CN109475462A - 用于外骨骼设备的可调整躯干及髋部组合件 - Google Patents

Abstract

根据各种实施例，一种外骨骼组合件经配置以耦合到穿戴者，并且包含与穿戴者的对应身体区段一致地移动的多个部件。第一部件在长度上是可调整的并且包括：第一组件、第二组件。所述组合件进一步包括第一锁定机构及第二锁定机构，其各自经配置以在锁定位置及解锁位置之间交替。在所述第一锁定机构及所述第二锁定机构处于相应解锁位置时，所述第一组件及所述第二组件相对于彼此自由滑动，借此调整所述第一部件的长度。在所述第一锁定机构或所述第二锁定机构处于所述相应锁定位置时，所述第一组件及所述第二部件不能相对于彼此自由滑动。

Description

用于外骨骼设备的可调整躯干及髋部组合件

相关申请案的交叉参考

本申请案依据35 U.S.C.§119(e)主张2017年5月25日申请的标题为“用于外骨骼设备的可调整躯干及髋部组合件(ADJUSTABLE TRUNK AND HIP ASSEMBLY FOREXOSKELETON APPARATUS)”的第62/510,753号美国临时申请案的优先权，所述申请案中的每一者的内容特此以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及矫正统，并且更特定来说，涉及由具有移动障碍的人使用的外骨骼。

背景技术

行走困难的患者经常使用轮椅来移动。在所属领域中一个普遍且备受尊重的观点是：推迟使用轮椅将延缓其它类型的继发性残疾及疾病的发作。长期轮椅使用的后果是身体的继发性损伤，其包含髋部、膝盖及踝部挛缩、下肢关节的异位骨化、频繁的尿路感染、痉挛以及心脏及循环功能减退。这些损伤必须通过医院护理、药物及多种外科手术来治疗。在25到30年的治疗计划中，一名截瘫患者的平均治疗费用约为750,000美元，对患者及医疗保健资源造成沉重负担。医师们积极倡导以下理念：患者放弃使用轮椅并尽可能保持直立及移动是至关重要的。

例如动力外骨骼的装置可用于恢复移动及直立姿势，并延迟或替代轮椅的使用。然而，现有外骨骼存在缺点。因此，需要一种改进的外骨骼，且特定来说是用于将外骨骼装置固定到用户的安装机构。

发明内容

以下呈现本发明的简化概要，以便提供对本发明的某些实施例的基本理解。此概要不是本发明的广泛概述，并且其不识别本发明的关键/重要元件或勾画本发明的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本文揭示的一些概念作为稍后呈现的更详细描述的序言。

一般来说，本发明的某些实施例提供一种用于外骨骼设备的躯干及髋部组合件。外骨骼组合件包括可调整脊柱，其包括基座部分及可滑动地耦合到所述基座部分的肩托。所述外骨骼组合件进一步包括第一锁定机构，其经配置以在第一锁定位置与第一解锁位置之间交替；及第二锁定机构，其经配置以在第二锁定位置与第二解锁位置之间交替。在所述第一锁定机构处于所述第一解锁位置并且所述第二锁定机构处于所述第二解锁位置时，所述肩托及基座部分可相对于彼此自由滑动，借此调整所述可调整脊柱的长度。在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置或所述第二锁定机构处于所述第二锁定位置时，所述肩托及所述基座部分不能相对于彼此自由滑动。

所述可调整脊柱可经配置以大体上定位在穿戴者后面并且大体上平行于所述穿戴者的脊柱。

所述第一锁定机构可包括耦合到所述基座部分的至少一个脊柱分度销，及耦合到所述肩托的一组凹口。在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置时，所述分度销经配置以在互锁位置与所述组凹口中的凹口互锁，借此防止所述肩托及所述基座部分相对于彼此滑动。

替代地，所述第一锁定机构可包括耦合到所述基座部分的至少一个脊柱分度销，及耦合到所述肩托的一组凹口。在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置时，所述分度销经配置以在互锁位置与所述组凹口中的凹口互锁，借此防止所述肩托及所述基座部分相对于彼此滑动。

所述第一锁定机构可进一步包括弹簧机构，其经配置以在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置时将所述脊柱分度销推入所述互锁位置。在所述第一锁定机构处于所述第一解锁位置时，所述脊柱分度销移出所述互锁位置。

所述第二锁定机构可包括耦合到脊柱凸轮杆的脊柱夹紧件。所述脊柱凸轮杆及所述脊柱夹紧件可经配置以在所述基座部分与所述肩托之间产生摩擦力，借此防止所述肩托及所述基座部分在所述第二锁定机构处于所述第二锁定位置时相对于彼此滑动。

另一方面，提供一种外骨骼髋部及躯干组合件，其包括中心件及从所述中心件的第一侧延伸的第一髋部框架。所述外骨骼组合件进一步包括第一锁定机构，其经配置以在第一锁定位置与第一解锁位置之间交替；及第二锁定机构，其经配置以在第二锁定位置与第二解锁位置之间交替。在所述第一锁定机构处于所述第一解锁位置并且所述第二锁定机构处于所述第二解锁位置时，所述第一髋部框架相对于所述中心件自由滑动，借此调整所述髋部组合件的宽度。在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置或所述第二锁定机构处于所述第二锁定位置时，所述第一髋部框架及所述中心件102不能相对于彼此自由滑动。所述中心件可经配置以大体上定位在穿戴者的骨盆后面。

所述第一锁定机构可包括耦合到所述中心件的髋部分度销及耦合到所述第一髋部框架的一组凹口。在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置时，所述髋部分度销经配置以在互锁位置与所述组凹口中的凹口互锁，借此防止所述第一髋部框架及所述中心件相对于彼此滑动。所述锁定机构可进一步包括弹簧机构，其经配置以在所述第一锁定机构处于所述锁定位置时将所述髋部分度销推入所述互锁位置。在所述第一锁定机构移动到所述第一解锁位置时，所述髋部分度销移出所述互锁位置。

所述第二锁定机构可包括耦合到髋部凸轮杆的髋部夹紧件。所述髋部凸轮杆及所述髋部夹紧件可经配置以在所述第一髋部框架与所述中心件之间产生摩擦力，借此在所述第二锁定机构处于所述第二锁定位置时防止所述第一髋部框架及所述中心件相对于彼此滑动。

所述外骨骼组合件可进一步包括从所述第一髋部框架延伸的腿部组合件。所述腿部组合件包括可调整大腿部组合件及可调整小腿部组合件。所述可调整大腿部组合件经配置以耦合到穿戴者的大腿并与所述大腿一致地移动，并且所述可调整小腿部组合件经配置以耦合到穿戴者的小腿并与所述小腿一致地移动。

所述可调整大腿部组合件可包括可滑动地耦合到下大腿部部件的上大腿部部件、经配置以在第三锁定位置与第三解锁位置之间交替的第三锁定机构、以及经配置以在第四锁定位置与第四解锁位置之间交替的第四锁定机构。在所述第三锁定机构处于所述第三解锁位置并且所述第四锁定机构处于所述第四解锁位置时，所述上大腿部部件及所述下大腿部部件相对于彼此自由滑动，借此调整所述可调整大腿部组合件的长度。在所述第三锁定机构处于所述第三锁定位置或所述第四锁定机构处于所述第四锁定位置时，所述上大腿部部件及所述下大腿部部件不能相对于彼此自由滑动。

所述可调整小腿部组合件可包括可滑动地耦合到下小腿部部件的上小腿部部件、经配置以在第五锁定位置与第五解锁位置之间交替的第五锁定机构、以及经配置以在第六锁定位置与第六解锁位置之间交替的第六锁定机构。在所述第五锁定机构处于所述第五解锁位置并且所述第六锁定机构处于所述第六解锁位置时，所述上小腿部部件及所述下小腿部部件相对于彼此自由滑动，借此调整所述可调整小腿部组合件的长度。在所述第五锁定机构处于所述第五锁定位置或所述第六锁定机构处于所述第六锁定位置时，所述上小腿部部件及所述下小腿部部件不能相对于彼此自由滑动。

另一方面，外骨骼组合件经配置以耦合到穿戴者，所述外骨骼具有与穿戴者的对应身体区段一致地移动的多个部件。第一部件在长度上是可调整的并且包括：大体上平行于身体区段的第一组件、大体平行于所述身体区段的第二组件、经配置以在第一锁定位置与第一解锁位置之间交替的第一锁定机构、以及经配置以在第二锁定位置与第二解锁位置之间交替的第二锁定机构。在所述第一锁定机构处于所述第一解锁位置并且所述第二锁定机构处于所述第二解锁位置时，所述第一组件及所述第二组件相对于彼此自由滑动，借此调整所述第一部件的长度。在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置或所述第二锁定机构处于所述第二锁定位置时，所述第一组件及所述第二组件不能相对于彼此自由滑动。

所述第一锁定机构可包括耦合到所述第一组件的至少一个分度销，以及耦合到所述第二组件的一组凹口。在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置时，所述分度销经配置以在互锁位置与所述组凹口中的凹口互锁。所述第一锁定机构可进一步包括弹簧机构，其经配置以在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置时将所述分度销推入所述互锁位置。在所述第一锁定机构处于所述第一解锁位置时，所述分度销移出所述互锁位置。

所述第二锁定机构可包括耦合到凸轮杆的夹紧件。所述凸轮杆及所述夹紧件可经配置以在所述第一组件与所述第二组件之间产生摩擦力，借此在所述第二锁定机构处于所述第二锁定位置时防止所述第一组件及所述第二组件相对于彼此滑动。

本文还描述了一种系统，其包括控制器、电力源及躯干组合件包括。所述躯干组合件包括中心件、从所述中心件垂直延伸的可调整脊柱组合件。所述脊柱结构包括包含一组凹口的基座部分，以及可滑动地耦合到所述基座部分的肩托。所述躯干组合件进一步包括第一调整机构，其经配置以在处于第一模式时允许所述肩托沿所述基座部分滑动，并且在处于第二模式时与所述第一组凹口中的凹口互锁以将所述肩托固定在所述基座部分上。所述躯干组合件进一步包括第一髋部框架，其在所述第一髋部框架的第一端处耦合到所述中心件并且从所述中心件的第一侧横向延伸；及第二髋部框架，其在所述第二髋部框架的第一端处耦合到所述中心件并且从所述中心件的第二侧横向延伸。

所述第一调整机构可包括经配置以与所述第一组凹口互锁的分度销，及耦合到凸轮杆的夹紧件。所述凸轮杆及所述夹紧件可经配置以产生抵靠所述脊柱结构的所述基座部分的摩擦。

所述系统可进一步包括第二调整机构，其经配置以在处于第三模式时允许第一髋部框架相对于所述中心件横向滑动，以及在处于第四模式时与位于所述第一髋部框架上的第二组凹口中的凹口互锁以将所述第一髋部框架固定在所述中心件上。

所述系统可进一步包括第三调整机构，其经配置以在处于第五模式时允许所述第二髋部框架相对于所述中心件横向滑动，以及在处于第六模式时与位于所述第二髋部框架上的第三组凹口中的凹口互锁以将所述第二髋部框架固定在所述中心件上。

所述系统可进一步包括位于所述第一髋部框架的第二端处的第一电机安装座、耦合到所述第一电机安装座的第一电机组合件、位于所述第二髋部框架的第二端处的第二电机安装座、以及耦合到所述第二电机安装座的第二电机组合件。

所述系统可进一步包括能够发射一或多种颜色的光的一或多个灯。所述一或多种颜色的光中的每一者对应于所述外骨骼组合件的操作状态。所述操作状态包含以下中的一者：站立状态、行走状态及就座状态。

进一步提供了一种调整如本文所描述的外骨骼组合件的方法。所述方法包括在第一夹紧机构的第一模式与第二模式之间交替。在所述第一模式中，用户可沿所述基座部分滑动所述肩托。在所述第二模式中，所述用户可将所述夹紧机构与所述第一组凹口中的凹口互锁以将所述肩托固定在所述基座部分上。

下面参考图式进一步描述这些及其它实施例。

附图说明

通过参考结合附图的以下描述可最好地理解本发明，附图说明本发明的特定实施例。

图1说明用于外骨骼设备的躯干及髋部组合件的前视图。

图2是其后视图。

图3是其左侧视图。

图4是其右侧视图。

图5是其俯视图。

图6是其仰视图。

图7是展示后部、顶部及左侧的其透视图。

图8是展示后部、顶部及右侧的其透视图。

图9是展示后部、底部及左侧的其透视图。

图10是展示后部、底部及右侧的其透视图。

图11是展示后部、底部及右侧的其另一透视图。

图12是展示后部、底部及左侧的其另一透视图。

图13说明根据一或多个实施例的更详细展示位于左髋部框架上的凹口的图12中所展示的透视图的局部放大透视图。

图14说明根据一或多个实施例的展示顶部、前部及右侧的外骨骼设备的躯干及髋部组合件的透视图。

图15说明根据一或多个实施例的更详细展示位于脊柱部分上的夹紧机构的图14中所展示的透视图的局部放大透视图。

图16说明根据一或多个实施例的展示顶部、前部及左侧的外骨骼设备的躯干及髋部组合件的透视图。

图17说明根据一或多个实施例的更详细展示位于右髋部框架上的灯的图16中所展示的透视图的局部放大透视图。

图18是根据一或多个实施例的描绘机械腿部组合件的可能配置的图1中所展示的前视图的另一前视图。

图19是根据一或多个实施例的描绘机械腿部组合件的可能配置的图2中所展示的后视图的另一后视图。

图20是根据一或多个实施例的描绘机械腿部组合件的可能配置的展示前部及右侧的外骨骼设备的躯干及髋部组合件的另一透视图。

图21说明根据一或多个实施例的躯干及髋部组合件的暴露前视图。

图22说明根据一或多个实施例的组合件中心件及髋部框架的部分的暴露前视图。

图23说明根据一或多个实施例的具有髋部框架的组合件中心件的暴露后视图。

图24说明根据一或多个实施例的髋部框架的后视图。

图25说明根据一或多个实施例的髋部框架的透视图。

图26说明根据一或多个实施例的躯干及髋部组合件的脊柱组合件的透视图。

图27是其后视图。

图28是其前视图。

图29说明根据一或多个实施例的躯干及髋部组合件的脊柱调整机构的暴露后视图。

图30说明根据一或多个实施例的躯干及髋部组合件的脊柱调整机构的暴露前视图。

图31及32说明根据一或多个实施例的躯干及髋部组合件的肩托的夹紧机构的额外组件。

图33说明根据一或多个实施例的对应于用于操作外骨骼组合件的实例方法的流程图。

图34说明根据一或多个实施例的外骨骼设备的可调整腿部组合件的透视图。

图35说明根据一或多个实施例的处于闭合位置的可调整腿部组合件的第一锁定机构的放大透视图。

图36说明根据一或多个实施例的处于打开位置的可调整腿部组合件的第一锁定机构的放大透视图。

图37说明根据一或多个实施例的外骨骼设备的可调整腿部组合件的组件的另一透视图。

图38说明根据一或多个实施例的可调整腿部组合件的第二锁定机构的放大视图。

图39说明根据一或多个实施例的可调整腿部组合件的第二锁定机构的各种组件。

图40说明根据一或多个实施例的实例可调整腿部组合件的组件的横截面图。

特定实施方式

现在将详细参考本发明的一些特定实例，包含发明者为实行本发明而设想的最好模式。在附图中说明这些特定实施例的实例。虽然结合这些特定实施例描述本发明，但将理解，并不希望将本发明限制于所描述的实施例。相反，希望覆盖可包含在由所附权利要求书界定的本发明的精神及范围内的替代、修改及等效物。

举例来说，将在特定材料的背景下描述本发明的结构及机构。然而，应注意，本发明的结构及机构可由各种不同的材料组成。在以下描述中，阐述众多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。可在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实施本发明的特定实例实施例。在其它情况下，未详细描述众所周知的结构、机构及材料，以免不必要地使本发明模糊。

如本文中所使用，移动、运动、引导或接达是指沿水平轴及垂直轴的移动，其中水平轴平行于地面并且垂直轴垂直于地面。如本文所使用，在“大体上水平”或“大体上横向”方向上的移动、运动、引导或接达是指其中水平分量大于或等于垂直分量的移动、运动、引导或接达。如本文所使用，在“大体上垂直”方向上的移动、运动、引导或接达是指其中垂直分量大于或等于水平分量的移动、运动、引导或接达。在两个组件相同的情况下，任一术语都可指运动。

概述

随后将更详细地描述的本发明的一般目的是提供用于外骨骼设备的可调整组合件框架。组合件框架可包括可调整髋部组合件、可调整脊柱组合件、可调整大腿部组合件及可调整小腿部组合件。髋部及躯干组合件包括可调整髋部组合件及可调整脊柱组合件。耦合到髋部及躯干组合件的腿部组合件包括可调整大腿部组合件及可调整小腿部组合件。

此可调整组合件可提供用于可在无工具的情况下调整各种组件以配合各种大小及测量值的个人以及在穿戴时为装置的用户提供额外舒适性的机构。换句话说，所描述的系统提供一种方便的方式来快速且方便地将外骨骼装配到特定用户而无需额外工具或装置。

此外，可调整组合件提供用于指示外骨骼的操作状态及/或状况的构件。这些及其它新颖特征导致未被现有外骨骼组合件中的任何者预期、明显呈现或指示或甚至暗示的外骨骼(单独或以其任何组合)的新颖组合件。将解释本设备、系统及方法的其它目的及优点，并且希望这些目的及优点在本发明的范围内。

为实现此目的，目前描述的实施例大体上包括：

-集成锁定机构。可释放此锁定机构以允许组合件的不同组件滑动并针对个别用户的定制配合进行调整。

-通知照明。此照明可用于指示组件及/或外骨骼设备的操作状态，从而增加个人及/或物理治疗专业人员的使用便利性。

所描述的髋部及躯干组合件经配置以耦合到用户(或“穿戴者”)，并且包括具有垂直可调整脊柱组合件的中心件，所述中心件经配置以大体上定位在穿戴者后面并平行于穿戴者的脊柱。髋部及躯干组合件可进一步包括从环绕用户髋部的中心件水平延伸的髋部框架。

可调整脊柱组合件包括基座部分及肩托，所述肩托经由脊柱调整机构可滑动地耦合到基座部分。如本文所使用，术语“可调整脊柱组合件”可与术语“可调整脊柱”、“脊柱结构”或“脊柱组合件”互换使用。脊柱调整机构包括至少一个锁定机构，其可经配置用于伸展及收缩可调整脊柱的长度以配合特定用户。脊柱调整机构的锁定机构可包括分度机构，其包含在基座部分上具有交替的凹槽及突起的脊柱分度凹口。位于肩托上的脊柱分度销经配置以与凹槽可逆地互锁。在解锁位置，肩托可相对于基座部分移动到期望位置。在锁定位置，肩托不能相对于基座部分移动。

髋部组合件包括从中心件髋部框架的一侧延伸的至少一个髋部框架。如本文所使用，术语“中心件髋部框架”可简称为“中心件”。髋部框架在本文中可称为“侧髋部框架”，并且可为从中心件的左侧延伸的左侧髋部框架，或从中心件的右侧延伸的右侧髋部框架。侧髋部框架与用户的脊柱之间的宽度，或右侧髋部框架与左侧髋部框架之间的宽度也可经由髋部调整机构进行调整。每一髋部调整机构包括至少一个锁定机构，其允许对应侧髋部框架相对于中心件髋部框架横向调整。每一锁定机构可包括髋部分度机构，其包含在髋部框架上具有交替的凹槽及突起的凹口。位于中心件上的髋部分度销经配置以与髋部框架上的凹槽可逆地互锁。在解锁位置，髋部框架可相对于中心件移动到期望位置。在锁定位置，髋部框架不能相对于中心件移动。

脊柱调整机构及髋部调整机构可各自包括第二锁定机构。相应锁定机构可包括夹紧机构，其用于分别固定及稳定肩托及髋部框架的位置。脊柱夹紧机构可包括脊柱凸轮杆，其耦合到位于肩托上的脊柱夹紧件。在闭合位置，脊柱凸轮杆使脊柱夹紧件对基座部分施加压缩摩擦，即使分度销处于解锁位置，压缩摩擦也将肩托架固定在一位置。在打开位置，脊柱凸轮杆释放夹紧件及基座部分上的力。

每一髋部夹紧机构可包括髋部凸轮杆，其使得压缩力经由处于闭合位置的髋部夹紧件施加到髋部框架。因此，在髋部凸轮杆处于闭合位置时，即使对应分度销处于解锁位置，髋部框架的位置也是固定的。在髋部凸轮杆处于打开位置时，对髋部框架的压缩力被释放。

可在没有额外工具或装置的情况下进行此调整。因此，外骨骼组合件的用户(包含物理治疗专业人员)可快速且方便地调整外骨骼以配合特定用户的尺寸。在实例实施例中，选择髋部框架之间的最小及最大宽度以及脊柱部分的最小及最大长度以适应百分之五的美国女性到百分之九十五的美国男性范围内的身体。

一般来说，本文所述的外骨骼组合件经配置以耦合到穿戴者，并且包括与穿戴者的对应身体区段一致地移动的多个部件。外骨骼部件中的至少一者在长度上是可调整的，并且包括大体上平行于穿戴者的身体区段的至少第一组件及第二组件。外骨骼部件可进一步包括至少第一锁定机构及第二锁定机构。每一锁定机构经配置以在至少两个操作位置之间交替：锁定位置及解锁位置，使得在第一锁定机构及第二锁定机构两者都处于相应解锁位置时，第一组件及第二组件相对于彼此自由滑动，借此调整外骨骼部件的长度。在一些实施例中，锁定机构可经配置以除锁定位置及解锁位置之外还在其它位置操作。

在第一锁定机构或第二锁定机构处于相应锁定位置时，第一组件及第二组件不会相对于彼此自由滑动。两个锁定机构(第一及第二锁定机构)的使用通过添加冗余来增加系统安全性。如果任一锁定机构发生故障，那么另一锁定机构用作故障安全装置以允许继续安全地使用外骨骼。

在一些实施例中，第一锁定机构包括耦合到第一组件的至少一个分度销及耦合到第二组件的一组凹口。在第一锁定机构移动到其锁定位置时，分度销经配置以在互锁位置与所述组凹口中的凹口互锁。在一些实施例中，第一锁定机构包括弹簧机构，其经配置以在第一锁定机构处于其锁定位置时将分度销推入互锁位置。在分度销移出互锁位置时，第一锁定机构移动到其解锁位置。

在一些实施例中，第二锁定机构包括耦合到凸轮杆的夹紧件，其中凸轮杆及夹紧件经配置以在第一组件与第二组件之间产生摩擦力，从而防止第一组件及第二组件在第二锁定机构处于其锁定位置时相对于彼此滑动。

应了解，分度销可耦合到第二组件，而凹口耦合到第一组件。在一些实施例中，第一锁定机构及第二锁定机构两者都可利用相同的机械原理。例如，第一锁定机构及第二锁定机构两者都可使用分度销以与凹口互锁，或者第一锁定机构及第二锁定机构两者都包括夹紧机构以在两个部件之间产生摩擦力。

通知灯也可定位在髋部框架上或者组合件上的可由用户、观察者或物理治疗专业人员容易地看到各种其它位置中的任一者。此类灯可包括各种颜色的一或多个发光二极管(LED)。每一颜色可对应于外骨骼组合件的不同模式及操作状态。这提供了一种用于在不需要额外装置或工具的情况下容易地确定外骨骼组合件的操作状态的系统。

因此，已经相当宽泛地概括了本发明的更重要的特征，以便可更好地理解本发明的详细描述，并且可更好地了解对所属领域的当前贡献。将在下文描述本发明的额外特征。

在此方面，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应理解，本发明在其应用方面不限于下文描述中所阐述或图式中所说明的组件的构造细节及布置。所揭示的系统及方法能够具有其它实施例并且能够以各种方式实践及实行。此外，应理解，本文采用的措辞及术语是出于描述的目的，且不应被认为是限制性的。

为实现上述及相关目的，所揭示的设备、系统及方法可以附图中所说明的形式体现，然而，应注意以下事实：图式仅是说明性的，并且可在所说明的特定构造方面做出改变。

实例实施例

现在描述性地转向图式，其中类似的附图字符贯穿若干视图中表示类似元件，附图说明用于外骨骼设备的可调整躯干及髋部组合件。

参考图1，展示用于外骨骼设备的躯干及髋部组合件100的前视图。图2说明组合件100及上文描述的对应组件的后视图。图3说明躯干及髋部组合件100的左侧视图。图4是其右侧视图。图5是其俯视图。图6是其仰视图。

图7到11说明髋部及躯干组合件100以及对应组件的各种透视图。图7是展示后部、顶部及左侧的髋部及躯干组合件100的透视图。图8是展示后部、顶部及右侧的髋部及躯干组合件100的透视图。图9是展示后部、底部及左侧的髋部及躯干组合件100的透视图。图10是展示后部、底部及右侧的髋部及躯干组合件100的透视图。图11是展示后部、底部及右侧的髋部及躯干组合件100的另一透视图。图12到17说明髋部及躯干组合件100及对应组件的额外透视图。

外骨骼组合件100包括中心件102、电池组104、骶骨板108及包含基座部分112及肩托114的可调整脊柱组合件110。在各种实施例中，骶骨板108经配置以搁置在用户的下背部上。举例来说，在由用户操作时，骶骨支撑件108可沿骶骨及/或腰椎区搁置在用户的背部上。如在本文的各种图式中所展示，骶骨支撑件108包含平坦表面。然而，在一些实施例中，骶骨108的表面可为弯曲的，以包括对应于用户的下背部区的曲率的拟人轮廓。

在各种实施例中，可调整脊柱组合件110耦合到中心件102并且从中心件102大体地垂直延伸。可调整脊柱组合件110可包括基座部分112及肩托114。在一些实施例中，基座部分112沿Y轴从中心件102向上延伸到远端。肩托114可经由脊柱调整机构400耦合到基座部分112。

如所说明，肩托114可包括叉形结构，所述叉形结构经配置以环绕用户的颈部并悬停在用户的肩部附近。在各种实施例中，肩托114经配置以在由箭头A及B所指示的方向上沿基座部分112滑动。肩托114可包括脊柱调整机构400，其与基座部分112上的凹口116一起起作用以将肩托114固定在各种位置处，以便实现可调整脊柱组合件110的所需总长度。

图14说明根据一或多个实施例的展示顶部、前部及右侧的外骨骼设备的躯干及髋部组合件的透视图。图15说明根据一或多个实施例的更详细展示位于脊柱部分110上的脊柱调整机构400的图14中所展示的透视图的局部放大透视图。脊柱调整机构400可包括脊柱凸轮杆140、滑块体410及夹紧件420，并且可进一步用于增加肩托114围绕基座部分112的移动的稳定性及安全性。如图15中所展示，凹口116可包括表面结构112-B的矩形突起116-A与交替矩形凹槽116-B。尽管说明矩形突起及凹槽，但应认识到，凹口116可包括各种适当形状中的任一者，例如三角形或圆形凹槽。

如图15中进一步所展示，脊柱调整机构400可进一步包括脊柱分度销2800，其可由用户操作以从凹口116释放脊柱分度销以允许肩托114的滑动。脊柱调整机构400的额外组件进一步参考参考图26到32进行描述。

如图1中进一步描绘，组合件100进一步包括至少一个侧髋部框架，例如右髋部框架200或左髋部框架300，其分别从中心件102的右侧及左侧横向延伸。右髋部框架包括以下部分：右髋部滑块202、右髋部对角线204及右电机安装座206。类似地，左髋部框架300包括以下部分：左髋部滑块302、左髋部对角线304及左电机安装座306。在一些实施例中，每一髋部框架的部分可焊接在一起或通过其它适当方式附接。在一些实施例中，每一髋部框架可为单个整体组件。每一电机安装座206及306可分别包括右安装板208及左安装板308。

在各种实施例中，髋部框架200及/或300经配置以围绕用户的骨盆定位，使得右电机安装板208及左电机安装板308定位成大体上平行于用户的相应髋关节。因而，穿过每一电机安装板的中心定位的轴H可大体上与用户的髋关节的屈曲及伸展轴对准。右电机组合件250及左电机组合件350可分别在右电机安装板208及左电机安装板308处安装到髋部框架上。在一些实施例中，右电机组合件250可为右电机安装座206的一体组件。类似地，左电机组合件350可为左电机安装座306的一体组件。

电机组合件250及350可分别固定到电机安装板208及308。电机组合件250及350可为各种类型的电机中的一者，包含DC电机、伺服电机、步进电机等。一方面，电机250及350包括无刷DC电机，也称为电子换向电机或同步DC电机。此类电机可包括逆变器或切换电力供应器，其产生AC电流以经由闭环控制器驱动电机的每一相。控制器可向电机绕组提供电流脉冲，其控制电机的速度及扭矩。

电机250及350可提供围绕轴H的旋转移动，这在图7及14中进一步说明。在各种实施例中，可调整组合件100，使得轴H大体上与用户的髋关节的伸展轴及屈曲轴对准。在一些实施例中，每一电机的移动由用户通过到控制器的接口手动触发。在又其它实施例中，每一电机的移动由控制器的处理器自动控制。

在各种实施例中，电子外壳160围封各种电子组件，其包含处理器、布线及其它控制件，所述其它控制件包含主控制器或主板。在一些实施例中，电子外壳160可包括可编程系统控制器以及一或多个处理器、存储器及存储在存储器中的一或多个程序。此类系统及组件可由电池组104供电，以控制及操作如本文所描述的电机组合件、用户接口及组合件100的其它功能性。由卡兹若尼(Kazerooni)等人于2011年8月23日申请的标题为“用于外骨骼的控制的矫正系统及方法(ORTHESIS SYSTEM AND METHODS FOR CONTROL OFEXOSKELETONS)”的第13/818,338号美国专利申请案中描述外骨骼组合件的这些及其它系统及结构组件，所述申请案的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。

所提供的髋部调整机构包括在每一侧髋部框架处的至少第一髋部锁定机构，其将侧髋部框架200及/或300调整到期望的位置以适应用户的解剖学。在一些实施例中，髋部滑块202及302可经配置以在由箭头C及D所指示的方向上相对于中心件102横向滑动，以调整髋部框架200与300之间的宽度。中心件102可配置有一或多组导轨，其包含下导轨2110，其引导每一髋部框架的滑动移动，参考图21及22对其进行进一步描述。在一些实施例中，每一髋部框架可独立于另一髋部框架进行调整。

第一髋部锁定机构可包括在每一髋部滑块上的调整凹口。如图2中所展示，右髋部滑块202及左髋部滑块302分别包括右滑块凹口230及左滑块凹口330。图12是展示后部、底部及左侧的其另一透视图。图13说明根据一或多个实施例的更详细展示位于左髋部框架300上的凹口330的图12中所展示的透视图的局部放大透视图。

第一髋部锁定机构可进一步包括髋部分度销，其可与对应髋部滑块上的凹口互锁以将每一髋部框架固定在期望位置。髋部分度销可进一步从凹口释放，以允许髋部框架的滑动运动。如图6、9、10及11中所展示，右髋部分度销2230及左髋部分度销2330在组合件100下侧位于中心件102上。

如图13中所展示，滑块凹口330(及滑块凹口230)可包括矩形突起与交替矩形凹槽。应理解，右滑块凹口230是滑块凹口330的镜像，并且包括大体相同的组件。尽管说明矩形突起及凹槽，但应认识到，滑块凹口330可包括各种适当形状中的任一者，例如三角形或圆形凹槽。

髋部调整机构可进一步包括用于每一髋部框架的第二髋部锁定机构，其进一步控制每一髋部框架的滑动移动。在一些实施例中，第二髋部锁定机构可为夹紧机构。右髋部夹紧机构2200可固定右髋部框架200的位置，且左髋部夹紧机构2300可固定左髋部框架300的位置。如图3中所展示，左髋部夹紧机构2300包含左髋部凸轮杆2302及左髋部夹紧件2304。如图4中所展示，右髋部夹紧机构2200包含右髋部凸轮杆2202及右髋夹紧件2204。夹紧机构可施加向下的力以推动每一髋部滑块抵靠下导轨2110。因而，夹紧机构2200及2300可与滑块凹口一起起作用以增加髋部框架相对于中心件102的移动的稳定性及安全性。参考图13及21到25进一步描述并入滑块凹口230及330的髋部框架调整机构以及髋部夹紧机构2200及2300。

通知灯

在本文描述的特定实施例中，组合件100可进一步包括位于每一髋部框架的末端的一或多个通知灯。图16说明根据一或多个实施例的展示顶部、前部及左侧的外骨骼设备的躯干及髋部组合件的透视图。图17说明根据一或多个实施例的更详细展示位于右髋部框架上的灯结构162的图16中所展示的透视图的局部放大透视图。

如所说明，右灯结构162在右电机安装板208附近位于右髋部框架200上，且左灯结构163在左电机安装板308附近位于左髋部框架300上。此放置可为用户、观察者或物理治疗专业人员提供观察灯的最优视线。然而，在各种实施例中，灯结构162及163可位于组合件100的各种其它位置上。在一些实施例中，除灯结构162及163之外，额外灯结构可位于组合件100的各种其它位置上。举例来说，额外照明结构可位于电子外壳160上。在进一步实施例中，组合件100可不包括任何灯。

在一些实施例中，灯结构162及163可各自包括一或多个个别灯。在一些实施例中，灯结构162及163可包括多个灯1762的条带，如图17中所描绘。图17展示右灯结构162的放大视图。然而，应认识到，左灯结构163是右灯结构162的对称对应物，并且包括大体上类似组件及配置。在各种实施例中，灯结构162及163可包括一或多个发光二极管(LED)。举例来说，每一灯1762可包括硅树脂透镜内的LED芯片。作为另一实例，每一灯1762可包括经配置以发射各种颜色的光的多个LED。

灯结构162及163可包括各种功能，例如具有各种颜色、照明图案、闪光图案等。举例来说，灯结构162及163可在夜晚或在黑暗环境中提供照明。在一些实施例中，灯结构162及163可指示组合件100及/或相关联外骨骼设备的操作状态。在一些实施例中，灯结构162及163可发射一或多种颜色的光。每一颜色可对应于组合件100及/或外骨骼设备的特定操作状态。

举例来说，灯结构162及163可指示电力状态及或错误/故障消息。在各种实施例中，外骨骼设备可处于以下模式中的一或多者：站立模式、步行模式及就坐模式。站立模式可对应于其中外骨骼及用户处于双脚并拢的站立位置的状态。行走模式可对应于其中外骨骼及用户行走的状态，其中电机组合件250及350可操作来以协调的方式移动腿部附件。就坐模式可对应于其中外骨骼及用户处于就座位置的状态。在就坐模式的一些实施例中，用户可坐在合适的表面上。在就坐模式的一些实施例中，外骨骼可锁定在就座位置，从而允许用户在下蹲位置休息。在一些实施例中，灯结构162及163可指示此类操作模式之间的转变。举例来说，特定颜色可指示加载时段。

灯结构162及163可指示其它操作模式，其包含：准备站立、准备就坐、超时或睡眠模式、通电及断电。灯结构162及163可另外指示附件(例如腿部组合件1800)的状态，以通知用户附件是否已正确或牢固地固定到组合件100。

外骨骼可包括各种其它元件，例如多个铰接关节，其允许用户的下肢的移动由额外致动器及传感器密切跟踪。根据一或多个实施例，下文图18到20中展示机械腿部组合件的可能配置的实例。外骨骼设备的各种此类操作状态可实施在上文先前参考的标题为用于外骨骼的控制的矫正系统及方法的第13/818,338号美国专利申请案中所描述的系统及方法中。

腿部组合件附件

每一电机组合件可包括附接点。如所说明，右电机组合件250包含右附接点252，且左电机组合件350包含左附接点352。附接点可用于与各种附件耦合，例如腿支架、腿支撑件或其它机械腿部组合件。图18、19及20说明组合件100的各种透视图，其中机械腿部组合件1800耦合到电机组合件。图18是根据一或多个实施例的描绘机械腿部组合件的可能配置的图1中所展示的前视图的另一前视图。图19是根据一或多个实施例的描绘机械腿部组合件的可能配置的图2中所展示的后视图的另一后视图。图20是根据一或多个实施例的描绘机械腿部组合件的可能配置的展示前部及右侧的外骨骼设备的躯干及髋部组合件的另一透视图。

腿部组合件1800可包括互补附接机构，其经配置以与附接点252及352互锁。因而，不同腿部组合件1800可基于用户的要求(例如，高度及腿部测量值)可互换地固定到组合件100。各种其它附件也可经配置以经由附接点252及352附接到组合件100。腿部组合件可经由附接点252及352形成到主控制器及电池组的电子连接，以在操作期间为腿部组合件供电并控制其移动。

在各种实施例中，腿部组合件1800可在解剖学上与用户的大腿、腿及膝盖对准。配置有拟人轮廓及可调整大小的腿部组合件1800可允许自然移动及在狭窄空间内直观地意识到用户的位置。在一些实施例中，腿部组合件允许用户通过减小膝关节及股四头肌力来在延长的时间段内重复下蹲。

在其它实例实施例中，腿部组合件1800可包括腿支架以支撑截瘫用户站立及行走。此支托组合件可包括半被动膝盖系统。在一些实施例中，主控制器在操作时基于电机组合件的髋部移动来管控膝关节的锁定及解锁，以允许站立期间的支撑及摆动期间的离地间隙。

腿部组合件1800可经配置以支撑各种其它活动(例如行走、上/下楼梯及下蹲)以在需要时允许无阻碍的运动及支撑。腿部组合件1800的一些实施例可包括锁定模式，其中腿部组合件1800可用作椅子或其它固定承载支撑件。

髋部调整机构

髋部框架120及髋部框架130之间的宽度可经由每一髋部框架处的髋部调整机构来调整，其允许髋部框架120及130相对于中心件102大体上横向滑动。在各种实施例中，每一髋部调整机构可包括第一髋锁定机构及第二髋锁定机构。在一些实施例中，第一髋部锁定机构可包括髋部分度机构，其具有位于每一髋部框架上的滑块凹口及互锁髋部分度销。在一些实施例中，第二髋部锁定机构包括髋部夹紧机构，以确保可移动髋部框架的定位及稳定性。

图21说明根据一或多个实施例的躯干及髋部组合件的暴露前视图。如图21中所说明，肩托及骶骨板108已被移除。在一些实施例中，脊柱部分112可经由一或多个紧固件150耦合到中心件102。在一些实施例中，紧固件150可为各种紧固件机构中的任一者，其包含螺纹螺栓、螺钉、焊接螺栓等。图22说明根据一或多个实施例的组合件中心件及髋部框架的部分的暴露前视图。如所展示，中心件102可包括一或多个穿孔2102，以减小组合件100的总重量。图23说明根据一或多个实施例的组合件中心件与髋部框架的暴露后视图。图24说明根据一或多个实施例的髋部框架的后视图。图25说明根据一或多个实施例的髋部框架的透视图。

如所展示，髋部框架200及300经由下导轨2110、右上导轨2210及左上导轨2310支撑在对应髋部滑块202及302处。右上导轨2210及下导轨2110形成引导髋部滑块202的上及下边缘并允许右髋部滑块202相对于中心件102横向滑动的轨道。左上导轨2310及下导轨2110形成引导左髋部滑块302的上及下边缘并允许左髋部滑块302相对于中心件102横向滑动的轨道。在一些实施例中，上导轨及下导轨可经由紧固件(例如紧固件150)耦合到中心件102。

髋部框架200及300的位置可经由包括滑块凹口230及330以及髋部分度销的髋部分度机构来调整。髋部分度销2230及2330位于中心件102上。每一髋部分度销可包括水平部分，其经配置以配合在滑块凹口的凹槽内。右髋部分度销2230经配置以与右滑块凹口230的凹槽互锁，且左髋部分度销2330经配置以与左滑块凹口330的凹槽互锁。分度销与凹槽互锁的位置在本文可被称为“互锁位置”。髋部分度销可经配置以在第一髋锁定机构的解锁位置与锁定位置之间在箭头A及B的方向上移动。

在向下位置，每一髋部分度销可互锁在相应髋部框架中的滑块凹口的凹槽内。在锁定位置，髋部分度销2230及2330可在箭头B的方向上向下推动，以经由相应弹簧机构2232及2332将髋部分度销保持在互锁位置。图24说明处于锁定位置的分度销。在此类位置，髋部框架可固定到对应横向位置。

每一插入件可通过向上的力从凹槽释放到解锁位置中，所述向上的力可由用户手动提供。图25说明处于解锁位置并从凹口230及330的凹槽释放的髋部分度销。一旦释放，髋部框架可横向移动到期望的位置及宽度。然后，可移除髋部分度销上的向上压力，以允许髋部分度销再次向下推入相应滑块凹口的对准凹槽。在上文描述的实施例中，分度销的解锁及锁定位置对应于第一髋部锁定机构的解锁位置及锁定位置。

如所说明，每一组滑块凹口包含七个凹槽。然而，应理解，每一髋部框架上可包含额外或较少凹槽。举例来说，可包含较小长度的额外凹槽，以便更精细地增加可调整性。举例来说，凹口230及330中的每一凹槽之间的距离可为大约15毫米。

在一些实施例中，第二髋部锁定机构可包括髋部夹紧机构，其进一步将髋部框架固定在适当位置。在一些实施例中，第二髋部锁定机构包括耦合到髋部凸轮杆的髋部夹紧件，其中髋部凸轮杆及髋部夹紧件经配置以在第二锁定机构处于锁定位置时在侧髋部框架与中心件102之间产生摩擦力。在锁定位置，摩擦力防止侧髋部框架与中心件102髋部框架之间的任何滑动运动。

如图21中所展示，髋部夹紧件可邻近每一上导轨定位并经配置以用作由上导轨2210及2310形成的上轨道空间的延续。右髋部夹紧件2204邻近右上导轨2210定位，且左髋部夹紧件2304邻近左上导轨2310定位。髋部夹紧件2204及2304相对于髋部框架在方向A及B上的位置由髋部凸轮杆2202及2302凸轮轮廓的几何形状来控制。在凸轮处于锁定位置或闭合位置时，每一髋部夹紧件2204及2304可沿箭头B的方向向下推动到受约束位置，从而在髋部框架与下导轨2110之间产生摩擦力。

如图24及25所展示，在一些实施例中，每一髋部夹紧件2204及2304可经由相应弹簧机构2206及2306在箭头A的方向上向上推入松弛位置。髋部凸轮杆2202及2302可经配置以在打开位置及闭合位置中操作。在图25中，髋部凸轮杆2202及2302经展示处于打开位置，而在图21到24中髋部凸轮杆2202及2302经展示处于闭合位置。髋部凸轮杆2202及2302可分别通过销2202-A及2302-A固定到中心件。每一销2202-A及2302-A可行进通过髋部夹紧件并且耦合到髋部凸轮杆2202及2302的凸轮插入件。在一些实施例中，髋部凸轮杆2202及2302可为螺旋凸轮杆，其可包括沿对数螺旋移动的偏心杆。在围绕中心轴旋转时，髋部凸轮杆可将旋转运动转换成在箭头A及B的方向上抵靠髋部夹紧件的线性运动。

在髋部凸轮杆处于打开位置时，夹紧件能够通过弹簧机构2206及2306被推入松弛位置。这对应于第二髋部锁定机构的解锁位置。在髋部凸轮杆处于闭合位置时，髋部凸轮杆将相应髋部夹紧件在箭头B的方向上向下推入约束位置。这对应于第二髋部锁定机构的锁定位置。在约束位置，髋部夹紧件被推动抵靠髋部框架，从而导致髋部框架在髋部夹紧件与下导轨2110之间被压缩。此压缩可能导致摩擦以即使在髋部分度销2230及2330被释放时也能将髋部框架保持在适当位置。因此，为调整髋部框架的间距，必须首先释放髋部凸轮杆2202及2302，以允许弹簧机构向上推动髋部夹紧件以从髋部框架减轻压缩。

如所描绘，弹簧机构2206及2306包括分别作用在髋部夹紧件2204及2304上的两个弹簧。然而，弹簧机构2206及2306可经配置以包括更多或更少弹簧。类似地，弹簧机构2232及2332可经配置以包括分别作用在髋部分度销2230及2330上的更多或更少弹簧。在一些实施例中，髋部调整机构可不包含弹簧机构2206及2306。

脊柱调整机构

可调整脊柱组合件110的长度可通过相对于基座部分112在箭头A及B的方向上大体垂直地滑动肩托114来调整。在各种实施例中，脊柱调整机构400可包括第一脊柱锁定机构。第一脊柱锁定机构可包括位于基座部分112上的脊柱凹口116及互锁脊柱分度销2800。脊柱调整机构400可进一步包括第二脊柱锁定机构(例如脊柱夹紧机构)，以确保肩托114到基座部分112的定位及稳定性。

图26到32说明脊柱调整机构400的各种视图。图26说明根据一或多个实施例的躯干及髋部组合件的脊柱组合件的透视图。图27是其后视图。图28是其前视图。图29说明根据一或多个实施例的躯干及髋部组合件的脊柱调整机构的暴露后视图。图30说明根据一或多个实施例的躯干及髋部组合件的脊柱调整机构的暴露前视图。图31及32说明根据一或多个实施例的躯干及髋部组合件的肩托的夹紧机构的额外组件。图31描绘后视图，而图32描绘前视图。

如在21中可见，基座部分112包含两个表面结构112-A及112-B之间的通道配置。两个表面结构之间的空腔可经配置以形成一系列矩形凹口116。如图15所展示，凹口116可包括表面结构112-B的矩形突起116-A与交替矩形凹槽116-B。两个表面结构之间的空间还可形成肩托插入区域118(图21中展示)，其中可插入或移除肩托114及脊柱调整机构400的组件。在一些实施例中，托插入区域118可配置有偏移通道，使得脊柱调整机构400无法仅通过垂直移动来插入或移除。这允许脊柱的长度的调整，而不用担心基座部分112相对于肩托114的非所要拆卸。在一些实施例中，此偏移配置可与脊柱分度销2800相互作用。举例来说，脊柱分度销2800可能需要如下面进一步描述那样在锁定位置与解锁位置之间交替，以便将脊柱调整机构操纵到基座部分112上。

脊柱调整机构可包括第一脊柱锁定机构，例如脊柱分度机构。肩托114的位置可经由包括滑块体410的脊柱分度机构来调整。在各种实施例中，滑块体410可经由紧固件150固定到肩托114。滑块体410进一步包括导轨部分，其包含导轨412及相对导轨414及416。此类导轨可形成轨道，所述轨道经配置以引导基座部分112的边缘113并允许肩托114在箭头A及B的方向上垂直滑动。因而，导轨412、414及416可将肩托114固定到基座部分112上并限制到垂直调整运动的移动。

脊柱分度机构可进一步包括脊柱凹口116及脊柱分度销2800，如图29到32所展示。如图30中所说明，脊柱凹口116可经编号以指示脊柱分度机构的位置。脊柱分度销2800可耦合到滑块体410并且容纳在滑块体410内。脊柱分度销2800可包括水平部分2800-A，其经配置以配合在脊柱凹口116的凹槽内。分度销2800可经配置以在锁定位置与解锁位置之间在箭头C及D的方向上移动。图29及30展示处于解锁位置的脊柱分度销2800。图31及32展示处于锁定位置的脊柱分度销2800。在图29到32的脊柱分度机构的实施例中，脊柱分度销2800的锁定及解锁位置分别对应于第一脊柱锁定机构的锁定及解锁位置。

在锁定位置，脊柱分度销2800可互锁在脊柱凹口116的凹槽内，也称为互锁位置。脊柱分度销2800可通过弹簧机构2802在箭头C的方向上被推入锁定位置，使得分度销2800位于矩形凹槽116-B中。在此位置，肩托114可固定到对应垂直位置。

脊柱分度销2800可通过与弹簧机构2802的力相反的力在箭头D的方向上从脊柱凹口116的凹槽释放。此相反力可由用户手动提供。举例来说，脊柱分度销2800可包括从滑块体410突出的按钮部分450，如图31及32中所展示。在一些实施例中，按钮部分450可为脊柱分度销2800的一体部分。用户可向内(箭头D)按压按钮部分450以迫使脊柱分度销2800进入解锁位置，如图29及30中所展示。

一旦被释放，肩托114可相对于基座部分112垂直移动到期望位置，从而改变可调整脊柱的长度以配合特定用户的躯干的长度，使得肩托围绕颈部搁置在用户的肩部上。然后，可移除由用户施加的脊柱分度销2800上的压力，以允许分度销再次被推入脊柱凹口的对准凹槽中。在各种实施例中，基座部分112可包括额外或较少凹槽。举例来说，可包含较小长度的额外凹槽，以便更精细地增加可调整性。作为实例，凹口116中的每一凹槽之间的距离可为大约10毫米。

在一些实施例中，脊柱调整机构可进一步包括第二脊柱锁定机构。在一些实施例中，第二脊柱锁定机构包括脊柱夹紧机构。此脊柱夹紧机构提供额外夹紧力以进一步在所需位置中将肩托114固定到基座部分112。脊柱夹紧机构可包括脊柱凸轮杆140、榫钉销142、脊柱夹紧件420、螺纹榫钉2900及轴承2902。脊柱夹紧件420可位于导轨414及416之间，并且还可配置有与导轨414及416的轨道对准的类轨道结构。因而，基座部分112的边缘113也可经由夹紧件420部分地引导通过脊柱调整机构。

脊柱夹紧件420可经由螺纹榫钉2900耦合到脊柱凸轮杆140。螺纹榫钉2900可在附接点420-A处在一端固定到脊柱夹紧件420。螺纹榫钉2900可在相对螺纹端处固定到脊柱凸轮杆140的榫钉销142。榫钉销142可围绕旋转轴定位在脊柱凸轮杆140的中心，并且可包括螺纹开口，榫钉2900的螺纹端通过螺纹开口进行固定。

榫钉2900可穿过轴承2902，轴承2902定位在脊柱凸轮杆140与滑块体410之间。在一些实施例中，轴承2902可固定到滑块体410。轴承2902包含邻近脊柱凸轮杆140的弯曲表面，其允许脊柱凸轮杆围绕旋转轴在打开位置及闭合位置之间旋转。图29及30展示处于打开位置的脊柱凸轮杆140。图26到28、31及32展示处于闭合位置的脊柱凸轮杆140。在围绕旋转轴旋转时，脊柱凸轮杆140可将旋转运动转换成在箭头C及D的方向上的线性运动。

在脊柱凸轮杆140从打开位置移动到闭合位置时，其可导致榫钉销142及滑块体410之间的距离。这可在箭头C的方向上在榫钉2900上施加力，借此在箭头C的方向上将脊柱夹紧件420拉向脊柱凸轮杆140。此力将脊柱夹紧件420推入抵靠基座部分112的边缘113的约束位置，从而导致基座部分112在脊柱夹紧件420与导轨412之间被压缩。此压缩在肩托114与基座部分112之间产生稳定摩擦力，借此即使在脊柱分度销2800在解锁位置被释放时也将肩托114保持在基座部分112上的适当位置。这可对应于脊柱调整机构400的第二模式。

在脊柱凸轮杆140从闭合位置移动到打开位置时，抵靠基座部分112的压缩及摩擦力被移除，并且在解锁脊柱分度销2800之后肩托114可沿基座部分112自由滑动。这可对应于脊柱调整机构400的第一模式。在一些实施例中，脊柱夹紧件420可通过弹簧机构被推离基座部分112。

操作方法

图33说明根据一或多个实施例的对应于用于操作外骨骼组合件的实例方法3300的流程图。如先前描述，待以与方法3300一致的方式操作的外骨骼组合件(例如组合件100)可包括具有包含脊柱调整机构的垂直脊柱部分110的中心件，以及一或多个髋部框架200及300，其各自包含髋部调整机构。

在操作3302，可使外骨骼组合件在第一模式与第二模式之间交替。在各种实施例中，在第一模式中，用户可调整脊柱部分的长度以配合特定用户的躯干。在一些实施例中，在第一模式中还可调整髋部框架的宽度以配合特定用户的髋部。在各种实施例中，在第二模式中，用户可将脊柱部分固定在期望位置。在一些实施例中，也可在第二模式中固定髋部框架的位置。

在一些实施例中，在第一模式与第二模式之间交替包含分别在打开位置及闭合位置之间移位凸轮杆，例如脊柱凸轮杆140。在操作3302，可将脊柱凸轮杆140释放到打开位置，以在操作3310处以第一模式操作组合件100。如先前所描述，在从闭合位置转变到打开位置时，榫钉销142与滑块体之间的距离可减小，这释放脊柱夹紧件420上的拉力。因而，由脊柱调整机构400施加在基座部分112上的夹紧力被移除。

在第一模式中，在操作3312处将脊柱分度销解锁。举例来说，可在箭头D的方向上将力施加到脊柱分度销2800，以通过将水平部分2800-A移位出凹口116的凹槽116-B而将脊柱分度销2800置于解锁位置中。

在脊柱分度销2800处于解锁位置的情况下，可在操作3314处相对于基座部分112调整肩托114的位置。如先前所描述，由脊柱夹紧件420及导轨412、414及416形成的轨道引导肩托114在箭头A及B的方向上的垂直移动。因而，用户可将可调整脊柱组合件110调整到所需长度。肩托的调整将使其它凹口116-B与脊柱分度销2800对准。

在操作3316，可将脊柱分度销2800释放回到锁定位置。在锁定位置，水平部分2800-A可互锁在另一对准凹口116-B内，以固定肩托114的调整位置。

在一些实施例中，第一模式还可对应于在操作3312处将髋部调整机构的髋部凸轮杆2202及2302释放到打开位置。如先前所描述，在髋部凸轮杆2202及2302处于打开位置时，由相应髋部夹紧件2204及2304施加的夹紧力被释放。然后，可在操作3314解锁髋部分度销2230及2330，以将水平部分移位出滑块凹口230及330的凹槽。

在髋部分度销2230及2330处于解锁位置的情况下，可相对于中心件102调整髋部框架的位置。如先前所描述，由导轨2110、2210及2310以及夹紧件2204及2304形成的轨道引导髋部框架在箭头C及D的方向上的水平移动。因而，用户可将髋部框架调整到期望宽度。

一旦可调整脊柱组合件110已被调整到期望位置，方法3300可返回到操作3302以从第一模式交替到第二模式。在操作3302，可将脊柱凸轮杆140放置于闭合位置，以在操作3320在第一模式中操作组合件100。如先前所描述，在从打开位置转变到闭合位置时，榫钉销142与滑块体410之间的距离可增加，这导致榫钉销2900在箭头C的方向上移动并将脊柱夹紧件420拉到抵靠基座部分112。因而，通过导轨412及脊柱夹紧件420将夹紧力施加在基座部分上以将肩托114固定并稳定在所需位置。

在一些实施例中，第一模式还可对应于在操作3302处将髋部调整机构的髋部凸轮杆2202及2302放置到闭合位置。如先前所描述，在髋部凸轮杆2202及2302处于闭合位置时，髋部凸轮杆的旋转运动转换成在箭头A及B的方向上的抵靠相应髋部夹紧件2203及2304的线性运动。因而，髋部夹紧件被推到抵靠髋部框架以将髋部框架固定并稳定在所需位置。

现在应适当地装配组合件100以安装在用户的躯干上。在各种实施例中，在第二模式中，用户可以先前描述的各种操作模式中的任一者来操作外骨骼组合件。

一旦可调整脊柱组合件110已经被调整到期望位置，就可在3304确定是否需要进一步调整。如果不需要进一步调整，那么方法3300在3320继续以第二模式操作以将肩拖114固定在所需位置。然而，如果确定需要调整，那么方法3300可返回到操作3302以从第二模式交替到第一模式。

因为针对右髋部框架及左髋部框架的髋部调整机构可彼此独立并且独立于脊柱调整机构而操作，所以每一髋部调整机构可与其自身的操作模式相关联。举例来说，右髋部调整机构可在第三模式与第四模式之间交替。第三模式可对应于处于打开位置的右髋部凸轮杆2202及处于解锁位置的右髋部夹紧件2204。第四模式可对应于处于闭合位置的右髋部凸轮杆2202及处于锁定位置的右髋部夹紧件2204。左髋部调整机构可在第五模式与第六模式之间交替。第五模式可对应于处于打开位置的左髋部凸轮杆2302及处于解锁位置的左髋部夹紧件2304。第六模式可对应于处于闭合位置的左髋部凸轮杆2302及处于锁定位置的左髋部夹紧件2304。应理解，可在任何一个时间实施前述模式的任何组合。在一些实施例中，每一调整机构的模式之间的交替可单独地或同时地发生。

腿部调整机构

在各种实施例中，外骨骼组合件可进一步包括可调整腿部组合件，例如腿部组合件1800。图34说明根据一或多个实施例的外骨骼设备的可调整腿部组合件1800的透视图。外骨骼腿部组合件1800包括可调整大腿部组合件560、膝关节550及可调整小腿部组合件570。在各种实施例中，大腿部组合件560经配置以耦合到用户的大腿，并且小腿部组合件570经配置以耦合到用户的小腿。大腿部组合件进一步经配置以与穿戴者的大腿一致地移动，并且小腿部组合件经配置以与穿戴者的小腿一致地移动。

大腿部组合件560可包括上大腿部部件551、下大腿部部件552、第一锁定机构600及第二锁定机构610。小腿部组合件570可包括上小腿部部件553、下小腿部部件554、第一锁定机构620及第二锁定机构630。

在一些实施例中，可在长度上调整大腿部组合件560及小腿部组合件570以配合用户的小腿长度。大腿部组合件560及小腿部组合件570可各自包括第一锁定机构及第二锁定机构，以实现长度改变。长度改变通过大腿部组合件的上大腿部部件551及下大腿部部件552之间的相对运动以及小腿部组合件的上小腿部部件553与下小腿部部件554之间的相对运动而发生。

在各种实施例中，大腿部组合件及小腿部组合件的第一锁定机构及第二锁定机构可为不同锁定机构。在图34到40中所描绘的实施例中，大腿部组合件及小腿部组合件利用相同第一锁定机构及相同第二锁定机构。因此，描述针对大腿部组合件560的第一锁定机构600及第二锁定机构610的细节，并且所述细节分别适用于小腿部组合件570的第一锁定机构620及第二锁定机构630。

图35说明根据一或多个实施例的处于闭合位置的可调整腿部组合件的第一锁定机构600的放大透视图。图36说明根据一或多个实施例的处于打开位置的可调整腿部组合件的第一锁定机构600的放大透视图。图37说明根据一或多个实施例的外骨骼设备的可调整腿部组合件1800的组件的另一透视图。图38说明根据一或多个实施例的可调整腿部组合件1800的第二锁定机构610的放大视图。图39说明根据一或多个实施例的可调整腿部组合件1800的第二锁定机构610的各种组件。图40说明根据一或多个实施例的实例可调整腿部组合件1800的组件的横截面图。

在各种实施例中，第一锁定机构600包括围绕销556旋转的凸轮杆555，销556耦合到上大腿部部件551。如图34到36中所描绘，第一锁定机构600进一步包括顺应元件557(如图40所描绘)。在锁定位置，如图35中所展示，凸轮杆555的凸轮轮廓555-A推动顺应元件557抵靠下大腿部部件552，从而在顺应元件557与下大腿部部件552之间产生摩擦力，这防止下大腿部部件552与上大腿部部件551之间的相对运动。在解锁位置，如图36中所展示，凸轮轮廓555-A不会在顺应元件557与下大腿部部件552之间产生摩擦力，从而允许两个部件之间的运动，因此允许大腿部组合件的长度改变。

如图38及39中所展示，第二锁定机构610包括在下大腿部部件552、大腿分度销631、片簧632及机构固持器633中的一组凹口552-A。大腿分度销631相对于机构固持器633旋转。在一些实施例中，机构固持器633可紧固到上大腿部部件551。

在锁定位置，由于片簧632提供的力，大腿分度销631被推入处于互锁位置中的一组凹口552-A中的凹口中。在大腿分度销631与一组凹口552-A中的凹口互锁时，上大腿部部件551及下大腿部件552之间的相对运动受到限制。用户可提升抵靠片簧632起作用的大腿分度销631，以从所述组凹口552-A中的凹口释放大腿分度销631，以将第二锁定机构移动到解锁位置中。在解锁位置，上大腿部部件551与下大腿部部件552之间的相对运动是可能的。应注意，在第一或第二锁定机构处于相应锁定位置时，不允许大腿部组合件的长度改变。只有在第一及第二锁定机构都处于解锁位置时，才允许长度改变。两个锁定机构的存在允许系统中的冗余增加安全性。双锁定机构用作防止意外地解锁装置或个别锁定机构发生故障的故障安全装置。

尽管为方便起见，上文中以单数形式描述许多组件及过程，但是所属领域的技术人员将了解，多个组件及重复过程也可用于实践本发明的技术。

尽管已经参考本发明的特定实施方式特定展示及描述本发明，但是应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可对所揭示的实施方式的形式及细节进行改变。因此，本发明希望被解释为包括落入本发明的真实精神及范围内的所有变体及等效物。

Claims (30)

1.一种外骨骼髋部及躯干组合件，其包括：

可调整脊柱，其包括：

基座部分；

肩托，其可滑动地耦合到所述基座部分；

第一锁定机构，其经配置以在第一锁定位置与第一解锁位置之间交替；及

第二锁定机构，其经配置以在第二锁定位置与第二解锁位置之间交替；

其中在所述第一锁定机构处于所述第一解锁位置且所述第二锁定机构处于所述第二解锁位置时，所述肩托及基座部分相对于彼此自由滑动，借此调整所述可调整脊柱的长度，且

其中在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置或所述第二锁定机构处于所述第二锁定位置时，所述肩托及所述基座部分不能相对于彼此自由滑动。

2.根据权利要求1所述的外骨骼髋部及躯干组合件，其中所述可调整脊柱经配置以大体上定位在穿戴者后面并且大体上平行于所述穿戴者的所述脊柱。

3.根据权利要求1所述的外骨骼髋部及躯干组合件，其中所述第一锁定机构包括：

至少一个脊柱分度销，其耦合到所述基座部分；及

一组凹口，其耦合到所述肩托；

其中在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置时，所述分度销经配置以在互锁位置与所述组凹口中的凹口互锁，借此防止所述肩托及所述基座部分相对于彼此滑动。

4.根据权利要求1所述的外骨骼髋部及躯干组合件，其中所述第一锁定机构包括：

至少一个脊柱分度销，其耦合到所述肩托；及

一组凹口，其耦合到所述基座部分；

其中在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置时，所述脊柱分度销经配置以在互锁位置与所述组凹口中的凹口互锁，借此防止所述肩托及所述基座部分相对于彼此滑动。

5.根据权利要求4所述的外骨骼髋部及躯干组合件，其中所述第一锁定机构进一步包括弹簧机构，所述弹簧机构经配置以在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置时将所述脊柱分度销推入所述互锁位置。

6.根据权利要求4所述的外骨骼髋部及躯干组合件，其中在所述第一锁定机构处于所述第一解锁位置时，所述脊柱分度销被移出所述互锁位置。

7.根据权利要求1所述的外骨骼髋部及躯干组合件，

其中所述第二锁定机构包括耦合到脊柱凸轮杆的脊柱夹紧件；

其中所述脊柱凸轮杆及所述脊柱夹紧件经配置以在所述基座部分与所述肩托之间产生摩擦力，借此防止所述肩托及所述基座部分在所述第二锁定机构处于所述第二锁定位置时相对于彼此滑动。

8.一种外骨骼髋部及躯干组合件，其包括：

中心件；

第一髋部框架，其从所述中心件的第一侧延伸；及

第一锁定机构，其经配置以在第一锁定位置与第一解锁位置之间交替；及

第二锁定机构，其经配置以在第二锁定位置与第二解锁位置之间交替；

其中在所述第一锁定机构处于所述第一解锁位置且所述第二锁定机构处于所述第二解锁位置时，所述第一髋部框架相对于所述中心件(102)自由滑动，借此调整所述髋部组件的宽度；且

其中在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置或所述第二锁定机构处于所述第二锁定位置时，所述第一髋部框架及所述中心件不能相对于彼此自由滑动。

9.根据权利要求8所述的外骨骼髋部及躯干组合件，其中所述第一锁定机构包括：

髋部分度销，其耦合到所述中心件；及

一组凹口，其耦合到所述第一髋部框架；

其中在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置时，所述髋部分度销经配置以在互锁位置与所述组凹口中的凹口互锁，借此防止所述第一髋部框架及所述中心件相对于彼此滑动。

10.根据权利要求9所述的外骨骼髋部及躯干组合件，其中所述第一锁定机构进一步包括弹簧机构，所述弹簧机构经配置以在所述第一锁定机构处于所述锁定位置时将所述髋部分度销推入所述互锁位置。

11.根据权利要求9所述的外骨骼髋部及躯干组合件，其中在所述第一锁定机构移动到所述第一解锁位置时，所述髋部分度销被移出所述互锁位置。

12.根据权利要求8所述的外骨骼髋部及躯干组合件，

其中所述第二锁定机构包括耦合到髋部凸轮杆的髋部夹紧件；

其中所述髋部凸轮杆及所述髋部夹紧件经配置以在所述第一髋部框架与所述中心件之间产生摩擦力，借此防止在所述第二锁定机构处于所述第二锁定位置时所述第一髋部框架及所述中心件相对于彼此滑动。

13.根据权利要求8所述的外骨骼髋部及躯干组合件，其进一步包括从所述第一髋部框架延伸的腿部组合件，其中所述腿部组合件包括：

可调整大腿部组合件，及

可调整的小腿部组合件。

14.根据权利要求13所述的外骨骼髋部及躯干组合件，

其中所述可调整大腿部组合件经配置以耦合到穿戴者的大腿并与所述大腿一致地移动；且

其中所述可调整小腿部组合件经配置以耦合到穿戴者的小腿并与所述小腿一致地移动。

15.根据权利要求13所述的外骨骼髋部及躯干组合件，其中所述可调整大腿部组合件包括：

上大腿部部件，其可滑动地耦合到下大腿部部件；

第三锁定机构，其经配置以在第三锁定位置与第三解锁位置之间交替；及

第四锁定机构，其经配置以在第四锁定位置与第四解锁位置之间交替；

其中在所述第三锁定机构处于所述第三解锁位置且所述第四锁定机构处于所述第四解锁位置时，所述上大腿部部件及所述下大腿部部件相对于彼此自由滑动，借此调整所述可调整大腿部组合件的长度；且

其中在所述第三锁定机构处于所述第三锁定位置或所述第四锁定机构处于所述第四锁定位置时，所述上大腿部部件及所述下大腿部部件不能相对于彼此自由滑动。

16.根据权利要求15所述的外骨骼髋部及躯干组合件，其中所述可调整小腿部组合件包括：

上小腿部部件，其可滑动地耦合到下小腿部部件；

第五锁定机构，其经配置以在第五锁定位置与第五解锁位置之间交替；及

第六锁定机构，其经配置以在第六锁定位置与第六解锁位置之间交替；

其中在所述第五锁定机构处于所述第五解锁位置且所述第六锁定机构处于所述第六解锁位置时，所述上小腿部部件及所述小腿下部部件相对于彼此自由滑动，借此调整所述可调整小腿部组合件的长度；且

其中在所述第五锁定机构处于所述第五锁定位置或所述第六锁定机构处于所述第六锁定位置时，所述上小腿部部件及所述小腿下部部件不能相对于彼此自由滑动。

17.根据权利要求8所述的外骨骼髋部及躯干组合件，其中所述中心件经配置以大体上定位在穿戴者的骨盆后面。

18.一种外骨骼组合件，其经配置以耦合到穿戴者，所述外骨骼具有与所述穿戴者的对应身体区段一致地移动的多个部件，

其中第一部件在长度上是可调整的并包括：

第一组件，其大体上平行于身体区段；

第二组件，其大体上平行于所述身体区段；

第一锁定机构，其经配置以在第一锁定位置与第一解锁位置之间交替；及

第二锁定机构，其经配置以在第二锁定位置与第二解锁位置之间交替；

其中在所述第一锁定机构处于所述第一解锁位置且所述第二锁定机构处于所述第二解锁位置时，所述第一组件及所述第二组件相对于彼此自由滑动，借此调整所述第一部件的长度；且

其中在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置或所述第二锁定机构处于所述第二锁定位置时，所述第一组件及所述第二组件不能相对于彼此自由滑动。

19.根据权利要求18所述的外骨骼，其中所述第一锁定机构包括：

至少一个分度销，其耦合到所述第一组件；及

一组凹口，其耦合到所述第二组件；

其中在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置时，所述分度销经配置以在互锁位置与所述组凹口中的凹口互锁。

20.根据权利要求19所述的外骨骼组合件，其中所述第一锁定机构进一步包括弹簧机构，所述弹簧机构经配置以在所述第一锁定机构处于所述第一锁定位置时将所述分度销推入所述互锁位置。

21.根据权利要求19所述的外骨骼组合件，其中在所述第一锁定机构处于所述第一解锁位置时，所述分度销被移出所述互锁位置。

22.根据权利要求18所述的外骨骼组合件，

其中所述第二锁定机构包括耦合到凸轮杆的夹紧件；

其中所述凸轮杆及所述夹紧件经配置以在所述第一组件与所述第二组件之间产生摩擦力，借此在所述第二锁定机构处于所述第二锁定位置时防止所述第一组件及所述第二部件相对于彼此滑动。

23.一种系统，其包括：

控制器；

电源；及

躯干组合件，其包括：

中心件；

可调整脊柱组合件，其从所述中心件垂直延伸，其中所述可调整脊柱组合件包括：

基座部分，其包含第一组凹口；及

肩托，其可滑动地耦合到所述基座部分；

第一调整机构，其经配置以：

在处于第一模式时，允许所述肩托沿所述基座部分滑动，以及

在处于第二模式时，与所述第一组凹口中的凹口互锁，以将所述肩托固定在所述基座部分上；

第一髋部框架，其在所述第一髋部框架的第一端处耦合到所述中心件并且从所述中心件的第一侧横向延伸；及

第二髋部框架，其在所述第二髋部框架的第一端处耦合到所述中心件并且从所述中心件的第二侧横向延伸。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述第一调整机构包括：

分度销，其经配置以与所述第一组凹口互锁；及

夹紧件，其耦合到凸轮杆；

其中所述凸轮杆及所述夹紧件经配置以产生抵靠所述脊柱结构的所述基座部分的摩擦。

25.根据权利要求24所述的系统，其进一步包括第二调整机构，所述第二调整机构经配置以：

在处于第三模式时允许所述第一髋部框架相对于所述中心件横向滑动，以及

在处于第四模式时与位于所述第一髋部框架上的第二组凹口中的凹口互锁以将所述第一髋部框架固定在所述中心件上。

26.根据权利要求25所述的系统，其进一步包括第三调整机构，所述第三调整机构经配置以：

在处于第五模式时允许所述第二髋部框架相对于所述中心件横向滑动，以及

在处于第六模式时与位于所述第二髋部框架上的第三组凹口中的凹口互锁以将所述第二髋部框架固定在所述中心件上。

27.根据权利要求23所述的系统，其进一步包括：

第一电机安装座，其位于所述第一髋部框架的第二端处；

第一电机组合件，其耦合到所述第一电机安装座；

第二电机安装座，其位于所述第二髋部框架的第二端处；及

第二电机组合件，其耦合到所述第二电机安装座。

28.根据权利要求23所述的系统，其进一步包括能够发射一或多种颜色的光的一或多个灯。

29.根据权利要求28所述的系统，其中所述一或多种颜色的光中的每一者对应于所述外骨骼组合件的操作状态。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所述操作状态包含以下中的一者：站立状态、行走状态及就座状态。