CN109890332A - 手臂举升支撑装置 - Google Patents

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Abstract

一种手臂举升支撑装置，包括：躯干支撑件(1)，以及用于垂直举升的至少一个人造肌腱(4)，其中，至少一个人造肌腱(4)至少从设置在躯干支撑件上的拉动点(5)延伸于用户的肩部上方并连接到手臂附接工具(6)，以用于当使用手臂举升支撑装置时，将至少一个人造肌腱附接在用户的手臂处，其中，拉动点在使用中设置在用户的颈骨上方的水平面中。

Description

手臂举升支撑装置
技术领域
本发明涉及一种手臂举升支撑装置。手臂举升支撑装置可以例如帮助手臂功能受损的人。
本发明的目的是提供一种用于帮助患有手臂损伤的人的支撑装置。手臂提升支撑装置应易于佩戴和使用，以便提高用户的生活，使得用户可以在不需要帮助人员的帮助的情况下执行动作和功能。另一目的是提供一种纤薄设计的支撑装置。
背景技术
先前已知的外骨骼支撑装置依赖于连接在用户身体外部的较硬部件，其模仿骨骼及骨骼在身体内的功能。这会形成一种非常笨重的支撑。
例如，为了能够通过传统的外骨骼施加力以相对于躯干举起手臂，由于肩关节的动作的复杂性，因此很难将负荷从手臂传递到躯干。肩膀不仅在肩胛骨和肱骨之间有球窝关节。肩胛骨本身与肋骨松散地连接，与骨骼系统其余部分的唯一硬连接是锁骨。因此，为了操作这些动作，允许肩膀动作的外骨骼通常在球窝关节周围具有万向节，但是通常还具有连杆以使万向节能够移动。外骨骼关节与身体不对准时可能会导致疼痛，甚至可能会导致受伤。
发明内容
根据本发明，提供一种手臂举升支撑装置，其包括躯干支撑件和至少一个用于垂直举升的人造肌腱，其中，至少一个人造肌腱至少从设置在躯干支撑件处的拉动点延伸于用户的肩部上方并连接到手臂附接工具，其用于当使用所述手臂举升支撑装置时，将所述至少一个人造肌腱附接在所述用户的手臂处。所述拉动点在使用中设置在所述用户的颈骨上方的水平面中。提供了重定向工具，并使其在使用中设置在用户的手臂/肩膀关节的垂直上方。以这种方式，可以将手臂举升到肩膀的主要球窝关节上方的水平面上。还可以使得肩胛骨以自然的方式移动。优选地，拉动点设置在躯干支撑件的颈部附近。最优选地，拉动点设置在硬的颈部中。因此，拉动点不会被拉向待举起的手臂而是会保持在正确的位置处。
根据本发明的一实施例，通过拉动工具向所述人造肌腱施加拉力，其中拉动工具沿着人造肌腱设置或包括在人造肌腱中。优选地，手臂举升支撑装置被布置成使得它不会限制用户上臂的水平面中的动作。
根据本发明的一实施例，躯干支撑件还包括肩部，该肩部具有至少两个独立的但却连接在一起的肩部分。优选地，至少两个肩部分是部分重叠的。该肩部也可以具有三个肩部分。优选地，人造肌腱重定向工具布置在其中一个肩部分处。
根据本发明的一实施例，提供了一种控制系统，包括控制工具，该控制工具被布置成在反馈回路中在所述至少一个人造肌腱中施加期望的拉力，其中该拉力取决于用户姿势，用户姿势通过使用包括在所述控制系统中的至少一个姿势传感器来测量。优选地，姿势传感器被布置成用于测量用户的躯干和/或上臂姿势。
根据本发明的一实施例，控制系统布置成用于检测所述至少一个人造肌腱中的当前实际拉力，并且其中，设置有反馈控制回路，以基于检测到的当前实际力来达到所述期望的拉力。
根据本发明的一实施例，控制系统包括力调节器，力调节器被布置成基于所述感测的当前实际力在所述力调节器中的内部反馈回路中达到所述期望的拉力。
根据本发明的一实施例，对于许多不同的用户姿势，期望的拉力已被确定，作为保持用户手臂静止所需的力的特定相对比例。优选地，控制系统还被布置成使得对于给定的检测到的当前实际非零的力，用户的上臂的纵轴越接近水平，期望的拉力越强，如所述姿势传感器所读取的。当由所述姿势传感器读取的用户上臂的当前取向是垂直的或基本垂直时，期望的拉力基本为零。
根据本发明的一实施例，相比使用所述至少一个姿势传感器，支撑装置设置为不读取任何其他姿势或加速度。
根据本发明的一实施例，所述至少一个人造肌腱是所述点之间的控制系统的唯一力调解部分。
根据本发明的一实施例，控制系统还包括肘部角度传感器，控制系统布置成当肘部角度传感器当前检测到未弯曲的肘部时，不对人造肌腱施加任何力。优选地，所述传感器中没有一个布置成与用户的皮肤直接接触。所述传感器中的每一个都固定地附接到手臂举升支撑装置本身的主结构。
根据本发明的一实施例，仅有一个用于垂直提升的人造肌腱。优选地，提供人造肌腱的可滑动附接，其中手臂附接工具设置有在手臂附接工具处用于人造肌腱的可滑动附接点的工具，使得附接点可以滑过用户手臂上的第一电和第二点之间的连续路径。优选地，滑动设置为沿着肘关节的内侧，即在具有肘窝的一侧，其中，附接点可以沿着该肘窝滑动。可以设置有沿着肘关节的内侧的线，并且人造肌腱的可滑动附接是围绕该线的环形附接。
根据本发明的一实施例，手臂附接工具包括两个部分，即，上部和下部，其中，上部设置成在使用手臂举升支撑装置时围绕用户的上臂进行附接，并且下部设置成在用户的下臂处进行附接。上部和下部可以通过某种接合而连接。优选地，在使用中，手臂附接工具包围用户的肘部。
附图说明
下面，将通过参考附图和实施例对本发明进行更详细地描述，其中：
图1示出了具有躯干支撑件的手臂举升支撑装置的实施例。
图2示出了在躯干支撑件和手臂附接工具之间延伸的人造肌腱的实施例。
图3示出了当使用手臂举升支撑装置时在用户的手臂上提供滑动的实施例的正视图。
图4示出了使用中在用户的手臂上提供滑动的另一实施例。
图5示出了在躯干支撑件处具有人造肌腱重定向工具的躯干支撑件的肩部的实施例。
图6示出了躯干支撑件的颈部的实施例。
图7示出了手臂附接工具的实施例。
图8示出了在前面举起手臂的用户进行穿戴时从侧面看的手臂举升支撑装置的实施例。
图9a，b和c示出了布置成用于感测用户手臂位置的传感器的实施例，其中手臂示出于不同的位置。
图10示出了反馈回路的实施例。
图11示出了拉动点的另一种定位。
具体实施方式
下面将通过实施例对本发明进行详细地描述。该描述不限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求所限定。
在图1中，示出了具有躯干支撑件1的手臂举升支撑装置，其中，躯干支撑件1例如由后部2(见图5)和包括第一部分3a和第二部分3b的前部3组成。两个部分都可以与后部2相互连接并且在前方可拆卸地彼此连接。当然躯干支撑件1也可以是其他的配置。
至少一个人造肌腱4至少从拉动点5处延伸，参见图6，其设置在躯干支撑件1处并且连接在手臂附接工具6处，参见图1和2。人造肌腱4在拉动点5和手臂接接工具6之间的躯干支撑件1的肩部分12的上方延伸。肩部分12可以是具有弯曲线的躯干支撑件1的一部分，以便于肩部分向上弯曲，如图1和2所示，或者也可以是独立的但却连接在一起的几个部分，如图5所示。手臂附接工具6在使用手臂举升支撑装置时位于用户的手臂上，以便将人造肌腱4附接到用户的手臂上。可以具有不止一个的人造肌腱，例如附接在手臂附接工具6的任一侧，或者用于平面中用户手臂的从一侧到另一侧的移动。
然而，有利的是，仅使用一个人造肌腱4，至少用于提升用户的手臂。为了避免将不需要的动量带到用户的手臂，围绕其长度轴旋转，即使仅使用一个人造肌腱4，本发明也提供了在手臂附接工具6处的人造肌腱4的可滑动附接。
人造肌腱4附接在附接工具的附接点处，使得附接点可以在用户的手臂处的第一和第二点之间的连续路径上滑动。滑动跨越用户的手臂，从一侧到另一侧或围绕用户手臂的周边，其中附接点可沿其进行滑动。优选地，在使用期间，在用户手臂的肘关节附近提供滑动。至少地，滑动设置在肘关节的附近。例如，它可以是从肘关节的一侧到另一侧，优选地在其内侧上延伸的线7，如图3所示。例如，人造肌腱4可以通过环8而与线7连接。这类方案也可以从图1和2中看出。
如果要在用户的手臂周围提供滑动，那么，当在使用中在手臂处提供时，其可以是环绕用户手臂的导轨9，参见图4。人造肌腱4和导轨9之间的连接例如可以是形状配合类型的连接，其中，连接可以沿着导轨9行进但却不与其分离。
在图7中，示出了手臂附接工具6的实施例。手臂接接工具6包括两个部分：上部6a和下部6b，其中，上部6a设置成围绕用户的上臂进行附接，下部6b设置成在用户的下臂处进行附接。
调节装置15(图3)安装在手臂附接工具6的上部6a上。通过调节装置15，可以手动或自动地调节线7的长度，使得线7更好地与用户配合。
两个部分6a，b优选地相互连接。互连部14可以是接头或柔软部，从而不会限制用户弯曲手臂的可能性。优选地，设置有两个互连部14，每侧各设置一个。为了最小化手臂接接工具6沿用户手臂向上滑动的风险，优选地，在使用时将其布置成包围用户手臂的肘部。可滑动功能件7,9可以靠近于互连部14进行附接。
在一个实施例中，互连部由连接每个部分的两个点并保持它们的相对距离恒定的两个带、线等制成。
在图6中，人造肌腱4的拉动点5在使用中位于用户的颈骨上方的水平位置。优选地，其布置在躯干支撑件1的颈部10的附近。颈部10优选地至少在横向方向上是硬的，这样有利于在躯干支撑件1中的力的分布，并且也可以限制拉动点5的位移的风险。如果躯干支撑件1使得用户可以自己穿上衣服，那么硬的颈部将有助于穿戴动作。
图11中示出了拉动点5的替代位置，其位于肩膀后面，位于肩膀和颈部之间的某处。该替代方案可以与肌腱4重定向工具11进行组合或不组合。
从图5中可以看出，在躯干支撑件1处设置有人造肌腱4重定向工具11。优选地，重定向工具11在使用中位于用户肩膀/手臂处的主要球窝关节(盂肱关节)的垂直上方。重定向工具11可以布置在躯干支撑件1的肩部12处。
根据所示实施例，肩部包括两个独立的但却连接在一起的肩部分13a和13b。还可以想到在肩部12中设置三个或更多个肩部分13。肩部分13a，b可以部分地重叠或并排地柔性布置。通过使这些部分相互独立但却连接在一起，使得躯干支撑件能够更好地跟随身体的动作，尤其是在用户举高手臂期间，不会妨碍或阻碍用户手臂的动作。重定向工具11设置在肩部分13中的一个处，在所示的情形中，如从颈部10所见的内部部分13b。
肩部分可以具有光滑的上侧，从而当手臂进行横向动作时，人造肌腱4可以横向于其轴线进行滑动。图1示出了具有人造肌腱4的不同取向的情况。当用户的手臂处于前方位置时，人造肌腱4处于前方位置4a。当用户的手臂处于中间位置时，人造肌腱4处于中间位置4b，以及，当手臂处于横向位置(侧向位置)时，人造肌腱4处于横向位置4c。
如图8所示，肩部分可以优选地被衬垫30，从而从肩膀主要球窝关节向上的距离增加。因此，人造肌腱4上所需的力减少。
根据本发明的优选实施例，提供了一种控制系统20，其包括控制工具21，该控制工具21布置成向人造肌腱4施加期望的预定或计算的拉力。
优选地，控制系统20还包括一个或多个姿势传感器23，其布置成用于检测用户的躯干和用户的上臂中的至少一个相对于水平面的当前取向。例如，这种传感器23可以布置在所述躯干上或布置在沿着用户上臂的任何位置，例如在肘部处或肘部附近，或者如图9a-c所示，沿着上臂。姿势传感器23可以包括加速度计和/或陀螺仪，并且可以例如是这样的传统IMU单元。它还可以包括角传感器(测角器)，测量不同身体部位之间的相对角度。姿势传感器23还被布置成例如使用有线或无线通信信道，向控制工具21提供所述类型的躯干和/或上臂取向测量值。
然后，控制工具21优选地布置成赋予所述期望的拉力，使得其取决于由所述一个或多个姿势传感器23读取的所述躯干和/或臂取向。
可以使用完全被动的系统施加所期望的力，例如使用完全的机械弹簧工具。然而，根据另一优选实施例，控制系统20还包括在控制系统20的力控制反馈回路中所使用的实际力传感器22。应认识到，这种实际力传感器22可以布置为控制工具21的整体部分，或者以任何其他合适的方式布置。
在该反馈回路的情形中，实际力传感器22布置成用于检测人造肌腱4中的当前实际拉力。在存在多个人造肌腱4的情况下，优选地，实际力传感器22布置成基于在若干这样的人造肌腱上测量的力值来估计作用在手臂上的总的实际的力。如何进行该估计的一个简单实例是检测所讨论的人造肌腱中的最大实际电流力。实际力传感器22还被设置成将所述检测到的实际力值馈送到控制工具21，控制工具21又被设置成控制拉力沿着所述至少一个人造肌腱4至所述期望的力值。
可以使用特定的调节度量来控制拉力，例如电压、电流、功率、气动压力或液压等，其又由控制装置设定并且通过以下方式影响施加的拉力：即，使用合适的致动机构，例如电动机或气动系统，作用在单个肌腱或多个肌腱4上。
如上所述，几个人造肌腱4可以并行使用，并且可以单独地或一致地被控制。然而，在下文中，假设仅存在一个人造肌腱4。可以认识到，对于关联于这种单个人造肌腱4的控制系统20的相关内容也相应地适用于多个肌腱的情况。
可以使用合适的、传统的拉动工具来达到所期望的力，例如设置成将人造肌腱4滚动到辊上的辊工具，从而缩短/延长肌腱4。它也可以是使用螺杆驱动器来驱动，其随而由电动、气动或液压驱动；气动人造肌肉(“McKibben肌肉”)；电活性聚合物纤维；等等。优选地，在可能的情况下(例如在后两个实例中)，力施加工具形成肌腱本身的一部分。
调节度量的大小通常优选地取决于测量的实际的肌腱4力。更具体地，控制工具21优选地布置成基于所述检测到的当前实际的力根据反馈控制回路来实现所述期望的力。反馈控制回路可以是由控制系统以硬件、软件或两者的组合所实现的算法。
这样的反馈控制回路可以优选地设计成使得所期望的拉力对作用在用户手臂上的重力进行补偿，其方式被感觉为是“自然的”，即，由重力引起的用户手臂感觉到的正常阻力仍然存在但是减少了，从而由用户预期和发起的动作将以自然的方式执行，但具有较少的所需的用户强度。为了实现这一点，优选地，拉力的控制在其作用于正在动作的人造肌腱4的意义上被动态地执行。换句话说，当用户的手臂升高或降低时肌腱4缩短或延长，例如，当肌腱4在所述辊上滚动或脱离于所述辊时，通过旋转上述辊，所期望的拉力被施加到缩短或加长的人造肌腱4上。
优选地，所期望的拉力不足以举起手臂，甚至不足以使手臂在升高到垂直位置以上时保持在稳定位置。特别地，控制工具21被设置为不启动手臂的任何动作，换句话说，反馈回路在其设计中优选地是完全的反应性的。
优选地，所期望的拉力不取决于手臂当前是升高还是降低。然而，根据一个可选择的优选实施例，与向下的手臂动作相比，实际上可以实现不同设计的反馈控制回路用于向上的手臂动作。例如，如果用作重复组装工作等的负载减小装置，或者如果要针对特定患者组实施特定康复方案，则这可以是有用的。优选地，例如通过上述类型的臂姿势传感器，可以动态地检测当前的动作方向。
优选地，控制系统20包括力调节器，该力调节器布置成基于所述感测的当前实际力在所述力调节器中的内部反馈回路中达到所述期望的力。在这种情况下，是力调节器控制所述调节度量的值以便获得所期望的力。这种力调节器可以具有用于检测当前实际力的内置力传感器，或者连接到例如布置在肌腱4上、拉动点处或用户手臂上的外部力传感器。
控制系统20的这种设计使得控制工具21形式的单个致动器可以辅助用户的所有手臂和肩部动作。在本类型的支撑装置中尤其如此，提供垂直手臂举升辅助但不影响水平手臂动作本身。由于实际力传感器22可以布置在控制工具21处或作为控制工具21的一部分，因此整个控制系统20可以布置为单个装置，例如在上述拉动点5处，或者通过在拉动点5处的肌腱4重定向工具，其他地，例如在用户背部的控制包中。
根据优选实施例，控制系统20包括调节工具24，通过该调节工具24用户可以调节所期望的肌腱4拉力的相对强度。这样的调节将优选地导致针对每个感测的手臂和/或躯干姿势改变所期望的力，优选地以跨越整个观察到的这种姿势间隔的线性方式。使用这样的调节工具24，用户可以以简单的方式调节由控制系统20提供的整体辅助水平，而不会影响控制系统20的一般行为。
此外，优选地，反馈回路被布置成使得所期望的拉力在靠近用户的上臂的纵向轴线的水平方向上更强，如所述姿势传感器23所读取的。这意味着，从垂直向下的手臂位置移动到水平手臂位置，拉力将更大。在水平面的上方，拉力可以再次小于水平面处的拉力。例如，所期望的力可以改变，使得当上臂处于所述水平位置时它处于最大值。
由于所述姿势传感器所读取的，用户上臂的当前取向是垂直的或基本垂直的，所以所期望的拉力优选为零或基本为零。
以相应的方式，所有所期望的拉力可以根据用户躯干的取向而变化，如相应的姿势传感器23所读取的。在后一种情况中，优选地，所述望的力随着这种读取姿势而变化，使得更直立的躯干位置能够产生更大辅助所期望的力。这可以与上述手臂位置相关的变化进行组合或不进行组合。
图10示出了根据本发明的反馈机构的一个实例，其被设置成用于读取上臂姿势角φ并施加所期望的拉力Fdes，目的是保持所述所期望的肌腱拉力取决于所述所读取的手臂姿势角。力调节器在内部测量实际的力，并依次调节取决于其的拉力。用户可以通过为常数k选择合适的值来控制一般辅助水平，例如使用上述类型的调节旋钮。在实例中，所期望的拉力是所测量的当前手臂姿势角的缩放正弦函数。可以认识到，根据具体需要，可以应用不同的和/或更复杂的所期望的力函数：
其中，
k为控制一般辅助水平的常数；
Fdef为预定的或可调节的默认所期望的拉力；
φmax为预定的或可调节的(见下文)手臂姿势角(例如水平取向的手臂)，在该角度下所期望的拉力处于其峰值；以及
φ为所测量的手臂姿势角。
通常，优选地，内部反馈回路被设计成在检测到的跨越上臂取向的整个间隔内以基本相同的主要对应方式运行。特别地，优选地，检测到的上臂取向仅通过一个或多个恒定或可变(跨越多个上臂姿势值)的补偿因子或变量来影响反馈回路，例如，从而使得在使用上述内部反馈回路中所期望的拉力之前，将补偿因子应用于默认拉力Fdef或作为用于计算Fdes的角度相关函数的自变量。这使得可以将基于姿势传感器23的功能(functionality)与控制系统20的其余部分相分离，从而可以在保持内部反馈功能的同时将姿势传感器23接通或断开。并且，姿势传感器23可以后安装到现有控制系统20上。如上所述，关于基于躯干姿势的反馈回路也是如此。
在图10中，有两个这样的补偿因子：k和
通常，所期望的补偿力可以被计算为或基于检测到的手臂和/或躯干姿势的至少部分连续函数，例如正弦函数。优选地，提供单独的调节工具25，例如旋钮，以例如通过单独的调节工具25在上臂取向值φmax处调节待施加的最大期望拉力。
根据一个优选实施例，在初始配置步骤中凭经验确定姿势相关的所期望的力函数，使用合适的软件功能执行，该软件功能例如可以在控制系统20中的硬件处理器上执行。在这样的配置中，用户的手臂和/或躯干的姿势是变化的，例如通过致动器驱动或辅助用户将手臂移动到一组优选地预定的取向，并且被一个或多个相应的姿势传感器所感测到，如上所述。在进行这种感测时，优选地，优选为不受用户肌肉力影响的手臂的重量被赋予传感器。同时，可以读取当前的实际肌腱4力，并且所得到的数据集(包括用于许多不同的已知用户姿势的所测量的实际肌腱4力)用于计算在控制系统20的运行期间使用的所述姿势相关的所期望的肌腱力函数。
例如，可以指示用户以预定的动作模式移动他或她的手臂和/或躯干，然后检测该姿势序列以及针对每个检测到的姿势的相应的实际肌腱4力测量值，并且由控制系统20存储在数字存储器中。在一个实施例中，控制系统20被布置成以与上述相对应的方式控制施加的拉力，以便几乎或精确地向用户提供所需的辅助，从而允许用户维持一系列预定姿势中的每一个，同时记录检测到的相应姿势和实际肌腱力。
在配置中，可以指示用户在施加最大力的同时执行一系列姿势。这样将自动为用户能够施加在一系列不同的躯干和/或上臂姿势上的力创建基准，基于该基准，所述所期望的力函数可以由控制系统20软件自动确定。此后，用户可以通过根据当前的疲劳程度或活动类型来调节上述单个或多个调节旋钮以控制使用期间的实际力辅助。
作为这种配置的结果，或者基于预定或手动参数设置，优选地，对于许多不同的用户姿势，确定上述反馈控制回路中的所期望的肌腱力，作为保持用户手臂静止所需的力的特定相对比例，无论在所讨论的姿势中有没有使用任何肌肉力量。然后可以使用所述的单个或多个调节旋钮或旋钮来调节该比例。
在上述类型的配置步骤中，还优选地，例如，通过用户被指示将手臂定位到这样的水平姿势，并且允许控制系统20在这种姿势时检测实际的姿势传感器数据，并将该数据用作上述反馈算法中的水平姿势参考值，从而自动确定水平上臂姿势。
根据另一优选实施例，控制系统20是可配置的，例如在这样的配置步骤中，例如当用户在购物或执行特定的重复组装任务时必须施加更大的力时，允许在特定的预定姿势间隔中提供更强的辅助。然后，在所述姿势相关的所期望的肌腱力函数中，优选地作为所述控制装置中的软件功能，实现这种间隔和这种额外的辅助力。
进一步优选地，控制系统20还包括肘角度传感器26，其设置成检测用户肘部的当前弯曲角度，并且其连接到控制工具21，用于通过一种类似于姿势传感器23的连接的方式来传送肘角度测量值。优选地，在使用姿势传感器23和肘角度传感器26两者的情况下，它们可以设置为单个集成单元，使用单个通信接口与控制工具21通信。在这种情况下，优选地，这种集成单元布置在肘部处，例如布置在手臂附接工具6上，可能作为互连部14的一部分。
在使用肘角度传感器26的情况下，控制系统20的反馈控制回路被布置成使得在肘角度传感器当前检测未弯曲的肘部时，没有或基本上没有拉力施加到人造肌腱4。除了该功能之外，肘角度传感器26的检测值优选地对施加的拉力没有影响。这样会避免手臂附接工具6在手臂完全笔直的情况下被直接向内拉向用户的肩膀，从而使手臂附接工具6位于不合适的位置。因此，在最优选的实施例中，拉动点5和可能的肌腱重定向工具11被定位成沿着相对靠近球窝肩关节的线施加拉力，优选地，使得肌腱4基本上平行于用户的上臂而延伸。优选地，肘部弯曲角约为5°或甚至更小，将导致应用正常反馈控制回路。
除了测量手臂和/或躯干的姿势之外，如上所述，类似的姿势传感器也可以用于测量用户手臂的其他几何姿势方面，其目的是基于这样的测量修改上述所期望的力。例如，上臂相对于用户躯干在水平面上的位置；手臂的旋转/扭转角度；和/或肘部的弯曲。例如，当手臂位于中间平面且在中间平面中移动，而不是位于前平面或在前平面中移动时，可以使用更大的所期望的力(并因此对用户提供更强大的支撑)；并且弯曲的手臂可能需要更小的所期望的拉力。
类似地，所期望的拉力可以通过响应于检测到的手臂姿势角和/或任何其他读取姿势的一阶或更高阶导数而动态地确定。特别地，期望更快的持续姿势变化，尤其是手臂动作，导致更大的所期望的拉力，从而由于人体手臂中正常发生的粘性摩擦效应而形成感觉更自然的辅助。
此外，相比使用所述姿势传感器23(特别地，在没有躯干姿势传感器的情况下，优选地只有上臂姿势传感器)和所述肘部角传感器26(如果适用的话)，支撑装置，特别是控制系统20，优选地布置成不读取任何其他姿势或加速度。
出于类似的原因，优选地，所述至少一个人造肌腱4是拉动点5和手臂附接工具6之间的控制系统20的唯一的力调解部分。
根据优选实施例，所述传感器23,26中没有一个布置成与用户的皮肤直接接触。传感器与皮肤的直接接触会造成用户感觉不舒服，使用本支撑装置不需要这种布置。相反，传感器可以布置在主支撑装置部件6,12等上。特别地，优选地，传感器23,26不被布置成从用户等读取神经系统信号，而是布置成，基于它们在空间中的取向以及还可能基于它们相对于支撑装置的其他部分的取向，来读取纯机械姿势和角度数据。
特别地，所述传感器23,26中的每一个优选地固定地附接到手臂举升支撑装置本身的主结构，使得其在佩戴时不会与用户的皮肤直接接触。例如，传感器可以固定在织物层的顶部上。
除了上述传感器之外，在一些实施例中还可以使用额外的传感器，用于控制反馈回路，但特别是用于基于特定测量的环境而实现特定临时功能。例如，诸如当在相关肌肉组织中检测到用户肌肉力量时，肌电图(EMG)传感器可以用于临时提供额外的增强。这样会导致产品更复杂，因此在追求简单性的一些实施方案中其并不是优选的。
应当理解，上述控制系统20可以被实施为仅辅助用户的一个手臂的动作，或辅助用户两个手臂的动作。在后一种情况下，根据用户需要，反馈功能可以相同或不同。在一个优选实施例中，对于用户的两个手臂中的每一个独立地执行上述配置，然后将相应的所得反馈回路独立地应用于每个相应手臂的动作和姿势。

Claims (12)

1.一种手臂举升支撑装置，包括：躯干支撑件，以及用于垂直举升的至少一个人造肌腱，其中，所述至少一个人造肌腱至少从设置在所述躯干支撑件处的拉动点延伸经过用户的肩部并连接到手臂附接工具，当使用所述手臂举升支撑装置时，所述手臂附接工具将所述至少一个人造肌腱附接在所述用户的手臂处，其中，所述拉动点在使用中设置在所述用户的颈骨上方的水平面中，并且提供有重定向工具，其在使用时设置在所述用户的主要球窝关节(盂肱关节)的垂直上方。
2.根据权利要求1所述的手臂举升支撑装置，其中，通过拉动工具向所述人造肌腱施加拉力，所述拉动工具沿着所述人造肌腱设置或包括在所述人造肌腱中。
3.根据权利要求2所述的手臂举升支撑装置，其中，所述拉动工具设置为在与所述躯干支撑件的颈部相邻的拉动点处施加所述拉力。
4.根据权利要求3所述的手臂举升支撑装置，其中，所述拉动点设置在硬的颈部中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的手臂举升支撑装置，其中，所述躯干支撑件包括具有光滑的上侧的至少一个肩部分，使得当用户进行侧向动作时所述人造肌腱能够横向于其轴线进行滑动。
6.根据前述权利要求中任一项所述的手臂举升支撑装置，其中，提供有控制系统，所述控制系统包括控制工具，所述控制工具布置成在反馈回路中在所述至少一个人造肌腱中施加期望的拉力，所述拉力取决于用户姿势，所述用户姿势通过使用包括在所述控制系统中的至少一个姿势传感器来测量。
7.根据权利要求6所述的手臂举升支撑装置，其中，所述姿势传感器布置成用于测量所述用户的躯干和/或上臂姿势。
8.根据权利要求6或7所述的手臂举升支撑装置，其中，所述控制系统布置成用于检测所述至少一个人造肌腱中的当前实际拉力，并且其中，设置了反馈控制回路，以基于检测到的所述当前实际力来达到所述期望的拉力。
9.根据权利要求8所述的手臂举升支撑装置，其中，所述控制系统包括力调节器，所述力调节器被布置成基于感测的所述当前实际力在所述力调节器中的内部反馈回路中达到所述期望的拉力。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的手臂举升支撑装置，其中，所述控制系统还被布置成使得对于给定的检测到的当前实际非零的力，所述用户的上臂的纵轴越接近水平，所述期望的拉力越强，如所述姿势传感器所读取的。
11.根据权利要求6-10中任一项所述的手臂举升支撑装置，其中，所述至少一个人造肌腱是在所述点之间的所述控制系统的唯一的力调解部分。
12.根据权利要求6-11中任一项所述的手臂举升支撑装置，其中，所述控制系统还包括肘部角度传感器，并且所述控制系统布置成当所述肘部角度传感器当前检测到未弯曲的肘部时，不对所述人造肌腱施加任何力。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210315762A1 (en) * 2018-08-22 2021-10-14 Exoiq Gmbh System and method for the reduction of forces acting on an arm of a human
JP6940549B2 (ja) * 2019-04-26 2021-09-29 学校法人冬木学園 肩装具、肩装具を用いたリハビリテーション方法
WO2020263033A1 (ko) * 2019-06-28 2020-12-30 서울대학교산학협력단 비고정식 어깨 보조기
KR102222967B1 (ko) * 2019-06-28 2021-03-08 서울대학교병원 비고정식 어깨 보조기
KR102222966B1 (ko) * 2019-06-28 2021-03-05 서울대학교병원 뇌졸중 환자를 위한 비고정식 수동 어깨 보조기
US20210077839A1 (en) * 2019-09-12 2021-03-18 Jtekt Corporation Assist device
JP2021074789A (ja) * 2019-11-05 2021-05-20 株式会社ジェイテクト アシスト装置
CN112263435B (zh) * 2020-10-13 2023-03-31 河南理工大学 一种针对肩关节进行环转运动的康复机器人装置
DE102021208900A1 (de) * 2021-08-13 2023-02-16 Festool Gmbh Exoskelett-Vorrichtung und Verfahren

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4559932A (en) * 1982-11-10 1985-12-24 Salort Guy J External apparatus for motor handicaps of at least one upper limb
US4862878A (en) * 1988-01-07 1989-09-05 Richards Medical Company Orthopedic prosthesis to aid and support the shoulder muscles in movement of the human arm
CN2551416Y (zh) * 2001-05-21 2003-05-21 孙言明 一种仿真人迎客机器人
US6709411B1 (en) * 1999-03-18 2004-03-23 David R. Olinger Shoulder brace, and methods of use
JP2010201105A (ja) * 2009-03-06 2010-09-16 Fuji Mold:Kk 体躯装着型補助器具
CN104382721A (zh) * 2014-11-19 2015-03-04 上海理工大学 肩周炎康复仪

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2615209A1 (de) * 1975-04-15 1976-10-28 Teufel Wilh Jul Fa Universal-orthese
JPS60129044A (ja) * 1983-12-19 1985-07-10 ギ−，サロ−ル 上肢用外装具
US7918808B2 (en) * 2000-09-20 2011-04-05 Simmons John C Assistive clothing
US7135005B2 (en) * 2001-02-20 2006-11-14 Fountainhead, Llc Shoulder brace
US20060142680A1 (en) * 2004-12-29 2006-06-29 Iarocci Michael A Active assist for the ankle, knee and other human joints
JP4585542B2 (ja) * 2007-05-31 2010-11-24 博 宇土 上肢挙上作業用支援装置
JP5521674B2 (ja) * 2009-11-11 2014-06-18 株式会社安川電機 ロボット
JP5639817B2 (ja) * 2010-08-18 2014-12-10 ダイヤ工業株式会社 肩サポータ
EP2665449B1 (en) * 2011-01-18 2017-11-15 Levitate Technologies, Inc. Adaptive arm support systems and methods for use
WO2013040424A1 (en) * 2011-09-14 2013-03-21 Cornell University System and methods for evaluating and providing feedback regarding movement of a subject
US9999534B2 (en) * 2012-07-31 2018-06-19 Enhance Technologies, LLC Adaptive arm support systems and methods for use
US9889058B2 (en) * 2013-03-15 2018-02-13 Alterg, Inc. Orthotic device drive system and method
WO2014195373A1 (de) * 2013-06-07 2014-12-11 J. Schmalz Körpergetragene hebehilfe
KR101630570B1 (ko) * 2015-02-27 2016-06-15 서울대학교산학협력단 근력 보조장치
KR102423702B1 (ko) * 2015-09-04 2022-07-21 삼성전자주식회사 운동 보조 장치 및 이를 제어하는 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4559932A (en) * 1982-11-10 1985-12-24 Salort Guy J External apparatus for motor handicaps of at least one upper limb
US4862878A (en) * 1988-01-07 1989-09-05 Richards Medical Company Orthopedic prosthesis to aid and support the shoulder muscles in movement of the human arm
US6709411B1 (en) * 1999-03-18 2004-03-23 David R. Olinger Shoulder brace, and methods of use
CN2551416Y (zh) * 2001-05-21 2003-05-21 孙言明 一种仿真人迎客机器人
JP2010201105A (ja) * 2009-03-06 2010-09-16 Fuji Mold:Kk 体躯装着型補助器具
CN104382721A (zh) * 2014-11-19 2015-03-04 上海理工大学 肩周炎康复仪

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