CN108472807A - 用于重型工具支承和使用的人体外骨骼装置 - Google Patents

Abstract

一种外骨骼(101,901)包括用于将外骨骼(101,901)联接到穿戴者(100,900)上的束带。外骨骼(101,901)还包括臀部结构(108,908)、可旋转地连接到臀部结构(108,908)上的大腿连结件(113,913)以及可旋转地连接到大腿连结件(113,913)上的胫部连结件(115,915)。外骨骼(113,913)的重量通过臀部结构(108,908)、大腿连结件(113,913)和胫部连结件(115,915)转移到外骨骼(101,901)立在其上的表面(118,918)。臂支架(922)支承穿戴者(100,900)的臂(923)，且伸缩连结件(910)可旋转地连接到臂支架(922)上。储能装置(123)通过线管(121)将动力输送至工具(103,903)，且线管‑储能装置联接部(122)将线管(121)连接到储能装置(123)上。

Description

用于重型工具支承和使用的人体外骨骼装置

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2015年10月30日提交的且题为“用于重型工具支承和使用的人体外骨骼装置”的美国临时申请No.62/248,677的权益。该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及增强穿戴者的承载能力和力量、提高性能且在执行某些承受负载或需要力量的任务期间有助于防止受伤的装置及方法。更具体而言，本发明涉及适合由从事重型工具使用或负重任务的人使用的结合了一组假肢、关节和相关的控制系统的装置，其提高了人的附肢在活动中的功能改进，包括但不限于穿戴者腿部的更大力量和耐力、允许穿戴者在行走时和在执行相同的工作任务时承受更大重量。

背景技术

可穿戴式外骨骼被设计用于医疗、商业和军事应用。医用外骨骼设计成帮助恢复使用者的活动性。商用和军用外骨骼有助于防止受伤和增强使用者的力量。商用和军用外骨骼用于在工作人员或士兵剧烈活动期间减轻由他们承受的负载，从而防止受伤并提高其耐力和力量。

设计成由健全的穿戴者使用的外骨骼通常用来通过使工具或负载的重量转移通过外骨骼结构并转移到地面中来改进穿戴者的耐力，从而减小由穿戴者承受的重量。在一些情况下，支持工具的外骨骼配备有非拟人化支持工具的臂，其支承工具的重量，通过提供支持工具协助来减轻使用者的疲劳。支持工具的臂将支持工具所需的竖向力转移通过外骨骼支承的支持工具的臂，而非通过使用者的臂和身体。在其它情况下，外骨骼结构大体上是拟人化的，且与使用者身体一前一后作用以通过支承穿戴者的臂的定位且然后将该工具重量转移到穿戴者的身体周围并转移到地面中来支承一些或全部工具重量。承重外骨骼将外骨骼负载的重量转移通过外骨骼的腿部，而非通过使用者的腿部。在一些情况下，承重外骨骼设计成承载特定负载，诸如沉重的背囊。在其它情况下，军用承重外骨骼支承防弹衣的重量。商用和军用外骨骼可具有受促动的关节，其增强外骨骼使用者的力量，其中这些受促动的关节由外骨骼控制系统控制，且其中外骨骼使用者使用任何多种可行的输入器件来对外骨骼控制系统下达命令。

在动力外骨骼中，外骨骼控制系统指示和控制外骨骼的关节中的轨迹，导致外骨骼的结构移动，且在一些情况下导致由外骨骼支承的工具的定位。这些控制轨迹可被指示为基于位置的、基于力的或两种方法的组合，诸如阻抗控制器中看到的那些。基于位置的控制系统可通过指示位置的修改而直接地被修改。基于力的控制系统也可通过指示的力简况的修改而直接地被修改。由于外骨骼使用者和外骨骼工具按比例而不同，故各种调整或定制的动力外骨骼将略微不同地配合每位使用者，需要外骨骼控制系统考虑到导致指示的外骨骼轨迹变化的外骨骼使用者比例、外骨骼构造/定制、外骨骼使用者适合度和工具支承中的这些差异。外骨骼使用者可通过通过多种器件与外骨骼控制系统的通信来控制外骨骼轨迹的变化，包括但不限于身体压力传感器、操纵杆、触摸垫、姿势传感器、语音传感器或直接地检测神经系统活动的传感器。

在非动力的支持工具的外骨骼中，外骨骼穿戴者提供力来移动外骨骼结构和任何附连的工具，其中外骨骼通过在某些位置支承工具的重量或协助某工具或外骨骼移动来协助穿戴者。在动力和非动力的支持工具的外骨骼两者中，外骨骼结构的设计，并具体是支持工具的臂的结构和支持工具的臂的附接点，或有助于工具支承的拟人化的臂的结构，在工具使用的应用中在外骨骼对穿戴者的有用性方面起到重要作用。外骨骼臂或工具支承结构的特定结构可变化地适于穿戴者可能参与的特定工具和特定运动。

存在以下需要：提供一系列装置，其通过直接地支承各种工具的重量而允许外骨骼协助外骨骼穿戴者并允许外骨骼穿戴者使用这些工具，从而在使用工具的任务中提高外骨骼穿戴者的力量和耐力。还存在以下需要：提供附加装置，其允许外骨骼支承外骨骼穿戴者的臂，以便在使用工具的任务中改进外骨骼穿戴者的力量和耐力。还存在以下需要：允许外骨骼穿戴者以一些方式使用工具类型或工具，这在没有外骨骼的情况下是不可行的。还存在以下需要：允许外骨骼提供动力至工具的外骨骼装置，其中用于这些工具的能量源由外骨骼框架支承，而非由外骨骼或穿戴者的臂支承。还存在以下需要：对外骨骼提供抗衡支承以支承工具和支承工具的外骨骼结构的重量。

发明内容

本文公开了允许对于动力和非动力外骨骼两者的穿戴者改进工具可用性的装置，其中这些装置中的一些直接地支持和支承工具的重量，其它装置在穿戴者支持工具的同时改进外骨骼穿戴者的力量或耐力，且其它装置允许使用人在无外骨骼装置的情况下将无法操作的大型工具。此外，公开了改进使用工具的外骨骼的平衡和重量分布的装置。

本发明的一个主要目的在于提供允许工具的重量由附连到外骨骼上的支承结构承受的装置及方法，其中工具的重量通过支承结构转移到外骨骼和外骨骼立在其上的表面，且其中外骨骼穿戴者能够操纵该工具支承结构，以便影响工具的位置。

本发明的另外的目的在于提供通过使工具的动力源的一些或全部重量转移远离工具或支持工具的臂且转移到外骨骼结构的另一部分上而允许改进支持工具的外骨骼的平衡的装置及方法。另一目的在于提供允许外骨骼自动地调整该工具的抗衡重量的位置，以便进一步改进支承工具的外骨骼的平衡的装置及方法。

本发明的另外的目的在于提供允许外骨骼结构支承和/或改进外骨骼穿戴者的臂的力量，从而允许外骨骼穿戴者更容易操纵和使用工具或重型物件的装置及方法。

本发明的另外的目的在于提供允许外骨骼配备在无外骨骼的情况下对于人使用而言过于棘手或沉重的类型或尺寸的工具的装置及方法。

开发的构想在于允许支持工具的臂装置(诸如用于在固定工业应用中使用的市售可得的工具平衡臂)或类似装置附接到人体外骨骼装置的框架上，使得外骨骼穿戴者可在工具使用活动期间使用支持工具的臂来支承工具的重量且根据预期操纵工具和支持工具的臂的位置，其中外骨骼结构将工具和支持工具的臂的重量转移到外骨骼穿戴者的身体周围，并转移到外骨骼和穿戴者立在其上的表面中，其中外骨骼和穿戴者还能够行走通过该表面，以在工具使用活动期间根据需要进一步更改工具的位置，且其中在行走期间，外骨骼和支持工具的臂继续将工具的重量转移到外骨骼穿戴者的身体周围而转移到表面中。

还开发的构想在于允许该使用工具的臂提供用于从外骨骼结构对工具提供动力的线管。这允许储能装置(诸如电池)或发电装置(诸如内燃机)改放在外骨骼的框架上，从而导致工具质量降低，允许外骨骼穿戴者更容易使工具移动，且改进了配备有支承工具的臂的外骨骼的平衡。这还允许了插入式有线工具具有用于电源线的路径，电源线在工具移动或行走期间不太可能缠绕外骨骼和穿戴者。在动力外骨骼装置中，动力系统可在外骨骼与工具之间共用。

还开发的构想在于支持工具的臂装置包括伸缩筒部件，其中该伸缩的支持工具的臂装置附接到人体外骨骼装置的框架上，其中附加的拉伸部件将外骨骼框架连接到支持工具的臂上，以便对支持工具的臂提供竖直支承。该支持工具的臂构造成使得外骨骼穿戴者可在工具使用活动期间使用支持工具的臂来支承工具的重量且根据预期操纵工具和支持工具的臂的位置，其中外骨骼结构将工具和支持工具的臂的重量转移到外骨骼穿戴者的身体周围并转移到外骨骼和穿戴者立在其上的表面中，其中外骨骼和穿戴者还能够行走通过该表面，以在工具使用活动期间根据需要进一步更改工具的位置，且其中在行走期间，外骨骼和支持工具的臂继续将工具的重量转移到外骨骼穿戴者的身体周围而转移到表面中。

还开发的构想在于允许支持工具的结构包括两组伸缩筒部件，其中这些伸缩部件连接到人体外骨骼框架的刚性区段上的两个点上，且其中这些伸缩部件使工具三角形化并支持工具，其中该支持工具的结构构造成使得外骨骼穿戴者可在工具使用活动期间使用支持工具的结构来支承工具的重量且根据预期操纵工具和支持工具的结构的位置，其中外骨骼结构将工具和支持工具的结构的重量转移到外骨骼穿戴者的身体周围并转移到外骨骼和穿戴者立在其上的表面中，其中外骨骼和穿戴者还能够行走通过该表面以在工具使用活动期间根据需要进一步更改工具的位置，且其中在行走期间，外骨骼和支持工具的臂继续将工具的重量转移到外骨骼穿戴者的身体周围而转移到表面中。

还开发的构想在于将轴平面中的围绕外骨骼的支承环附接在外骨骼的臀部处，其中支持工具的臂安装在该支承环上，其中该支持工具的臂的底部可围绕支承环的圆周移动，从而允许支持工具的臂的底部定位在沿支承环的前半部的任何点处，其中支持工具的臂包含附接到底部上的附加连结件，包括允许支持工具的臂延伸出轴平面以便允许外骨骼穿戴者在围绕外骨骼使用者的一定范围的位置处使用安装在支承臂上的工具的连结件。支承环、支持工具的臂和工具的重量被转移通过外骨骼的臀部，转移到外骨骼穿戴者周围，转移通过外骨骼腿部并转移到外骨骼和穿戴者立在其上的表面中。

还开发的构想在于包括外骨骼周围的轴平面中的支承环，其中支持工具的臂固定在该支承环上，其中该支承环安装在外骨骼的臀部上使得支承环可相对于外骨骼臀部旋转，从而允许外骨骼穿戴者根据需要再定位外骨骼支持工具的臂的底部，其中支持工具的臂包含附接到底部上的附加连结件，包括允许工具支承臂延伸出轴平面以允许外骨骼穿戴者在外骨骼使用者周围的一定范围的位置处使用安装在支持工具的臂上的工具的连结件。与可旋转的支承环上的支持工具的臂的附接点相反的点是用于抗衡结构的附接点，其中该抗衡结构抵消支持工具的臂和工具的重量。当支承环和附连的支持工具的臂围绕外骨骼穿戴者旋转时，抗衡物与它们一起旋转，从而自动地改进外骨骼的平衡。支承环、支持工具的臂、抗衡物和工具的重量通过外骨骼的臀部转移到外骨骼穿戴者周围，并转移到外骨骼和穿戴者立在其上的表面中。

还开发的构想在于将拉伸部件附连到外骨骼的结构上，其中这些拉伸部件连接到臂支架上，臂支架附接到外骨骼穿戴者的臂上，且其中这些拉伸部件改进外骨骼穿戴者的臂的耐力和/或力量。

更进一步开发的构想在于将伸缩部件附连到外骨骼的结构上，其中这些伸缩部件连接到臂支架上，臂支架附接到外骨骼穿戴者的臂上，且其中这些伸缩部件改进外骨骼穿戴者的臂的耐力和/或力量。

还开发的构想在于支承臂的装置包括伸缩筒部件，其中该伸缩的支承臂的装置附接到人体外骨骼装置的框架上，且其中附加的拉伸部件将外骨骼框架连接到臂支承装置上，以便对支持重型工具的外骨骼穿戴者的前臂提供竖直支承。该支承臂的装置构造成使得外骨骼穿戴者可在工具使用活动期间使用支承臂的装置来帮助支承手持工具的重量和操纵工具的位置，其中外骨骼结构将工具的一些重量转移到外骨骼穿戴者的身体周围，并转移到外骨骼和穿戴者立在其上的表面中，其中外骨骼和穿戴者还能够行走通过该表面来在工具使用活动期间根据需要进一步更改工具的位置，且其中在行走期间，外骨骼和支承臂的装置继续将工具的一些重量转移到外骨骼穿戴者身体周围而转移到表面中。

还开发的构想在于臂支承装置包括伸缩筒部件，其中该伸缩的支承臂的装置附接到人体外骨骼装置的框架上，以对支持重型工具的外骨骼穿戴者的上臂提供竖直支承。该支承臂的装置构造成使得外骨骼穿戴者可在工具使用活动期间使用支承臂的装置来帮助支承工具的重量和操纵工具的位置，其中外骨骼结构将工具的一些重量转移到外骨骼穿戴者的身体周围，并转移到外骨骼和穿戴者立在其上的表面中，其中外骨骼和穿戴者还能够行走通过该表面来在工具使用活动期间根据需要进一步更改工具的位置，且其中在行走期间，外骨骼的支承臂的装置继续将工具的一些重量转移到外骨骼穿戴者身体周围而转移到表面中。

还开发的构想在于将支承臂附连到外骨骼的结构的背部上，其中该支承臂在外骨骼穿戴者的身体上延伸，且在外骨骼穿戴者前方，从而允许该支承臂在竖直提升活动中在外骨骼穿戴者前方用作起重机，其中由支承臂提升的工具或其它物体的重量通过支承臂转移而到外骨骼框架中，转移到外骨骼穿戴者的身体周围，并转移到外骨骼和穿戴者立在其上的表面中。

还开发的构想在于将支承臂附连到外骨骼的结构的背部上，其中该支承臂包括伸缩结构，其在外骨骼穿戴者的身体上延伸，且基本上在外骨骼穿戴者前方，从而允许该支承臂在离外骨骼穿戴者一定距离处支承工具或仪器，诸如悬挂式麦克风。外骨骼穿戴者另外能够使用他或她的臂与支承臂相互作用并来通过手柄引导支承臂的位置。由支承臂支承的工具或其它物体的重量通过支承臂转移并到外骨骼框架中，转移到外骨骼使用者的身体周围，并转移到外骨骼和穿戴者立在其上的表面中。

还开发的构想在于一种外骨骼，其中外骨骼使用者站立且/或附在该外骨骼结构的主体后方，且工具臂附接到外骨骼前方，其中外骨骼使用者部分地用于在外骨骼穿戴者的矢状平面中平衡外骨骼的工具臂。

具体而言，本发明涉及一种包括构造成将外骨骼联接到穿戴者上的束带的外骨骼。外骨骼还包括臀部结构、可旋转地连接到臀部结构上的大腿连结件以及可旋转地连接到大腿连结件上的胫部连结件。外骨骼的重量通过臀部结构、大腿连结件和胫部连结件转移到外骨骼立在其上的表面。臂支架构造成支承穿戴者的臂，且伸缩连结件可旋转地连接到臂支架上。储能装置构造成将动力通过线管输送至工具，且线管-储能装置联接部构造成将线管连接到储能装置上。

在某些实施例中，臂支架构造成支承穿戴者的上臂，且伸缩连结件可旋转地连接到臀部结构上。在另一实施例中，臂支架构造成支承穿戴者的前臂，且伸缩连结件构成第一伸缩连结件。外骨骼还包括可旋转地连接到第一伸缩连结件上的第二伸缩连结件。

优选地，储能装置为电池。在各种实施例中，外骨骼是动力外骨骼，且储能装置进一步构造成将动力输送至外骨骼。在另一实施例中，外骨骼是非动力外骨骼。优选地，电池被安装在外骨骼的后部上。

在一个实施例中，外骨骼还包括构造成支承工具的支持工具的臂以及构造成将工具连接到支持工具的臂上的工具联接部。多个线管引导件构造成沿支持工具的臂为线管设定路线。外骨骼还可包括构造成将支持工具的臂连接到臀部结构上的臀部联接部。

本发明的另外的目的、特征和优点根据在结合附图时的其优选实施例的以下详细描述变得更容易清楚，在附图中，相似参考标号指若干视图中的共同部分。

附图说明

图1A为示出穿戴配备有非拟人化的支持工具的臂装置和工具的外骨骼的工作人员的侧视图的示图，代表了本发明的主实施例。

图1B为示出穿戴配备有安装臀部的非拟人化支持工具的臂装置和工具的外骨骼的工作人员的侧视图的示图，其中该工具从安装在工具远侧的外骨骼的结构上的能量源汲取动力，代表了本发明的主实施例的附加元件。

图2为示出穿戴配备有安装臀部的非拟人化支持工具的臂装置和工具的外骨骼的工作人员的侧视图的示图，代表了本发明的第二实施例。

图3A为示出穿戴配备有安装臀部和肩部的非拟人化支持工具的装置和工具的外骨骼的工作人员的侧视图的示图，代表了本发明的第三实施例。

图3B为示出穿戴配备有安装臀部和肩部的非拟人化支持工具的装置和工具的外骨骼的工作人员的侧视图的示图，其中工作人员、支持工具的装置和工具示为在相对于图3A的备选位置，代表了本发明的第三实施例。

图4A为示出穿戴配备有安装在轴平面中的右旋(r-theta)转动关节上的支持工具的臂的外骨骼的工作人员的透视图的示图，代表了本发明的第四实施例。

图4B为示出穿戴配备有安装在轴平面中的右旋转动关节上的支持工具的臂的外骨骼的工作人员的顶视图的示图，代表了本发明的第四实施例。

图4C为示出穿戴配备有安装在轴平面中的右旋转动关节上的支持工具的臂的外骨骼的工作人员的侧视图的示图，其中该支持工具的臂包括附接到工具上的附加的竖直支承件，代表了本发明的第四实施例。

图4D为示出外骨骼臀部和安装在轴平面中的固定半圆形支承环上的可动的支持工具的臂的简化顶视图的示图，代表了本发明的第四实施例。

图5A为示出配备有安装在轴平面中的旋转支承环上的固定的支持工具的臂的外骨骼的简化截面顶视图的示图，代表了本发明的第五实施例。

图5B为示出配备有安装在轴平面中的旋转支承环上的固定的支持工具的臂的外骨架的简化截面顶视图的示图，其中附加的配重在与支持工具的臂相反的位置处安装在支承环上，代表了本发明的第五实施例的附加元件。

图6A为示出穿戴配备有拉伸部件和将人的臂连结到外骨骼的框架上的臂联接部的外骨骼的人的前视图的示图，代表了本发明的第六实施例。

图6B为示出穿戴配备有拉伸部件和将人的臂连结到外骨骼的框架上的臂联接部的外骨骼的人的后视图的示图，代表了本发明的第六实施例。。

图7为示出穿戴配备有伸缩筒和将人的臂连结到外骨骼的框架上的臂联接部的外骨骼的人的前视图的示图，代表了本发明的第七实施例。

图8为示出穿戴配备有伸缩的非拟人化支承臂和将人的前臂连结到外骨骼的框架上的臂联接部的外骨骼的工作人员的侧视图的示图，代表了本发明的第八实施例。

图9为示出穿戴配备有伸缩的非拟人化支承臂和将人的上臂连结到外骨骼的框架上的臂联接部的外骨骼的工作人员的侧视图的示图，代表了本发明的第九实施例。

图10为示出穿戴配备有附连到外骨骼的背部上的非拟人化起重机状的臂的外骨骼的工作人员的侧视图的示图，该起重机状的臂跨越人和外骨骼以允许该臂与外骨骼前方的物体的相互作用，代表了本发明的第十实施例。

图11为示出穿戴配备有附连到外骨骼的后面上的伸缩的非拟人化臂的外骨骼的工作人员的侧视图的示图，该臂跨越人和外骨骼且基本上在外骨骼前方延伸，其中该臂支承悬挂式麦克风，代表了本发明的第十一实施例。

图12A为示出穿戴配备有附连到外骨骼前部上的挖掘臂和在外骨骼后部上的电源的行走式外骨骼的工作人员的侧视图的示图，代表了本发明的第十二实施例。

图12B为示出穿戴配备有附连到外骨骼前部上的挖掘臂和在外骨骼后部上的电源的行走式外骨骼的工作人员的前视图的示图，代表了本发明的第十二实施例。

具体实施方式

本文公开了本发明的详细实施例。然而，要理解，公开的实施例仅为可以多种和备选的方式体现的本发明的示例。附图不一定按比例绘制，且一些特征可扩大或缩小以示出特定构件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅作为用于教导本领域技术人员使用本发明的代表性基础。

在图1A中示出了本发明的主实施例，其中人100穿戴外骨骼101，且其中外骨骼101由束带102附接到人100上。外骨骼101的臀部结构108在臀部联接部107处连接到支持工具的臂105上，其中支持工具的臂105在工具联接部106处连接到工具103上且支承工具103的重量。支持工具的臂105由上工具臂连结件109和下工具臂连结件110构成，其中支持工具的臂105的工具臂连结件灵活地连接，使得它们可相对于彼此移动，以便允许人100使用臂104来改变工具103相对于外骨骼101和人100的位置。工具103的重量通过工具联接部106转移到上工具臂连结件109，然后转移到下工具臂连结件110，然后转移到臀部联接部107并转移到外骨骼101的臀部结构108中。臀部结构108在臀部112处可旋转地连接到大腿连结件113上，其中大腿连结件113在膝盖114处可旋转地连接到胫部连结件115上，其中胫部连结件115在踝部116处可旋转地连接到足部结构117上。该连接性允许外骨骼101、工具103和支持工具的臂105的重量通过臀部结构108、通过大腿连结件113和胫部连结件115转移到人100的腿部111周围，转移到足部结构117中且最终转移到表面118。人100还可在穿戴外骨骼101的同时行走，其中外骨骼101继续支承工具103和支持工具的臂105的重量。在一些实施例中，支持工具的臂是非动力的市售可得的装置，诸如Equipois zeroG™，或本领域中已知的另一可安装的支持工具的臂。在一些实施例中，支持工具的臂具有多于两个的可动结构连结件。

在图1B中示出了主实施例的附加元件，其中工具103接收来自储能装置123的动力，其中储能装置123安装在外骨骼101的与工具103相反的侧上，其中工具103通过线管121汲取动力，其中线管121在线管-工具联接部120处连接到工具103上，且在线管-储能装置联接部122处连接到储能装置123上，且其中线管121在线管引导件130处沿支持工具的臂105设定路线。在一些实施例中，储能装置为电池、压缩空气气缸、燃料电池或本领域中已知的其它储能装置。在一些实施例中，储能装置由联接到发电机、压缩空气气缸或液压泵上的内燃机替换或增强。在一些实施例中，储能装置用作动力路由/适配器系统，允许外骨骼与外部电源之间的连续或间断的对接。在一些实施例中，线管为电线、压缩空气软管、液压线、机械转移线或本领域中已知的其它能量转移装置。在一些实施例中，外骨骼是动力外骨骼，且动力在动力外骨骼系统与工具之间共用。在其它实施例中，外骨骼是无源的，且仅工具和相关系统接收或需要动力。

作为本发明的主实施例的示例，考虑到足部手架上的造船厂工作人员用重型研磨工具在干船坞中清洁船体。通过使用本发明的主实施例，与没有本发明的主实施例的装置相比，该工作人员可将研磨工具支持在他或她的头上或远离他或她的身体达长得多的时间段，因为支持工具的臂和外骨骼支承工具的重量。耐力的这种提高还将导致生产力提高和工作人员受伤的几率降低。此外，通过使用本发明的主实施例的附加元件，通过经由重量重新分布和平衡而改进外骨骼的平衡，以及通过为电线设定路线而使得减小工作人员在危险工作环境中受线缠绕或绊倒的可能性，进一步提高工作人员的安全性。除改进安全性之外，防止线缠绕具有在某些封闭环境中改进外骨骼可操纵性的增加的益处。

在图2中示出了本发明的第二实施例，其中人200穿戴外骨骼201，且其中外骨骼201由束带202附接到人200上。外骨骼201的臀部结构208在臀部联接部207处可旋转地连接到支持工具的臂205上，其中支持工具的臂205在工具联接部206处连接到工具203上且支承工具203的重量。支持工具的臂205包括上伸缩连结件209和下伸缩连结件210，其中支持工具的臂205的伸缩连结件在长度上可调整且可旋转地连接在连结件关节220处，使得它们允许人200使用臂204来改变工具203相对于外骨骼201和人200的位置。工具203的重量通过工具联接部206转移到上伸缩连结件209，且然后转移到下伸缩连结件210和拉伸部件222两者。下伸缩连结件210将工具重量的一部分转移到臀部联接部207且转移到外骨骼201的臀部结构208中，同时拉伸部件222将工具203的重量的其余部分通过拉伸部件连接件221转移到外骨骼背部结构223并转移到外骨骼201的臀部结构208中。臀部结构208在臀部212处可旋转地连接到大腿连结件213上，其中大腿连结件213在膝盖214处可旋转地连接到胫部连结件215上，且其中胫部连结件215在踝部216处可旋转地连接到足部结构217上。该连接性允许外骨骼201、工具203和支持工具的臂205的重量通过臀部结构208、通过大腿连结件213和胫部连结件215转移到人200的腿部211周围，转移到足部结构217中且最终转移到表面218。人200还可在穿戴外骨骼201的同时行走，其中外骨骼201继续支承工具203和支持工具的臂205的重量。在一些实施例中，支持工具的臂具有多于两个的伸缩连结件。在一些实施例中，伸缩连结件包括多于两个的筒。在一些实施例中，伸缩连结件是无源的。在一些实施例中，伸缩连结件中的一个或多个可在某些长度处锁定。在一些实施例中，伸缩连结件中的一个或多个是有动力的。在一些实施例中，臀部联接部为球窝关节。在一些实施例中，臀部联接部是铰链关节，将该关节的移动限制于单个平面。在一些实施例中，臀部联接关节在特定角度处是灵活的。在一些实施例中，连结件关节是球窝关节。在一些实施例中，连结件关节是铰链关节，将该关节的移动限制于单个平面。在一些实施例中，连结件关节固定在特定角度处，诸如45度或90度。在一些实施例中，拉伸部件是刚性的。在一些实施例中，拉伸部件具有一定的伸展。在一些实施例中，拉伸部件在长度上可调整。在一些实施例中，拉伸部件可通过使用动力装置(诸如小绞盘)来调整长度。

作为本发明的第二实施例的示例，考虑到使用重型铆钉固定工具将钢梁铆接在一起的高层建筑环境中的工作人员。通过使用本发明的第二实施例，与没有本发明的第二实施例的装置相比，该工作人员可将铆接机支持在他或她的头上或远离他或她的身体达长得多的时间段，因为支持工具的臂和外骨骼支承工具的重量。工作人员耐力的这种提高还可导致工作人员受伤的几率降低和生产力提高。

在图3A和3B中示出了本发明的第三实施例，其中人300穿戴外骨骼301，且其中外骨骼301由束带302附接到人300上。外骨骼301的背部结构323在下支架307和上支架321处连接到支持工具的结构305上，其中下支架307可旋转地连接到下伸缩连结件310上，其中上支架321可旋转地连接到上伸缩连结件309上，且其中下伸缩连结件310和上伸缩连结件309两者在工具联接部306处可旋转地联接到工具303上。支持工具的结构305构造成使得下伸缩连结件310和上伸缩连结件309两者都在长度上可调整，且可旋转地连接到工具303和外骨骼301两者上，使得人300可使用臂304来改变工具303相对于外骨骼301和人300的位置。该可调整的支持工具的结构提供了特别坚固和稳定的工具连接平台，有效地形成了三角形结构，其具有一个长度固定的侧、三个可变角度和两个长度可变的侧。工具303的重量通过工具联接部306转移到上伸缩连结件309和下伸缩连结件310两者，然后分别转移到上支架321和下支架307，然后转移到背部结构323且转移到臀部结构308中。臀部结构308在臀部312处可旋转地连接到大腿连结件313上，其中大腿连结件313在膝盖314处可旋转地连接到胫部连结件315上，且其中胫部连结件315在踝部316处可旋转地连接到足部结构317上。该连接性允许外骨骼301、工具303和支持工具的臂305的重量通过臀部结构308、通过大腿连结件314和胫部连结件316转移到人300的腿部311周围，转移到足部结构317中且最终转移到表面318。人300还可在穿戴外骨骼301的同时行走，其中外骨骼301继续支承工具303和支持工具的臂305的重量。在一些实施例中，伸缩连结件是无源的。在一些实施例中，伸缩连结件中的一个或多个可在某些长度处锁定。在一些实施例中，伸缩连结件中的一个或多个是有动力的。在一些实施例中，上连结件连接到外骨骼穿戴者的胸部或另一位置上，而不经过肩部。在一些实施例中，臂结构的一个或多个关节是球窝关节。在一些实施例中，臂结构的一个或多个关节是铰链关节，将这些关节的移动限制于单个平面。

作为本发明的第三实施例的示例，考虑在木材切割环境中使用非常大的链锯砍树的工作人员。通过使用本发明的第三实施例，相比于没有本发明的第三实施例的装置，该工作人员可支持和稳定地操作链锯达长得多的时间段，因为支持工具的结构和外骨骼支承链锯的重量。工作人员耐力的这种提高还将导致生产力提高和工作人员受伤的几率降低。

在图4A-D中示出本发明的第四实施例，其中人400穿戴外骨骼401，外骨骼401由束带402附接到人400上，其中外骨骼401具有安装在支承环420上的支持工具的臂405，其中支承环420在右臀部连接件407处和左臀部连接件427处附连到外骨骼401的臀部结构408上，且其中工具403附连到支持工具的臂405上且由支持工具的臂405支承。支持工具的臂405包括臂底部425和主连结件421，其中臂底部425和主连结件421安装在支承环420上且与支承环420相互作用，其中主连结件421可旋转地连接(在轴平面中)到第二连结件410上，其中第二连结件410连接到伸缩的竖直连结件409上，其中伸缩的竖直连结件409可旋转地连接到工具安装件406上，且其中工具安装件406连接到工具403上。支持工具的臂405和支承环420构造成使得支持工具的臂405连同支承环420的位置可由人400根据预期改变，以便于使用工具403，使得主连结件421、第二连结件410、伸缩的竖直连结件409和工具403的相对位置可由人400调整以便于利用臂404来使用工具403。臀部结构408在臀部412处可旋转地连接到大腿连结件413上，其中大腿连结件413在膝盖414处可旋转地连接到胫部连结件415上，其中胫部连结件415在踝部416处可旋转地连接到足部结构417上。该连接性允许外骨骼401、工具403和支持工具的臂405的重量通过臀部结构408、通过大腿连结件413和胫部连结件415转移到人400的腿部411周围，转移到足部结构417中且最终转移到表面418。人400还可在穿戴外骨骼401的同时行走，其中外骨骼401继续支承工具403和支持工具的臂405的重量。在一些实施例中，支持工具的臂405围绕支承环420的移动是有动力的。在一些实施例中，支持工具的臂405围绕支承环420的移动由外骨骼穿戴者无源地控制。支持工具的臂405和支承环420之间的相互作用可利用轮、夹具、啮合的齿轮、链驱动器或本领域中已知的其它器件。在一些实施例中，伸缩连结件包括多于两个的筒。在一些实施例中，支持工具的臂构件的移动是有动力的。在其它实施例中，支持工具的臂构件的移动是无源的。在一些实施例中，伸缩连结件由球窝关节连接到第二连结件上。在一些实施例中，轴平面中存在多于两个的连结件。在一些实施例中，这些轴平面连结件未固定在轴平面中。在诸如图4D中所示的一些实施例中，支承环是半圆形的，仅存在于外骨骼穿戴者前方。在其它实施例中，环是完整的圆形以促进平衡。在一些实施例中，环是椭圆形。在一些实施例中，环未结合到臀部上，而是结合到外骨骼的另一结构上。

作为本发明的第四实施例的示例，考虑到造船厂环境中使用很重的研磨工具打磨干船坞中的船体的工作人员。通过使用本发明的第四实施例，与没有本发明的第四实施例的装置相比，该工作人员可将研磨工具支持在他或她的头上或远离他或她的身体达长得多的时间段，因为支持工具的臂和外骨骼支承工具的重量。如果存在动力外骨骼，则工具臂另外可使用伸缩连结件提起工具来相对于船体施加研磨机的压力，而工作人员不必施加附加的力，且其中外骨骼的工具臂和框架吸收向下的抗衡力，且将力转移到工作人员周围，除提高工作人员的耐力外，还有效地增大了工作人员的力量。耐力的这种提高还将导致生产力提高和工作人员受伤的几率降低。

本发明的第五实施例在图5A和5B中被示出，且在视觉和概念上类似于本发明的第四实施例，其中轴平面中的支承环围绕外骨骼和穿戴者，且可动的工具臂在环上。在第四实施例中，工具臂安装在环上且沿环移动，其中环固定到外骨骼结构上。在第五实施例中，工具臂附接到环上的固定位置上，且支承环自身围绕外骨骼结构旋转，其中该环的旋转改变工具臂相对于外骨骼结构的位置，其类似于炮塔沿着安装环相对于车辆改变武器的位置的方式。在图5A中，支承环524安装在外骨骼501的右臀部550和左臀部551处，其中支承环524由右外环引导件507、右内环引导件528、左外环引导件527和左内环引导件529支持并引导。支持工具的臂505在臂安装件530处附连到支承环524上，其中支持工具的臂505包括主连结件521、第二连结件510和伸缩的竖直连结件509。支承环524可在轴平面中旋转，由右臀部550和左臀部551二者引导、支承并经过它们，其中支持工具的臂505相对于右臀部550和左臀部551两者的位置随着支承环524旋转而更改。

在图5B中，支承环525安装在外骨骼561的右臀部550和左臀部551处，其中支承环525附连到支持工具的臂505和支承环配重532两者上，其中支承环配重532在配重安装件531处附连到支承环525上，且其中配重安装件531在支承环525的相对于臂安装件530的相反侧上。在支承环525旋转时，臂安装件530和配重安装件531的相对位置支持不变，允许了支承环525在对外骨骼561的平衡进行最小改变的情况下旋转。在一些实施例中，支持工具的臂和支承环的移动是有动力的。在一些实施例中，支持工具的臂和支承环的移动由外骨骼穿戴者人工地进行调整。支承环与外骨骼框架上的安装和引导装置之间的相互作用可利用轮、夹具、啮合的齿轮、链驱动器或本领域中已知的其它器件。在一些实施例中，支持工具的臂构件的移动是有动力的。在其它实施例中，支持工具的臂构件的移动是无源的。在一些实施例中，环未结合到臀部上，而是结合到外骨骼的另一结构上。在一些实施例中，支承环上的臂和配重安装件并非180度相反。在一些实施例中，配重与臂安装件的相对位置是可调整的。在一些实施例中，支承环上存在多于一个的臂安装件或配重安装件。在一些实施例中，配重是能量源，其用于对工具和/或外骨骼提供动力。在一些实施例中，配重是第二支持工具的臂和工具。

作为本发明的第五实施例的示例，考虑到采矿、采石场或解构环境中使用重型手提钻类工具水平地钻入岩石或水泥中的工作人员。通过使用本发明的第五实施例，相比于没有本发明的第五实施例的装置，该工作人员可水平地且以各种角度支持手提钻达长得多的时间段，因为支持工具的臂和外骨骼支承工具的重量，其中安装在支承环上的配重允许调整工具位置而不使外骨骼失衡。除通过允许增加工具使用时间准许工作人员提高生产力外，在该危险的使用工具的任务期间，改进的平衡还极大地降低了工作人员受伤的几率。

在图6A和6B中示出了本发明的第六实施例，其中人600穿戴外骨骼601，其中外骨骼601由束带602附接到人600上，其中外骨骼601具有支承轭状物603的背部结构614，其中拉伸部件安装件613连接到轭状物603上，其中拉伸部件连接点607连接到拉伸部件608上，且其中拉伸部件608连接到上臂支架605和前臂支架606上。上臂支架605和前臂支架606联接到人600的臂604上。力通过拉伸部件608转移到拉伸部件连接点607和拉伸部件安装件613，转移到轭状物603、转移到背部结构614、转移到背部臀部界面615、转移到外骨骼臀部609、转移到外骨骼腿部结构610、转移到外骨骼足部结构612，且最终转移到表面618。在一些实施例中，拉伸部件是刚性的，用来将外骨骼穿戴者的臂支撑在某些位置。在一些实施例中，拉伸部件具有一定的伸展，在某些运动中增大了使用者的力量，同时在其它运动中增大了对臂移动的阻力。在一些实施例中，拉伸部件在长度上可调整。在一些实施例中，拉伸部件可通过使用动力装置(诸如小绞盘)来调整长度。在有动力的实施例中，拉伸部件的长度在外骨骼穿戴者的臂屈曲运动(例如，二头肌翘曲/耸起)期间缩短以增强臂的力量。在一些实施例中，拉伸部件的类似系统位于外骨骼的背部上，以在臂伸展(三头肌参与)运动中使外骨骼穿戴者增强。在一些实施例中，仅上臂支架连接到拉伸部件上。在一些实施例中，多个拉伸部件将上臂支架和下臂支架连接到外骨骼结构上。

作为本发明的第六实施例的示例，考虑在建筑环境中从事建筑材料的提升和移动的工作人员。如果工作人员穿戴配备有本发明的第六实施例的有动力的实施例的外骨骼，则工作人员将能够用他或她的臂提起更多的建筑材料，且在较少的疲劳和受伤风险的情况下将此材料运送地更远。

在图7中示出本发明的第七实施例，其中人700穿戴外骨骼701，其中外骨骼701由束带702附接到人700上，其中外骨骼701具有支承轭状物704的背部结构(在图7中不可见，但类似于图6B中所示的背部结构614)，其中上伸缩部件连接点707连接到轭状物703上，其中上伸缩部件连接点707连接到上伸缩部件708上，其中上伸缩部件708连接到上臂支架705上，其中上臂支架705连接到下伸缩部件720上，且其中下伸缩部件720连接到前臂支架706上。上臂支架705和前臂支架706联接到人700的臂704上。力通过前臂支架706转移到下伸缩部件720，转移到上臂支架705，从上臂支架705通过上伸缩部件708转移到上伸缩部件连接点707，然后转移到轭状物703，转移到背部结构，转移到背部臀部界面(在图7中不可见，但类似于图6B中所示的背部臀部界面615)，转移到外骨骼臀部709、转移到外骨骼腿部结构710、转移到外骨骼足部结构712，且最终转移到表面718。在一些实施例中，伸缩部件具有多于一个的可动筒。在一些实施例中，一个或多个伸缩部件是有动力的。在一些实施例中，一个或多个伸缩部件是无源的。在一些实施例中，伸缩部件的长度是可锁定的。在有动力的实施例中，伸缩部件的长度在臂屈曲运动(例如，二头肌翘曲/耸起)期间缩短，且在外骨骼穿戴者的臂伸展运动期间伸长以增强臂的力量。在一些实施例中，不存在下伸缩部件或前臂支架。

作为本发明的第七实施例的示例，考虑在灾后重建环境中从事瓦砾和碎片的提升和移动的工作人员。如果穿戴外骨骼的工作人员配备有本发明的第六实施例的有动力的实施例，则工作人员将能够用他或她的臂提升更多的瓦砾或碎片材料，从而允许穿戴者更快且更高效地工作，同时减少疲劳和/或受伤风险。

在图8中示出了本发明的第八实施例，其中人800穿戴外骨骼801，且其中外骨骼801由束带802附接到人800上。外骨骼801的臀部结构808在臀部联接部807处可旋转地连接到支承臂的装置805上，其中支承臂的装置805在前臂关节806处可旋转地连接到前臂支架822上，其中前臂支架822支承人800的右臂823的一些重量，且其中人800的臂804支持工具803。支承臂的装置805包括上伸缩连结件809和下伸缩连结件810，其中支承臂的装置805的伸缩连结件在长度上可调整且可旋转地连接在连结件关节820处，使得它们允许人800使用臂804来改变前臂支架822相对于外骨骼801和人800的位置。工具803的一些重量通过右臂823转移到前臂支架822，通过前臂关节806转移到上伸缩连结件809，且然后转移到下伸缩连结件810和拉伸部件819两者。下伸缩连结件810将由支承臂的装置805支承的工具重量的一部分转移到臀部联接部807且转移到外骨骼801的臀部结构808中，同时拉伸部件819通过拉伸部件连接件821将工具803的重量的其余部分转移到外骨骼背部结构824且转移到外骨骼801的臀部结构808中。臀部结构808在臀部812处可旋转地连接到大腿连结件813上，其中大腿连结件813在膝盖814处可旋转地连接到胫部连结件815上，且其中胫部连结件815在踝部816处可旋转地连接到足部结构817上。该连接性允许由支承臂的装置805支承的外骨骼801、支持工具的臂805的重量和工具803的中重量的部分通过臀部结构808、通过大腿连结件814和胫部连结件816转移到人800的腿部811周围，转移到足部结构817中且最终转移到表面818。人800还可在穿戴外骨骼801的同时行走，其中外骨骼801继续支承工具803的重量的一部分和支持工具的臂805的重量。在一些实施例中，前臂支架在未使用时可与穿戴者的臂快速分离。在一些实施例中，支承臂的装置具有多于两个伸缩连结件。在一些实施例中，伸缩连结件包括一个或多个筒。在一些实施例中，伸缩连结件是无源的。在一些实施例中，伸缩连结件中的一个或多个可在某些长度处锁定。在一些实施例中，伸缩连结件中的一个或多个是动力的。在一些实施例中，臀部联接部是球窝关节。在一些实施例中，臀部联接部是铰链关节，将该关节的移动限制于单个平面。在一些实施例中，联接臀部的关节在特定角度处是灵活的。在一些实施例中，连结件关节是球窝关节。在一些实施例中，连结件关节是铰链关节，将该关节的移动限制于单个平面。在一些实施例中，连结件关节固定在特定角度处，诸如45度或90度。在一些实施例中，拉伸部件是刚性的。在一些实施例中，拉伸部件具有一定的伸展。在一些实施例中，拉伸部件在长度上可调整。在一些实施例中，拉伸部件可通过使用动力装置(诸如小绞盘)而在长度上可调整。

作为本发明的第八实施例的示例，考虑到在制造过程中使用手持式点焊枪的工作人员。通过使用本发明的第八实施例，相比于没有本发明的第八实施例的装置，工作人员可支持和稳定地操作焊枪达更长的时间段，且工作人员仍能够使用他或她的手来根据需要与焊枪直接地相互作用，以对定位进行小的调整。来自本发明的该附加支承可提高工作人员耐力，这还可导致生产力提高和工作人员受伤几率降低。

在图9中示出了本发明的第九实施例，其中人900穿戴外骨骼901，其中外骨骼901由束带902附接到人900上。外骨骼910的臀部结构908在臀部联接部907处可旋转地连接到支承臂的装置905上，其中支承臂的装置905在上臂关节906处可旋转地连接到上臂支架922上，其中上臂支架922支承人900的右臂923和工具903的一些重量，且其中工具903支持在人900的臂904中。支承臂的装置905包括伸缩连结件910，其中伸缩连结件910在长度上可调整，且可旋转地连接到臀部联接部907和上臂关节906两者上，且其中支承上臂的装置905允许人900使用臂904改变上臂支架922相对于外骨骼901和人900的位置。工具903的一些重量通过右臂923转移到上臂支架922，通过上臂关节906转移到伸缩连结件910，然后转移到臀部联接部907且转移到外骨骼901的臀部结构908中。臀部结构908在臀部912处可旋转地连接到大腿连结件913上，其中大腿连结件913在膝盖914处可旋转地连接到胫部连结件915上，且其中胫部连结件915在踝部916处可旋转地连接到足部结构917上。该连接性允许由支承臂的装置905支承的外骨骼901、支承臂的装置805的重量和工具903的重量的部分通过臀部结构908、通过大腿连结件913和胫部连结件915转移到人900的腿部911周围，转移到足部结构917中且最终转移到表面918。人900还可在穿戴外骨骼901的同时行走，其中外骨骼901继续支承工具903的重量的一部分和支承臂的装置905的重量。在一些实施例中，上臂支架在未使用时可与穿戴者的臂快速分离。在一些实施例中，伸缩连结件包括多于两个的筒。在一些实施例中，伸缩连结件是无源的。在一些实施例中，伸缩连结件可在某些长度处锁定。在一些实施例中，伸缩连结件是动力的。在一些实施例中，臀部联接部是球窝关节。在一些实施例中，臀部联接部是铰链关节，将该关节的移动限制于单个平面。

作为本发明的第九实施例的示例，考虑到使用相对较轻的工具(诸如割炬或焊炬)达较长时间段的工作人员。通过使用本发明的第九实施例，工作人员可在支持高度的前臂灵敏度和精确的工具定位控制的同时稳定地支持他或她的上臂达很长的时间段而不疲劳，其中工作人员耐力增加提高了工作人员生产力且降低了受伤几率。

在图10中示出了本发明的第十实施例，其中人1000穿戴外骨骼1001，其中外骨骼1001由束带1002联接到人1000上。起重机结构1050附接到外骨骼1001的后部上，其中竖直支承部件1004附接到外骨骼背部1003上，其中竖直支承部件1004在关节1005处可旋转地连接到水平支承件1006上，且其中伸缩部件1007可旋转地连接到水平支承件1006和竖直支承件1004两者上。滑轮1020附接到水平支承件1006的端部上，其中线缆1021的长度的一部分卷绕滑轮1020，且线缆1021的长度的另一部分从滑轮1020向下延伸到连结件机构1022，其中连结件机构1022连接到桶夹1023上，且其中桶夹1023附连到桶1025的桶唇1024上。滑轮1020的旋转改变线缆1021的展开长度，其中线缆1021的缩短导致向上的力施加到连结件机构1022、桶夹1023和桶唇1024上，导致桶1025提升。桶1025的重量通过线缆1021转移到滑轮1020，然后转移到水平支承件1006，然后转移到竖直支承件1004，其中竖直支承件1004然后将该重量转移到外骨骼背部1003，且其中外骨骼背部1003由臀部结构1008支承且将重量转移到臀部结构1008。臀部结构1008在臀部1012处可旋转地连接到大腿连结件1013上，其中大腿连结件1013在膝盖1014处可旋转地连接到胫部连结件1015上，且其中胫部连结件1015在踝部1016处可旋转地连接到足部结构1017上。该连接性允许外骨骼1001、桶1025和起重机结构1050的重量通过臀部结构1008、通过大腿连结件1013和胫部连结件1015转移到人1000的腿部1011周围，转移到足部结构1017中且最终转移到表面1018。人1000还可在穿戴外骨骼1001的同时行走，其中外骨骼1001继续支承桶1025和起重机结构1050的重量。在一些实施例中，伸缩部件是动力的。在其它实施例中，伸缩部件可锁定在特定可调整的位置。在一些实施例中，滑轮是动力装置，诸如绞盘。在其它实施例中，滑轮是给予外骨骼穿戴者机械优点的人工装置，诸如非动力发动机起重装置中看到的那些。在一些实施例中，起重机提升除桶之外的物体。在一些实施例中，起重机在线缆的端部处支承工具，包括重型手持式工具，诸如手提钻。在一些实施例中，起重机较小，在肩部上延伸但并未在穿戴者的头部上方。在一些实施例中，起重机可在未使用时折叠来减小尺寸。在一些实施例中，起重机附接到外骨骼的侧面或前面。

作为本发明的第十实施例的示例，考虑到化工制造设施处的将液体填充的55加仑的桶装载到叉车托盘上的工作人员。对于此工作人员而言独立地装载重型桶是苛刻的。通过使用本发明的第十实施例的装置，此工作人员可容易且安全地根据需要将桶提升几英寸，以将它们置于叉车托盘上。

在图11中示出本发明的第十一实施例，其中人1100穿戴外骨骼1101，其中外骨骼1101由束带1102联接到人1100上。悬臂式结构1150附接到外骨骼1101的后部上，其中竖直支承部件1104附接到外骨骼背部1103上，其中竖直支承部件1104在关节1105处可旋转地连接到主水平支承件1106上，且其中伸缩部件1107可旋转地连接到主水平支承件1106和竖直支承件1104两者上。悬臂式结构1150包括三个伸缩部件、主水平支承件1106、第二水平支承件1121和第三水平支承件1122，其中悬挂式麦克风1123在第三水平支承件1122处附接到悬臂式结构1150的端部上。手柄1120附接到主水平支承件1106上，且人1100使用臂1135来操纵手柄1120，以支承、稳定和引导悬臂式结构1150和悬挂式麦克风1123的位置。悬臂式结构1150的大部分重量由人1100的臂1135支承，但臂1135向前延伸到相对于标准悬臂所需的头部上方的位置更符合人机工程学的位置。悬臂式结构1150的后端由于悬臂式结构1150的前部处的重量引起的转矩而具有提升的趋势，其中该提升运动受到竖直支承件1104抵抗，且其中竖直支承件1104然后将力转移到外骨骼1101的外骨骼背部1103。在一些实施例中，在悬臂式结构的后部处存在配重以平衡悬臂。在一些实施例中，存在连接到悬臂式结构的后部上的可调整长度的拉伸部件，以防止悬臂的后端提升且防止悬挂的麦克风端下落。在一些实施例中，一个或多个伸缩部件是动力的。在其它实施例中，一个或多个伸缩部件可锁定在特定可调整的位置。在一些实施例中，悬臂附接到除麦克风外的工具或仪器上。在一些实施例中，伸缩部件可折叠，且竖直支承件可折叠以在未使用时减小尺寸。

作为本发明的第十一实施例的示例，考虑在远离演播室的室外位置拍摄电影时录制声音的工作人员。通过使用本发明的第十一实施例的装置，该工作人员甚至在不平整的表面上行走时，也可稳定地控制重型悬臂和麦克风的位置。此外，由于悬臂操作者的后臂由外骨骼的竖直支承臂代替，故该实施例有效地解放了悬臂操作者的一只臂。

在图12A和12B中示出了本发明的第十二实施例，其中人1200穿戴外骨骼1201，且其中束带1202将人1200联接到外骨骼1201的结构上。外骨骼1201具有动力挖掘臂1205，其中动力挖掘臂1205包括上臂连结件1210、下臂连结件1220和铲1203，且其中动力挖掘臂1205由能量源1223提供动力。动力挖掘臂1205和能量源1223两者由外骨骼结构1208支承，其中外骨骼结构1208可旋转地连接到大腿连结件1219上，其中大腿连结件1219在关节1214处可旋转地连接到胫部连结件1215上，其中胫部连结件1215连接到底部结构1216上，且其中底部结构1216与表面1218相互作用。在一些实施例中，工具臂配备有除铲以外的工具，诸如手提钻、钻孔机或旋转锯。

作为本发明的第十二实施例的示例，考虑到灾难响应情形中在部分倒塌的结构中的救援工作人员。如果结构的紧密空间和不平整表面使引进大型的挖掘设备(诸如反铲挖土机或挖掘机)不实际或不可行，则本发明的第十二实施例的装置允许救援工作人员使用配备有动力挖掘机构来挖掘的小型可操纵的外骨骼。

尽管描述为单独的实施例，但本发明的多个实施例可组合在单个外骨骼中。例如，本发明的第五实施例可与本发明的第十实施例组合，从而允许起重机安装在可旋转的支承环上的外骨骼的后部处。这将允许外骨骼起重机提升重型物体且然后旋转支承环，致使提升的负载围绕外骨骼旋转到新位置。这将极大地有助于诸如装载托盘的任务，因为外骨骼可在负载的旋转期间站立就位，而非被迫采取一系列步骤来转动起重机。在另一示例中，第十一实施例可与第八实施例组合，从而允许外骨骼臂支承件支承支持手柄和承受悬臂的许多重量的外骨骼使用者的臂，极大地提高了对此使用者而言支承悬臂的容易程度，且允许他或她更久且更容易地工作。

在所有实施例中，即使外骨骼自身是无源的且没有动力需求，外骨骼也可提供动力至动力工具。在动力(受促动的)外骨骼实施例中，工具和外骨骼的动力系统可共用，消除了对异类的储能装置的需要。在所有实施例中，包括但不限于压力传感器或拨动开关的多种传感器可与外骨骼控制系统通信，从而允许外骨骼响应使用者。在所有实施例中，外骨骼控制系统可与任何工具电子设备或工具控制系统通信，诸如点焊枪上的动力和时间设置装置。

基于上文，应当容易清楚，本发明提供了一系列装置，其通过直接地支承多种工具的重量并由外骨骼穿戴者使用这些工具而允许外骨骼协助外骨骼穿戴者，从而在使用工具的任务中提高外骨骼穿戴者的力量和耐力。本发明还提供了附加装置，其允许外骨骼支承外骨骼穿戴者的臂，以便在使用工具的任务中改进外骨骼穿戴者的力量和耐力。此外，本发明允许外骨骼穿戴者以一些方式使用工具类型或工具，这在没有外骨骼的情况下是不可行的。本发明还允许外骨骼提供动力至工具，其中用于这些工具的能量源由外骨骼框架支承，而非由外骨骼或穿戴者的臂支承。本发明还向外骨骼提供抗衡支承以支承工具和支承工具的外骨骼结构的重量。尽管参照优选实施例进行了描述，但应当容易理解，可在不脱离本发明的精神的情况下对本发明作出多种变化或修改。大体上，本发明仅旨在仅受以下权利要求的范围限制。

Claims (20)

1.一种外骨骼，包括：

构造成将所述外骨骼联接到穿戴者上的束带；

臀部结构；

可旋转地连接到所述臀部结构上的大腿连结件；

可旋转地连接到所述大腿连结件上的胫部连结件，其中所述外骨骼的重量通过所述臀部结构、所述大腿连结件和所述胫部连结件转移到所述外骨骼立在其上的表面；

构造成支承所述穿戴者的臂的臂支架；

可旋转地连接到所述臂支架上的伸缩连结件；

构造成通过线管将动力输送至由所述穿戴者操作的工具的储能装置；以及

构造成将所述线管连接到所述储能装置上的线管-储能装置联接部。

2.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述臂支架构造成从上臂下方的位置支承所述穿戴者的所述上臂。

3.根据权利要求2所述的外骨骼，其特征在于，所述伸缩连结件可旋转地连接到所述臀部结构上。

4.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述臂支架构造成支承所述穿戴者的前臂。

5.根据权利要求4所述的外骨骼，其特征在于，所述伸缩连结件构成第一伸缩连结件，所述外骨骼还包括可旋转地连接到所述第一伸缩连结件上的第二伸缩连结件。

6.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述储能装置为电池。

7.根据权利要求6所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼是动力外骨骼，且所述储能装置进一步构造成输送动力至所述外骨骼。

8.根据权利要求6所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼是非动力外骨骼。

9.根据权利要求6所述的外骨骼，其特征在于，所述电池安装在所述外骨骼的后部上。

10.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼还包括：

构造成支承所述工具的支持工具的臂；

构造成将所述工具连接到所述支持工具的臂上的工具联接部；以及

构造成沿所述支持工具的臂为所述线管设定路线的多个线管引导件。

11.根据权利要求10所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼还包括构造成将所述支持工具的臂连接到所述臀部结构上的臀部联接部。

12.一种外骨骼，包括：

构造成将所述外骨骼联接到穿戴者上的束带；

臀部结构；

可旋转地连接到所述臀部结构上的大腿连结件；

可旋转地连接到所述大腿连结件上的胫部连结件，其中所述外骨骼的重量通过所述臀部结构、所述大腿连结件和所述胫部连结件转移到所述外骨骼立在其上的表面；

构造成支承所述穿戴者的臂的臂支架；以及

可旋转地连接到所述臂支架上的伸缩连结件。

13.根据权利要求12所述的外骨骼，其特征在于，所述臂支架构造成从所述上臂下方的位置支承所述穿戴者的上臂。

14.根据权利要求13所述的外骨骼，其特征在于，所述伸缩连结件可旋转地连接到所述臀部结构上。

15.一种外骨骼，包括：

构造成将所述外骨骼联接到穿戴者上的束带；

臀部结构；

可旋转地连接到所述臀部结构上的大腿连结件；

可旋转地连接到所述大腿连结件上的胫部连结件，其中所述外骨骼的重量通过所述臀部结构、所述大腿连结件和所述胫部连结件转移到所述外骨骼立在其上的表面；

构造成通过线管将动力输送至由所述穿戴者操作的工具的储能装置；以及

构造成将所述线管连接到所述储能装置上的线管-储能装置联接部。

16.根据权利要求15所述的外骨骼，其特征在于，所述储能装置为电池。

17.根据权利要求16所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼是动力外骨骼，且所述储能装置进一步构造成输送动力至所述外骨骼。

18.根据权利要求16所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼是非动力外骨骼。

19.根据权利要求15所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼还包括：

构造成支承所述工具的支持工具的臂；

构造成将所述工具连接到所述支持工具的臂上的工具联接部；以及

构造成沿所述支持工具的臂为所述线管设定路线的多个线管引导件。

20.根据权利要求19所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼还包括构造成将所述支持工具的臂连接到所述臀部结构上的臀部联接部。