CN108463200A - 运动辅助装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于辅助有需要的受试者的运动的器具，所述器具包括：成对的踝关节控制装置(100)，其被配置为使踝关节返回到中立位置；成对的机电膝关节控制装置(200)，其被配置成使每个膝关节移动通过运动所需的运动范围；成对的机电髋关节控制装置(300)，其被配置成使每个髋关节移动通过运动所需的运动范围；电子器具控制装置，其与(i)成对的机电膝关节控制装置和(ii)成对的机电髋关节控制装置电或数据通信，该电子器具控制装置被配置成协调受试者的每个膝关节和每个膝关节的移动，以便引起或辅助受试者的运动。还提供了用于对电子控制单元进行编程的方法。

Description

运动辅助装置
相关专利申请
本申请要求提交日期为2015年11月9日的澳大利亚临时专利申请第2015904580号的优先权，所提交的说明书通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明涉及助行器领域，尤其涉及辅助个人行走的机电助行器领域。
背景技术
自1655年以来，随着自行轮椅的发展，截瘫患者和体弱者的助行器没有显著进步。尽管最近在附接到受试者腿部的外骨骼型器具的开发方面取得了一些进展，但是这种器具在以可接受的方式提供独立的两足运动方面取得的成功有限。
目前依靠外骨骼的存在的方法被设计成部分或全部承受受试者的重量。此外，外骨骼用作移动致动器(例如电动马达和液压油缸)所附接到的附接点。因此，为了实现必要的性能，这些器具体积庞大，需要相当大的功率源，并且通常不能在不需要受试者通过使用拐杖等承受其自身的部分体重的情况下操作。
另一个问题是现有技术的器具可能难以被受试者控制。现有技术的器具通常需要复杂的控制系统来首先感测然后控制为了施加实现期望结果所需的精确力所需要的移动量。现有技术的一些尝试需要来自受试者的复杂输入，以便激活该器具和所涉及的任何马达的相关部件。即使受试者掌握了某种合理程度的控制，也只可以实现异常步态。
还有一个问题是，现有技术的器具(由于它们的笨重)必须穿在衣服的外部，因此提供了受试者具有移动性问题的很明显的迹象。许多行动不便的人意识到被视为“残疾人”的社会耻辱，因此认为这种器具通常是不理想的。
本发明的一个方面是提供用于辅助行动不便者的运动的改进装置。改进可以是重量、构造简单性、使用简单性、获得的步态的质量、经济性、美观性、受试者可接受性或实际上任何其它优点中的任何一个或多个。在另一方面，本发明提供了对用于辅助行动不便者运动的现有技术装置的替代方案。
在本说明书中包括对文献、动作、材料、设备、制品等的讨论仅仅出于为本发明提供上下文的目的。这并不表示或代表这些内容中的任何或全部形成了在本申请的每条临时权利要求的优先权日之前存在的与本发明相关的领域中的现有技术基础或公知技术的一部分。
发明内容
在第一方面，但不一定是最广泛的方面，本发明提供了一种用于辅助有需要的受试者的运动的器具，该器具包括成对的踝关节控制装置，所述成对的踝关节控制装置被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)在运动期间将踝关节返回到中立位置。
在第一方面的一个实施例中，中立位置是小腿的长轴线与由足部底描述的平面成约90度的位置。
在第一方面的一个实施例中，成对的踝关节控制装置中的每一个通过偏置装置使踝关节返回到中立位置。
在第一方面的一个实施例中，偏置装置是扭转弹簧。
在第一方面的一个实施例中，所述器具包括成对的机电膝关节控制装置，所述成对的机电膝关节控制装置被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)使每个膝关节移动通过运动所需的运动范围。
在第一方面的一个实施例中，成对的机电膝关节控制装置中的每一个包括偏置装置，该偏置装置被配置成当受试者从就座位置移动到站立位置时基本抵消在受试者上引起的重力的一些或全部，从而伸展膝关节并允许受试者采取站立位置。
在第一方面的一个实施例中，偏置装置是片簧或扭转弹簧。
在第一方面的一个实施例中，成对的机电膝关节控制装置中的每一个包括至少一个电动马达，该电动马达被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)实现运动所需的膝关节的运动范围。
在第一方面的一个实施例中，成对的机电膝关节控制装置中的每一个包括齿轮、驱动器、滑轮中的一个或多个；每个机电膝关节控制装置与所述至少一个电动马达直接或间接可操作地连接；齿轮、驱动器、滑轮中的所述一个或多个被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)实现运动所需的膝关节的运动范围。
在第一方面的一个实施例中，所述器具包括成对的机电髋关节控制装置，所述成对的机电髋关节控制装置被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)使每个髋关节移动通过运动所需的运动范围。
在第一方面的一个实施例中，成对的机电髋关节控制装置中的每一个包括至少一个电动马达，该电动马达被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)实现运动所需的髋关节的运动范围。
在第一方面的一个实施例中，成对的机电髋关节控制装置中的每一个包括齿轮、驱动器、滑轮中的一个或多个；每个机电髋关节控制装置与所述至少一个电动马达直接或间接可操作地连接；齿轮、驱动器、滑轮中的所述一个或多个被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)实现运动所需的膝关节的运动范围。
在第一方面的一个实施例中，成对的机电髋关节控制装置中的每一个被配置成使股骨向前和/或向后和/或向外和/或向内旋转和/或实现股骨的轴向旋转。
在第一方面的一个实施例中，所述器具包括与(i)成对的机电膝关节控制装置(当存在时)和/或(ii)成对的机电髋关节控制装置(当存在时)电或数据通信的电子器具控制装置，该电子器具控制装置被配置成协调受试者的每个膝关节和/或每个髋关节的移动，以便引起或辅助受试者的运动。
在第一方面的一个实施例中，所述器具包括膝关节感测装置，该膝关节感测装置被配置成感测膝部的弯曲程度或拉直程度，该感测装置与电子器具控制装置电或数据通信。
在第一方面的一个实施例中，所述器具包括髋关节感测装置，该髋关节感测装置被配置成感测股骨相对于骨盆的移动程度和/或移动方向和/或旋转方向，该感测装置与电子器具控制装置电或数据通信。
在第一方面的一个实施例中，成对的机电髋关节控制装置(当存在时)和/或成对的膝关节控制装置(当存在时)被配置成经由电子器具控制装置以协调的方式操作，以便向前和/或向后和/或向外和/或向内移动骨盆和/或实现骨盆的轴向旋转。
在第一方面的一个实施例中，电子器具控制装置接收来自膝关节感测装置(当存在时)和/或髋关节感测装置(当存在时)的电信号和/或数据，并且被配置成处理电信号和/或数据以提供输出电信号和/或数据，输出电信号和/或数据被传送到成对的机电膝关节控制装置(当存在时)中的每一个的和/或成对的机电髋关节控制装置(当存在时)中的每一个的多个马达或多个马达中的任何一个，以便引起或辅助受试者的运动。
在第二方面，本发明提供了一种对机电器具的电子控制单元进行编程的方法，所述机电器具被配置成引起或辅助受试者的运动，所述方法包括以下步骤：提供运动正常的受试者；提供被配置成感测膝部的弯曲程度或拉直程度的成对的膝关节感测装置；提供被配置成感测股骨相对于骨盆的移动程度和/或移动方向和/或旋转方向的成对的髋关节感测装置；将感测装置附接到运动正常的受试者的每个膝关节和髋关节；允许运动正常的受试者从就座位置移动到站立位置和/或行走和/或慢跑和/或跑步和/或从站立位置移动到就座位置；在一段时间内记录由成对的膝关节感测装置和成对的髋关节感测装置输出的电信号和/或数据，以便识别运动正常的受试者的膝关节和髋关节中的每一个在运动正常的受试者从就座位置移动到站立位置和/或行走和/或慢跑和/或跑步和/或从站立位置移动到就座位置中的任何过程中的正常运动范围；以及用所记录的数据或从所记录的数据导出的数据对机电器具的电子控制单元进行编程，使得可操作地连接到控制单元并装配到运动受损受试者的机电设备可以在运动受损受试者中基本上复制或逼近运动正常的受试者的膝关节和髋关节中的每一个在从就座位置移动到站立位置和/或行走和/或慢跑和/或跑步和/或从站立位置移动到就座位置中的任何过程中的正常运动范围。
在第二方面的一个实施例中，运动正常的受试者基本上与正在为其对电子控制装置进行编程的不能运动的受试者共享以下参数中的任何一个或多个：体重、身高、年龄、股骨长度、骨盆宽度、骨盆形状、胫骨长度、腓骨长度、足部长度、足部宽度、髋关节活动度、膝关节活动度、踝关节活动度、腿部或臀部的任何肌肉的肌肉质量。
在第三方面，提供了一种计算机可读介质，在该计算机可读介质上存储有通过第二方面的方法记录的数据或从通过第二方面的方法记录的数据导出的数据。
在第一方面的一个实施例中，电子器具控制装置包括第三方面的计算机可读介质。
在第一方面的一个实施例中，控制装置还包括处理器可执行软件，该处理器可执行软件被配置成将存储在计算机可读介质上的数据接收为输入，并且控制所述器具以便在成对的踝关节控制装置和/或成对的机电膝关节控制装置中实现所需的运动范围。
附图说明
图1示出了装配到受试者的本发明的高度优选的器具。
图2示出了弹簧加载的铰接踝部支具，其是图1所示的高度优选器具的部件。图2A示出了组装形式的支具，图2B示出了分解形式的支具。
图3示出了机电膝部支具套筒，其是图1所示的高度优选器具的部件。图3A示出了组装形式的支具，图3B示出了分解形式的支具。
图4示出了机电臀部支具，其是图1所示的高度优选器具的部件。
图5示出了可由装配有图1所示的高度优选器具的受试者致动的控制单元。
具体实施方式
本说明书通篇对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇各个位置中出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定全部指相同的实施例，但有这种可能。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合，如本领域普通技术人员从本公开中显而易见的。
类似地，应当理解，在本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各种特征有时在单个实施例、图或其描述中组合在一起，目的是简化本公开并且帮助理解各种有创新性的方面中的一个或多个。然而，这种公开方法不应解释为体现如下意图：要求保护的发明需要比在每项权利要求中明确记载的特征更多的特征。相反，如所附权利要求体现的，有创新性的方面在于少于单个以上公开的实施例的全部特征。因此，具体实施方式之后的权利要求书特此明确地并入本具体实施方式中，其中每项权利要求独立地作为本发明的单独的实施例。
此外，虽然本文所述一些实施例包括一些特征，而不包括在其它实施例中包括的其它特征，但不同实施例的特征的组合意图在本发明的范围内，并且形成不同的实施例，如本领域的技术人员所理解的那样。
在下面的权利要求书和本文的说明书中，术语“包括”、“由…构成”或“其包括”中的任何一个是开放术语，其意味着至少包括跟随该术语的元件/特征，但不排除其它元件/特征。因此，当在权利要求中使用时，术语“包括”不应被解释为限制于此后列出的装置或元件或步骤。例如，包括步骤A和步骤B的方法的表述的范围不应限于仅由方法A和B组成的方法。本文所用的术语“包含”或“其包含”中的任何一个也是开放术语，其也意味着至少包含跟随该术语的元件/特征，但不排除其它元件/特征。因此，“包含”是“包括”的同义词，并表示“包括”。
以下描述涉及本发明的高度优选实施例，并且不以任何方式限制本申请的范围。
参照图1，图1示出了本发明的器具，其包括成对的踝关节控制装置100(优选形式的一对中的一个是下文所述的弹簧加载的踝部支具)、成对的机电膝关节控制装置200(优选形式的一对中的一个是下文所述的机电膝部支具套筒)和成对的机电髋关节控制装置300(优选形式的一对包括下文所述的机电髋部支具中)。
弹簧加载的踝部支具
参照图2，弹簧加载的踝部支具包括：(a)上部110，其通过带子或类似设备固定到小腿下端，并通过带扣、钩环系统或类似设备固定；(b)下部120，其呈镫形或类似形状，其位于足部下方，并通过以下方式在踝部任一侧附接到上部；(c)铆钉130或类似物，其使得上部和下部能够在踝关节处相对于彼此旋转；以及(d)两个扭转弹簧140(一个被标记，并且在踝部的两侧，其端部附接到上部和下部并且在踝关节处枢转。
弹簧加载的踝部支具还可包括衬垫以减少或消除由于长时间重复使用弹簧加载的踝部支具而对小腿、踝部或足部造成损害或其它损伤的可能性。
上部和下部的几何形状和形状、将上部固定到小腿下端的装置或者将上部和下部彼此固定的装置可以改变以适合特定受试者。在该优选实施例中，弹簧加载的铰接踝部支具的这些部件起作用，以便形成安全且舒适的装置，从而：(i)将弹簧与踝关节相关联；以及(ii)使弹簧能够在踝关节上施加力，使得当人双足站立时，由弹簧产生的力使得踝关节保持成直角。
至于弹簧(d)，其为扭转弹簧或类似物，其被设计和定位成使得当踝部成直角时它们不施加力，但是随着足部和小腿的线之间的角度减小施加增加的力。
由每个弹簧施加的力的量表达为：
(cosine(θ)×1/2受试者身高×受试者体重×重力)/4
其中θ是足部和小腿的线之间的角度。
弹簧的作用是双重的：(1)防止受试者在双足站立时前倾；以及(2)随着受试者向前走而储存和释放力。
弹簧加载的踝部支具可以是独立的器具，或者可以并入鞋或靴子中。
机电膝部支具套筒
参照图3，示出了机电膝部支具套筒，其包括：(a)由柔性和弹性材料制成的套筒310，受试者将该套筒310套在其膝关节上，使一部分留在膝关节上方和下方；(b)织带或类似材料(未示出)，其由带扣、钩环带或类似物固定在膝关节上方和下方，以将套筒固定在膝关节上方和下方，以防止其滑动；(c)在膝部两侧的套筒上的锚定点315。这些锚定点用作弹簧320(d)、下部机电部分325(e)、上部机电部分330(f)和拉直滑轮(g)的附接点；(d)弹簧，其位于膝关节的任一侧并以施加力以拉直膝关节的方式附接到柔性套筒；(e)下部机电部分335，其在锚定点(c)处附接到柔性套筒(a)，在该下部机电部分335中容纳并附接有用于弯曲和拉直膝部支具套筒的小电动马达、齿轮和滑轮；(f)上部机电部分340，其在锚定点(c)处附接到柔性套筒(a)且用于弯曲和拉直膝部支具套筒；(g)滑轮，其附接到缆绳横穿的中心锚定点，用作拉直膝部支具套筒的枢转点；(h)聚合物基传感器345，其跨膝盖骨定位，以测量随着膝盖弯曲和拉直跨过膝盖骨的上部机电部分和下部机电部分之间的距离的变化；以及(j)控制线(未示出)，其从机电膝部支具套筒延伸到机电髋部支具，以将感测信息从柔性聚合物基传感器(h)传送到控制单元；并且将信息从控制单元发布到附接到下部机电部分(e)的电动马达。
膝部支具套筒(a)的形状和材料，织带或类似物(b)的位置、形状和材料以及锚定点(c)的位置、形状和材料可用于适合特定受试者。这些部件的关键特征在于，它们结合地提供了弹簧(d)、下部机电部分(e)、上部机电部分(f)和拉直滑轮(g)附接至其的牢固的点。
弹簧(d)可以是片簧、扭转弹簧或类似物，并且被设计和安装成使得它们抵消当受试者就座时在膝关节处产生的重力感应扭矩，并且如果机电部分没有贡献任何力，则提供足够的力以使受试者站立。
假定有四组弹簧，每个膝部的每一侧各一组，则每个弹簧施加的力的量表达为：
(sine(θ)×受试者股骨长度×受试者体重×(重力+0.2))/4
其中θ是大腿和小腿的线之间的角度；和
0.2是拉直膝关节的力的固有余量
通过这种布置，机电部分主要操作成克服拉直膝关节的力的固有余量而弯曲腿，而不是使机电设备具有足够功率以克服重力而拉直膝关节。通过这样，机电部分所需产生的力显著减小，从而减小了机电部分的尺寸、重量和功耗。
下部机电部分包括：(i)壳体或框架，其在两个下部锚定点(c)处附接到柔性膝部支具套筒(a)；(ii)多个小型电动马达，其并行工作并竖直布置在膝关节后面靠近小腿肌肉处；(iii)蜗轮，其用于将电动马达产生的绕竖直轴线的旋转转换成绕平行于膝关节的轴线的水平轴线的旋转；并且防止弹簧的力在与预期相反的方向上转动电动马达或者要求电动马达总是可操作的以在膝关节中保持期望的弯曲；(iv)齿轮壳体，其封装下部滑轮。这些滑轮由蜗轮驱动，并且连同上部机电部分中的滑轮与绳索、切口绳索或类似物一起工作，以减小上部机电部分和下部机械部分之间的距离，从而导致膝部弯曲。
上部机电部分包括：(v)壳体或框架，其在两个下锚定点处附接到柔性膝部支具套筒。在操作中，马达转动使得它们与蜗轮和滑轮系统结合地根据控制单元发出的命令弯曲和拉直膝部(如图5所示)。
上面描述并在图3中示出的实施例的变型在膝部支具套筒的上部或在关节本身的点处不具有滑轮。相反，切口绳索(或类似物)在两个位置终止于上部处或锚定到上部。
机电髋部支具
参照图4，图4示出了机电髋部支具，其包括：(a)由柔性和弹性材料制成的一条短裤410，其由受试者穿上并覆盖双腿的大腿上部和骨盆区域的一部分。应注意，腹股沟和肛门区域没有被覆盖，以便受试者可以执行必要的身体功能，而不需要移除机电髋部支具；(b)四(4)个锚定点，其位于腰部区域周围相等距离处，电动马达通过切口绳索或链连接到所述四个锚定点，使得当电动马达被启动时，下部和腰部区域之间的距离减小或延长；(c)两个下部420，每个下部420附接到每个大腿区域，其包括至少四个马达，以通过切口绳索/链或等同物提供必要的致动以移动髋关节；以及(d)聚合物基传感器(未示出)，其被布置成测量：在行走、站立、就坐等期间髋部向前和向后摆动中髋部的移动；当受试者执行横移时髋部侧向摆动中髋部的移动；以及随着受试者旋转其身体位置腿部围绕股骨的轴线的扭转。
柔性和弹性短裤(a)的确切形状和材料不是密切相关的，并且可以改变以适合个人。其相关特征是：短裤可以容易地穿上，正常使用时不滑落；并且腹股沟和肛门区域没有被覆盖，使得受试者可以在不移除短裤的情况下执行必要的身体功能。
上部(b)在围绕圆周的多个位置处永久地附连到柔性短裤(a)的腰部区域，并且当被穿戴时通过带扣或类似设备固定。当带扣未固定时，在附连上部的点之间应当有足够的柔性，以使受试者能够在闭合带扣并将机电髋部支具固定就位之前将机电髋部支具上拉并越过其髋部。
下部(c)还提供用于(i)前内侧、(ii)前外侧、(iii)后内侧、(iv)后外侧的安装件，以及用于(vi)向前运动传感器、(vii)侧向运动传感器、(viii)扭转运动传感器的一端和弹性绳(d)的连接点。
最后，下部(c)通过柔性电线连接到电源，并且通过柔性电线或其它通信装置连接到控制单元(图5)。根据设计范围、功率要求和电源性能，电源可以：直接附接到机电髋部支具的上部；在背包中携带；或者在系绳的轮式手提箱等中被拉到后面。
上部还可以提供用于支具或类似悬挂物(f)的锚定点，所述支具或类似悬挂物(f)从上部的前部延伸越过受试者的肩部，以在背部再次连接到上部。当受试者的解剖结构形状不适合，使得设施的重量不能仅由髋部支撑时，可能需要该可选附加。
下部(每条腿一个)在围绕其圆周的多个位置处永久地附连到柔性短裤(a)的大腿区域，并且当被穿戴时，使用带有带扣(或类似物)的织带(或类似物)固定，以确保下部在机电髋部支具的使用过程中不会上升。
下部提供了用于(i)前内侧马达、(ii)前外侧马达、(iii)后内侧马达和(iv)后外侧马达的参考点的安装件。
在操作中，根据由控制单元发出的命令[图5]，马达转动，使得与蜗轮和滑轮系统结合将使髋关节：通过拉紧附接到前内侧马达和前外侧马达的滑轮绳索和放松附接到后内侧马达和后外侧马达的滑轮绳索而使髋关节向前弯曲；通过拉紧附接到后内侧马达和后外侧马达的滑轮绳索并放松附接到前内侧马达和前外侧马达的滑轮绳索而使髋关节向后弯曲；通过拉紧附接到前外侧马达和后外侧马达的滑轮绳索并放松附接到前内侧马达和后内侧马达的滑轮绳索而使髋关节向外弯曲；通过拉紧附接到前内侧马达和后内侧马达的滑轮绳索并放松附接到后内侧马达和后外侧马达的滑轮绳索而使髋关节向内弯曲；并且通过拉紧附接到对角相对的马达的滑轮绳索而扭转。
控制单元
参照图5所示的控制单元，该控制单元通过柔性电导体/导线、WiFi或BluetoothTM通信等连接到机电髋部支具(图4)，并且因此还连接到机电膝部支具，以用于：从定位于髋部周围和膝部处的聚合物基传感器收集感测数据；并且向各个电动马达发出命令。
控制单元在以下两种模式下操作：记录，在该模式下，整个设施由身体尺寸(腿部长度、总身高、体重、髋部宽度等)与预期使用者相似的健全人穿戴，并且传感器读数被记录在内部EPROM(或类似物)上并且与预定的运动简档相关联；和回放，在该模式下，整个设施由预期受试者穿戴。
当受试者通过点击控制单元上的相应按钮来选择运动简档时，控制单元将命令发送到机电膝部支具和机电髋部支具，以确保实际感测数据与所选运动简档中针对该时间点的预先记录的感测数据相匹配。例如，如果预记录的运动简档在时间点x处具有为y的膝部弯曲角度并且实际膝部弯曲传感器具有不同的感测读数，则命令将被发送到机电膝部支具的下部上的电动马达以使膝部弯曲，使得实际感测数据与针对时间点x的预先记录的感测数据相匹配。
所述控制单元具有以下：(a)电源按钮，其用于打开控制单元和所述设施；(b)一组用以控制行走步态方向的方向按钮；具体而言：(i)向前；(ii)向后；(iii)左转；(iv)右转；(c)大的停止按钮，按下此按钮将停止所有向前移动，并使设施/受试者返回到直立位置；(d)专用移动命令按钮，例如：(v)向右横移；(vi)向左横移；(vii)站立；(viii)坐下；(ix)爬楼梯；(x)下楼梯；和(xi)旋转；(e)一组LED或类似物，其指示电源中剩余功率水平；以及(f)隐藏的切换按钮或类似物，其使用销或类似物激活，以在记录和回放模式之间改变控制单元。
控制单元可以包括可选的手腕系绳以确保其不会掉落或丢失。
或者，控制单元的功能可以由“智能手机”、“平板计算机”或类似设备上的应用程序(App)复制。
如从上文将显而易见的，本发明可涉及使用处理器(包括微处理器)、可在这种设备上执行的软件等来控制一个或多个马达和/或接收传感器数据和/或处理感测数据。一些方法可以是计算机可执行的。此外，系统可能需要互连诸如处理器、马达、传感器等的部件。
在本发明的上下文中有用的应用软件可以在移动通信设备的任何过去、现在或将来的操作系统上执行，包括AndroidTM、iOSTM、WindowsTM、LinuxTM等。
本文描述的方法和系统可以部分地或全部地通过在处理器上执行计算机软件、程序代码和/或指令的一个或多个处理器来部署。处理器可以是服务器、客户端、网络基础设施、移动计算平台、固定计算平台或其它计算平台的一部分。处理器可以是能够执行程序指令、代码、二进制指令等的任何类型的计算或处理设备。处理器可以是或可以包括信号处理器、数字处理器、嵌入式处理器、微处理器或诸如协处理器(数学协处理器、图形协处理器、通信协处理器等)等的任何变体，其可以直接或间接地促进存储在其上的程序代码或程序指令的执行。此外，处理器可以实现多个程序、线程和代码的执行。
线程可以同时执行，以增强处理器的性能并促进应用程序的同时操作。作为实施方式，本文描述的方法、程序代码、程序指令等可以在一个或多个线程中实现。线程可以产生可能已经分配了与其相关联的优先级的其它线程；处理器可以基于以程序代码中提供的指令为基础的优先级或任何其它顺序来执行这些线程。处理器可以包括存储如本文和其它地方所述的方法、代码、指令和程序的存储器。
任何处理器都可以通过接口访问存储介质，该存储介质可以存储本文和其它地方描述的方法、代码和指令。与处理器相关联的用于存储能够由计算或处理设备执行的方法、程序、代码、程序指令或其它类型的指令的存储介质可以包括但不限于CD-ROM、DVD、存储器、硬盘、闪存驱动器、RAM、ROM、高速缓存等中的一个或多个。
处理器可包括可以提高多处理器的速度和性能的一个或多个核。在实施例中，处理器可以是双核处理器、四核处理器、其它芯片级多处理器等，其组合两个或更多个独立核(称为管芯)。
本文描述的方法和系统可以部分地或全部地通过执行软件的一个或多个计算机来部署。计算机可以包括存储器、处理器、计算机可读介质、存储介质、端口(物理和虚拟)、通信设备和能够通过有线或无线介质访问其它计算机和设备的接口等中的一个或多个。本文和其它地方描述的方法、程序或代码可以由计算机执行。此外，执行本文所述方法所需的其它设备。
关于本发明有用的方法、程序代码、计算、算法和指令可以在移动设备上或通过移动设备实现。移动设备可以包括导航设备、蜂窝电话、移动电话、智能电话、移动个人数字助理、膝上型计算机、掌上型计算机、上网本、平板计算机等。除了其它部件之外，这些设备可以包括存储介质，例如闪存、缓冲器、RAM、ROM和一个或多个计算设备。可以使与移动设备相关联的计算设备能够执行存储在其上的程序代码、方法和指令。
或者，移动设备可以被配置成与诸如器具的专用控制器的其它设备协作执行指令。移动设备可以与控制器通信并且被配置成执行程序代码。
计算机软件、程序代码和/或指令可以存储在计算机可读介质上和/或在计算机可读介质上访问，该计算机可读介质可以包括：计算机部件、设备和记录介质，其将用于计算的数字数据保留一段时间间隔；称为随机存取存储器(RAM)的半导体存储设备；通常用于更永久的存储的大容量存储设备，例如光盘，诸如硬盘、磁带、磁鼓、磁卡和其它类型的磁存储形式；处理器寄存器、高速缓冲存储器、易失性存储器、非易失性存储器；光存储器，例如CD、DVD；可移动介质，例如闪存(如USB棒或USB钥匙)、软盘、磁带、纸带、穿孔卡、独立RAM盘、Zip驱动器、可移动大容量存储设备、离线等；其它计算机存储器，例如动态存储器、静态存储器、读/写存储设备、可变存储设备、只读存储器、随机存取、顺序存取、位置可寻址、文件可寻址、内容可寻址、网络附加存储、存储区域网、条形码、磁性墨水等。
本文描述的方法和系统可以将物理和/或无形项目从一种状态转换到另一种状态。本文描述的方法和系统还可以将表示物理和/或无形项目的数据从一种状态转换到另一种状态。
在本发明中有用的方法和/或系统可以以硬件、软件或适合于特定应用的硬件和软件的任意组合来实现。硬件可以包括通用计算机和/或专用计算设备或具体计算设备或具体计算设备的特定方面或部件。过程可以在一个或多个微处理器、微控制器、嵌入式微控制器、可编程数字信号处理器或其它可编程设备以及内部和/或外部存储器中实现。过程还可以或替代地具体化在专用集成电路、可编程门阵列、可编程阵列逻辑或可配置成处理电子信号的任何其它设备或设备的组合中。还应当理解，一个或多个过程可以实现为能够在计算机可读介质上执行的计算机可执行代码。
应用软件可使用结构化编程语言(例如C)、面向对象的编程语言(例如C++)或任何其它高级或低级编程语言(包括汇编语言、硬件描述语言、以及数据库编程语言和技术)来创建，所述应用软件可被存储、编译或解释以在上述设备，以及处理器、处理器体系结构或不同硬件和软件的组合的异构组合，或能够执行程序指令的任何其它机器中的一者上运行。
因此，在一个方面中，本发明的方法可以具体化在计算机可执行代码中，当在一个或多个计算设备上执行时，该计算机可执行代码执行该方法的步骤。在另一方面，所述方法可以具体化在执行其步骤的系统中，并且可以以多种方式跨设备分布，或者可以将所有功能集成到专用的独立设备或其它硬件中。在另一方面，用于执行与上述过程相关联的步骤的装置可以包括上述硬件和/或软件中的任何一个。所有这些排列和组合都旨在落入本公开的范围内。
本发明可以具体化在可在一个或多个计算机上执行的程序指令集中。这样的指令集可以包括以下指令类型中的任何一种或多种：
数据处理和存储器操作，其可以包括用于以下的指令：将寄存器设置为固定恒定值，或者将数据从存储器位置复制到寄存器或者反之亦然，存储寄存器的内容、计算结果，或者检索存储的数据以稍后对其执行计算，或者从硬件设备读取数据和写入数据到硬件设备。
算术和逻辑运算，其可以包括用于以下的指令：加、减、乘或除两个寄存器的值；将结果放置在寄存器中；在状态寄存器中可行地设置一个或多个条件码；执行逐位运算，例如，取一对寄存器中的对应位的合取和析取，取寄存器中的每个位的否定；或比较寄存器中的两个值(例如，查看一个值是否更小，或它们是否相等)。
控制流操作，其可以包括用于下列的指令：分支到程序中的另一位置并在那里执行指令；如果某个条件成立，则有条件地分支到另一位置；间接分支到另一位置；或者调用另一代码块，同时将下一指令的位置保存为要返回的点。
协处理器指令，其可以包括将数据加载到协处理器或从协处理器存储数据、或者与CPU寄存器交换或者执行协处理器操作的指令。
本系统的计算机的处理器可以在其指令集中包括“复杂”指令。单个“复杂”指令完成采用其它计算机上的许多指令完成的任务。这样的指令由采取多个步骤、控制多个功能单元或者以比由给定处理器实现的大量简单指令更大的规模出现的指令来代表。“复杂”指令的一些示例包括：一次在堆栈上保存多个寄存器；移动大内存块；复杂整数和浮点运算(正弦、余弦、平方根等)；SIMD指令；对许多值并行执行运算、执行原子测试和设定指令或其它读-修改-写原子指令的单个指令；以及使用来自存储器而不是寄存器的操作数执行ALU操作的指令。
指令可以根据其部分来定义。根据更传统的体系结构，指令包括：指定要执行的操作的操作码，例如将存储器的内容添加到寄存器；以及零个或多个操作数说明符，其可以指定寄存器、存储器位置或文字数据。操作数说明符可以具有确定其含义的寻址模式，或者可以位于固定字段中。在包括许多微码体系结构的超长指令字(VLIW)体系结构中，在单个指令中指定多个同时的操作码和操作数。
某些类型的指令集不具有操作码字段(例如传输触发体系结构(TTA)或第四虚拟机)，仅具有操作数。其他不寻常的“0操作数”指令集缺少任何操作数说明符字段，例如包括NOSC的一些堆栈机器。
条件指令通常有谓词字段，即对特定条件进行编码以使操作得以执行而不是不执行的若干位。例如，如果条件为真，则将执行条件分支指令，并且采取分支，使得执行前进到程序的不同部分；如果条件为假，则不执行条件分支指令，并且不采取分支，使得执行顺序地继续。某些指令集还具有条件移动，使得如果条件为真，则将执行移动，并且将数据存储在目标位置；如果条件为假，则不执行，并且不修改目标位置。类似地，IBM z/体系结构具有条件存储。少数指令集在每个指令中包括谓词字段；这被称为分支预测。
构成程序的指令很少使用其内部数字形式(机器代码)来指定；它们可以使用汇编语言指定，或者更典型地，可以由编译器从编程语言生成。
前面的任何内容都不应被解释为意味着本系统和方法的任何优点都可由本发明的所有实施例实现。

Claims (23)

1.一种用于辅助有需要的受试者的运动的器具，所述器具包括成对的踝关节控制装置，所述成对的踝关节控制装置被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)在运动期间将踝关节返回到中立位置。
2.根据权利要求1所述的器具，其中，所述中立位置是小腿的长轴线与由足底描述的平面成约90度的位置。
3.根据权利要求1或2所述的器具，其中，所述成对的踝关节控制装置中的每一个通过偏置装置将踝关节返回到中立位置。
4.根据权利要求3所述的器具，其中，所述偏置装置是扭转弹簧。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的器具，包括成对的机电膝关节控制装置，所述成对的机电膝关节控制装置被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)使每个膝关节移动通过运动所需的运动范围。
6.根据权利要求5所述的器具，其中，所述成对的机电膝关节控制装置中的每一个包括偏置装置，所述偏置装置被配置成当受试者从就座位置移动到站立位置时基本抵消在所述受试者上引起的重力的一些或全部，从而伸展所述膝关节并允许所述受试者采取站立位置。
7.根据权利要求6所述的器具，其中，所述偏置装置是片簧或扭转弹簧。
8.根据权利要求6或7所述的器具，其中，所述成对的机电膝关节控制装置中的每一个包括至少一个电动马达，所述至少一个电动马达被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)实现运动所需的膝关节的运动范围。
9.根据权利要求8所述的器具，其中，所述成对的机电膝关节控制装置中的每一个包括齿轮、驱动器、滑轮中的一个或多个；所述成对的机电膝关节控制装置中的每一个与所述至少一个电动马达直接或间接可操作地连接；齿轮、驱动器、滑轮中的所述一个或多个被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)实现运动所需的膝关节的运动范围。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的器具，包括成对的机电髋关节控制装置，所述成对的机电髋关节控制装置被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)使每个髋关节移动通过运动所需的运动范围。
11.根据权利要求10所述的器具，其中，所述成对的机电髋关节控制装置中的每一个包括至少一个电动马达，所述至少一个电动马达被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)实现运动所需的髋关节的运动范围。
12.根据权利要求11所述的器具，其中，所述成对的机电髋关节控制装置中的每一个包括齿轮、驱动器、滑轮中的一个或多个；所述成对的机电髋关节控制装置中的每一个与所述至少一个电动马达直接或间接可操作地连接；齿轮、驱动器、滑轮中的所述一个或多个被配置成(单独地或与其它一个或多个部件组合地)实现运动所需的膝关节的运动范围。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的器具，其中，所述成对的机电髋关节控制装置中的每一个被配置成使股骨向前和/或向后和/或向外和/或向内旋转和/或实现股骨的轴向旋转。
14.根据权利要求5至13中任一项所述的器具，包括与(i)所述成对的机电膝关节控制装置(当存在时)和/或(ii)所述成对的机电髋关节控制装置(当存在时)电或数据通信的电子器具控制装置，所述电子器具控制装置被配置成协调所述受试者的每个膝关节和/或每个髋关节的移动，以便引起或辅助所述受试者的运动。
15.根据权利要求14所述的器具，包括膝关节感测装置，所述膝关节感测装置被配置成感测膝部的弯曲或拉直程度，所述感测装置与所述电子器具控制装置电或数据通信。
16.根据权利要求14或15所述的器具，包括髋关节感测装置，所述髋关节感测装置被配置成感测股骨相对于骨盆的移动程度和/或移动方向和/或旋转方向，所述感测装置与所述电子器具控制装置电或数据通信。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的器具，其中，所述成对的机电髋关节控制装置(当存在时)和/或所述成对的膝关节控制装置(当存在时)被配置成经由所述电子器具控制装置以协调的方式操作，以便向前和/或向后和/或向外和/或向内移动骨盆和/或实现所述骨盆的轴向旋转。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的器具，其中，所述电子器具控制装置接收来自所述膝关节感测装置(当存在时)和/或所述髋关节感测装置(当存在时)的电信号和/或数据，并且被配置成处理所述电信号和/或数据以提供输出电信号和/或数据，所述输出电信号和/或数据被传送到所述成对的机电膝关节控制装置(当存在时)中的每一个和/或所述成对的机电髋关节控制装置(当存在时)中的每一个的多个马达或多个马达中的任何一个或多个马达，以便引起或辅助所述受试者的运动。
19.一种对机电器具的电子控制单元进行编程的方法，所述机电器具被配置成引起或辅助受试者的运动，所述方法包括以下步骤：
提供运动正常的受试者，
提供成对的膝关节感测装置，所述成对的膝关节感测装置被配置成感测膝部的弯曲或拉直程度，
提供成对的髋关节感测装置，所述成对的髋关节感测装置被配置成感测股骨相对于骨盆的移动程度和/或移动方向和/或旋转方向，
将感测装置附接到所述运动正常的受试者的每个膝关节和髋关节，
允许所述运动正常的受试者从就座位置移动到站立位置和/或行走和/或慢跑和/或跑步和/或从站立位置移动到就座位置，
在一段时间内记录由所述成对的膝关节感测装置和所述成对的髋关节感测装置输出的电信号和/或数据，以便识别在所述运动正常的受试者的所述膝关节和所述髋关节中的每一个在所述运动正常的受试者从就座位置移动到站立位置和/或行走和/或慢跑和/或跑步和/或从站立位置移动到就座位置的任何过程中的正常运动范围，以及
用记录的数据或从记录的数据导出的数据对机电器具的电子控制单元进行编程，使得可操作地连接到所述控制单元并装配到运动受损受试者的机电设备可以在所述运动受损受试者中基本上复制或逼近所述运动正常的受试者的所述膝关节和所述髋关节中的每一个在从就座位置移动到站立位置和/或行走和/或慢跑和/或跑步和/或从站立位置移动到就座位置的任何过程中的所述正常运动范围。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述运动正常的受试者基本上与正在为其对所述电子控制装置进行编程的不能运动的受试者共享以下参数中的任何一个或多个：体重、身高、年龄、股骨长度、骨盆宽度、骨盆形状、胫骨长度、腓骨长度、足部长度、足部宽度、髋关节活动度、膝关节活动度、踝关节活动度、腿部或臀部的任何肌肉的肌肉质量。
21.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有通过根据权利要求19或20所述的方法记录的数据或从通过根据权利要求19或20所述的方法记录的数据导出的数据。
22.根据权利要求1至18中任一项所述的器具，其中，所述电子器具控制装置包括根据权利要求21所述的计算机可读介质。
23.根据权利要求22所述的器具，其中，所述控制装置还包括处理器可执行软件，所述处理器可执行软件被配置成将存储在所述计算机可读介质上的所述数据接收为输入，并且控制所述器具以便在所述成对的踝关节控制装置和/或所述成对的机电膝关节控制装置中实现所需的运动范围。
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