跟导向件15可连接到第一调节连杆131的一侧。脚跟导向件15可具有随着与距离调节组件13的距离的增加而向上弯曲的圆弧形状。例如，脚跟导向件15还可成形为包括圆弧的圆形或椭圆形。在这样的结构中，脚跟导向件15可在用户步行的同时在脚跟着地时段至中间支撑时段期间与地面滚动接触。在脚跟着地时段中，脚跟导向件15可接触地面以吸收施加在用户的脚跟上的冲击，并将运动辅助设备1与地面之间的接触点自然地导向为连接第一调节连杆131和连接杆12的部分。当连接第一调节连杆131和连接杆12的部分位于前脚与脚跟之间时，在脚跟着地时段中靠近脚跟定位的脚跟导向件15可被应用为运动辅助设备1相对于地面的压力中心。因此，在用户的实际脚跟着地运动中，可减少运动辅助设备1的压力中心与用户相对于地面的压力中心之间的差异。

旋转阻止件16可限制第一调节连杆131与连接杆12之间的减小的角度(或者，可选地，最小角度)，以辅助用户的脚尖离地运动。

虽然图4和图5示出距离调节组件13位于腿的外侧上的实施例，但示例实施例不限于此。例如，在一些示例实施例中，运动辅助设备1可包括两个距离调节组件13，每个距离调节组件13具有与其相关联的致动器，其中，第一距离调节组件位于用户的腿的外侧上，第二距离调节组件位于用户的腿的内侧上。因此，由于每条腿由两个致动器驱动，所以运动辅助设备1可向用户的腿提供更大的动力和增加的稳定性。

图6和图7是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的一部分的透视图。

参照图6和图7，旋转阻止件16可允许第一调节连杆131和连接杆12彼此抵触。通过这样，旋转阻止件16可防止连接杆12相对于第一调节连杆131旋转小于最小角度的角度。例如，旋转阻止件16可连接到第一调节连杆131和连接杆12中的至少一个，以便位于第一调节连杆131与连接杆12之间。在下文中，将参照图6和图7描述旋转阻止件16从第一调节连杆131延伸的示例。

如在图7中所示，在第一支撑件10与第二支撑件11之间的距离充分减小时(例如，在用户的步态的脚尖离地时段中)，从第一调节连杆131延伸的旋转阻止件16可以与连接杆12接触，使得第一调节连杆131和连接杆12执行单一刚体运动。在本示例中，当致动器14将动力提供给距离调节组件13以增加第二支撑件11与第一支撑件10之间的距离时，第一调节连杆131和连接杆12可相对于第一支撑件10旋转。旋转阻止件16可将施加到距离调节组件13的动力传递到连接杆12，使得连接杆12相对于第一支撑件10旋转。通过这样，旋转阻止件16可辅助用户的脚尖离地运动。

旋转阻止件16可包括用于吸收当第一调节连杆131和连接杆12执行刚体运动时发生的冲击的冲击吸收构件。冲击吸收构件可以是具有例如聚氨酯的构件，并且设置在旋转阻止件16的面对连接杆12的一端。在本示例中，冲击吸收构件可吸收当第一调节连杆131与连接杆12之间的角度被最小化并且第一调节连杆131和连接杆12彼此抵触时发生的冲击。因此，冲击吸收构件可在脚尖离地时段中减少施加在用户的腿上的冲击。

运动辅助设备1可包括弹性体17，用于防止连接杆12从第一支撑件10向外张开。例如，弹性体17可以是位于连接第一支撑件10与连接杆12的部分处的扭转弹簧。在这样的结构中，可防止连接杆12不期望的(或者，可选地，不必要的)运动，例如，在一定状态(例如，摆动相)下相对于第一支撑件10晃动或者从第一支撑件10向外张开。通过这样，可减少在运动辅助设备1的使用期间可能产生的噪声，并且还可提高运动辅助设备1的稳定性。

参照图4至图7，运动辅助设备1可使用一个自由度的动力来辅助用户的步态，并实现与用户的脚跟着地运动和脚尖离地运动相似的运动，从而给用户提供增强的穿着性能。

图8示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备在脚跟着地时段中的操作，图9示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备在中间支撑时段中的操作，图10示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备在终末支撑时段中的操作，图11示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备在脚尖离地时段中的操作，图12示出根据至少一个示例实施例的运动辅助设备在摆动时段中的操作。

参照图8至图12，运动辅助设备1可在使用一个自由度的动力辅助用户的步态的同时实现与用户的实际步态相似的运动。

如在图8中所示，在脚跟着地时段中，用户的腿可使用第一调节连杆131或脚跟导向件15接触地面。在本示例中，致动器14可将动力提供给距离调节组件13，以增加连接杆12与第二支撑件11之间的距离。运动辅助设备1可减小当用户的脚跟接触地面时发生的冲击。

参照图8和图9，当步态从脚跟着地时段连续进行到中间支撑时段时，脚跟导向件15可与地面滚动接触并引导运动辅助设备1的第一调节连杆131的端部平稳地接触地面，使得运动辅助设备1相对于地面的压力中心被移动。在本示例中，运动辅助设备1的连接杆12可相对于第一调节连杆131旋转，并允许第一支撑件10与地面接触。

如在图9中所示，在中间支撑时段中，用户的腿可使用第一调节连杆131或第一支撑件10接触地面。当第一调节连杆131和第一支撑件10同时接触地面时，运动辅助设备1的压力中心可位于第一调节连杆131与第一支撑件10之间。在中间支撑时段中，旋转阻止件16可不允许连接杆12和第一调节连杆131彼此抵触，因此，可自由地执行踝的背屈运动。

如在图10中所示，当用户的步态运动从中间支撑时段进入终末支撑时段时，第一调节连杆131与连接杆12之间的角度可减小(或者，可选地，最小化)。此外，旋转阻止件16可允许连接杆12与第一调节连杆131彼此抵触，以便执行单一刚体运动。在本示例中，用户的重心可移动到前脚的一部分，脚跟可与地面分离。也就是说，当用户正在步行时，运动辅助设备1可以使用户前倾，因此，脚跟导向件15可与地面分离。另外，与第一调节连杆131相互抵触的连接杆12可相对于第一支撑件10旋转。因此，运动辅助设备1可仅使用支撑用户的前脚的第一支撑件10来接触地面。

如在图11中所示，当连接杆12和第一调节连杆131执行单一刚体运动时，致动器14可将动力提供给距离调节组件13，以增加连接杆12与第二支撑件11之间的距离。例如，致动器14可以使第一调节连杆131和第二调节连杆132旋转，以增加第一调节连杆131与第二调节连杆132之间的角度。在这样的结构中，由致动器14提供的动力可被施加到连接第一支撑件10和连接杆12的部分，使得第一调节连杆131和连接杆12相对于与地面接触的第一支撑件10旋转。通过这样，致动器14可辅助用户的脚尖离地运动。

如在图12中所示，当步态从支撑相进入摆动相时，运动辅助设备1可为新的周期中的支撑相做准备。在摆动相中，防下垂部103和弹性体17可允许连接杆12与第一支撑件10紧密接触。防下垂部103可支撑连接杆12的一部分以防止其下垂。弹性体17可防止连接杆12从第一支撑件10向外张开。

图13是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的侧视图，图14是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的透视图。

参照图13和图14，运动辅助设备2可包括第一支撑件20、第二支撑件21、连接杆22、距离调节组件13、脚跟导向件25和旋转阻止件26。

第二支撑件21可支撑用户的膝关节以上的部分(例如，腰)。在本示例中，运动辅助设备2可使用距离调节组件13来调节设置在用户的脚上的连接杆22与设置在用户的腰上的第二支撑件21之间的距离。运动辅助设备2可使用一个自由度的动力在连接杆22与第二支撑件21之间辅助腿的运动。

图15是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的透视图。

运动辅助设备3可包括第一支撑件30、第二支撑件31、连接杆32、距离调节组件13、脚跟导向件35、旋转阻止件36、第三支撑件38和连接构件39。

第三支撑件38可支撑用户的第三部分。第三部分可基于由第二支撑件31支撑的第二部分位于由第一支撑件30支撑的第一部分的相对侧。例如，当第一支撑件30和第二支撑件31分别支撑用户的前脚和大腿时，第三支撑件38可支撑用户的腰。

连接构件39可连接第三支撑件38和第二支撑件31。连接构件39可以是从第三支撑件38延伸到第二支撑件31的纵向构件。例如，连接构件39可以是如在图14中所示的框架，或者是诸如金属线、橡筋等的构件。

第三支撑件38和连接构件39可防止当用户正在步行时第二支撑件31与用户的第二部分分离。通过这样，运动辅助设备3可稳定地辅助用户的运动。

图16是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的透视图，图17是根据至少一个示例实施例的运动辅助设备的侧视图。

参照图16和图17，运动辅助设备4可包括第一支撑件40、第二支撑件41、连接杆42、距离调节组件43、致动器44、脚跟导向件45和旋转阻止件46。

距离调节组件43可包括可旋转地连接到连接杆42的第一调节连杆431和可旋转地连接到第二支撑件41的第二调节连杆432。第一调节连杆431和第二调节连杆432可连接成使得第一调节连杆431与第二调节连杆432之间的距离相对于彼此可调节。例如，当第二调节连杆432相对于第一调节连杆431滑动时，相对距离可被线性地调节。

致动器44可包括线性致动器，线性致动器连接第一调节连杆431和第二调节连杆432，并提供动力使得第一调节连杆431和第二调节连杆432相对于彼此滑动。例如，致动器44可设置在第二调节连杆432的内部，并沿包括在第二调节连杆432中的导轨移动，以允许第一调节连杆431执行线性运动。

运动辅助设备4可通过距离调节组件43的滑动运动来调节第二支撑件41与连接杆42之间的距离。在本示例中，因为距离调节组件43具有线性操作范围，所以即使当穿戴运动辅助设备4的用户周围的操作区域受限时，运动辅助设备4也可有效地辅助用户的步态。

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框图，图20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18和图19，运动辅助设备5可使用基于一个自由度的操作动力来辅助用户步行。运动辅助设备5可包括第一支撑件50、第二支撑件51、连接杆52、距离调节组件53、致动器54、脚跟导向件55、旋转阻止件56、传感器58和控制器59。距离调节组件53可包括第一调节连杆531和第二调节连杆532。

致动器54可提供动力以允许第一调节连杆531相对于第二调节连杆532运动，以便调节第二支撑件51与连接杆52之间的相对距离，或者提供施加在第一调节连杆531和第二调节连杆532上的力或力矩。通过这样，运动辅助设备5可使用基于(例如)如参照图3描述的线性弹簧模型的一个自由度的动力来辅助用户的步态运动。

运动辅助设备5可使用脚跟导向件55或第一支撑件50来接触地面。基于人脚的特征，脚接触地面的点可在支撑相中顺序地改变。运动辅助设备5可在脚跟着地时段中使用脚跟导向件55接触地面，并可在终末支撑时段和脚尖离地时段中使用第一支撑件50接触地面。在本示例中，运动辅助设备5的压力中心的改变可以与在实际步态中用户相对于地面的压力中心的改变相似。因此，运动辅助设备5可在使用一个自由度的动力辅助用户的步态的同时实现与用户的实际步态相似的运动，从而提供自然的步态辅助。

运动辅助设备5可基于用户的步态周期选择性地驱动致动器54。

在用户的步态期间，致动器54可将动力提供给距离调节组件53，并调节第二支撑件51与连接杆52之间的距离。例如，在支撑相中，致动器54可将动力提供给距离调节组件53，以增加第二支撑件51与连接杆52之间的距离。

传感器58可感测用户的步态周期。传感器58可检测脚跟导向件55或第一支撑件50是否接触地面以感测用户的步态周期。例如，传感器58可包括设置在脚上的压力传感器、惯性测量单元或加速度传感器，以感测脚是否接触地面。当通过压力传感器感测到的压力增加时，压力传感器可检测出脚接触了地面。此外，当脚触碰地面时发生的振动可通过惯性测量单元或加速度传感器被感测到。

当脚跟导向件55或第一支撑件50接触地面时，传感器58可将步态周期感测为支撑相。当脚跟导向件55和第一支撑件50与地面分离时，传感器58可将步态周期感测为摆动相。

控制器59可基于由传感器58感测到的信息来控制致动器54。

控制器可包括存储器和处理电路。

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)；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以是分布式网络，使得程序指令以分布式方式被存储和执行。

处理电路可包括处理器、中央处理器(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)、专用集成电路(ASIC)、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执行操作的任何其他装置。

处理电路可通过布图设计和/或存储在存储器中的计算机可读指令的执行而被配置为用于基于从一个或多个传感器58接收到的信号来控制致动器54的专用计算机。

例如，在一些示例实施例中，控制器59可基于来自一个或多个传感器58的信号来确定用户是处于支撑相还是处于摆动相。

在一些示例实施例中，如果控制器59确定腿处于支撑相，则控制器59可以使致动器54能够旋转，以辅助用户的脚跟着地运动和/或脚尖离地运动，如果控制器59确定腿处于摆动相，则控制器59可停用致动器54，以允许用户自由地移动腿。

参照图20，运动辅助设备5的控制方法可包括用于感测步态状态的操作910、用于开启致动器的操作920和用于关闭致动器的操作930。

在操作910中，控制器59可使用传感器58来感测用户的步态状态。

当控制器59在操作910中感测出步态状态是支撑相时，控制器59可开启致动器54，以便辅助用户的脚跟着地运动或脚尖离地运动。

当控制器59在操作910中感测出步态状态是摆动相时，控制器59可关闭致动器54，使得用户自由地移动腿。

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、装置或电路中的元件以不同的方式被组合和/或被其他元件或它们的等同物替换或补充，则可获得合适的结果。因此，其他实施方式在权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种运动辅助设备，包括：

第一支撑件，被配置为支撑用户的前脚；

连接杆，可旋转地连接到第一支撑件，从用户的前脚延伸到用户的脚跟，并且被构造成当用户执行脚尖离地运动时相对于第一支撑件旋转；

第二支撑件，被配置为支撑用户的大腿或大腿以上的部分；

距离调节组件，被配置为调节第二支撑件与连接杆之间的距离，距离调节组件包括第一调节连杆和第二调节连杆，第一调节连杆可旋转地连接到连接杆，第二调节连杆具有第一端和第二端，第二调节连杆的第一端可运动地连接到第一调节连杆，第二调节连杆的第二端可旋转地连接到第二支撑件，

致动器，被配置为产生动力，以使第一调节连杆相对于第二调节连杆移动，从而调节第二支撑件与连接杆之间的距离，

旋转限制件，被配置为限制第一调节连杆与连接杆之间的最小角度，以允许致动器辅助用户的步态的脚尖离地运动，在脚尖离地运动中，前脚推离地面，使得用户向前移动，

其中，在第一支撑件与第二支撑件之间的距离在用户的步态的脚尖离地运动中减小时，从第一调节连杆延伸的旋转限制件与连接杆接触，使得第一调节连杆和连接杆之间单一刚体运动。

2.如权利要求1所述的运动辅助设备，其中，第二调节连杆可旋转地连接到第一调节连杆，

致动器被配置为产生动力，以使第一调节连杆和第二调节连杆中的至少一个旋转。

3.如权利要求2所述的运动辅助设备，其中，致动器位于第一调节连杆与第二调节连杆之间。

4.如权利要求1所述的运动辅助设备，其中，第二调节连杆可滑动地连接到第一调节连杆。

5.如权利要求4所述的运动辅助设备，其中，

致动器为线性致动器，线性致动器被配置为连接第一调节连杆和第二调节连杆。

6.如权利要求1所述的运动辅助设备，其中，

如果当致动器被驱动时第一调节连杆与连接杆之间的角度是最小角度，则第一调节连杆和连接杆被配置为执行单一刚体运动，并且连接杆被配置为相对于第一支撑件旋转。

7.如权利要求6所述的运动辅助设备，其中，旋转限制件包括冲击吸收构件，冲击吸收构件被配置为吸收当第一调节连杆和连接杆执行单一刚体运动时发生的冲击。

8.如权利要求1所述的运动辅助设备，其中，旋转限制件连接到第一调节连杆和连接杆中的至少一个，并且位于第一调节连杆与连接杆之间。

9.如权利要求1所述的运动辅助设备，其中，第一支撑件包括防下垂部，防下垂部被配置为支撑连接杆的一部分。

10.如权利要求1所述的运动辅助设备，还包括：

第三支撑件，被配置为支撑用户的第三部分，其中，第三支撑件相对于第二支撑件位于第一支撑件的反向；

连接构件，被配置为连接第三支撑件和第二支撑件。

11.如权利要求1所述的运动辅助设备，其中，当用户穿戴所述运动辅助设备时，连接距离调节组件和连接杆的部分位于用户的前脚与脚跟之间。

12.如权利要求11所述的运动辅助设备，还包括：

脚跟导向件，被配置为沿与连接杆相反的方向从距离调节组件延伸，并且在用户执行脚跟着地运动时接触地面。

13.如权利要求12所述的运动辅助设备，其中，脚跟导向件具有随着与距离调节组件的距离的增加而向上弯曲的圆弧形状。

14.如权利要求12所述的运动辅助设备，其中，

在脚跟着地时段中，脚跟导向件被配置为接触地面，并且第一支撑件被配置为与地面分离，

在蹬离时段中，脚跟导向件被配置为与地面分离，并且第一支撑件被配置为接触地面。

15.如权利要求1所述的运动辅助设备，还包括：

传感器，被配置为感测用户的步态周期；

控制器，被配置为基于由传感器感测的步态周期来控制致动器，使得控制器被配置为在支撑相中开启致动器并在摆动相中关闭致动器。

16.如权利要求1所述的运动辅助设备，还包括：

弹性体，位于连接第一支撑件与连接杆的部分处，并且被配置为提供弹力，以防止连接杆从第一支撑件向外张开。

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