CN110290898B - 用于与辅助机械护甲一起使用的贴片系统 - Google Patents

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Abstract

本文描述了根据各种实施例的机械护甲系统和方法。机械护甲系统可以是由穿戴者穿在他或她的身体外面的套装。机械护甲系统可以被穿在穿戴者的正常衣服下面、穿在穿戴者的衣服外面、穿在衣服的层之间，或者可以是穿戴者的主要衣服自身。机械护甲可以是辅助性的，如它在物理上辅助穿戴者执行特定的活动，或者可以提供其它功能，例如，通过对身体的物理表达、对环境的参与或从穿戴者捕获信息来与穿戴者通信。一个或多个贴片组件可以被可移除地耦合到机械护甲。

Description

用于与辅助机械护甲一起使用的贴片系统
相关申请的交叉参考
本申请要求享有2016年12月8日提交的美国临时专利申请No.62/431,779的优先权，其公开内容通过参考整体并入。本申请是2017年8月23日提交的美国专利申请No.15/684,466的部分继续申请，其要求享有2016年8月23日提交的美国临时专利申请No.62/378,471、2016年8月23日提交的美国临时专利申请No.62/378,555以及2016年12月8日提交的美国临时专利申请No.62/431,779的优先权，这些申请的公开内容通过参考整体并入。
背景技术
可穿戴式机器人系统已经被开发来用于增强人类的自然能力，或者代替由于受伤或疾病而丧失的功能。这些系统的一个示例是ReWalk机器人技术的ReWalk外骨骼系统。ReWalk系统包括刚性外骨骼，其在膝关节和髋关节处具有动力致动器，以便使截瘫患者能够进行辅助行走。然而，该系统包括较大的刚性框架；需要护理者的辅助；并且它意图用于由于脊髓损伤引起的截瘫患者。ReWalk设备既不适合用于残疾程度较低的人，也不适合用于身体健全的人进行功能性增强。
在题为“Exosuit System”的美国专利9,266,233中描述了机械护甲系统的示例，其包括用于机械护甲的若干概念，所述机械护甲包括柔性线性致动器和离合的顺应性元件，用于施加和/或调制在穿戴者的身体的部段之间的力和/或顺应性。虽然在美国专利9,266,233中的公开内容广泛地描述了可以在机械护甲系统中使用的技术，但是它没有教导对于为一些应用提供辅助机械护甲系统所需的相关子系统的要求、交互、取向和位置。
发明内容
本文描述了根据各种实施例的机械护甲系统和方法。机械护甲系统可以是由穿戴者穿在他或她的身体外面的套装。机械护甲系统可以被穿在穿戴者的正常衣服下面、穿在穿戴者的衣服外面、穿在衣服的层之间，或者可以是穿戴者的主要衣服自身。机械护甲可以是辅助性的，如它在物理上辅助穿戴者执行特定的活动，或者可以提供其它功能，例如，通过对身体的物理表达、对环境的参与或从穿戴者捕获信息来与穿戴者通信。一个或多个贴片组件可以被可移除地耦合到机械护甲。
在一个实施例中，提供一种贴片组件，所述贴片组件包括可拆卸地耦合到机械护甲的壳体。所述壳体可以包括用于将所述壳体固定到所述机械护甲的安装部件、至少一个柔性线性致动器(FLA)、至少一个电池和控制电子器件，所述控制电子器件被耦合到所述至少一个FLA和所述至少一个电池并且被配置为选择性地激活所述至少一个FLA以向所述机械护甲的用户提供肌肉运动辅助。
在另一个实施例中，提供一种机械护甲，所述机械护甲可以包括：基础层，所述基础层具有多个载荷分配构件；和多个贴片组件，所述多个贴片组件经由所述多个载荷分配构件可拆卸地耦合到所述基础层。所述多个贴片组件中的每一个都可以包括壳体，所述壳体可以包括用于将所述壳体固定到所述基础层的安装部件、至少一个柔性线性致动器(FLA)、至少一个电池和控制电子器件，所述控制电子器件被耦合到所述至少一个FLA和所述至少一个电池并且被配置为选择性地激活所述至少一个FLA以向所述机械护甲的用户提供肌肉运动辅助。
在又一个实施例中，提供一种多辅助运动贴片组件，所述多辅助运动贴片组件可以包括：柔性基板，所述柔性基板被构造成可拆卸地耦合到存在于机械护甲的前侧和后侧上的多个承载构件；多个传感器，所述多个传感器被固定到所述柔性基板；多个电池，所述多个电池被固定到所述柔性基板；多个柔性线性致动器(FLA)，所述多个柔性线性致动器(FLA)被固定到所述柔性基板；控制电子器件，所述控制电子器件被固定到所述柔性基板；以及电力和通信网络，所述电力和通信网络被耦合到所述多个传感器、所述多个电池、所述多个FLA和所述控制电子器件，其中，所述控制电子器件能选择性地激活所述多个FLA以向所述机械护甲的用户提供肌肉运动辅助。
附图说明
当结合以下附图考虑时，参考以下对所公开的主旨的详细描述，可以更全面地理解所公开的主旨的各种目的、特征和优点，其中相同的附图标记表示相同的元件。
图1A示出根据本公开的某些实施例的辅助机械护甲内衣的前视图，其中稳定层与基础层连续地集成在一起。
图1B示出根据本公开的某些实施例的辅助机械护甲内衣的后视图，其中稳定层与基础层连续地集成在一起。
图1C示出根据本公开的某些实施例的辅助机械护甲内衣的侧视图，其中稳定层与基础层连续地集成在一起。
图1D示出根据本公开的某些实施例的辅助机械护甲内衣的前视图，其中离散的稳定层部件被附接到基础层(动力层未示出)。
图1E示出根据本公开的某些实施例的辅助机械护甲内衣的后视图，其中离散的稳定层部件被附接到基础层(动力层未示出)。
图1F示出根据本公开的某些实施例的辅助机械护甲内衣的侧视图，其中离散的稳定层部件被附接到基础层(动力层未示出)。
图1G至图1I分别示出在不存在稳定层或动力层的情况下的根据本公开的某些实施例的基础层的示例性前视图、后视图和侧视图。
图1J示出根据本公开的某些实施例的、被构造成围绕穿戴者的下躯干区域穿戴的说明性底盘带系统。
图1K示出根据本公开的某些实施例的、围绕用户的上躯干部分配置的轭分配构件。
图2A示出根据本公开的某些实施例的、待穿戴在穿戴者的衣服上的辅助机械护甲的前视图。
图2B示出根据本公开的某些实施例的、待穿戴在穿戴者的衣服上的辅助机械护甲的后视图。
图2C示出根据本公开的某些实施例的、待穿戴在穿戴者的衣服上的辅助机械护甲的侧视图。
图2D示出根据本公开的某些实施例的、待穿戴在穿戴者的衣服上的辅助机械护甲的详细视图，所述辅助机械护甲包括具有枢轴和被附接到躯干的压缩元件的载荷分配构件。
图2E示出根据本公开的某些实施例的、待穿戴在穿戴者的衣服上的辅助机械护甲的姿势支持子系统的详细视图。
图2F至图2J示出根据本公开的某些实施例的、旨在待穿戴在穿戴者的衣服上的另一个外套辅助机械护甲(OAE)系统。
图3示出根据本公开的某些实施例的工作室零售或服务设置。
图4是根据本公开的某些实施例的、用于提供辅助机械护甲系统的过程的流程图。
图5示出根据本公开的某些实施例的、用于辅助机械护甲系统的平台和通信网络。
图6A示出根据本公开的某些实施例的、用于从坐到站的活动的动作概况(profile)。
图6B示出根据本公开的某些实施例的、用于从站到坐的活动的动作概况。
图6C示出根据本公开的某些实施例的、用于提供姿势稳定性的动作概况。
图6D示出根据本公开的某些实施例的、用于步态辅助的动作概况。
图6E示出根据本公开的某些实施例的、用于执行从坐到站的辅助的过程的实施例。
图6F示出根据本公开的某些实施例的、用于执行步态(步行)辅助的过程的实施例。
图6G示出根据本公开的某些实施例的、用于执行站立姿势支持辅助的过程的实施例。
图6H示出根据本公开的某些实施例的、用于执行对于从站到坐的动作的辅助的过程的实施例。
图6I示出根据本公开的某些实施例的从坐到站的活动/动作的时序图。
图7示出根据本公开的某些实施例的、用于离合的柔性线性致动器(FLA)和弹簧子系统的示意性和动作概况。
图8A示出根据本公开的某些实施例的机械护甲的前视图。
图8B示出根据本公开的某些实施例的机械护甲的后视图。
图8C示出根据本公开的某些实施例的机械护甲的侧视图。
图9A示出根据本公开的某些实施例的单套式辅助机械护甲的前视图。
图9B示出根据本公开的某些实施例的单套式辅助机械护甲的后视图。
图10示出根据本公开的某些实施例的、用于绞合弦致动器(TSA)马达和主轴配置的概念。
图11示出根据本公开的某些实施例的、用于具有力感测能力的TSA配置的概念。
图12示出根据本公开的某些实施例的、具有中空马达和摆线驱动器的TSA配置。
图13示出根据本公开的某些实施例的、具有O形环驱动器、力感测和长度感测能力的TSA配置。
图14示出根据本公开的某些实施例的、具有O形环驱动器和薄型壳体的TSA配置。
图15示出根据本公开的某些实施例的、具有O形环驱动器和长度感测的TSA配置。
图16示出根据本公开的某些实施例的、配置有定相致动器和离合元件的TSA。
图17示出根据本公开的某些实施例的FLA和离合元件的阵列。
图18示出根据本公开的某些实施例的FLA和离合元件的阵列的应用。
图19A示出根据本公开的某些实施例的载荷分配带的可能配置。
图19B示出根据本公开的某些实施例的载荷分配带的剖视图。
图20A示出根据本公开的一些实施例的、具有模块化部件的内衣辅助机械护甲的右前斜视图。
图20B示出根据本公开的一些实施例的、具有模块化部件的内衣辅助机械护甲的右后视图。
图20C示出根据本公开的一些实施例的内衣辅助机械护甲的模块化部件的详细视图。
图21示出具有模块化贴片和各种使用场景的内衣辅助机械护甲的实施例。
图22A至图22C示出定位在人体的不同位置上的若干不同的载荷分配构件的前视图、后视图和侧视图。
图23示出根据各种实施例的、被配置成与PPSO通信的机械护甲和系统。
图24示出根据各种实施例的用于机械护甲的控制方案的示意图。
图25示出被构造成接收根据各种实施例的贴片组件的机械护甲的示例性框图。
图26示出根据实施例的贴片组件的说明性框图。
图27示出根据实施例的说明性多辅助运动贴片组件。
图28示出当图27的贴片组件被固定到机械护甲时的图27的贴片组件的说明性后视图、侧视图和前视图。
图29示出根据各种实施例的机械护甲的基础层的说明性后视图、侧视图和前视图。
图30示出具有附接到其的根据各种实施例的贴片组件的机械护甲的示意性后视图、侧视图和前视图。
图31示出根据实施例的女性机械护甲基础层的说明性前视图。
图32示出根据实施例的女性机械护甲基础层的示意性后视图。
图33示出具有根据实施例的贴片组件和覆盖层的女性机械护甲基础层的示意性前视图和后视图。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了关于所公开的主旨的系统、方法和介质以及这些系统、方法和介质可以在其中操作的环境等的许多具体细节，以便提供对所公开的主旨的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员可以显而易见的是，可以在没有这种具体细节的情况下实践所公开的主旨，并且没有详细地描述在本领域中公知的一些特征，以便避免所公开的主旨的复杂化。另外，可以理解，下面提供的示例是示例性的，并且预料到有在所公开的主旨的范围内的其它系统、方法和介质。
在下面的描述中，机械护甲或辅助机械护甲是由穿戴者穿在他或她的身体外面的套装。机械护甲或辅助机械护甲可以被穿在穿戴者的正常衣服下面、穿在穿戴者的衣服外面、穿在衣服的层之间，或者可以是穿戴者的主要衣服自身。机械护甲可以是辅助性的，如它在物理上辅助穿戴者执行特定的活动，或者可以提供其它功能，例如，通过对身体的物理表达、对环境的参与或从穿戴者捕获信息来与穿戴者通信。在某些实施例中，动力机械护甲系统可以包括若干子系统或层。在某些实施例中，动力机械护甲系统可以包括更多或更少的子系统或层。子系统或层可以包括基础层、稳定层、动力层、传感器和控件层、覆盖层和用户界面/用户体验(UI/UX)层。
基础层
基础层提供在机械护甲系统和穿戴者的身体之间的界面。基础层可以适于被直接穿在穿戴者的皮肤上、被穿在内衣和衣服的外层之间、被套在衣服的外层上或其组合，或者基础层可以被设计成被穿戴为主要衣服自身。在某些实施例中，基础层可以适于既是舒适的且又是不引人注目的，以及舒适地且高效地将载荷从稳定层和动力层传递到穿戴者的身体，以便提供所需的辅助。典型地，基础层可以包括若干不同的材料类型以实现这些目的。弹性材料可以提供顺应性以符合穿戴者的身体并且允许用于运动范围。典型地，最内层适于抓住穿戴者的皮肤、内衣或衣服，使得基础层在施加载荷时没有滑移。基本不可伸展的材料可以用于将载荷从稳定层和动力层传递到穿戴者的身体。这些材料可以在一个轴线上是基本不可伸展的，但在其它轴线上是柔性的或可伸展的，使得载荷传递沿着优选的路径。载荷传递路径可以被优化以横过穿戴者的身体的区域分配载荷来最小化由穿戴者感受到的力，同时以最小的损失提供高效的载荷传递并且不导致基础层滑移。总的来说，在基础层内的这种载荷传递配置可以被称为载荷分配构件。载荷分配构件指的是横过穿戴者的身体的区域分配载荷的柔性元件。载荷分配构件的示例可以在题名为“Flexgrip”的国际申请PCT/US 16/19565中找到，其内容通过引用并入本文中。
载荷分配构件可以包括一个或多个悬链曲线，以横过穿戴者的身体分配载荷。多个载荷分配构件或悬链曲线可以与枢转点连结，使得随着载荷被施加到结构，载荷分配构件的布置在身体上枢转收紧或收缩以增大抓住强度。为了舒适或结构的目的，诸如板条、杆或撑条的压缩元件可以用于将载荷传递到基础层的不同区域。例如，动力层部件可以由于其尺寸和取向要求而在中间背部中终止，但是锚固动力层部件的载荷分配构件可以驻留在下背部上。在这种情况下，一个或多个压缩元件可以将载荷从在中间背部处的动力层部件传递到在下部背部处的载荷分配部件。
载荷分配构件可以使用多种制造和纺织品应用技术来构造。例如，载荷分配构件可以由具有粘合边缘的45°/90°的分层编织、斯潘德克斯弹性纤维齿、具有粘合边缘的透明硬纱(聚)编织45°/90°、透明硬纱(棉/丝)编织45°/90°以及特卫强(非织造激光)构造。载荷分配构件可以使用针织和系带或马毛和斯潘德克斯弹性纤维齿来构造。载荷分配构件可以使用通道和/或系带构造。
基础层可以包括柔性底层，所述柔性底层被构造成压缩抵靠在穿戴者的身体的部分上，直接压缩到皮肤或直接压缩到衣服层，并且还为一个或多个载荷分配构件提供相对高的抓住表面以附接于此。载荷分配构件可以被耦合到底层，以便于将剪切或其它力从构件经由柔性底层传递到身体部段的皮肤或穿在身体部段上的衣服，以相对于这种身体部段维持构件的轨迹，或者提供某一其它功能。这种柔性底层可以具有与构件的柔性和/或顺应性不同的柔性和/或顺应性(例如，其至少在沿着构件的方向上小于构件的柔性和/或顺应性)，使得构件可以沿着它们的长度传递力并且经由柔性底层将剪切力和/或压力均匀地分配到安装有柔性全身式安全带的身体部段的皮肤。
此外，这种柔性底层可以被配置成提供附加功能。柔性底层的材料可以包括抗细菌、抗真菌或其它试剂(例如，银纳米颗粒)以防止微生物的生长。柔性底层可以被配置成管理来自穿戴者的热量和/或湿气(例如，汗液)的输送，以改善穿戴者的活动的舒适性和效率。柔性底层可以包括带、接缝、钩环紧固件、钩扣、拉链或其它元件，其被配置成维持载荷分配构件的元件与穿戴者的解剖结构的方面之间的特定关系。另外地，底层可以提高穿戴者可以穿和/或脱柔性全身式安全带和/或包括柔性全身式安全带的系统(例如，柔性机械护甲系统)或服装的容易性。另外地，底层可以被配置成保护穿戴者免受弹道武器、锋利边缘、弹片或其它环境危害(通过包括例如对位芳香族聚酰胺或其它高强度材料的面板或柔性元件)。
另外地，基础层可以包括诸如尺寸调整、开口和机电一体化特征的特征，以改善用于穿戴者的易用性和舒适性。
尺寸调整
尺寸调整功能容许机械护甲被调整到穿戴者的身体。尺寸调整可以允许套装围绕躯干或肢体的长度或圆周被收紧或松开。调整可以包括系带、Boa系统、织带、松紧带、钩环或其它紧固件。尺寸调整可以由载荷分配构件自身实现，如它们在加载时收缩到穿戴者的身上。在一个示例中，躯干圆周可以用紧身胸衣式系带收紧，腿部用以对折配置的钩环收紧，并且长度和肩部高度用织带和收紧锁定紧固件(例如凸轮锁、D形环或类似物)调整。基础层中的尺寸调整特征可以由动力层致动，以在不同的位置中将基础层动态地调整到穿戴者的身体，以便为穿戴者维持一致的压力和舒适度。例如，基础层在站立时会被要求在大腿上被收紧，并且在坐下时松开，使得基座层在就座时没有过度地收缩大腿。动态尺寸调整可以由传感器和控件层控制，例如，通过检测基础层中的压力或力且通过致动动力层以始终如一地获得所需的力或压力来控制。该特征不一定促使该套装提供身体辅助，但是可以为穿戴者创造更舒适的体验，或者允许该套装的物理辅助元件依据运动辅助的目的而更好地或不同地执行。
开口
可以提供基础层中的开口特征，以便于穿戴者穿(穿上机械护甲)和脱(脱下机械护甲)。开口特征可以包括拉链、钩环、卡扣、纽扣或其它纺织紧固件。在一个示例中，前部中央拉链为躯干提供开口特征，而钩环紧固件为腿部和肩部提供开口特征。在这种情况下，钩环紧固件提供打开和调整功能两者。在其它示例中，机械护甲可以简单地具有例如在臂或颈部周围的较大开口以及弹性面板，所述弹性面板允许在没有特定闭合机构的情况下穿上和脱下套装。可以简单地延伸截头载荷分配构件以收紧在穿戴者的身体上。可以提供开口，以便于上厕所，使得用户可以穿着机械护甲，但是仅需要移除或打开较小的部分来使用浴室。
机电一体化
机电一体化特征将稳定层、动力层以及传感器和控件层的部件附接到基础层，用于成一体到机械护甲中。一体化特征可以用于机械、结构、舒适、保护或美容目的。结构一体化特征将其它层的锚固部件锚固到基础层。对于稳定层和动力层而言，结构一体化特征提供用于至基础层和载荷分配构件的载荷传递，并且可以在附接点处适应特定的自由度。例如，锚固稳定或动力层元件的卡扣或铆钉可以既提供至基础层的载荷传递，以及又提供枢转自由度。缝合的、粘结的或粘合的锚可以提供具有或不具有枢转自由度的载荷传递。例如沿着套筒或轨道的滑动锚可以提供平移自由度。锚可以是可分离的，例如借助卡扣、带扣、钩扣或钩子；或者可以是不可分离的，例如借助缝合、粘结剂或其它粘合物。如上所述的尺寸调整特征可以允许调整和定制稳定层和动力层，例如，调整无源层中的弹簧或弹性元件的张力，或者调整动力层中的致动器的长度。
其它一体化特征(例如，环、凹穴和安装硬件)可以简单地提供对不具有显著载荷传递要求的部件的附接，所述部件例如为电池、电路板、传感器或电缆。在某些情况下，部件可以被直接成一体到基础层的纺织品部件中。例如，电缆或连接器可以包括直接编织、粘合或以其它方式成一体到基础层中的导电元件。
机电一体化特征还可以保护或美化地藏住稳定层、动力层或传感器和控件层的部件。稳定层的元件(例如，弹性带或弹簧)、动力层(例如，柔性线性致动器或绞合弦致动器)或传感器和控件层(例如，电缆)可以穿过被成一体到基础层中的套管、管或通道行进，所述套管、管或通道可以隐藏和保护这些部件。套管、管或通道也可以例如在动力层元件的致动期间容许部件有动作。套管、通道或管可以包括抗塌陷的能力，确保部件在其中保持自由且不受抑制。
为了美观、舒适或保护的目的，可以使用封壳、衬垫、织物覆盖物或类似物将其它层的部件进一步成一体到基础层中。例如，诸如马达、电池、电缆或电路板之类的部件可以被容纳在封壳内，完全地或部分地被覆盖在衬垫材料中或用衬垫材料包围，使得这些部件不导致穿戴者不适，在视觉上不显眼和被成一体到机械护甲中，并且保护免受环境影响。打开和关闭特征可以另外地提供对这些部件的访问，用于服务、移除或替换。
在某些情况下，尤其对于可配置成用于临时使用或测试的机械护甲而言，系绳可以允许某些电子和机械部件被安放在套装外。在一个示例中，诸如电路板和电池之类的电子器件会是尺寸过大的，以允许用于添加的可配置性或数据捕获。如果这些部件的较大尺寸使得不期望将它们安装在机械护甲上，则这些部件可以与套装分开地放置并且经由物理或无线系绳连接。较大的过功率马达可以经由柔性驱动连杆附接到套装，所述柔性驱动连杆允许致动动力层而不需要将较大马达附接到套装。这种过功率的配置允许优化机械护甲参数，而没有需要将所有部件附接或成一体到机械护甲中的约束。
机电一体化特征还可以包括无线通信。例如，一个或多个动力层部件可以被放置在机械护甲上的不同位置处。传感器和控件层可以借助诸如Bluetooth、ZigBee、超宽带或任何其它合适的通信协议之类的无线通信协议与一个或多个动力层部件通信，而不是利用到传感器和控件层的物理电连接。这可以减少套装内所需的电互连。一个或多个动力层部件中的每个都可以另外地包含本地电池，使得每个动力层部件或动力层部件组是独立的电源单元，其不需要至机械护甲的其它区域的直接电互连。
稳定层
稳定层提供对穿戴者的被动机械稳定性和辅助。稳定层包括一个或多个被动(非动力)弹簧或弹性元件，其产生力或储存能量以为穿戴者提供稳定性或辅助。弹性元件可以具有未变形的最小能量状态。弹性元件的变形，例如，弹性元件的伸长率储存能量并且产生取向成使弹性元件朝向其最小能量状态返回的力。例如，接近于髋屈肌和髋伸肌的弹性元件可以为在站立位置中的穿戴者提供稳定性。随着穿戴者偏离站立位置，弹性元件被变形，产生使穿戴者稳定且辅助维持站立位置的力。在另一个示例中，随着穿戴者从站立姿势运动到坐下姿势，能量被储存在一个或多个弹性元件中，产生恢复力以当穿戴者从坐下位置运动到站立位置时辅助穿戴者。类似的被动弹性元件可以适用于躯干或肢体的其它区域，以提供位置稳定性或辅助运动到使弹性元件处于其最小能量状态中的位置。
稳定层的弹性元件可以被成一体到基础层的部分或者是基础层的整体部分。例如，含有斯潘德克斯弹性纤维或类似材料的弹性织物可以用作组合基础/稳定层。弹性元件也可以包括离散的部件，例如，弹簧或弹性材料的部段，例如，硅树脂或弹性织带，其被锚固到基础层以用于在离散点处进行载荷传递，如上所述。
稳定层可以如上所述被调整，既适合于穿戴者的尺寸和个体解剖结构，以及又在特定位置中实现稳定层的部件中的期望量的预张力或松弛。例如，某些穿戴者会更喜欢更大的预张力以在站立姿势中提供额外的稳定性，而其它穿戴者会更喜欢更松弛，使得被动层没有干扰诸如步行的其它活动。
稳定层可以与动力层相连接以接合、脱离或调整一个或多个弹性元件中的收紧或松弛。在一个示例中，当穿戴者处于站立位置中时，动力层可以将稳定层的一个或多个弹性元件预收紧至期望的量，用于维持该位置中的稳定性。对于不同的位置或活动而言，预张力可以通过动力层被进一步调整。在某些实施例中，稳定层的弹性元件应当能够产生至少5磅的力；当伸长时，优选地为至少50磅的力。
动力层
动力层可以为穿戴者提供主动的动力辅助以及机电离合，以将动力或稳定层的部件维持在期望的位置或张力中。动力层可以包括一个或多个柔性线性致动器(FLA)。FLA是动力致动器，其能够在给定行程长度上在两个附接点之间产生张力。FLA是柔性的，使得其可以遵循例如围绕身体表面的轮廓，并且因此在附接点处的力不一定是对齐的。在某些实施例中，一个或多个FLA可以包括一个或多个绞合弦致动器。在下面的描述中，FLA指的是柔性线性致动器，其当致动时施加张力、收缩或缩短。FLA可以与机械离合器协同使用，所述机械离合器将由FLA产生的张力锁定在适当的位置中，使得FLA马达不必消耗功率来维持所需的张力。下面讨论这种机械离合器的示例。在某些实施例中，FLA可以包括一个或多个绞合弦致动器或柔性驱动器，如在题名为“Exosuit System”的美国专利9,266,233中进一步详细描述的，其内容通过引用结合于此。FLA还可以与也在美国专利9,266,233中描述的电层压离合器结合使用。电层压离合器(例如，被配置成使用静电吸引力以在离合元件之间产生可控力的离合器)可以通过锁定张力而无需FLA维持相同的力来提供动力节省。
动力致动器或FLA被布置在基础层上，连接身体上的不同点，以产生用于辅助各种活动的力。该布置经常可以接近于穿戴者的肌肉，以便自然地模仿和辅助穿戴者自身的能力。例如，一个或多个FLA可以将躯干的背部连接到腿的后部，从而接近于穿戴者的髋伸肌。接近于髋伸肌的致动器可以辅助诸如从坐下位置站立、从站立位置坐下、行走或举起的活动。相似地，一个或多个致动器可以布置成接近于其它肌肉群，例如，髋屈肌、脊柱伸肌、腹肌或手臂或腿的肌肉。
接近于一群肌肉的一个或多个FLA能够在4秒内在至少1/2英寸的行程长度上产生至少10磅。在某些实施例中，接近于一群肌肉的一个或多个FLA可以能够在1/2秒内在6英寸的行程上产生至少250磅。可以使用串联或并联排列的多个FLA来接近于单个肌肉群，其中FLA的大小、长度、功率和强度针对该肌肉群和利用它们的活动进行了优化。
传感器和控件层
传感器和控件层从套装和穿戴者捕获数据，基于正在执行的活动利用传感器数据和其它命令控制动力层，并且向UX/UI层提供套装和穿戴者数据以用于控制和信息目的。
诸如编码器或电位计之类的传感器可以测量FLA的长度和旋转，而力传感器测量由FLA施加的力。惯性测量单元(IMU)测量并且能够计算套装和穿戴者身上的点的运动学数据(位置、速度和加速度)。这些数据能够对套装和穿戴者的动力学信息(力、转矩)实现逆动力学计算。肌电图(EMG)传感器可以检测穿戴者在特定肌肉群中的肌肉活动。套装上的电子控制系统(ECS)可以使用由传感器层测量的参数来控制动力层。来自IMU的数据可以既指示正在执行的活动以及又指示速度和强度。例如，IMU或EMG数据的模式可以使ECS能够检测到穿戴者正以特定的步速行走。然后，该信息使ECS能够利用传感器数据来控制动力层，以便为穿戴者提供适当的辅助。
来自传感器层的数据可以进一步提供给UX/UI层，用于向穿戴者、护理者或服务提供者提供反馈和信息。
UX/UI层
UX/UI层包括穿戴者和其它人与机械护甲系统的交互和体验。该层包括对套装自身的控制，例如，活动的发起，以及对穿戴者和护理者的反馈。零售或服务体验可以包括机械护甲系统的装配、校准、训练和维护的步骤。其它UX/UI特征会包括额外的生活方式特征，例如，电子安全，身份保护和健康状态监测。
穿戴者命令/控制
辅助机械护甲可以具有用于穿戴者的用户界面，以指导套装待执行哪种活动，以及活动的定时。在一个示例中，用户可以经由一个或多个按钮、按键或诸如移动电话的系留设备手动地指导机械护甲进入活动模式。在另一个示例中，机械护甲可以从传感器和控件层检测活动的发起，如前所述。在又一个示例中，用户可以向套装说出期望的活动模式，其可以解释说出的请求以设定期望的模式。该套装可以被预编程以在特定的持续时间上执行该活动，直到从穿戴者接收另一个命令为止，或者直到该套装检测到穿戴者已经停止该活动为止。该套装会包括故障安全特征，所述故障安全特征当被激活时促使套装停止所有活动。
该机械护甲可以具有UX/UI控制器，其被定义为另一个用户设备上的节点，例如，计算机或移动智能电话。机械护甲也会是用于其它附件的基础。例如，机械护甲可以包括手机芯片，使得套装会能够直接接收与移动电话类似的数据和语音命令两者，并且可以通过这种节点传达信息和语音信号。机械护甲控制架构可以被配置成允许其它设备作为附件待添加到机械护甲。例如，视频屏幕可以连接到机械护甲以显示与套装的使用相关的图像。该机械护甲可以用于与诸如门锁的智能家居设备交互，或者可以用于打开智能电视和调整频道和其它设置。在这些模式中，该套装的物理辅助可以用于增加或创建与这些设备的通信相关的穿戴者的物理或触觉体验。例如，电子邮件可以作为物理表情符号在背部上轻拍，所述物理表情符号当插入电子邮件中时会促使套装物理地轻击穿戴者或对用户执行某种其它类型的物理表达，其添加对书面电子邮件的强调。
机械护甲可以提供视觉、听觉或触觉反馈或提示以通知用户各种机械护甲操作。例如，机械护甲可以包括振动马达以提供触觉反馈。作为具体示例，两个触觉马达可以被定位在前髋骨附近，以当执行从坐到站的辅助运动时通知用户合适的活动。另外，两个触觉马达可以被定位在后髋骨附近，以当执行从站到坐的辅助运动时通知用户适合的活动。机械护甲可以包括一个或多个发光二极管(LED)以提供视觉反馈或提示。例如，LED可以被放置在用户的周边视觉内的左肩和/或右肩附近。机械护甲可以包括扬声器或蜂鸣器以提供音频反馈或提示。
在其它情况下，FLA通过全身式安全带和其它方式与身体的交互可以用作对穿戴者的触觉反馈的形式，其中FLA的收缩定时中的变化可以向穿戴者指示某些信息。例如，在腰部上的FLA的拖曳的数量或强度可以指示剩余的电池寿命量或者套装已经进入用于即将发生的动作的就绪状态。
零售/服务/工作室设置
穿戴者与辅助机械护甲的第一次互动可以是在诸如零售场所、经销商、诊所或专业服务提供者的设置内，其中为个体穿戴者指定或选择机械护甲系统。或者，销售代表或技术人员可以在诸如诊所、运动设施的适当设置中或在社区中进行家访或与穿戴者会面。为个人指定或选择机械护甲可以包括从多种尺寸的套装或部件中的一个选择，或者基于特定穿戴者的个人需求确定用于特定穿戴者的定制尺寸或配件，以及系统的特定特征、功能或其它要求。例如，老年人但其它方面身体健全的穿戴者会需要一种套装，其为诸如从坐下位置站立、在站立的同时维持姿势以及行走之类的活动提供辅助。虽然该穿戴者会能够不予支持地执行这些活动，但是辅助机械护甲系统可以使该穿戴者能够在更长的持续时间内在减少疲劳的情况下执行这些活动。其它穿戴者对于套装或部件的尺寸、待执行的活动、所要求的辅助的量、由穿戴者所需的控制、或者要传达给穿戴者、护理者或其它人的数据和信息的类型可能有不同的要求。
该工作室可以配备有这样的特征，即，所述特征使对机械护甲的装配和测试对于潜在的穿戴者和支持人员而言更容易。例如，工作室可以具有连接到套装的网络，并且在屏幕上和在其它有用的应用中实时共享关于穿戴者的信息，以定制或以其它方式促进顾客对套装的体验。该工作室可以有屏幕显示或其它物理显示，如同灯光和声音，其链接到套装的运动，以辅助穿戴者适应控制它。该工作室还可以构建“障碍”课程或演示设置，用于测试该套装的使用。套装控制可以链接到工作室中的体验。
反射控制
机械护甲的控制还可以链接到测量穿戴者的运动的传感器、或者例如在其它人的套装上的其它传感器、或者在环境中的传感器。这里描述的马达命令可以全部由该传感器信息激活或修改。在该示例中，该套装可以展示其自身的反射，使得穿戴者通过有意或无意的动作来提示该套装的动作概况。当坐下时，进一步例如，在充电中向前倾斜的物理运动，好像指示站起来的意图，可以由套装IMU感测并且用于触发从坐到站的动作概况。在一个实施例中，机械护甲可以包括能够监测大脑活动的传感器(例如，脑电图(EEG)传感器)，其可以用于检测用户执行特定运动的期望。例如，如果用户坐下，则EEG传感器可以感测到用户站起来的期望并且促使机械护甲自我准备以辅助用户进行从坐到站的辅助运动。
用户提示
该套装可以例如通过马达的快速运动而发出声音或提供其它反馈，作为向用户提供该套装已经接收到命令的信息或者向用户描述可以应用特定动作概况的信息。在上述反射控制示例中，该套装可以向穿戴者提供较高音调声音和/或振动以指示其即将开始运动。该信息可以帮助用户为套装运动做好准备，从而提高性能和安全性。对于套装的所有运动而言，能够有许多类型的提示。
机器学习/AI
套装的控制包括使用机器学习技术来横过经由互联网连接的套装的一个或多个穿戴者的许多实例来测量运动性能，其中计算用于优化性能和改善任何一个用户的安全性的最佳控制动作是基于在套装的穿戴者中的子集或全部中的聚合信息。机器学习技术可以用于为机械护甲辅助运动提供用户指定定制。例如，特定用户可能具有异常步态(例如，由于车祸)并且因此不能采取均匀的步幅。机器学习可以检测到这种异常步态并相应地为其补偿。
内衣辅助机械护甲系统
图1A至图1F示出根据本公开的某些实施例的内衣辅助机械护甲(UAE)系统。在某些实施例中，UAE系统旨在待穿在穿戴者的衣服下面，并且专注于对身体的核心肌肉的物理辅助。该实施例也是用于扩展到这样的实施例的基础，即，所述实施例提供与其它身体部位的物理辅助，所述其它身体部位包括肩部、肘部、手腕和手以及膝盖、脚踝和脚部的关节。以下描述仅用于关注身体核心。
图1A示出根据本公开的某些实施例的UAE的前视图。从肩部延伸到膝盖正上方的基础层包括顺应性的斯潘德克斯弹性纤维面板(101)和柔性但基本不可伸展的载荷分配构件(102)。载荷分配构件(102)将载荷从稳定层和动力层传递到穿戴者的肩部、腰部和大腿。在该实施例中，载荷分配构件(102)包括布置在多个曲线中的基本不可伸展的材料。曲线通常接近于悬链曲线，以便均匀地分配来自稳定层和动力层的载荷。载荷分配构件包括抵抗沿着穿戴者的身体滑移的内表面。载荷分配构件的布置促使它们在受到载荷时收缩在穿戴者的身体上，进一步增强了它们的抓住和抵抗沿着穿戴者的身体滑移。
定位在大腿前部上的柔性线性致动器(FLA)(103)接近于髋屈肌。FLA是动力致动器，其能够在给定行程长度上在两个附接点之间产生张力。FLA是柔性的，使得其可以遵循例如围绕身体表面的轮廓，并且因此在附接点处的力不一定是对齐的。动力层以及传感器和控件层的电子部件被容纳在髋部上的封壳(104)中。封壳(104)可以与基础层成一体化，其具有衬垫、绝缘和织物部件，用于部件或穿戴者的舒适、美观和保护。例如，可以在电子器件或电池周围使用耐火或耐热材料。沿着躯干和大腿的侧面的系带(110)调整基础层的整体尺寸。
图1B示出根据本公开的某些实施例的UAE的后视图。同样，在肩部、腰部和大腿处的载荷分配构件(102)将载荷传递到基础层和穿戴者的身体。四个FLA(105)接近于髋伸肌，每个髋部平行地配置有两个FLA。在每个髋部处的一对FLA(105)各自连接到肌腱元件(106)，以将一对FLA附接到在腰部处的载荷分配构件(102)。因此，多对FLA(105)和肌腱(106)的组合连接在大腿的载荷分配构件(102)和腰部之间，使得当FLA被致动(收紧)时，在髋部处产生延伸力矩。在该示例中，肌腱元件(106)可以包括带有调整元件(108)的织带，使得可以调整肌腱元件的长度以优化FLA(105)到穿戴者的身体的行程。两个FLA(107)平行地附接到在肩部和腰部处的载荷分配构件(102)，从而接近于脊柱伸肌(例如，用于姿势支持)。
图1C示出根据本公开的某些实施例的UAE的侧视图。在侧视图中，全部示出接近于髋屈肌(103)、髋伸肌(105)和脊柱伸肌(107)的载荷分配构件，其中髋伸肌FLA(105)附接到可调整的肌腱元件(106)。动力层和传感器和控件层的电子部件被容纳在封壳(104)中，所述封壳(104)被成一体到纺织品基础层中。可调整的肩带(109)附接到在肩部和腰部处的载荷分配构件(102)。沿着躯干和大腿的侧面的系带(110)调整基础层的整体尺寸。
图1D示出根据本公开的某些实施例的UAE的前视图。在图1D中，动力层和传感器和控件层被移除以显示稳定层。稳定层的两个弹性元件(111)接近于髋屈肌，附接到在腰部和大腿处的载荷分配构件(102)。在该示例中，弹性元件(111)是覆盖有斯潘德克斯弹性纤维织物的硅树脂条。在某些实施例中，弹性元件(111)可以由任何其它合适的材料制成。在其它示例中，稳定层的弹性元件可以与基础层更成一体地形成。
图1E示出根据本公开的某些实施例的UAE的后视图。在图1E中，动力层和传感器和控件层被移除以显示稳定层。接近于髋伸肌或臀肌的稳定层(112)的弹性元件附接到在腰部和大腿处的载荷分配构件(102)。接近于脊柱伸肌的稳定层(113)的另一个弹性元件附接到在肩部和腰部处的载荷分配构件(102)。如在图1D中所示，弹性元件(112，113)由覆盖有织物的硅树脂制成，然而在其它实施例中，弹性元件可以与基础层更成一体地形成。在某些实施例中，弹性元件(112，113)可以由任何其它合适的材料制成。弹性元件典型地被配置成使得从第一位置到第二位置的运动拉伸弹性元件，产生偏置的力以使穿戴者返回到第一位置。这可以在第一位置中提供稳定性，或者当从第二位置运动到第一位置时辅助穿戴者。在一个示例中，第一位置是站立位置，并且第二位置是坐下位置。接近于髋屈肌、髋伸肌和脊柱伸肌的稳定层的弹性元件(111，112，113)被配置成在站立(第一)位置中有较小的标称预载荷。来自站立姿势的较小运动可以拉伸稳定层的一个或多个弹性元件，创建一个或多个偏置的力以恢复第一位置。例如，向前倾斜可以拉伸髋伸肌和脊柱伸肌弹性元件(112，113)，产生偏置的力以恢复站立姿势。相反，向后倾斜可以拉伸髋屈肌弹性元件(111)，产生偏置的力以使躯干向前运动并且再次恢复站立姿势。因而，在这些情况下，稳定层的弹性元件在第一站立位置中提供稳定性。运动到第二坐下位置可以拉伸髋伸肌和脊柱伸肌弹性元件(112，113)。
这些拉伸的弹性元件(112，113)可以产生偏置的力以使穿戴者运动回到第一站立位置。当穿戴者就座时，弹性元件被维持在其伸展状态中，使得在穿戴者处于第二坐下位置中的同时维持力并且在弹性元件中储存能量。当穿戴者希望返回到站立位置时，在弹性元件中产生的储存的能量和力可以辅助穿戴者。
图1F示出根据本公开的某些实施例的UAE的侧视图。在图IF中，动力层和传感器和控件层被移除以显示稳定层。接近于髋屈肌、髋伸肌和脊柱伸肌的稳定层的弹性元件(111，112，113)被附接到在大腿、腰部和肩部处的载荷分配构件(102)。
图1G至图1I分别示出在不存在稳定层或动力层的情况下的基础层的示例性前视图、后视图和侧视图。尤其，图1G至图1I示出大腿分配构件120、大腿分配构件130和下躯干分配构件140。大腿分配构件120、大腿分配构件130和下躯干分配构件140与以上讨论的分配构件102相同，但是已经被重新标记以供进一步讨论。大腿分配构件130可以包括撑条(stay)131和132，其沿着大腿的长度延展并且附接到跨越大腿内侧的一系列带133和跨越大腿外侧的另一系列带134。当力(例如，在髋部方向上的向上力)被施加到撑条131或132时，载荷通过带133和134传递。诸如带135的附加带可以环绕大腿，但是不耦合到撑条131或132。带135可以被耦合到其它撑条，例如，撑条138和139。除了撑条131或132以外，带中的某些133和134可以被耦合到撑条138和139。当力(例如，在髋部方向上的向上力)被施加到撑条138或139时，载荷通过带133，134和135传递。紧固件136和137可以分别存在于撑条131和132上。
大腿分配构件120可以包括撑条121和122，其沿着大腿的长度延展并且附接到跨越大腿内侧的一系列带123和跨越大腿外侧的另一系列带124。当力(例如，在髋部方向上的向上力)被施加到撑条121或122时，载荷通过带123和124传递。诸如带125的附加带可以环绕大腿，但是不耦合到撑条121和122。带125可以被耦合到其它撑条，例如，撑条128和129。除了撑条121和122以外，带中的某些123和124可以被耦合到撑条128和129。当力(例如，在髋部方向上的向上力)被施加到撑条128或129时，载荷通过带123，124和125传递。紧固件126和127可以分别存在于撑条121和122上。
下躯干分配构件140可以围绕穿戴者的腰部、背部和髋部的一部分分配。分配构件140可以包括撑条141至145。带146可以被耦合到撑条141和142。撑条141和142可以包括若干狭槽158，其可以用于将FLA 103固定在适当的位置中。包括若干狭槽允许穿戴者将FLA103的端部放置在提供最佳配合的位置处。撑条145还可以包括若干狭槽157，其可以用于将FLA 107固定在适当的位置中。带147可以被耦合到撑条142和143，并且带148可以被耦合到撑条144和141。带149可以被耦合到撑条143和145，并且带150可以被耦合到带145和144。当力被施加到撑条141至145中的一个或多个时，载荷通过下躯干分配构件140分配。撑条141和142可以包括紧固件152和153。撑条143和144可以包括调整元件108和紧固件(未清楚地显示，因为它们被调整元件108遮挡)。撑条145可以包括紧固件156。
弹性元件111中的一个可以连接到紧固件126和152，并且弹性元件111中的另一个可以连接到紧固件136和153。对于每个撑条包括的若干紧固件可以提供柔性并且配合机械护甲的穿戴者。弹性元件112可以连接到在大腿分配构件120、大腿分配构件130和下躯干分配构件140中的每个上的紧固件。弹性元件113可以连接到在下躯干分配构件140和轭分配构件160上的紧固件(下面在图1K中示出)。
图1J示出说明性的底盘带系统170，其被构造成待围绕穿戴者的下躯干区域和在载荷分配构件140的顶部上穿戴。底盘带系统170可以包括电子器件104、肌腱元件106、FLA103，105和107。在穿戴者穿上底盘带系统170之后，FLA 103和105可以被附接到大腿分配构件120和130。FLA 103之一可以被附接到撑条121和141，并且FLA 103中的另一个可以被附接到撑条131和142。这样，FLA 103被附接到两个不同的载荷分配构件(例如，分配构件140/120和分配构件140/130)。当FLA 103被激活时，张力将大腿和躯干拉在一起以辅助髋屈肌运动。例如，当左大腿FLA 103被激活时，张力拉动撑条131和143以在髋屈肌运动中拉动大腿。在撑条131和143上的力遍布分配构件130和140分配。
FLA 105可以被附接到撑条128，129，138和139以及肌腱元件106。肌腱元件106可以被连接到调整元件108。将FLA 105的一个端部附接到肌腱元件106使得FLA 105能够固定到躯干分配构件140。肌腱元件106的定位可以经由可调整元件108调整，以为穿戴者提供最佳的配合。因而，左大腿FLA 105附接到撑条138和139并且经由肌腱元件106附接到躯干载荷分配构件140。右大腿FLA 105附接到撑条128和128并且经由肌腱106附接到躯干分配构件140。当FLA 105被激活时，它们在躯干分配构件140和大腿分配构件120和130之间施加髋伸肌辅助运动。当左大腿FLA 105被激活时，由这些FLA产生的张力通过躯干分配构件140和大腿分配构件130分配。当右大腿FLA 105被激活时，由这些FLA产生的张力通过躯干分配构件140和大腿分配构件120分配。
图1K示出围绕用户的上躯干部分布置的轭分配构件160。可调整的肩带109被附接到轭分配构件160和躯干分配构件140。系带110沿着躯干的侧并且可以被调整以将肩带109配合到穿戴者。轭分配构件160可以包括撑条161至163。撑条161和162可以被耦合到FLA107。撑条163可以包括紧固件165。紧固件165和156(图1H)可以用于固定弹性构件113(在图1E中示出)。
轭构件160可以包括沿着穿戴者的背部延展的带166。可以使用任何数量的带166，并且在图1K中所示的实施例具有4个这样的带。带166中的每个都可以耦合肩带接口带167，其连接到肩带109。肩带接口带167可以相对于带166枢转或运动以适应不同尺寸的用户。
FLA 107可以被耦合到轭分配构件160的撑条161和162并且耦合到躯干分配构件140的撑条145。当FLA 107被激活时，它们为机械护甲提供姿势支持或脊柱延伸。尤其，当FLA 107施加张力时，它们向下拉动轭分配构件160并且向上拉动躯干分配构件140。因此，由FLA 107施加的张力引起的载荷横过轭分配构件160和躯干分配构件140分配。
外套(套在衣服上)辅助机械护甲系统
图2A至图2E示出根据本公开的某些实施例的、旨在穿在穿戴者的衣服上的外套辅助机械护甲(OAE)系统。
图2A示出根据本公开的某些实施例的OAE的前视图。带有交叉带(202)的肩带(201)附接到穿戴者的上身。张力锁定配件(203)允许调整肩带和交叉带的尺寸和张紧性。载荷分配构件(204，205)分别环绕穿戴者的腰部和大腿。被配置为髋屈肌的FLA(206)附接在腰部和大腿处。FLA可以包括围绕马达、传动装置和主轴组件的圆形成型(contoured)壳体(207)，用于保护部件和穿戴者的舒适性。FLA的绞合弦被容纳在编织管(208)中，该编织管保护弦不受磨损、缠结或钩住。FLA可以进一步被封装(209)在织物或OAE的其它元件中，用于装饰一体化、保护和舒适。弹性元件(210)与FLA平行地配置，使得它们也模仿髋屈肌。织带(211)将弹性元件(210)连接到调整配件(212)，所述调整配件(212)被锚固到在大腿(205)处的载荷分配构件。织带(211)充当用于FLA(206)的肌腱，其将力传递到腿部载荷分配构件(205)并且还充当缩短和延长用于穿戴者身高变化的方法。由于弹性元件(210)和FLA(206)附接到载荷分配构件(205)的下端部，所以内部撑条通过载荷分配构件将压缩载荷传递回来，使得载荷横过大腿被均匀地分配而没有使载荷分配构件向上滚动。这允许使用大腿的整个表面，同时仍然维持FLA的行程长度，以及在不夹紧或扭结FLA或动力传递的情况下提供与穿戴者的身体的轮廓的一致性。IMU被附接到每个大腿(214)的前部，使得传感器和控件层可以检测腿的运动。
图2B示出根据本公开的某些实施例的OAE的后视图。包括电池、电路板和电缆的电子部件(215)被安装在上背部的背负式区域中。电子器件典型地用封壳或织物覆盖物(216)覆盖，用于保护和美观。两个平行配置的FLA(217)横穿腰椎，模仿脊柱伸肌。平行配置的四个FLA(218)附接在腰部和每个大腿处的载荷分配构件之间，模仿髋伸肌或臀肌。织物覆盖物(219)隐藏FLA以用于保护和美观。覆盖物(219)可以是褶皱的、网状的或顺应性的，以适应FLA的长度变化。稳定层的弹性元件(220)与FLA平行布置。弹性元件(220)和FLA(218)经由可调整的互连件(221)附接到载荷分配构件，允许尺寸或张力待被调整到个体穿戴者，如上所述的织带肌腱(211)提供调整范围以及与穿戴者的身体的一致性。
图2C示出根据本公开的某些实施例的OAE的侧视图。一个或多个边带(222)(在该示例中为五个)连接在OAE的躯干部分的前部和后部之间。一个或多个边带可调整以适应穿戴者的尺寸。将边带收紧抓住穿戴者的躯干以将载荷横过套装分配，高效地起到载荷分配构件的功能。在穿戴者的胸部上布置有易于接近的紧急停止开关(223)。
图2D示出根据本公开的某些实施例的OAE的部件的详细后视图。腰部载荷分配构件(225)包括布置在双轴编织物中的织带的段，在交叉处具有铆钉(233)。这种布置允许载荷分配构件既贴合穿戴者的腰部，以及又在载荷施加到附接点(232)时收缩和抓住穿戴者的躯干。两组四个FLA(224)平行布置，附接到在腰部(225)处的载荷分配构件。每组FLA都在相对端部处附接到织带肌腱(227)，所述织带肌腱(227)将FLA力传递到在大腿(228)处的载荷分配构件。在每组四个FLA(224)内，成对的驱动器与安装在撑条(230)上的支架(229)被轭连接在一起，所述支架(229)被插入基础层载荷分配构件上的套管(231)中。撑条在FLA和载荷分配构件之间传递压缩载荷，以便允许FLA和载荷分配构件的最佳、独立的放置和取向。在该示例中，在腰部和大腿处的载荷分配构件的最佳情况促使载荷分配构件的附接点(232)之间的距离(LFG)远远短于FLA的最佳自由长度(LFD)。撑条(230)允许在最佳长度(LFD)下使用FLA，同时将FLA力传递到载荷分配构件的最佳附接点(232)。
图2E示出如在根据本公开的某些实施例的OAE中实施的腰椎或姿势枕垫(bolster)。该枕垫包括遵循下背部的轮廓的半刚性面板(234)。当脊柱伸肌FLA(235)被致动时，它从第一长度(L1)收缩并缩短到较短的长度(L2)。较短的长度(L2)增大枕垫面板(234)的曲率(箭头)，提供增大的腰椎和姿势支持。枕垫借助舌部特征被落座在基础层中的凹穴中，所述舌部特征沿着脊柱和躯干遍布载荷分配构件横向地分配枕垫力。
图2F至图2I示出根据本公开的某些实施例的、旨在待穿在穿戴者的衣服上的另一个外套辅助机械护甲(OAE)系统240。图2F示出机械护甲240的说明性前视图。图2G示出部分组装的机械护甲240的后视图。图2H示出组装的机械护甲240的后视图，其没有存在任何覆盖物。图2I示出组装的机械护甲240的侧视图，其具有存在的覆盖物。图2J示出躯干支持系统280。将总体上讨论图2F至图2J中的每个。
机械护甲240可以包括大腿载荷分配构件242和244，以及躯干支持系统250。大腿载荷分配构件242和244被构造成围绕穿戴机械护甲240的用户的大腿配合，并且每个都包括用于将髋屈肌FLA 246和247的端部固定在适当位置中的附接元件243和245。髋屈肌FLA246和247的另一端部可以分别附接到躯干支持系统250的髋屈肌锚固系统251和252。大腿载荷分配构件242和244可以包括附接元件248和249，其可以固定到伸肌锚固系统255和256。伸肌锚固系统255和256可以包括耦合到附接元件248和249的带257和258。带257和258可以调整以最佳配合用户。伸肌锚固系统255和256还可以包括锚固元件259和260，用于将髋伸肌FLA 261至268的端部固定在适当的位置中。
躯干支持系统250可以包括剪切载荷分配构件270、脊柱毂271、可调整的带272、腹带273和274、FLA撑条275、支持结构280、腰椎凹穴281、肩带283、肩部调整元件284、胸部调整带285和胸部深度带系统286。剪切载荷分配构件270经由可调整带272耦合到腹带273和274。腹带273和274可以例如经由拉链或其它耦合设备附接在一起。腹带273和274可以是三分区(或三层)刻度压力包，其将载荷集中在用户的自然腰部以下并且还在自然腰部以上施加压力(例如，1英寸至4英寸或2英寸以上)。腹带273和274的三分区的结构使得带能够向用户施加舒适的横向腹压。带273和274的顶部部分可以由较柔软的弹性材料构成。带273和274的中间部分可以由具有第一弹性刚度的材料构成，所述第一弹性刚度大于第一部分的刚度。带273和274的底部部分可以由具有第二弹性刚度的材料构成，所述第二弹性刚度大于所述第一弹性刚度。因此，通过改变每个部分腹带273和274的刚度，提供了刚度的渐变变化，但不是那么僵硬以至于带273和274的任何部分都没有伸展。
剪切载荷分配构件270与带272和腹带273和274组合能当髋伸肌FLA 261至268施加其张力时围绕用户的身体分配力。FLA 261至268的一个端部(例如，诸如马达)可以被耦合到撑条275，并且FLA 261至268的另一端部可以被耦合到伸肌锚固系统255和256。剪切载荷分配构件270被构造有一系列枢转联合体，其响应于用户运动或FLA 261至268激活而弯曲、屈曲和/或剪切(围绕枢轴)。撑条275可以被定位在载荷分配构件270上，使得它们将构件270装载在用户的髋部附近。
脊柱毂271可以被耦合到载荷分配构件270并且经由附接点282腰椎凹穴281。脊柱毂271可以被称为腰椎陀螺，这是因为它具有顶部的横截面。脊柱毂271能支持躯干支持系统250的重量，包括所有部件。它通过将系统250的FLA力和重量驱动到载荷分配构件270中来实现这一点。脊柱毂271可以是刚性结构，其可以为用户提供腰椎支持。当脊柱毂271被拉近载荷分配构件270时，结构的刚性可以在用户的腰椎曲线上方和下方施加压力，同时使用户能够维持该曲线。
腰椎凹穴281可以是相对刚性的材料，其将腰椎FLA的载荷分配到脊柱毂271和剪切载荷分配构件270中。此外，腰椎凹穴281可以被安装到结构280，并且从而使得结构280能够来回运动(在与用户使他/她的背部相对于髋部向前和向后运动的方向相同的方向上)。腰椎凹穴281可以经由附接点287耦合到胸部深度带系统286。FLA(图2H中所示)可以被耦合到腰椎凹穴281并且被耦合到脊柱毂271或剪切载荷分配构件270。可以提供这些FLA以进行脊柱伸肌辅助运动。
胸部深度带系统286可以呈现V形，其使得结构280能够当用户四处运动时并且尤其在向前弯曲的同时保持靠近用户的背部。胸部深度带系统286可以包括带288，所述带288被耦合到肩带283和剪切载荷分配构件270。带288穿过环289a，289b和289c。环289a，289b和289c，带288和肩带283的组合使得结构280能够与用户的背部一致地运动。
屈肌载荷带253可以存在于髋屈肌锚固系统251和252之间。屈肌载荷带253可以具有带扣，用于容易穿和脱。带290被附接到髋屈肌锚固系统252和剪切载荷分配构件270(或脊柱毂271)。带253和290以及系统252的组合使得由屈肌FLA 247产生的力横向地分配到载荷分配构件270和大腿载荷构件244中。与带290类似的带可以被附接到髋屈肌锚固系统251和剪切载荷分配构件270(或脊柱毂271)。
图3示出根据本公开的某些实施例的用于机械护甲系统的零售和顾客服务设置。在某些实施例中，零售和顾客服务设置也可以被描述为工作室。触摸屏显示器(301)为穿戴者提供交互式设置以启动套装的配置，例如，该套装的目的是用于健康/保健、运动/活动还是其它习惯/生活方式目的。在显示器(302)上展示出若干机械护甲和机械护甲部件。这些会是“现成的”套装和部件，以配置适用于穿戴者的套装，其可以包括不同的形状或尺寸以适应不同人体测量学、生物力学或运动学的个体穿戴者。配置有这些部件的套装可以或者是用于为穿戴者优化定制套装的临时套装，或者它们可以代表最终套装。代表、销售助理或技术人员示出为与穿戴者(302)交互以配置和优化机械护甲，以及在其操作中训练穿戴者。机械护甲的每个层都可以包含某些适应性(定制和优化)。基础层可以适应穿戴者的尺寸、舒适度要求和所需用途的其它特定方面，例如是否应穿戴在穿戴者的衣服之上或之下。稳定层可以基于穿戴者的物理特征和预期活动而适应适当的稳定性量，以提供给身体的不同部位。同样地，动力层可以适于在不同的活动中提供对于身体的不同部位所需的辅助量。可以选择或调整FLA动力致动器的长度、速度和强度以优化这些参数。穿戴者可以执行特定的一组活动，使得传感器和控件层可以自我校准并且适应穿戴者的运动模式。
图4概述了根据本公开的某些实施例的、用于使辅助机械护甲适应穿戴者的过程。在某些实施例中，可以通过例如具有组合、划分、重新排列、改变、添加和/或移除的步骤来修改该过程。该过程可以被成一体到上述零售和服务体验。首先，在从穿戴者或其助手(例如，同伴、护理者或协助穿戴者获得机械护甲的任何其它人)输入的情况下，选择可以旨在由套装辅助(401)的主要用途和活动。然后，对穿戴者评估机械护甲部件和参数的配置，例如，尺寸、动力致动器/FLA强度和速度、传感器和控件层的要求以及用户界面(402)。这还可以包括基于身体类型的一般比例从一组身体类型识别穿戴者。然后，配置机械护甲以针对穿戴者进行优化(403)。然后，可以指导穿戴者穿(穿上)配置的机械护甲，其可以是穿戴者可以使用的临时或最终套装(404)。然后，可以在套装的初始操作中训练穿戴者(405)，并指导穿戴者执行标准化活动(406)以优化和校准传感器和控件层，以及确认配置是合适的(407)。如果初始使用临时套装，则可以制备最终套装(408)。然后，可以在高级套装功能中训练穿戴者以及护理者或同伴(如果适用的话)(409)。可以指导穿戴者周期性地或根据需要返回零售或服务中心以用于重新校准、优化或维护套装(410)，其可以在现场执行或实际上通过远程连接到套装。与套装的远程连接另外地可以使服务中心能够监测套装的状态、远程地升级软件，或者如果需要服务的话通知穿戴者。在一个实施例中，由一个或多个计算系统或数据库执行上述过程。在另一个实施例中，通过由制造商、分销商、特许经营商或被许可人提供培训、附属、仪表或计算系统或其它服务的组合来执行上述过程。
图5示出根据本公开的某些实施例的包含通信网络的示例性辅助机械护甲系统平台。如图所示，具有辅助机械护甲的穿戴者(501)在社区或住所中是较大的(502)。在机械护甲和网络之间建立无线通信链路(503)，例如，蜂窝网络或家庭无线互联网连接(504)。网络连接使得能够连接到诸如平板电脑或智能电话(505)或PC(506)的个人电子设备。这些可以允许穿戴者、他们的同伴或护理者调整套装的配置(尤其是传感器和控件层)，以及监测数据相关的活动水平、穿戴者的健康状况，等等。网络连接还可以由诸如临床办公室或服务中心的一个或更多远程中心(507)监测和控制。
机械护甲系统可以包括其它通信系统，例如，Bluetooth或射频识别(RFID)，其允许与紧邻套装或穿戴者的设备或系统进行通信。这些特征可以实现辅助或生活方式便利功能，例如，穿戴者的数字识别。在一个示例中，机械护甲系统能够通过传感器和控件层检测穿戴者的独特特征来确认个体穿戴者的身份。个体特征可以包括运动模式，例如，步态或节奏、身体尺寸或形态测量、由套装感测的力和类似物。然后，机械护甲系统可以验证穿戴者对其它系统的身份，例如，个人电子器件、互联网和计算机登录、银行设备(ATM，零售支付系统等)，家庭安全系统、门锁、汽车锁和点火系统，等等。诸如Bluetooth之类的通信链路可以与诸如智能电话、平板电脑和PC之类的电子设备直接通信，而无需通过更广泛的互联网连接。这些连接可以用于如上所述的功能。
预编程的活动或动作概况使传感器和控件层能够致动动力层的部件以用于特定的活动。虽然活动/动作概况通常是预编程的，但是如前所述，它们可以被校准或适应于各个用户。在以下实施例中，致动器典型地由相对应的肌肉群(例如，髋屈肌、髋伸肌或脊柱伸肌)识别。继续肌肉类比，FLA的致动与向收缩状态的过渡相对应；而停用与向延伸状态的过渡相对应。下面参照图6A至图6I讨论的动作概况可以在包括若干传感器、若干载荷分配构件和若干FLA的机械护甲中实施，所述若干FLA被耦合到载荷分配构件并且能在载荷分配构件之间施加力，使得机械护甲在脊柱伸肌、髋伸肌和髋屈肌运动中的一个或多个中提供辅助。
图6A示出根据本公开的某些实施例的从坐到站的活动/动作概况。动力层的FLA或动力致动器的动作和致动以示意图(600A)、表格(600B)和图形(600C)格式示出。在一个示例中，髋屈肌(603)被致动以使穿戴者的躯干向前倾斜并且短暂地保持在该位置(605)中。这种向前倾斜既向穿戴者提示站立动作即将发起，以及也将穿戴者的重心向前运动到他们的脚上。这在躯干向前倾斜时被称为向前倾斜(613)阶段，并且在穿戴者重量从座椅转移到他们的脚时被称为动量转移阶段(614)。接下来，在伸展和提升阶段(615)中，随着髋屈肌(603)被停用(606)，髋伸肌(601)和脊柱伸肌(616)被致动(607，610)，从而在穿戴者上升到站立位置中时辅助穿戴者。在站立阶段(617)中，髋伸肌(601)和脊柱伸肌(616)被保持在致动状态(608，611)中，同时穿戴者呈现平衡的站立姿势。然后，髋伸肌(601)和脊柱伸肌(616)被停用(609，612)，以允许站立姿势中有运动的自由。在该示例中，肌腱部件(602)与髋伸肌(601)串联示出。肌腱(602)传递拉伸载荷，允许FLA跨越比FLA更长的跨度来操作，以及使FLA能够最佳放置以获得舒适性和功能性。
图6B示出根据本公开的某些实施例的从站到坐的动作/活动概况。在初始收缩和稳定阶段(618)中，脊柱伸肌(616)、髋伸肌(601)和髋屈肌(603)全部被致动(621，622，623)以在发起运动之前为穿戴者提供稳定性，以及提示穿戴者即将开始运动。在短暂保持稳定性(624)之后，在受控的下降阶段(619)中，髋伸肌被停用(625)，而同时髋伸肌(626)的额外致动在下降期间辅助穿戴者并且过渡到坐下位置。这样，机械护甲提供与偏心肌肉活动类似的辅助。在最后阶段(620)中，脊柱伸肌和髋屈肌停用(627)，允许穿戴者在坐下位置中放松。
图6C示出根据本公开的某些实施例的用于姿势和稳定性支持的概况或模式。在站立或坐下位置中的姿势支持(628)典型地涉及脊柱伸肌(616)的致动(631)。脊柱伸肌的致动典型地减小胸椎后凸(向前弯曲)或增大腰椎前凸(向后弯曲)，使头部向后运动，使得上身在髋部上处于更平衡的姿势中。维持这种姿势的支持可以减少疲劳和增加在站立位置和坐下位置两者中的舒适度。当不再需要姿势支持时或者如果待执行另一个动作或活动，则可以停用脊柱伸肌(632)。
在被动站立髋部稳定模式(629)中，与髋屈肌和髋伸肌类似的弹性支持件(633)维持髋部的被动稳定性。典型地，弹性支持件(633)是稳定层的部件。弹性支持件(633)可以例如通过收紧带或者通过简单地将支持件与套装上的锚(例如，卡扣或其它紧固件)耦合或解耦来被手动地接合或调整。如在图6E中进一步描述的，可以使用动力致动器和离合器的组合来接合、脱离和调整弹性支持件。同样，这里描述的有源支持件可以与弹性支持件和离合机构组合使用。
可以通过髋屈肌(603)和髋伸肌(601)的同时致动(634)来提供站立的主动髋部稳定性(630)。这类似于髋屈肌和伸肌的同时等长收缩，以稳定在站立位置中的关节。当不再需要主动髋部稳定性时，髋屈肌和髋伸肌同时停用(635)。可以提供不同模式或量的髋部稳定性支持，例如，高、中或低量或支持；或可变支持，其取决于穿戴者的瞬时需求。支持量可以由穿戴者的特征确定，例如，身高、体重、年龄和力气；或者可以由传感器和控件层主动地控制。例如，来自一个或多个惯性测量单元(IMU)的数据可以指示辅助穿戴者所需的主动稳定性水平。
图6D示出根据本公开的某些实施例的用于步态辅助的概况或模式。在步态辅助中，髋屈肌(603)和髋伸肌(601)FLA协同作用以在步态周期(步行)期间循环地辅助腿向前和向后运动。在步态辅助期间的单个腿的FLA致动以图形方式示出(643)。在从中间摆动位置(644)开始的单个步态周期(636)期间，通过同时地致动髋屈肌(637)和停用髋伸肌(638)使腿向前摆动。典型地，从脚跟撞击开始(645)，然后停用髋屈肌(639)，而同时致动髋伸肌(640)，使腿向后运动通过站立阶段(646)。然后，典型地在脚趾离开(647)时，再次致动髋屈肌(641)，同时停用髋伸肌(642)，启动摆动阶段，并且使腿返回到中摆，其中周期重复。相对的腿以相同的方式致动，但处于相反的相位中，即，一个腿可以在摆动阶段期间使髋屈肌致动，而相对的腿在站立阶段期间使髋伸肌致动。
步态周期可以由穿戴者经由用户界面控件而手动地启动和控制，或者由传感器和控件层自动地启动和控制。例如，诸如IMU的传感器可以检测到穿戴者正在行走，控制算法确定在步态周期期间待提供的适当辅助，并且相应地致动FLA。
图6E示出用于执行从坐到站的辅助的过程的实施例。一个或多个惯性测量单元(IMU)感测穿戴者向前倾斜(648)。在穿戴者发起从坐到站的运动时，控制器或中央处理单元(CPU)解释向前倾斜(649)。或者，穿戴者可以经由用户界面向机械护甲系统指示他们将要执行从坐到站的运动。然后，控制器或CPU典型地通过根据如上所述的动作概况致动一个或多个FLA或离合器元件来操作机械护甲以辅助从坐到站的运动(650)。
在一个实施例中，可以如下实现从坐到站的辅助运动。负责髋屈肌辅助运动的FLA(髋屈肌FLA)可以被激活以发起身体躯干的向前倾斜运动。髋屈肌FLA增大张力，直到髋屈肌力达到髋屈肌保持力阈值为止。髋屈肌力可以在第一时间段上被维持在髋屈肌保持力阈值处。负责髋伸肌辅助运动的FLA(髋伸肌FLA)可以在第一时间段结束之前被激活，以发起身体的提升运动。髋伸肌FLA增大张力，直到髋伸肌力达到髋伸肌保持力阈值为止。负责脊柱伸肌辅助运动的FLA(脊柱伸肌FLA)可以被激活以辅助身体的提升运动。脊柱伸肌FLA增大张力，直到脊柱伸肌力达到脊柱伸肌保持力阈值为止。髋屈肌FLA可以在第一时间段结束时停用，使得髋屈肌FLA减小张力以进一步辅助身体的提升运动。髋屈肌FLA的失活相对于髋伸肌和脊柱伸肌力的增加而降低髋屈肌力。当传感器检测到身体站立时，可以停用髋伸肌FLA并且可以停用脊柱伸肌FLA。
图6F示出用于执行步态(步行)辅助的过程的实施例。一个或多个IMU感测穿戴者的向前动作或腿部运动(651)。当穿戴者启动步态周期即开始步行(652)时，控制器或CPU解释向前动作或腿部运动。或者，穿戴者可以经由用户界面向机械护甲系统指示他们开始步行。然后，控制器或CPU典型地通过根据如上所述的动作概况(653)致动一个或多个FLA或离合器元件来操作机械护甲以辅助步行或步态辅助。
在一个实施例中，可以如下实现步态辅助运动。对于第一腿而言，负责与第一腿和第二腿屈肌FLA相关联的髋屈肌辅助运动的FLA和负责与第一腿相关联的髋伸肌辅助运动的FLA(第一腿髋伸肌FLA)可以被交替地激活和停用。对于第二条腿而言，负责与第二腿相关联的髋屈肌辅助运动的FLA(第二腿髋屈肌FLA)和负责与第二腿相关联的髋伸肌辅助运动的FLA(第二腿髋伸肌FLA)可以被交替地激活和停用。第二腿屈肌FLA和第二腿髋伸肌FLA的激活和停用相对于第一腿屈肌FLA和第一腿髋伸肌FLA的激活和停用是异相的。第一腿伸肌FLA可以同时地与第二腿髋屈肌FLA的激活协同地被激活，并且第二腿屈肌FLA可以同时地在停用第二腿髋伸肌FLA的同时被激活。对于第一腿而言，当第一腿伸肌FLA施加最大伸肌力时，第一腿屈肌FLA可以不施加力，并且当第一腿屈肌FLA施加最大屈肌力时，第一腿伸肌FLA可以不施加力。
图6G示出用于执行站立姿势支持辅助的过程的实施例。一个或多个IMU感测到穿戴者相对静止站立(654)。控制器或CPU从IMU数据解释穿戴者相对静止站立并且应当提供姿势支持(655)。或者，穿戴者可以经由用户界面向机械护甲系统指示他们静止站立并且需要姿势支持。然后，控制器或CPU典型地通过根据如上所述的动作概况致动一个或多个FLA或离合器元件(656)来操作机械护甲以辅助姿势支持。
在一个实施例中，可以如下实现从站到坐的辅助运动。负责脊柱伸肌辅助运动的FLA(脊柱伸肌FLA)可以被激活以增大腰椎前凸。脊柱伸肌FLA可以增大张力，直到脊柱伸肌力达到脊柱伸肌保持力阈值为止。脊柱伸肌FLA可以响应于确定不需要姿势稳定性而被停用。姿势稳定性可以通过执行髋部稳定性而进一步增强，所述髋部稳定性可以包括同时地激活负责髋屈肌辅助运动的FLA(髋屈肌FLA)和负责髋伸肌辅助运动的FLA(髋伸肌FLA)。髋屈肌FLA可以增大张力，直到髋屈肌力达到髋屈肌保持力阈值为止，并且髋伸肌FLA增大张力，直到髋伸肌力达到第一髋伸肌保持力阈值为止。髋屈肌保持力阈值可以根据包括至少两种不同量的支持的髋部稳定性模式来限定，并且其中髋伸肌保持力根据髋部稳定性模式来限定。髋屈肌保持力阈值和髋伸肌保持力可以是基于从传感器接收的输入。
图6H示出用于执行对从站到坐的动作的辅助的过程的实施例。一个或多个IMU感测穿戴者的动作(657)。在穿戴者发起从站到坐的运动(658)时，控制器或CPU解释该动作。或者，穿戴者可以经由用户界面向机械护甲系统指示他们开始步行。然后，控制器或CPU典型地通过根据如上所述的动作概况致动一个或多个FLA或离合器元件(659)来操作机械护甲以执行从站到坐的辅助。
在一个实施例中，可以如下实现从站到坐的辅助运动。负责髋屈肌辅助运动的FLA(髋屈肌FLA)、负责髋伸肌辅助运动的FLA(髋伸肌FLA)、负责脊柱伸肌辅助运动的FLA(脊柱伸肌FLA)可以被同时地激活。髋屈肌FLA增大张力，直到髋屈肌力达到髋屈肌保持力阈值为止，其中髋伸肌FLA增大张力，直到髋伸肌力达到第一髋伸肌保持力阈值为止，并且脊柱伸肌FLA可以增大张力，直到脊柱伸肌力达到脊柱伸肌保持力阈值为止。髋屈肌力可以被维持在第一髋屈肌保持力阈值处。髋伸肌力可以被维持在髋伸肌保持力阈值处。脊柱伸肌力可以在第一时间段上被维持在脊柱伸肌保持力阈值处。在第一时间段结束时，并且在受控的适当持续时间期间，髋屈肌力可以通过停用髋屈肌FLA而减小，脊柱伸肌力可以被维持在脊柱伸肌保持力阈值处，并且髋伸肌力可以通过进一步激活髋伸肌FLA而增大到第二髋伸肌保持阈值。在受控的适当持续时间期间，髋屈肌力的减小和髋伸肌力的增大与身体接近坐下位置的速度成比例。如果传感器检测到用户正坐下，则可以停用髋伸肌FLA和脊柱伸肌FLA。
图6I示出根据本公开的某些实施例的从坐到站的活动/动作的时序图。图6I示出仅使用髋部和脊柱伸肌且不使用髋屈肌的从坐到站的辅助运动。在时间t1处，机械护甲可以接收到请求从坐到站的辅助运动的指示。在接收到请求之后，机械护甲可以预先扭转髋伸肌670和脊柱伸肌680以提供伸肌670和680的预张力。预扭转活动可以收紧会在与执行髋和脊柱伸肌运动的FLA相关联的绞合弦内存在的任何松弛。这样，当用户参与他/她自己的肌肉时，FLA提供即时支持并且不必“追赶”用户。在时间t2处，髋和脊柱伸肌可以被保持在相应的第一髋伸肌保持部671和第一脊柱伸肌保持部681处。在时间t3处，髋伸肌FLA可以进一步激活以从时间t3到时间t5增大张力，如由部段672所示。在时间t4处，髋伸肌FLA可以在第二髋伸肌保持部673处维持张力。从时间t4开始，脊柱伸肌FLA可以从时间t4到时间t6增大张力，如由部段682所示。在时间t5处，脊柱伸肌FLA可以在第二脊柱伸肌保持部683处保持张力。然后，髋伸肌和脊柱伸肌分别在时间t8和时间t7处停用，以允许在站立姿势中有运动自由。
图7示出包括FLA(FD)、离合器(C)和弹簧(S)的辅助机械护甲系统的子系统(700)和动作概况的示例。在该示例中，FLA(FD)和离合器(C)平行地布置，在第一端部(701)处附接到机械护甲上的锚并且在第二端部(702)处附接到一个或多个弹簧(S)。一个或多个弹簧(703)的相对端部在机械护甲上的第二位置处附接到一个或多个锚。最初(704)，FLA(FD)处于停用状态中，离合器(C)被脱离，并且弹簧(S)处于松弛状态中，产生较小的力或没有力。在某些实施例中，弹簧(S)可以表示可以由FD卷绕或展开的绞合弦。当绞合弦处于张力下时，弹簧(S)可以表示为处于张力下(如在阶段711和712中所示)。当绞合弦被松弛时，弹簧(S)可以表示为松弛的(如在阶段710和713中所示)。在另一个实施例中，弹簧(S)可以表示与FLA完全分离的元件。该元件可以是弹簧元件，例如，附接到FLA的绞合弦的弹性带。
然后，FLA(FD)被致动(705)，将FLA(FD)的第二端部(702)拉向FLA的第一端部(701)。同时，弹簧(S)伸长，在弹簧中产生拉力和势能(706)。接下来，离合器(C)接合(707)，维持FLA(FD)的第一和第二端部(701，702)之间的距离，而没有进一步致动FLA。此时，弹簧(S)仍然伸长，产生张力和储存的势能。
随着穿戴者执行活动或运动(708)到减小FLA的第一端部(701)与弹簧的相对端部(703)之间的距离的位置，储存在弹簧中的力和势能在活动或动作中辅助穿戴者，随着动作完成而减少(709)。
在一个示例中，这样的子系统(700)可以被配置为髋伸肌，用于当从坐下位置运动到站立位置(从坐到站)时辅助穿戴者。FLA的第一端部(701)可以在下背部的区域中锚固到躯干，而弹簧的相对端部(703)可以锚固到大腿的后部。在初始状态(710)中，FLA(FD)和离合器(C)在穿戴者坐下的同时在弹簧(S)中有较小的力或没有力的情况下被停用。在准备站立的下一个阶段(711)中，FLA被致动(705)，在弹簧中产生张力和势能(706)。在下一个阶段(712)中，离合器(C)被接合(707)，以维持弹簧张力而无需进一步致动或反向驱动FLA。在下一个阶段(713)中，穿戴者运动到站立位置中。储存在弹簧中的张力和势能辅助该运动，而同时随着动作被执行，力和拉伸能量减小(709)，并且在FLA的第一端部(701)与弹簧的相对端部(703)之间的距离减小。
子系统(700)可以用在机械护甲中。这种机械护甲可以包括：第一载荷分配构件，其被配置成围绕人体的第一身体部段穿戴；以及第二载荷分配构件，其被配置成围绕人体的第二身体部段穿戴。机械护甲可以包括被耦合到第一载荷分配构件和第二载荷分配构件的肌肉辅助子系统(例如，子系统700)。肌肉辅助子系统可以包括被耦合到第一载荷分配构件的第一附接点，被耦合到第二载荷分配构件的第二附接点，以及被耦合到第一附接点和第二附接点的柔性线性致动器(FLA)。FLA可以包括马达(例如，在子系统700中示为FD)和被耦合到马达和第二附接点的至少一个绞合弦。在该实施例中，绞合弦可以用作子系统700中的弹簧(S)。然而，应当理解，单独的弹簧元件可以被耦合到绞合弦和第二附接点。机械护甲可以包括离合器，所述离合器与马达平行地定位，使得其被耦合到第一附接点和存在于马达和第二附接点之间的第三附接点。当离合器脱离时，通过马达维持至少一个绞合弦中的张力，并且当离合器接合时，通过离合器维持至少一个绞合弦中的张力。机械护甲还可以包括控制电路，其能控制马达和离合器的操作。
马达能通过沿第一方向旋转来增大张力，或者马达能通过沿第二方向旋转来减小张力。第二方向与第一方向相反。为了节省动力，当离合器接合时，FLA可以被停用。当离合器接合并且张力被设定在第一张力阈值处时，FLA可以被停用第一时间段，使得如果离合器若被脱离，则张力将下降到第一张力阈值以下，并且在第一时间段结束时，FLA被激活，使得如果离合器若被脱离，则张力将被维持在第一张力阈值处或高于第一张力阈值。
图8A至图8C示出根据本公开的某些实施例的辅助机械护甲。在图8A至图8C中，辅助机械护甲可广泛地或无限地配置以用于测试或临时使用，同时优化针对个体穿戴者的套装。在这些情况下，在套装用于对不同的穿戴者测试的情况下，或者在套装被配置成专门用于个体穿戴者的情况下，会期望调整套装部件的位置或取向，例如，动力层FLA、稳定层弹性元件和基础层载荷分配构件。在某些实施例中，临时/测试机械护甲(PTE)包括模块化部件，其可以以广泛或无限变化的布置或配置组装，用于测试目的或针对特定穿戴者优化。
为了允许PTE的附加可配置能力，系绳可以允许将某些电子和机械部件被安放在套装外。在一个示例中，诸如电路板和电池之类的电子器件会是尺寸过大的，以允许用于添加的可配置性或数据捕获。如果这些部件的较大尺寸使得不期望将它们安装在PTE上，则这些部件可以与套装分开地放置并且经由物理或无线系绳连接以减小可以与功能的准确评价干涉的系统重量。较大的过功率马达可以经由柔性驱动连杆附接到PTE，所述柔性驱动连杆允许致动动力层而不需要将较大的马达直接安装在PTE上。这种过功率的配置允许优化PTE参数，而没有需要将所有部件直接附接或成一体到PTE中的约束。
图8A示出根据本公开的某些实施例的PTE的前视图。在该示例中，基础层包括在臂和躯干上方的衬衫(801)，以及在大腿上方的腿段(802)。基础层最初是非结构的，并且提供附接机械护甲部件的表面。PTE基础层的外表面理想地适合于例如借助钩环紧固件附接模块化部件。在该示例中，基础层的表面包括与待附接的部件上的钩匹配的环。根据可以测试或使用的活动，基础层可以适用于身体的不同区域，例如，腿，核心，臂，等等。基础层的内表面优选地提供摩擦以抓住穿戴者的衣服或皮肤。摩擦抵抗由力或稳定层产生的力，使得基础层沿着穿戴者的身体保持在适当的位置中。
稳定层和动力层的部件可以被模块化地定位和附接到基础层。在图8A的示例中，两个FLA(803)被附接到腰部和大腿前部，类似于髋屈肌。FLA借助附接的紧固件部段用多个帘线附接到基础层，所述紧固件部段被描述为承载带(804)(如下面结合图19A和图19B更详细地讨论的)。在该示例中，承载带的紧固件部段包括小件的钩环紧固件(钩部分)，其被层叠到缝合到帘线的支持结构。钩环紧固件允许承载带以几乎任何配置容易地附接到基础层。典型地，多个蕨带部段可以被附接到稳定性或动力层部件的端部，并且以诸如悬链曲线的配置布置，以产生高效的载荷分配构件，并且将载荷横过穿戴者身体的表面均匀地分配。承载带和相对应的部件可以被移除和重新定位以优化机械护甲布局，用于诸如生物力学性能、舒适性、身体类型或待执行的特定活动之类的性质。可以经由由穿戴者操作的手动控制(805)、通过由技术人员操作的远程控制或通过自动电子控制来致动和控制动力层。
图8B示出根据本公开的某些实施例的PTE的后视图。基础层包括分别围绕腰部和大腿的较大弹性部段(806，807)。在该示例中，单个FLA(808)沿着脊柱的中线定位，接近于脊柱伸肌。脊柱伸肌FLA(808)借助承重带附接到腰部，并且在上端部处附接到肩部上方的织带肌腱(809)。承重带和织带允许快速、轻松调整和优化FLA的位置和长度。
两个FLA(810)附接在腰部和大腿后部，接近于髋伸肌或臀肌。FLA(810)的上端部借助蕨带附接到在腰部处的基础层。FLA(810)的下端部附接到织带肌腱。然后，织带肌腱的相对端部附接到蕨带，所述蕨带被紧固到在大腿后部处的基础层。引导特征(812)控制髋伸肌FLA(810)的对齐和路由以优化FLA的作用线。在该示例中，引导件仅仅是帘线的圈，其在中间拉动FLA的中间段。引导件还可以包括孔眼、滑轮、钩子、轨道或类似物。
稳定层的弹性元件(811)在腰部和大腿处附接到基础层，也与承载带附接。在该示例中，弹性元件包括多个弹性织带的部段。添加或移除弹性部段或调整其长度允许调整弹性元件的硬度。承载带和可调整的织带附件还允许容易地调整弹性元件的位置和尺寸。
图8C示出根据本发明的某些实施例的PTE的侧视图。接近于髋伸肌或臀肌的FLA(812)在上腰部处被附接到基础层(813)，其中多个承载带部段(814)被配置在悬链曲线中以创造载荷分配构件。FLA(812)的下端部被附接到织带肌腱(815)，所述织带肌腱(815)经由附接到大腿处的基础层(817)的承载带(816)将由FLA产生的力传递到大腿。
前面的示例总体上描述了待被穿在穿戴者的衣服下面或上面的辅助机械护甲。在某些实施例中，辅助机械护甲自身可以被风格化和设计成使得它作为衣服来穿。图9A至图9B示出根据本公开的某些实施例的辅助机械护甲主要衣服的这种示例，在这种情况下辅助机械护甲主要衣服是单套式辅助机械护甲(USAE)。USAE可以表示基础层、稳定层、动力层和用户界面层中的两个或更多个的集成。
图9A示出根据本公开的某些实施例的USAE 900的前视图。该示例中的USAE从膝盖正上方延伸到肩部，但是预料到替代构型，包括根据期望的美学和机械护甲辅助功能覆盖下腿、脚、臂或颈部。一条长的双向拉链(901)提供开合，便于穿上和脱下套装。或者，USAE可以包括大的臂和/或颈部开口，其允许在没有闭合特征的情况下穿上和脱下套装。扬声器(902)和麦克风(903)提供诸如用于供穿戴者操作套装的语音命令之类的功能，或者充当移动通信设备。诸如电线和电缆的电连接可以穿过嵌入USAE 900中的通道(912)行进。或者，导电材料可以直接交织、编织、印刷或以其它方式嵌入USAE 900内。
USAE 900可以主要由透气和吸湿排汗纺织品(905)制成，具有形状配合的超柔软基底织物(916)。载荷分配构件(906a，906b，906c和906d)可以成一体地附接或嵌入USAE900中。载荷分配构件906a可以是下躯干载荷分配构件，其可以起到与载荷分配构件140和270(如上所述)类似的功能。载荷分配构件906b和906c可以是大腿分配构件，其功能类似于载荷分配构件120，130，242和244。载荷分配构件906d可以是肩或轭类型的分配构件，其可以支持例如脊柱伸肌载荷。接近于右髋屈肌和左髋屈肌的FLA(908)可以附接在腰部(在载荷分配构件906a处)和大腿前部处(在载荷分配构件906b或906c处)。FLA锚固系统(913)可以与载荷分配构件(906a，906b，906c和906d)成一体地形成，以支持FLA 908的马达部件和FLA的绞合弦部件中的一个或多个。FLA的绞合弦可以穿过与USAE 900一起形成的成一体通道(914)行进。
可拆卸(或成一体)的通信集线器(907)可以提供UX/UI层的功能，例如，与护理者、同伴、临床人员或服务技术人员的通信，健康和活动监测、或者诸如身份验证的生活方式特征。定制和/或成型电池(911)可以在针对穿戴者的舒适度优化的配置中被集成在USAE 900中。惯性测量单元(IMU，915)在检测可适用的运动的位置中附接到套装。例如，IMU 915可以定位在大腿上以检测步态和身体位置。
弹性姿势支持带(909)部件可以围绕髋部和躯干成型，以提供核心和姿势支持。弹性姿势支持带909可以形成双X形，其在身体上十字交叉。例如，支持带909可以在套装的腹部区域附近交叉并且再次在套装的上背部附近交叉。支持带909还可以在肩部上延伸以与载荷分配构件906d成一体，并且支持带909可以围绕大腿延伸以与载荷分配构件906b和906c成一体。带909还可以与载荷分配构件906a成一体。在腹股沟附近的一个或多个离散开口910允许在不移除整个套装的情况下使用马桶。在某些实施例中，腹股沟区域可以完全没有机械护甲的任何层。在这样的实施例中，用户可以在套装上穿内衣。
图9B示出USAE 900的后视图。定制和/或成型电池(911)可以成一体地或可拆卸地附接到套装，例如，靠近在颈部的后部附近和/或在肩部下方。IMU(915)可以被附接到上背部和下背部以检测躯干位置和运动。接近于脊柱伸肌的一个或多个FLA(917)可以从载荷分配构件906d跨越到锚固系统919以提供姿势支持，其中绞合弦沿着脊柱通过通道(918)行进。姿势支持FLA(917)的一个端部可以在FLA锚固系统(919)处终止，其高效地将FLA载荷传递到载荷分配构件(906a)。接近于髋伸肌或臀肌的FLA(921)被附接在腰部附近，并且尤其可以被附接载荷分配构件906a。与FLA 921相关联的绞合弦可以通过沿着大腿后部的通道(922)行进到锚固系统(923)，所述锚固系统(923)将FLA力传递到载荷分配构件(906b和906c)。
一个或多个压力传感器(925)可以被嵌入USAE 900中以检测由穿戴者经受的压力。传感器和控件层可以利用压力感测来调整USAE 900以用于舒适度，或者用于控制FLA以适应对于不同活动所需的特定辅助。
USAE 900可以采用模块化系统，所述模块化系统使得典型地与动力层相关联的部件(例如，FLA，通道(例如，控制电子器件、传感器和电池))能够从基础层移除。基础层可以包括：由用户穿戴的织物；载荷分配构件(906a至906d)，其是织物的成一体或增强部分；锚固撑条；和支持带(例如，带909)。动力层部件可以被移除以用于服务(例如，修理、更换或电池充电)，并且基础层可以被清洗。可以在下面结合说明附图20A、20B和图21找到关于动力层部件的模块性的附加讨论。
图10示出根据本公开的某些实施例的可以形成FLA的一部分的绞合弦致动器(TSA)1000的部件。在图10中，TSA 1000可以包括马达(1001)、传动装置(1002)、旋转位置传感器(1003)、主轴(1004)、推力板(1005)和力传感器(1006)。在某些实施例中，TSA 1000可以包括更多或更少的部件。马达(1001)可以是DC马达，其是具有直接换相的有刷或无刷马达。基于机械护甲对预期穿戴者和活动的要求，以及TSA 1000的具体细节，例如，总长度、行程长度、力、速度和功率要求，可以选择马达以获得最佳性能和效率。传动装置(1002)还能够将马达的速度和扭矩转换成由TSA 1000所需的速度和扭矩。传动装置可以是齿轮传动的或使用其它连杆，例如，皮带或挠性联轴器，并且针对效率和声学进行优化。旋转位置传感器(1003)检测马达或传动装置的部分的或完整的旋转以用于控制TSA 1000。旋转位置传感器可以是具有绝对、相对或正交信号的磁或光编码器；旋转电位计或其它类似的传感器。
主轴(1004)被附接到马达或传动装置的输出端。TSA的绞合弦对(1007)围绕主轴中的销钉(1008)形成连续的环。主轴承受抵靠在推力板(1005)上，所述推力板(1005)承受由TSA产生的拉力。定位在主轴(1004)和推力板(1005)之间的诸如称重传感器、薄膜电阻器、电容式力传感器或力感测电阻器之类的力传感器感测由TSA产生的拉伸载荷以供传感器和控件层使用。定位在主轴和力传感器或推力板之间的止推轴承(1009)减小摩擦并且保护诸如力传感器或推力板的固定部件免受诸如主轴的旋转部件的损坏。
图11示出根据本公开的某些实施例的用于TSA 1100的力传感器系统。包括马达和传动装置(1101)的机械部件被封装在成型壳体(1102)中。TSA 1100的致动在绞合弦对(1103)中产生张力。这些张力又在主轴(1104)和壳体(1102)之间产生压缩力。放置在心轴(1104)和壳体(1101)之间的弹簧(1105)可以响应于该压缩载荷而被压缩。弹簧(1105)的压缩导致弹簧的最靠近主轴(1104)的端部位移。该位移可由位移传感器(1106)检测，例如，霍尔效应传感器、线性编码器、电位计或其它传感器。该位移通过弹簧(1105)的特性(例如弹簧常数)与TSA中的张力相关。因此，由位移传感器检测到的位移可以由传感器和控件层利用来计算TSA中的张力。
图12示出根据本公开的某些实施例的TSA 1200的配置，其减小对于TSA组件所需的总长度。马达(1201)具有中心通道或钻孔(1202)。绞合弦对(1203)通过该中心钻孔1202行进。这显著地减小了TSA 1200的总长度，这是因为中心钻孔(1202)内的绞合弦对(1203)的部分与马达(1201)并联，而不是与马达串联，从而将总长度减少了这个数量。另外，摆线驱动器(1204)可以在紧凑的尺寸内提供显著的齿轮减速。
图13示出根据本公开的某些实施例的具有O形环或带驱动器1301的TSA 1300，所述O形环或带驱动器1301能够与一个或多个90度传动装置实现较大的传动比、较薄物理型面和最小噪声。O形环或柔性带(1301)环绕输入滑轮(1303)和输出滑轮(1304)。输入滑轮(1303)被耦合到马达(1302)的输出轴，并且输出滑轮(1304)被附接到绞合弦对(1306)。在该示例中，两个惰轮(1305)控制O形环或带(1301)的对准。绞合弦对(1306)被附接到输出滑轮(1304)，使得随着输出滑轮旋转，弦被绞合，促使TSA 1300收缩并且产生张力。随着绞合弦对离开输出滑轮，它遵循弯曲的支承表面(1307)，使得弦的高效纵向轴线(1308)与输出滑轮的旋转轴线成一角度，典型地与其垂直。借助O形环/带驱动器以及围绕支承表面的绞合弦对的路径能够实现的角度或垂直传动允许每个部件都以最低型面的配置取向。为了穿戴者的舒适性和美观性两方面，这对于减小TSA 1300的整体轮廓是合乎需要的。与前面的示例一样，弹簧(1309)和位移传感器(1310)为传感器和控制电路提供拉伸载荷感测。
使用基本与绞合弦对(1308)的高效纵向轴线平行配置的弦或帘线(1311)来实现长度感测。弦或帘线(1311)的一个端部缠绕在弹簧加载的卷轴(1312)上。弦或帘线(1311)的相对端部(未示出)锚固到TSA的相对端部或附近。如TSA被致动或停用，导致其总长度变长或缩短，弦或帘线(1311)从弹簧加载的卷轴(1312)拉出或缩回到弹簧加载的卷轴(1312)上。诸如旋转编码器、霍尔效应传感器、电位计或类似物的旋转传感器检测卷轴(1312)的旋转。然后，传感器和控制电路能够利用来自旋转传感器的信号来计算绞合弦对1308的绝对长度，其会是用于操作动力层的控制算法的重要参数。
图14示出根据本公开的某些实施例的具有O形环传动装置的TSA 1400，其被封装在较低型面的成型壳体(1401)中。O形环或柔性带(1402)环绕输入滑轮(1403)和输出滑轮(1404)。在TSA 1400被致动时，马达(1405)驱动输入滑轮(1403)，而同时输出滑轮(1404)扭转绞合弦对(1406)。由O形环驱动器实现的直角传动装置允许马达和输出滑轮以最低型面的配置取向在壳体(1401)内。基于摩擦的传动装置(例如，O形环驱动器)也比类似比率的基于齿轮的传动装置更安静。
图15示出根据本公开的某些实施例的TSA 1500。在某些实施例中，TSA 1500包括上述特征以及绝对长度感测。借助基本与绞合弦对(1502)的高效纵向轴线平行配置的弦或帘线(1501)来实现长度感测。弦或帘线(1501)的一个端部缠绕在弹簧加载的卷轴(1503)上。弦或帘线(1501)的相对端部(未示出)锚固到FLA(TSA 1500是其部件)的相对端部或附近。如TSA 1500被致动或停用，导致绞合弦对1502的总长度变长或缩短，弦或帘线(1501)从弹簧加载的卷轴(1503)拉出或缩回到弹簧加载的卷轴(1503)上。诸如旋转编码器、霍尔效应传感器、电位计或类似物的旋转传感器(1504)检测卷轴(1503)的旋转。然后，传感器和控制层能够利用来自旋转传感器(1504)的信号来计算TSA的绝对长度，其会是用于操作动力层的控制算法的重要参数。
如在先前的示例中，O形环或柔性带(1505)环绕输入滑轮(1506)和输出滑轮(1507)以及惰轮(1508)。输入滑轮(1506)由马达(1509)驱动，而输出滑轮(1507)扭转绞合弦对(1502)，其遵循成型的支承表面(1510)。O形环传动装置和成型支承表面允许马达和滑轮在壳体或封壳(1511)内在显著的传动比和最小的噪音下以最佳或最小的型面配置。如前所述，在壳体(1511)和输出滑轮(1507)与位移传感器(1513)之间的弹簧(1512)允许测量由TSA产生的张力。
图16示出根据本公开的某些实施例的具有定相致动器的TSA 1600。TSA 1600具有第一端部(1601)，其具有第一、第二和第三动力致动器(分别为1602，1603，1604)。TSA 1600具有带锚(1606)的第二端部(1605)，所述锚(1606)在该实施例中是钩。第一、第二和第三动力致动器(1602，1603，1604)被附接到第一、第二和第三绞合弦对(1607，1608，1609)，其又在相对的端部处分别附接到第一、第二和第三离合器元件(1610，1611，1612)。离合元件1610，1611和1612可以是电层压离合器或其它电动或机械离合器。电层压离合器可以提供优异的离合强度，对给定尺寸的离合器具有最小的功率要求。第一端部1601和第二端部1605通过伸缩张紧构件(1613)连结，其中离合元件(1610，1611，1612)分别位于伸缩接头1620，1621和1622处。张紧构件1613可以包括伸缩接头1620至1622和部段1630至1633。
TSA 1600允许相位致动动力致动器1602至1604及其相应的绞合弦对1607至1609，用于优化速度、行程长度或力。例如，在第一阶段中，第一动力致动器(1602)被致动。这促使扭转第一绞合弦对1607，并且促使第一伸缩接头1620塌陷。当第一绞合弦对1607已经缩短到期望或最大量时，第一离合元件(1610)被激活以固定张紧构件(1613)的第一伸缩接头。接下来，当致动第二离合元件(1611)以锁定张紧构件(1613)的第二伸缩接头时，第二致动器(1603)扭转第二绞合弦对(1608)以缩短所需的量。对第三致动器(1604)、绞合弦对(1609)和离合元件(1612)重复该过程，使得TSA的行程长度是所有三个绞合弦和致动器的行程长度的总和。离合元件允许致动器依次操作，而同时未被致动的绞合弦对保持卸载。这可以最大限度地降低功率要求，或者在致动器不活动时将致动器反向驱动。可以容易地认识到，这种定相致动器系统可以被配置有并联或串联的更多或更少的致动器，其被优化以适应系统的特定要求。
上面讨论的TSA可以用作并入在各种机械护甲实施例中的FLA的一部分。在某些实施例中，对于给定的机械护甲而言，每个FLA都可以使用相同类型的TSA。在另一个实施例中，用于给定的机械护甲的FLA可以使用TSA的不同组合。例如，髋伸肌FLA可以使用TSA1400并且髋屈肌FLA可以使用TSA 1500。在又一个示例中，髋伸肌FLA可以使用TSA 1000，1100，1200，1300，1400和1500的混合物。FLA可以被构造成在不同的行程长度下具有在6英寸至24英寸的范围的长度。
图17示出根据实施例的FLA阵列1700。阵列1700可以包括FLA和离合元件的网状物，所述离合元件一起操作以在(人体解剖学的)表面上提供优化的载荷分布。阵列1700可以被成型以用于特定应用。例如，阵列1700可以遵循与载荷分配构件的那些类似的悬链曲线或路径。在某些实施例中，阵列1700可以用作载荷分配构件。
FLA阵列1700可以包括从马达1711跨越到锚固点1721的若干初级FLA弦1710。马达1711和锚固点1721可以在适当的位置中被固定到机械护甲(例如，诸如一个或多个载荷分配构件)。马达1711可以是绞合弦致动器(例如，TSA 1000，1100，1200，1300，1400和1500)。每个初级FLA弦1710都可以包括绞合弦1715和一个或多个次级FLA 1730，所述一个或多个次级FLA 1730在马达1711和锚固点1721之间与绞合弦1715串联连接。初级FLA弦1710可以布置成彼此重叠以形成初级FLA 1710和次级FLA 1730的阵列或网状物。节点1740可以存在于初级FLA弦1710的每个交叉点处，包括在次级FLA 1730之间的交叉点。节点1740可以包括滑动或引导元件，以便于横过交叉点致动FLA。节点1740可以被固定到机械护甲(例如，基础层)，或者可以相对于机械护甲(例如，基础层)自由运动。节点1740可以包括离合元件(例如，诸如电层压离合器或机械离合器)。离合元件的接合可以锁定FLA 1710和1730在该节点处的相对运动，从而降低由次级FLA 1730控制的功率要求以维持期望的部段距离。
在某些实施例中，阵列1700的全部或部分可以通过机械护甲(例如，基础层)内的限定的通道行进，或者可以相对于基础层自由运动。例如，每个弦1715都可以通过机械护甲上存在的通道或管行进。通道或管可以穿孔有开口，以允许其它弦1715与通过通道或管行进的弦交界。FLA 1730可以存在于通道或管内。节点1740可以存在于穿孔附近。
次级FLA 1730可以包括马达和绞合弦，其中马达连接到节点1740和绞合弦之一，并且绞合弦连接到另一个节点1740。通过这种布置，每个次级FLA 1730都在FLA阵列1700内形成可运动部段，其可以独立地缩短或延长其部段距离。
初级和次级FLA 1710和1730中的每个都可以被独立地控制以操纵FLA阵列1700内的张力。在一个实施例中，初级FLA 1710可以在阵列1700内提供张力粗调整，而第二FLA1730可以在阵列1700内提供张力细调整。在任何初级FLA 1710中的马达1711的激活可以操纵其绞合弦1715相对于其它绞合弦的路径。与次级FLA 1730相关联的马达的激活可以操纵与其串联的绞合弦的局部部段。因而，阵列内的不同FLA部段(经由FLA 1710和/或1730)的致动可以在机械护甲中产生力和收缩，所述机械护甲对于特定活动或身体类型是最佳轮廓的。阵列内的FLA 1710和1730的选择性致动还可以歪曲或改变阵列的整体尺寸，以便适用于穿戴者的身体。
在某些实施例中，FLA阵列1700可以包括根据需要尽可能多的初级和次级FLA1710和1730以及离合器以执行机械护甲所需的活动。例如，FLA阵列可以包括数十个、数百个或数千个单独的初级和次级FLA和离合器。在一个实施例中，整个机械护甲或其相对大的部分可以是一个较大的FLA阵列1700。在另一个实施例中，机械护甲可以包括多个FLA阵列1700。无论机械护甲是包含一个FLA阵列1700还是包括若干个FLA阵列1700，FLA阵列1700可以被控制以根据本文讨论的实施例提供辅助运动。例如，FLA阵列1700可以提供髋屈肌、髋伸肌和脊柱伸肌辅助运动，或者任何其它肌肉辅助运动。在某些实施例中，FLA阵列1700可以向用户提供按摩。在某些实施例中，FLA阵列1700可以用作机械护甲中的载荷分配构件。在某些实施例中，FLA阵列1700可以作为载荷分配构件和肌肉运动辅助设备两者起双重功能。
图18示出根据实施例的用作机械护甲的一部分的FLA阵列1800的说明性示例。FLA阵列1800可以类似于FLA阵列1700。如图18中所示，FLA阵列1800与髋伸肌或臀肌类似地配置。FLA阵列1800沿着与载荷分配构件的那些类似的路径(1801)布置。每个路径1801都可以包括初级FLA和一个或多个次级FLA(未示出)。这些路径可以接近于悬链曲线，以沿着机械护甲和穿戴者的身体最小化或最佳地分配压力和力。在该示例中，阵列1800的上部分1802起源于腰部和髋部周围，并且阵列1800的下部分1803终止于大腿周围。如前所述，路径1801在节点1804处相交。阵列内的FLA和/或离合元件的选择性致动可以产生辅助用户进行所需活动的力，例如从坐下位置运动到站立位置、行走、举升和类似动作，而同时围绕机械护甲和穿戴者的身体均匀地分配力，以及使套装适用于穿戴者的身体的特定解剖结构和几何形状。如前所述，诸如马达的动力致动器可以在路径1801的端部处被接合在阵列的边缘处，或者沿着路径的部段被接合在阵列内。依据所执行的功能或活动，节点1804处的离合元件可以选择性地抑制特定路径的动作。
图19A示出根据本公开的某些实施例的承载带1900的可能配置。一个或多个承载带1900可以用于创建可广泛或无限配置的载荷分配构件。载荷分配带1900可以使载荷(由箭头示出)待分配在任何弯曲或直线路径上。例如，承载带1900在图8A和图8C的机械护甲中示出。承载带1900可以包括纵向帘线1901，其中突出部1902附接到帘线1901。帘线1901的直径和突出部1902的尺寸和形状可以被选择以实现期望的一个或多个弯曲方向以及通过弯曲获得的形状的尺寸。例如，较细直径的帘线1901可以允许带1900待运动到比较大直径的帘线更小的圆周曲线中。
可以使用任何合适形状的突出部1902。突出部1901辅助力的分配，同时使带1900能够维持相对平坦。例如，突出部形状可以是卵形、圆形、矩形、齿形或拱顶石形。突出部1902可以成形为控制带1900可以运动的方向。例如，如图所示，突出部1902的形状为卵形。卵形形状使得带1900能够相对于帘线1901在两个方向(上下或左右)上运动。拱顶石或齿形状的突出部可以相对于帘线1901限制带向一个方向的运动。
图19B示出承载带1900的横截面。纵向线1901可以用缝线1903(或粘结剂)固定到衬垫1902。钩环紧固件1904可以存在于衬垫1902的底表面上并且能将衬垫1902可释放地附接到基板1905，所述基板1905可以是例如机械护甲基础层。柔性和可释放附接能力可以使一个或多个带1900能够被重复地重新配置以产生载荷分配构件，所述载荷分配构件被优化以改善舒适性和功能。在某些实施例中，带1900可以通过粘结剂、缝合或其它类型的粘附而耦合到基板105。
图20A至图20B示出根据实施例的具有模块化部件的说明性内衣辅助机械护甲(UAE)系统2000。如上面结合USAE 900所讨论的，模块化部件被设计成从套装的基础层移除。如在图20A和图20B中所示，UAE 2000包括具有成一体的载荷分配构件2002a，2002b和2002c的基础层2001。载荷分配构件2002a可以卷绕在躯干上，使得其覆盖腹部、上背部和肩部。载荷分配构件2002b和2002c可以卷绕在大腿上。模块化贴片组件2003和2004被附接到基础层，使得它们锚固到载荷分配构件2002a，2002b和2002c。尤其，模块化贴片组件中的一个2003可以锚固到载荷分配构件2002a和2002b，而另一个模块化贴片组件2003可以锚固到载荷分配构件2002a和2002c。模块化贴片组件2004可以锚固到载荷分配构件2002a的上背部/下颈部区域并且锚固到载荷分配构件2002a的腰椎区域。
图20C示出模块化贴片(2003)的详细视图，其包括与髋伸肌相对应的FLA。模块化贴片2003可以包括壳体的棋盘格形阵列2005，其容纳有动力层的部件，例如，马达、传动部件、力感测换能器、电子控制和通信系统、电池和类似物。壳体2005可以是与贴片不可分离的，或者是可模块化移除的和可更换的。壳体2005可以锚固到载荷分配构件2002b或2002c。如图所示，壳体2005中的三个可以包括FLA的部件，例如，马达单元，其附接有通过管道2006之一到行进到位于载荷分配构件2002a上的锚固点2007之一的绞合弦。锚固点2007可以被可拆卸地耦合到载荷分配构件2002a并且用作用于每个绞合弦的锚。因而，当FLA中的马达被致动时，它扭转弦以提供将载荷分配构件2002a拉向载荷分配构件2002b的张力。当模块化贴片2003被移除时，壳体2005、管2006和锚固点2007中的全部从基础层2001移除。模块贴片2004可以包括与模块化贴片2003类似的的布置，并且也可以在整体上移除。
在某些实施例中，模块化贴片2003和2004可以用于容纳所有电子器件、FLA以及与动力层相关联的那些部件。模块化贴片可以是可移除的，以允许清洗基础层。模块化贴片可以用作载荷分配构件(其被成一体在基础层内)的界面。该界面可以支持FLA的操作以提供髋屈肌、髋伸肌或脊柱伸肌辅助运动。模块化贴片可以是穿通开口，其使得部件(例如，FLA部件)能够直接锚固到载荷分配构件。此外，模块化贴片可以用作其自身的载荷分配构件状结构，以支持电池和电路板、传感器、电子器件等的重量。
在某些实施例中，UAE系统2000的部件可以具有其它合适的位置、形状、数量和/或布置。例如，尽管图20C示出壳体2005具有六边形形状，但是可以使用任何其它合适的形状。壳体2005可以具有任何合适的数量、位置和/或布置。
图21示出具有模块化贴片和各种使用场景的内衣辅助机械护甲的实施例。代表髋伸肌和脊柱伸肌的模块化贴片(2101)被附接到基础层(2102)。模块化贴片2101可以在处理步骤2107处被移除，以便于在处理步骤2103处穿和脱机械护甲，或者在步骤2104处使用马桶或者在步骤2108处清洁套装。结合清洁步骤2108，模块化贴片2101的移除可以使基础层机洗，而没有损坏电子部件。一个或多个电池组2105可以从模块化贴片或待更换或待充电的套装上的其它位置移除，例如，在充电站2106中。
模块化贴片和部件可以被移除和替换，例如，用于对电池清洁、消毒、更换或充电，或用不同的部件替换，例如，具有不同的强度、速度或重量的柔性驱动器。模块化部件还可以基于其特定的身体尺寸、重量和功能要求来为特定个体配置套装。例如，基础层可以选自一组尺寸或样式或是定制的，以提供由穿戴者所期望的特征。特征可以包括穿和脱特征、调整、凹穴或其它功能或美学特征。然后，该套装可被配置有适合于个人用户的模块化贴片。模块化贴片的可配置方面可以包括柔性驱动器的功率、强度、速度、重量和尺寸、电池容量、通信能力、用户界面特征或类似物。
图22A至图22C示出定位在人体的不同位置上的若干不同载荷分配构件的前视图、后视图和侧视图。图22A至图22C在描述载荷分配构件期间在本文将统称。载荷分配构件包括躯干载荷分配构件2210、骨盆载荷分配构件2230以及大腿载荷分配构件2050和2070。
躯干载荷分配构件2210可以包括不可伸展的构件2211至2213，其从身体背部上的脊柱区域开始并且在胸部的啄食/乳房区域上方和下方环绕身体。锚固点2216至2218可以经由附接构件(未示出)附接。构件2211至2213形成抓住线，其表示当受到加载事件(例如，脊柱伸肌辅助运动)时围绕躯干分配载荷的悬链曲线。尽管构件2211至2213是通常不可伸展的，但是构件2213可以包括位于胸骨/胸部骨头附近的拉伸部分2015。拉伸部分2015可以通过使隔膜在吸气期间能够拉伸拉伸部分2015而促进更容易的呼吸。拉伸部分2015可以被拉伸受限，使得在加载期间维持构件2013中的张力。构件2211至2213可以布置和定位成使得它们不环绕下肋和位于肚脐附近的高自然腰部之间的区域。肩带未在图22A至22C中示出，但应当理解的是，肩带可以附接到构件2211至2213中的一个或多个，以为躯干载荷分配构件2210提供额外的稳定性。
骨盆载荷分配构件2230在髋部周围分配载荷并且用作附接在构件2210，2250和2270中的任何一个或多个与构件2230之间的FLA的锚。构件2230可以包括卷绕在身体的骨盆/髋部区域上的构件2231至2233。构件2231至2233中的每个都可以采用悬链曲线以更好地将载荷分配在自然腰部下方(肚脐下方)和下部髋部上方。悬链曲线由构件2231至2233中的v形表示。构件2231至2233中的每个都可以包括v形，所述v形的点可以是锚固点。构件2231至2233中的每个都可以包括两个锚，其定位在身体的相对侧上。构件2231和2232的抓住线布置通过围绕主体彼此交叉而彼此抵消。例如，构件2231可以包括锚固点2231a(其定位成靠近左大腿)和2231b(其定位成靠近右髋部)，构件2232可以包括锚固点2232a(其定位成靠近右大腿)和2232b(其定位成靠近左髋部)。构件2233可以包括锚固点2233a(其定位成靠近右髋部)和2233b(其定位成靠近左髋部)。
大腿载荷分配构件2250和22270围绕它们各自的大腿分配载荷，并且用作用于附接在构件2210和构件2250和2270之间的FLA的锚。构件2250可以包括卷绕在左大腿上的构件2251至2253。构件2270可以包括卷绕在右大腿上的构件2271至2273。构件2251至2253和2271至2273中的每个都可以采用悬链曲线以更好地将载荷分配在它们各自的大腿周围。对于构件2251至2253和2271至2273中的每个而言，可以存在锚固点。
图25示出机械护甲2500的示例性框图，所述机械护甲2500被构造成接收根据本文描述的实施例的贴片组件2551至2554。机械护甲2500可以包括如本文所述的基础层和载荷分配构件。贴片组件2551至2554是自包含的、自供电的子系统，其在相应的贴片集成区域2501至2504处被可拆卸地耦合到机械护甲2500。即，当需要辅助运动时，贴片组件2551至2554可以在机械护甲2500上被固定在适当位置中，并且贴片组件2551至2554可以从机械护甲2500移除(例如，当需要清洗机械护甲2500时)。贴片集成区域2501至2504可以表示被配置为与贴片组件相连接的机械护甲的部分。例如，贴片集成区域2501至2504可以使用任何合适的附接机构，例如，紧固件、圈状物、带扣和夹子，以与贴片组件相连接。附接机构可以与机械护甲的载荷分配构件集成，以便当贴片组件的FLA被激活时，载荷分配构件提供对于实现肌肉辅助运动所需的支撑。贴片组件2551至2554可以使用标准化界面来附接到机械护甲2500的基础层，所述标准化界面包括线束元件，所述线束元件可以用拉链盖、卡扣或其它固定附件的装置来实现。标准化界面允许将不同尺寸的贴片插入到套装中，从而允许会想要在相同的基础层中使用不同尺寸的贴片的穿戴者进行模块化，或者用于初始评估和配合顾客。贴片集成区域2501至2504也可以是标准化的，以便可以容纳变化尺寸的贴片组件。
贴片组件2551至2554可以被具体地构造成仅配合在相应的贴片集成区域2501至2504中。例如，贴片组件2551可以是左腿髋屈肌贴片组件，其将仅与诸如贴片区域2501的往复左腿髋屈肌贴片集成区域配合。图25示出存在有N个贴片组件和N个贴片集成区域。因而，任何合适数量的贴片组件可以被可拆卸地耦合到相应的贴片集成区域。应当进一步理解，贴片组件与贴片集成区域之间的可拆卸耦合可以包括一个、两个或三个或更多个附接点。
在某些实施例中，贴片组件中的一个可以用作主贴片组件，而其余的贴片组件可以用作从贴片组件。主贴片组件可以包含用作机械护甲的主要神经中枢的核心或中央处理控制电子器件。主贴片组件可以向从贴片组件发送命令以执行运动辅助功能。从贴片组件可以将数据(例如，传感器数据，遥测数据，马达控制数据)发送到主贴片组件。
图26示出根据实施例的贴片组件2600的说明性框图。贴片组件2600可以表示贴片组件2551至2554和模块贴片2003、2004和2101中的任一个。贴片组件2600可以包括壳体2610、安装部件2620、电路板2630、控制电子器件2640、FLA 2650、电源2660、通信电路2670和其它电路(未示出)。壳体2610可以包含或附接到安装部件2620、电路板2630、控制电子器件2640、FLA 2650、电源2660、通信电路2670和其它电路(未示出)。安装部件2620可以负责将壳体或贴片组件在整体上耦合到机械护甲(例如，贴片集成区域)。安装部件2620可以包括任何合适的附接机构，例如，紧固件、圈状物、带扣和夹子。电路板2630可以是任何合适的电路板，例如，印刷电路板或柔性电路板。电路板2630可以提供用于控制电子器件2640的基板以驻留，并且还可以提供用于路由功率和数据信号量至其它部件的互连，所述其它部件例如是FLA 2650、电源2660和通信电路2670。控制电子器件2640可以包括用于控制贴片组件2600的操作的电子器件，包括例如FLA 2650、电源管理和通信电路2670的操作。FLA 2650已经贯穿本公开被讨论了，并且这里不需要更详细地讨论。电源2660可以包括会是可移除的一个或多个电池或电池组。通信电路2670可以包括用于与远程于贴片组件2600的源通信的有线和/或无线通信。例如，通信电路可以与用作主控制器的另一个贴片组件通信。作为具体示例，通信电路2670可以从远程源接收命令，所述命令指示控制电子器件2640激活FLA2650。作为另一个具体示例，由与贴片组件2600相关联的一个或多个传感器(未示出)获取的数据可以经由通信电路2670发送到远程源。
图27示出根据实施例的说明性多辅助运动贴片组件(MAMPA)2700。MAMPA 2700可以表示单个单元化贴片，其包括诸如贴片组件2551至2554的许多贴片组件的特征部并且被构造成被可拆卸地耦合到机械护甲的前侧和后侧。MAMPA 2700被设计为由用户围绕机械护甲覆盖(draped)，并且进一步由用户固定到机械护甲。例如，如图27中所示，MAMPA 2700可以在肩部上和在臀部和腿部周围覆盖，并且然后MAMPA 2700的各个部分可以被固定到载荷分配构件(未示出)。
MAMPA 2700可以包括柔性基板2710，其用作这样的基础，即，所述基础用于将各种部件保持在其上并且用于被可拆卸地耦合到存在于机械护甲的前侧和后侧上的多个承载构件。MAMPA 2700可以包括传感器2720、电池2730、FLA 2740、控制电子器件2750和其它电路。MAMPA还可以包括电力和通信网络，其被耦合到传感器2720、电池2730、FLA 2740和控制电子器件2750。控制电子器件能选择性地激活多个FLA以向机械护甲的用户提供肌肉运动辅助。例如，第一组FLA可以提供髋屈肌辅助运动，并且第二组FLA可以提供髋伸肌辅助运动，其中第一组FLA和第二组FLA是相互排斥的。另外，第三组FLA可以提供脊柱伸肌辅助运动。
图28示出当MAMPA 2700被固定到机械护甲时的MAMPA 2700的示意性后视图、侧视图和前视图。柔性基板2710已经被省略以促进各种部件的清晰，所述各种部件包括电力和通信网络2860的电缆布局。如图所示，电力和通信网络2860将传感器2720、电池2730、FLA2740、控制电子器件2750和其它电路互连。
图29示出根据各种实施例的机械护甲2900的基础层2910的说明性后视图、侧视图和前视图。基础层2910可以包括载荷分配构件2911至2915。载荷分配构件2911和2912是基于大腿的，载荷分配构件2913是基于腰部/臀部的，载荷分配构件2914是基于脊柱的，并且载荷分配构件2915是基于肩部的。
图30示出具有附接到其的根据各种实施例的贴片组件的机械护甲2900的示意性后视图、侧视图和前视图。贴片组件3010至3060每个都可以是自包含的单元，例如，图26的贴片组件2600，其可以被可拆卸耦合到适当的载荷分配构件。贴片组件3010可以被附接到LDM 2911和2913。贴片组件3020可以被附接到LDM 2912和2913。贴片组件3030可以被附接到LDM 2911和2913。贴片组件3040可以被附接到LDM 2912和2913。贴片组件3050可以被附接到LDM 2914和2915。
图31和图32示出根据实施例的女性机械护甲基础层3100的说明性前视图和后视图。未示出动力层和/或贴片组件。基础层3100可以包括许多不同的特征部，每个特征部都用于不同的目的和/或改善基础层配合的舒适性。基础层3100可以包括识别颈圈区域3102、LED 3104、触摸传感器3106和麦克风3108。基础层3100可以包括：可调整肩带3110，其允许肩带尺寸调整和配准；以及锚固带3112，其将肩带3110固定在适当位置中。基础层3100可以包括软模制部分3116，其用于乳房和钢圈3118以为部分3116提供支撑。基础层3100可以包括：拉伸限制面板3120，其限制所有方向上的拉伸；支撑带3122，其拉伸以适应身体的运动；网眼区3124，其拉伸和快速散热；以及相对高的拉伸区3128。基础层3100可以包括拉链3126，用于实现容易穿脱。基础层3100可以包括腰部/臀部载荷分配构件3130、大腿载荷分配构件3132和3134、背部载荷分配构件3136。基础层3100可以包括磁引导附接点3140，用于帮助一个或多个贴片组件的连接。
图33示出具有根据实施例的贴片组件和覆盖层的女性机械护甲基础层3100的示意性前视图和后视图。贴片组件3151至3154被耦合到基础层3100，并且覆盖层3160覆盖在贴片组件3151至3154和基础层3100的一部分上。
用于控制和应用机械护甲的方法
机械护甲可以由布置在机械护甲上或内的或与机械护甲无线或有线通信的电子控制器操作。电子控制器可以以各种方式配置以操作机械护甲并且能够实现机械护甲的功能。电子控制器可以访问和执行存储在机械护甲的元件中的或与机械护甲直接或间接通信的其它系统中的计算机可读程序。计算机可读程序可以描述用于操作机械护甲的方法，或者可以描述与机械护甲或机械护甲的穿戴者有关的其它操作。
图23示出示例机械护甲2300，其包括致动器2301、传感器2303、以及控制器，所述控制器被配置成操作机械护甲2300的元件(例如，2301，2303)以实现机械护甲2300的功能。控制器2305被配置成与用户界面2310无线地通信。用户界面2310被配置成向用户(例如，机械护甲2300的穿戴者)和向柔性机械护甲的控制器2305或向其它系统呈现信息。用户界面2310可以涉及控制和/或访问来自机械护甲2300的元件的信息。例如，由用户界面2310执行的应用可以访问来自传感器2303的数据，计算致动器2301的操作(例如，应用背屈拉伸)，并且将计算出的操作发送到机械护甲2300。用户界面2310还可以被配置成启用其它功能；例如，用户接口2310可以被配置成用作移动电话、便携式计算机、娱乐设备、或者根据其它应用操作。
用户界面2310可以被配置成可移除地安装到机械护甲2300(例如，通过带、磁铁、魔术贴、充电和/或数据线缆)。或者，用户界面2310可以被配置成机械护甲2300的一部分并且在正常操作期间不被移除。在某些示例中，用户界面可以被合并为机械护甲2300的一部分(例如，集成到机械护甲2300的套筒中的触摸屏)，并且可以用于控制和/或访问关于机械护甲2300的信息，除了使用用户界面2310控制和/或访问关于机械护甲2300的信息以外。在某些示例中，控制器2305或机械护甲2300的其它元件被配置成根据标准协议(例如，Bluetooth，ZigBee，WiFi，LTE或其它蜂窝标准，IRdA，以太网)实现无线或有线通信，使得当配置有互补通信元件和计算机可读程序以实现这种功能时，可以使各种系统和设备作为用户接口2310操作。
壳体2300可以如本文中的示例实施例中所描述的那样配置或者根据应用以其它方式配置。机械护甲2300可以被操作成实现各种应用。机械护甲2300可以被操作成通过检测穿戴者的动作(例如，使用传感器2303)并且通过响应地将扭矩和/或力施加到穿戴者的身体(例如，使用致动器2301)以增强穿戴者能够施加到他/她的身体和/或环境的力来增强穿戴者的力气。机械护甲2300可以被操作成训练穿戴者执行一些身体活动。例如，机械护甲2300可以被操作成使穿戴者能够进行康复治疗。机械护甲2300可以操作成放大由正治疗的穿戴者产生的动作和/或力，以使穿戴者能够成功地完成康复治疗的程序。
附加地或替代地，机械护甲2300可以被操作以禁止穿戴者的无序运动和/或使用致动器2301和/或其它元件(例如，触觉反馈元件)来向穿戴者指示待执行的动作或活动和/或不应执行或应终止的动作或活动。类似地，其它体育训练计划(例如，舞蹈，滑冰，其它体育活动，职业训练)可以通过机械护甲2300的操作来实现，以检测由穿戴者产生的动作、扭矩或力和/或施加力、扭矩或者对穿戴者的其它触觉反馈。预计到机械护甲2300和/或用户界面2310的其它应用。
另外地，用户接口2310可以与一个或多个通信网络2320通信。例如，用户接口2310可以包括WiFi无线电、LTE收发器或其它蜂窝通信设备、有线调制解调器或某些其它元件以使用户界面2310和机械护甲2300能够与互联网通信。用户界面2310可以通过通信网络2320与服务器2330通信。与服务器2330的通信可以实现用户界面2310和机械护甲2300的功能。在某些示例中，用户界面2310可以将遥测数据(例如，机械护甲2300的元件2301，2303的位置、配置，关于机械护甲2300的穿戴者的生理数据)上传到服务器2330。
在某些示例中，服务器2330可以被配置成控制和/或访问来自机械护甲2300的元件(例如，2301，2303)的信息以实现机械护甲2300的某些应用。例如，如果穿戴者受伤、失去知觉或者另外不能自己运动和/或操作机械护甲2300和用户界面2310来使他们自己摆脱危险的情况，则传感器2330可以操作机械护甲2300的元件以使穿戴者摆脱危险的情况。预料到服务器与机械护甲通信的其它应用。
用户界面2310可以被配置成与第二用户界面2345通信，所述第二用户界面2345与第二柔性机械护甲2340通信并且被配置成操作所述第二柔性机械护甲2340。这种通信可以是直接的(例如，使用无线电收发器或其它元件以通过用户界面2310和第二用户界面2345之间的直接无线或有线链接而发送和接收信息)。附加地或可替代地，用户接口2310和第二用户接口2345之间的通信可以通过一个或多个通信网络2320和/或服务器2330来促进，所述服务器2330被配置成通过一个或多个通信网络2320与用户接口2310和第二用户接口2345通信。
用户界面2310和第二用户界面2345之间的通信可以启用机械护甲2300和第二机械护甲2340的应用。在某些示例中，机械护甲2300和第二柔性机械护甲2340的活动和/或机械护甲2300和第二机械护甲2340的穿戴者的活动可以协调。例如，机械护甲2300和第二机械护甲2340可以操作成协调穿戴者对重物的提升。提升的定时以及由穿戴者和/或机械护甲2300和第二机械护甲2340中的每个提供的支持程度可以被控制以增大携带重物的稳定性，从而降低穿戴者受伤的风险，或者根据其它某些考虑。机械护甲2300和第二机械护甲2340的活动和/或其穿戴者的活动的协调可以包括将协调的(时间、幅度或其它属性)力和/或扭矩施加到穿戴者和/或穿戴者的环境的元素和/或将触觉反馈(通过机械护甲2300，2340的致动器，通过专用触觉反馈元件，或通过其它方法)施加到穿戴者以引导穿戴者以协调的方式行动。
机械护甲2300和第二机械护甲2340的协调操作可以以各种方式实现。在某些示例中，一个机械护甲(及其穿戴者)可以充当主人，向另一个机械护甲提供命令或其它信息，使得机械护甲2300和2340的操作被协调。例如，机械护甲2300，2340可以被操作成使穿戴者能够以协调的方式跳舞(或参与某些其它体育活动)。机械护甲之一可以充当“领导”，传递关于由“领导”穿戴者对另一个机械护甲执行的活动的时间或其它信息，使得协调的舞蹈动作能够由另一个穿戴者执行。在某些示例中，第一机械护甲的第一穿戴者可以充当由第二机械护甲的第二穿戴者可以学习执行的训练者、建模动作或其它身体活动。第一机械护甲可以检测由第一穿戴者执行的动作、扭矩、力或其它身体活动，并且可以将与检测到的活动有关的信息发送到第二机械护甲。然后，第二机械护甲可以将力、扭矩、触觉反馈或其它信息施加到第二穿戴者的身体，以使第二穿戴者能够学习由第一穿戴者建模的动作或其它身体活动。在某些示例中，服务器2330可以向机械护甲2300和2340发送命令或其它信息，以实现机械护甲2300和2340的协调操作。
机械护甲2300可以被操作以发送和/或记录关于穿戴者的动作、穿戴者的环境的信息或关于机械护甲2300的穿戴者的其它信息。在某些示例中，与穿戴者的动作和活动相关联的运动学可以被记录和/或发送到服务器2330。这些数据可以被收集以用于医疗、科学、娱乐、社交媒体或其它应用。数据可以用于操作系统。例如，机械护甲2300可以被配置成将由用户产生的运动、力和/或扭矩传递到机器人系统(例如，机器人臂、腿、躯干、人形体或某些其它机器人系统)，并且机器人系统可以被配置成模仿穿戴者的活动和/或将穿戴者的活动映射到机器人系统的元件的运动、力或扭矩中。在另一个示例中，数据可以用于操作穿戴者的虚拟化身，使得化身的动作被镜像或以某种方式与穿戴者的动作相关。虚拟化身可以在虚拟环境中被实例化，呈现给正与穿戴者通信的个人或系统，或者虚拟化身可以根据某些其它应用来配置和操作。
相反，机械护甲2300可以被操作以向穿戴者呈现触觉或其它数据。在某些示例中，致动器2301(例如，绞合弦致动器，外切筋(exotendon))和/或触觉反馈元件(例如，EPAM触觉元件)可以被操作成施加和/或调制施加到穿戴者的身体的力以向穿戴者指示机械或其它信息。例如，设置在机械护甲2300的一定位置中的机械护甲2300的触觉元件的一定模式中的激活可以指示穿戴者已经接收到呼叫、电子邮件或其它通信。在另一个示例中，机器人系统可以使用由穿戴者产生的动作、力和/或扭矩来操作并且由机械护甲2300传递到机器人系统。机器人系统的环境和操作的力、力矩和其它方面可以发送到机械护甲2300并且(使用致动器2301或其它触觉反馈元件)呈现给穿戴者以使穿戴者能够体验与机器人系统的穿戴者的操作有关的力反馈或其它触觉感觉。在另一个示例中，呈现给穿戴者的触觉数据可以由虚拟环境生成，例如，包含穿戴者的化身的环境，所述环境基于与由机械护甲2300正检测的穿戴者有关的动作或其它数据而被操作。
注意，图23中所示的机械护甲2300仅是可以通过本文描述的控制电子器件、软件或算法操作的机械护甲的一个示例。如本文所述的控制电子器件、软件或算法可以被配置成控制具有更多、更少或不同致动器、传感器或其它元件的柔性机械护甲或其它机电一体化和/或机器人系统。此外，如本文所述的控制电子器件、软件或算法可以被配置成控制与所示出的机械护甲2300类似地或不同地配置的机械护甲。此外，如本文所述的控制电子器件、软件或算法可以被配置成控制具有可重新配置的硬件的柔性机械护甲(即，能够具有添加的或移除的致动器、传感器或其它元件的机械护甲)和/或使用各种方法检测柔性机械护甲的当前硬件配置。
用于控制机械护甲的软件层级
由控制器执行的机械护甲的控制器和/或计算机可读程序可以被配置成提供柔性机械护甲的功能和/或部件的封装。即，控制器的某些元件(例如，子程序，驱动程序，服务，后台程序，功能)可以被配置成操作机械护甲的特定元件(例如，绞合弦致动器，触觉反馈元件)并且允许控制器的其它元件(例如，其它程序)操作特定元件和/或提供对特定元件的抽象访问(例如，转换命令以将致动器在命令方向上取向成足以使致动器在该命令方向上取向的一组命令)。该封装可以允许有为柔性机械护甲的各种应用开发的各种服务、驱动器、后台命令或其它计算机可读程序。此外，通过以通用的、可访问的方式(例如，通过指定和实施应用编程接口(API)或其它接口标准)提供柔性机械护甲的功能的封装，可以创建计算机可读程序以与通用的封装功能相连接，使得计算机可读程序可以为各种不同配置的机械护甲启用操作模式或功能，而不是用于单一类型或型号的柔性机械护甲。例如，虚拟化身通信程序可以通过访问标准机械护甲API来访问关于柔性机械护甲的穿戴者的姿势的信息。不同配置的机械护甲可以包括不同的传感器、致动器和其它元件，但是可以根据API以相同的格式提供姿势信息。柔性机械护甲或其它机器人、外骨骼、辅助、触觉或其它机电系统的其它功能和特征可以通过API或根据某些其它标准化的计算机访问和控制接口方案来封装。
图24是示出机械护甲2400的元件以及控制或操作机械护甲2400的层级的示意图。柔性机械护甲包括致动器2420和传感器2430，其被配置成分别将力和/或扭矩施加到机械护甲2400、机械护甲2400的穿戴者和/或穿戴者的环境并且检测其一个或多个属性。另外地，机械护甲2400包括控制器2410，其被配置成通过使用硬件接口电子器件2440来操作致动器2420和传感器2430。硬件电子器件接口2440包括被配置成将来自和去向控制器1510的信号与用于操作致动器1520和传感器1530的信号相连接。例如，致动器1520可以包括外切筋，并且硬件接口电子器件2440可以包括高压发生器、高压开关和高压电容计，以抓住和脱离外切筋并且报告外切筋的长度。硬件接口电子器件2440可以包括电压调节器，高压发生器，放大器，电流检测器，编码器，磁力计，开关，受控电流源，DAC，ADC，反馈控制器，无刷马达控制器或其它电子和机电元件。
另外地，控制器2410操作用户界面2450和通信接口2460，所述用户界面2450被配置成向机械护甲2400的用户和/或穿戴者呈现信息，所述通信接口2460被配置成促进信息在控制器2410与某些其它系统之间传输(例如，通过传送无线信号)。另外地或可替代地，用户界面2450可以是单独系统的一部分，该单独系统被配置成使用通信接口2460发送和接收来自/去向控制器2410的用户界面信息(例如，用户界面2450可以是手机的一部分)。
控制器2410被配置成执行描述柔性机械护甲2412的功能的计算机可读程序。在由控制器2410执行的计算机可读程序之中，应用程序2414a，2414b，2414c和校准服务2416是操作系统2412。操作系统2412管理控制器2410的硬件资源(例如，I/O端口，寄存器，定时器，中断器，外围设备，存储器管理单元，串行和/或并行通信单元)，并且通过扩展来管理机械护甲2400的硬件资源。操作系统2412是由控制器2410执行的唯一计算机可读程序，其已经直接访问硬件接口电子器件2440并且通过扩展已经直接访问机械护甲2400的致动器2420和传感器2430。
应用程序2414a，2414b，2414是描述机械护甲2400的某一功能、多个功能、操作模式或多个操作模式的计算机可读程序。例如，应用程序2414a可以描述用于传送关于穿戴者的姿势的信息以更新穿戴者的虚拟化身的过程，所述过程包括从操作系统2412访问关于穿戴者的姿势的信息、使用通信接口2460维持与远程系统的通信、格式化姿势信息、以及将姿势信息发送到远程系统。校准服务2416是计算机可读程序，其描述用于存储描述机械护甲2400的穿戴者、致动器2420和/或传感器2430的属性的参数的过程，以便当穿戴者正在使用机械护甲2400时，基于致动器2420和/或传感器2430的操作来更新那些参数，使参数可用于操作系统2412和/或应用程序2414a，2414b，2414c，以及与参数有关的其它功能。注意，应用程序2414a，2414b，2414和校准服务2416旨在作为计算机可读程序的示例，其可以由控制器2410的操作系统2412运行以启用机械护甲2400的功能或操作模式。
操作系统2412可以提供硬件(例如，2420，2430，2440)的低级控制和维护。在某些示例中，操作系统2412和/或硬件接口电子器件2440可以以恒定的指定速率从一个或多个传感器2430检测关于机械护甲2400、穿戴者和/或穿戴者的环境的信息。操作系统2412可以使用检测到的信息生成机械护甲2400或其部件的一个或多个状态或属性的估计。操作系统2412可以以与恒定的指定速率相同的速率或以较低的速率更新所生成的估计。可以使用滤波器以去除噪声、生成间接检测到的属性的估计或者根据某一其它应用来从检测到的信息生成所生成的估计。例如，操作系统2412可以使用卡尔曼滤波器以去除噪声和使用超过一个的传感器生成机械护甲2400、穿戴者和/或穿戴者的环境的单个直接或间接测量的属性的估计来从检测到的信息生成估计。在某些示例中，操作系统可以基于从多个时间点检测到的信息来确定关于穿戴者和/或机械护甲2400的信息。例如，操作系统2400可以确定外翻拉伸和背屈拉伸。
在某些示例中，操作系统2412和/或硬件接口电子器件2440可以操作和/或提供与致动器2420的操作有关的服务。即，在致动器2420的操作需要在一段时间内生成控制信号、关于致动器2420的一个或多个状态的知识或其它考虑因素的情况下，操作系统2412和/或硬件接口电子器件2440可以将操作致动器2420的简单命令(例如，使用致动器2420的绞合弦致动器(TSA)产生指定水平的力的命令)转换成至启用该简单命令所需的硬件接口电子器件2440和/或致动器2420的复杂和/或基于状态的命令(例如，基于由操作系统2410确定和存储的转子的起始位置、使用编码器检测到的马达的相对位置以及由使用测力传感器检测到的TSA产生的力，施加到TSA的马达的绕组的一系列电流)。
在某些示例中，操作系统2412还可以通过根据机械护甲2400的配置将系统级简单命令(例如，施加到足板的命令的力张紧水平)转换成用于多个致动器的命令来封装机械护甲2400的操作。这种封装可以实现通用应用程序的创建，其可以影响机械护甲的功能(例如，允许机械护甲的穿戴者拉伸他的足部)，而没有被配置成操作特定型号或类型的机械护甲(例如，通过被配置成生成简单的力产生型面，操作系统2412和硬件接口电子器件2440可以将所述简单的力产生型面转换成足以促使致动器2420将命令的力产生型面施加到足板的致动器命令)。
操作系统2412可以充当标准的多功能平台，以使得能够使用具有各种不同的硬件配置的各种机械护甲来实现各种机电、生物医学、人机界面、训练、康复通信和其它应用。操作系统2412可以使传感器2430、致动器2420或机械护甲2400的其它元件或功能可用于与机械护甲2400通信的远程系统(例如，使用通信接口2460)和/或各种应用程序、后台命令、服务或由操作系统2412执行的其它计算机可读程序。操作系统2412可以以标准方式(例如，通过API、通信协议或其它编程接口)使致动器、传感器或其它元件或功能可用，使得可以创建应用程序、后台命令、服务或其它计算机可读程序以被安装、被执行和被操作以启用具有各种不同配置的各种柔性机械护甲的功能或操作模式。通过操作系统2412可用的API、通信协议或其它编程接口可以封装、翻译或以其它方式摘要机械护甲2400的操作，以使得能够创建这种计算机可读程序，其能够操作以实现各种各样的不同配置的柔性机械护甲的功能。
另外地或可替代地，操作系统2412可以被配置成操作模块化柔性机械护甲系统(即，一种柔性机械护甲系统，其中可以从柔性机械护甲添加或减去致动器、传感器或其它元件，以实现柔性机械护甲的操作模式或功能)。在某些示例中，操作系统2412可以动态地确定机械护甲2400的硬件配置，并且可以相对于机械护甲2400的所确定的当前硬件配置来调整机械护甲2400的操作。该操作可以以对于计算机可读程序(例如，2414a，2414b，2414c)“不可见”的方式执行，所述计算机可读程序通过由操作系统2412呈现的标准化程序界面访问机械护甲2400的功能。例如，计算机可读程序可以通过标准化程序界面向操作系统2412指示待将指定水平的扭矩施加到机械护甲2400的穿戴者的足踝。操作系统2412可以基于机械护甲2400的确定的硬件配置响应地确定足以将指定水平的扭矩施加到穿戴者的足踝的致动器2420的操作模式。
在某些示例中，操作系统2412和/或硬件接口电子器件2440可以操作致动器2420，确保机械护甲2400不操作而不直接导致穿戴者受伤和/或机械护甲2400的元件受损。在某些示例中，这可以包括不操作致动器2420以向穿戴者的身体施加超过某一最大阈值的力和/或扭矩。这可以被实施为看门狗过程或某一其它计算机可读程序，其可以被配置(当由控制器2410执行时)以监测由致动器2420正施加的力(例如，通过监测发送到致动器2420的命令和/或监测使用传感器2430检测到的力或其它属性的测量值)，并且禁用和/或改变致动器2420的操作以防止穿戴者受伤。另外地或可替代地，硬件接口电子器件2440可以被配置成包括电路以防止过大的力和/或扭矩施加到穿戴者(例如，通过将被配置成测量由TSA产生的力的测力传感器的输出引导到比较器，并且通过配置比较器以当力超过指定水平时切断TSA的马达的电源)。
在某些示例中，操作致动器2420以确保不损坏自身的机械护甲2400可以包括看门狗过程或电路，其被配置成防止出现过电流、过载、过度旋转或其它会导致机械护甲2400的元件损坏的条件。例如，硬件接口电子器件2440可以包括金属氧化物变阻器、断路器、旁路二极管或被配置成限制施加到马达绕组的电压和/或电流的其它元件。
注意，如由操作系统2412启用的上述功能可以另外地或可替代地由应用程序2414a、2414b、2414c、服务、驱动程序、后台程序或由控制器2400执行的其它计算机可读程序实施。应用程序、驱动程序、服务、后台程序或其它计算机可读程序可以具有特定的安全权限或其它属性，以便于使用它们来启用上述功能。
操作系统2412可以封装硬件接口电子器件2440、致动器2420和传感器2430的功能，用于通过其它计算机可读程序(例如，应用程序2414a，2414b，2414c，校准服务2416)、通过用户(通过用户界面2450)和/或通过某一其它系统(即，被配置成通过通信接口2460来与控制器2410通信的系统)使用。机械护甲2400的功能的封装可以采用应用程序编程接口(API)的形式，即，在控制器2410上运行的应用程序可以用于访问机械护甲2400的元件的功能的函数调用和程序的集合。在某些示例中，操作系统2412可以向由控制器2410正执行的应用程序提供标准的‘机械护甲API’。‘机械护甲API’可以使应用程序2414a，2414b，2414c能够访问机械护甲2400的功能，无需那些应用程序2414a，2414b，2414c被配置成生成对于操作机械护甲2400的元件(例如，致动器2420，传感器2430)所需的无论什么复杂的、时间相关的信号。
‘机械护甲API’可以允许应用程序2414a，2414b，2414c向操作系统2412发送简单命令(例如，‘当穿戴者的足部接触地面时开始从穿戴者的足踝存储机械能’)，使得操作系统2412可以解释那些命令并且向硬件接口电子器件2440或机械护甲2400的其它元件产生命令信号，所述命令信号足以实现由应用程序2414a，2414b，2414c生成的简单命令(例如，基于由传感器2430检测到的信息确定穿戴者的足部是否已经接触地面，响应地对横过用户的足踝的外切筋施加高电压)。
‘机械护甲API’可以是产业标准(例如，ISO标准)、专利标准、开源标准或其它方式可供个人使用，其继而可以产生用于机械护甲的应用程序。‘机械护甲API’可以允许创建应用程序、驱动程序、服务、后台程序或其它计算机可读程序，这些程序能够通过被配置成与由各种不同类型和配置的机械护甲实施的标准‘机械护甲API’相连接来操作各种不同类型和配置的机械护甲。另外地或可替代地，‘机械护甲API’可以提供个人特定机械护甲的致动器的标准封装(即，将力施加到特定本体段的致动器，其中不同配置的机械护甲可以不包括将力施加到相同的特定本体段的致动器)，并且可以提供标准接口，用于访问关于由机械护甲提供‘机械护甲API’的无论什么配置的信息。访问“机械护甲API”的应用程序或其它程序可以访问关于机械护甲的配置(例如，由致动器生成的本体部段之间的位置和力、致动器的规格、传感器的位置和规格)的数据，并且可以基于由应用程序生成的机械护甲的模型并且基于关于机械护甲的配置的所访问数据的信息来生成用于各个致动器的简单命令(例如，在50毫秒内产生30牛顿的力)。根据应用，可以通过‘机械护甲API’来封装额外的或可替代的功能。
应用程序2414a，2414b，2414c可以单独地启用本文描述的柔性机械护甲的功能和操作模式中的部分或全部。例如，应用程序可以通过传送姿势、力、扭矩和关于机械护甲2400的穿戴者的活动的其它信息并且通过将从机器人系统接收的力和扭矩转换成施加到穿戴者的触觉反馈(即，通过致动器2420和/或触觉反馈元件施加到穿戴者身体的力和扭矩)来实现对机器人系统的触觉控制。在另一个示例中，应用程序可以通过向操作系统2412提交命令和从操作系统2412接收数据(例如，通过API)而使穿戴者能够更高效地行动，使得机械护甲2400的致动器2420辅助用户的运动，从穿戴者的行动阶段提取消极动作，并且将所存储的动作注入穿戴者的行动的其它阶段，或者其它操作机械护甲2400的方法。应用程序可以被安装在控制器2410上和/或安装在通过各种方法被包括在控制器2410上的计算机可读存储介质上。可以从可移除的计算机可读存储介质或从通过通信接口2460与控制器2410通信的系统安装应用程序。在某些示例中，可以从互联网上的网站、编译或未编译的程序的存储库或在线商店(例如，Google Play，iTunes App Store)或其它来源安装应用程序。此外，应用程序的功能可以取决于正与远程系统连续或周期性通信的控制器2410(例如，接收更新，验证应用程序，提供关于当前环境条件的信息)。
在图24中示出的机械护甲2400旨在作为说明性示例。预料到柔性机械护甲的其它配置和操作系统、内核、应用程序、驱动程序、服务、后台程序或其它计算机可读程序的其它配置。例如，被配置成操作机械护甲的操作系统可以包括实时操作系统部件，其被配置成生成用于操作机械护甲的元件的低级命令和非实时部件以启用较少时间敏感的功能，如同在用户界面上的时钟，更新存储在机械护甲中的计算机可读程序或其它功能。机械护甲可以包括多于一个的控制器；此外，这些控制器中的某些可以被配置成执行实时应用程序、操作系统、驱动程序或其它计算机可读程序(例如，那些控制器被配置成具有非常短的中断服务例程、非常快速的线程切换或与延迟敏感计算相关的其它属性和功能)，而其它控制器被配置成启用柔性机械护甲的较低时间敏感度功能。预料到机械护甲的额外的配置和操作模式。此外，如本文所述配置的控制系统可以另外地或可替代地被配置成使得能够操作除机械护甲之外的装置和系统；例如，如本文所述的控制系统可以被配置成操作机器人、刚性机械护甲或外骨骼、辅助装置、假肢或其它机电装置。
机械护甲的机械操作的控制器
可以根据各种控制方案以各种方式实施机械护甲的致动器的控制。通常，一个或多个硬件和/或软件控制器可以从设置在机械护甲和/或与机械护甲通信的远程系统上或内的传感器接收关于柔性机械护甲的状态、机械护甲的穿戴者和/或机械护甲的环境的信息。然后，一个或多个硬件和/或软件控制器可以生成控制输出，所述控制输出可以由机械护甲的致动器执行以实现机械护甲的命令状态和/或启用某些其它应用。一个或多个软件控制器可以被实施为操作系统、内核、驱动程序、应用程序、服务、后台程序或由包括在机械护甲中的处理器执行的其它计算机可读程序的一部分。
可替代的应用和实施例
上述机械护甲实施例总体上涉及一种足踝拉伸机械护甲，其典型地通过执行为DMD患者所规定的拉伸来改善足踝柔韧性。然而，可以容易地理解，用于机械护甲的应用不限于用于DMD患者的踝关节拉伸。在一个可替代的实施例中，可以在损伤康复期间使用机械护甲代替连续被动动作(CPM)机器。上述系统可以用于恢复踝关节的ROM，例如，就手术或关节炎而言。另外地，足踝ROM机械护甲可以包括与腓肠肌接近的FLA以诱发足踝的跖屈。虽然CPM机器简单地循环通过预设ROM，但是机械护甲可以自适应地适应关节ROM中的变化。足踝的ROM可以通过传感器和控件层例如经由一个或多个测角器或力传感器感测，使得机械护甲应用随时间逐渐增大ROM的方案。
机械护甲也可以针对其它关节和肌肉群进行优化。例如，机械护甲可以适于使前臂和腕部俯身或仰转，以便在挛缩的情况下增大关节或肌肉的旋转动作范围。适于弯曲和延伸膝盖的机械护甲可以用作CPM机器的可替代物，以便在手术后增大膝关节的动作范围，例如，前交叉韧带(ACL)重建或全关节置换。
在某些实施例中，主要用于辅助功能的动力辅助机械护甲也可以适于执行机械护甲功能。这种辅助机械护甲的实施例典型地包括接近于肌肉群的FLA，例如，髋屈肌、臀肌/髋伸肌、脊柱伸肌或腹肌。在这些机械护甲的辅助模式中，这些FLA为诸如站立位置和坐下位置之间的运动、步行和姿势稳定性之类的活动提供辅助。在这样的机械护甲系统内的特定FLA的致动也可以提供拉伸辅助。典型地，接近于肌肉群的一个或多个FLA的激活可以拉伸拮抗肌。例如，接近于腹部肌肉接近的一个或多个FLA的激活可能拉伸脊柱伸肌，或接近于臀部/臀部伸肌的一个或多个FLA的激活可以拉伸髋屈肌。机械护甲可以适于检测何时穿戴者准备发起拉伸和执行自动拉伸方案；或者何时穿戴者可以向套装指示发起拉伸方案。
应用
可以理解，辅助机械护甲可以具有多种应用。可以为医疗应用规定辅助机械护甲。这些可以包括治疗应用，例如，辅助用于康复、疾病缓解或其它治疗目的的锻炼或拉伸方案。诸如轮椅、助行器、拐杖和踏板车之类的机动性辅助设备经常规定用于行动不便的个人。同样，辅助机械护甲可以规定以用于为行动不便的患者提供提供机动性辅助。与诸如轮椅、助行器、拐杖和踏板车之类的机动性辅助设备相比，辅助机械护甲会不那么笨重，视觉上更具吸引力，并且符合日常生活活动，例如，骑车、参加社区或社交活动、使用厕所和普通的家庭活动。
另外地，辅助机械护甲可以用作主要服装、时尚用品或附件。机械护甲可以针对期望的视觉外观进行风格化。程式化的设计可以增强由机械护甲意图提供的辅助的视觉感知。例如，意图辅助躯干和上身活动的辅助机械护甲可以呈现肌肉躯干和上身的视觉外观。或者，程式化的设计可以意图通过基础层的设计、电/机械集成或其它设计因素来掩盖或伪装辅助机械护甲的功能。
与意图用于医疗规定的机动性辅助的辅助机械护甲类似，可以开发辅助机械护甲并且将其用于非医疗的机动性辅助、性能增强和支持。对于许多人来说，独立的老龄化与更高的生活质量有关，但是由于正常的衰老过程，活动会变得更加有限。辅助机械护甲可以使老年人能够独立生活，从而有选择地提高他们的能力和活动。例如，步态或步行辅助可以使个人能够维持诸如社交步行或高尔夫之类的日常。姿势辅助可以使社交场合更舒适，减少疲劳。对在坐下位置和站立位置之间的过渡的辅助可以减轻疲劳、增强信心并且降低跌倒风险。这些类型的辅助虽然没有明确的医疗性质，但是可以在老龄化过程中实现更充实、独立的生活。
还设想到用于辅助机械护甲的竞技应用。在一个示例中，机械护甲可以被优化以辅助特定的活动，例如，骑自行车。在骑行示例中，接近于髋部或髋伸肌的FLA可以被成一体到自行车服装中，从而提供蹬踏辅助。辅助可以基于地形、穿戴者的疲劳程度或力量或其它因素来改变。所提供的辅助可以在受伤或老化的情况下提高性能、避免伤害或维持性能。可以理解，辅助机械护甲可以被优化以辅助其它运动类的需求，例如，跑步、跳跃、游泳、滑雪或其它活动。竞技辅助机械护甲也可以针对特定运动或活动中的训练优化。辅助机械护甲可以以适当的形式或技术引导穿戴者，例如，高尔夫挥杆、跑步、滑雪形式、游泳动作或其它运动或活动的组分。辅助机械护甲也会提供用于力量或耐力训练的阻力。所提供的阻力可以是根据方案，例如，高强度间隔。
如上所述的辅助机械护甲系统也可以用在游戏应用中。由套装检测到的穿戴者的动作可以被合并为游戏控制器系统。例如，该套装可以感测穿戴者的动作，其模拟跑步、跳跃、投掷、跳舞、战斗或适合于特定游戏的其它动作。该套装可以向穿戴者提供触觉反馈，包括对所执行的动作的阻力或辅助或对穿戴者的其它触觉反馈。
如上所述的辅助机械护甲可以用于军事或第一响应者应用。军事和急救人员经常被要求从事安全甚至生命可能受到威胁的艰苦工作。辅助机械护甲可以提供如对于这些职业所需的额外强度或耐力。辅助机械护甲可以连接到一个或多个通信网络以为穿戴者提供通信服务，以及套装或穿戴者的远程监测。
如上所述的辅助机械护甲可以用于工业或职业安全应用。机械护甲可以为诸如提升或携带的特定物理任务或诸如装配线工作的重复任务提供更多的力量或耐力。通过提供身体辅助，辅助机械护甲也可以帮助避免或防止由于过度劳累或重复性压力造成的职业伤害。
如上所述的辅助机械护甲也可以被配置成家居饰品。家居饰品辅助辅助机械护甲可以协助家庭工作，例如清洁或庭院工作，或者可以用于娱乐或锻炼目的。辅助外设的通信能力可以连接到家庭网络以用于通信、娱乐或安全监测目的。
应当理解，所公开的主旨不限于其应用于构造的细节和在以下描述中阐述的或在附图中示出的部件的布置。所公开的主旨能够具有其它实施例并且能够以各种方式实践和实施。而且，应当理解，这里采用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应当被认为是限制性的。
这样，本领域的技术人员将理解，本公开所基于的概念可以容易地用作用于设计用于实施所公开的主旨的若干目的的其它结构、系统、方法和媒质的基础。
尽管已经在前述示例性实施例中描述和示出所公开的主旨，但是应当理解，本公开已经仅仅是通过示例的方式进行，并且可以在没有脱离所公开的主旨的精神和范围的情况下在所公开的主旨的实施方案的细节中进行许多改变。

Claims (16)

1.一种用于与机械护甲一起使用的贴片组件，其包括：
壳体，所述壳体在相应的贴片集成区域处被可拆卸地耦合到机械护甲，其中，所述贴片集成区域是标准化的，以便能够容纳变化尺寸的贴片组件，所述壳体包括：
安装部件，所述安装部件用于将所述壳体固定到相应的贴片集成区域；
至少一个柔性线性致动器，其中，所述至少一个柔性线性致动器包括马达和绞合弦，其中，所述绞合弦的第一端部被耦合到与所述马达相关联的能旋转构件，并且所述绞合弦的第二端部被耦合到锚固点；
至少一个电池；和
控制电子器件，所述控制电子器件被耦合到所述至少一个柔性线性致动器和所述至少一个电池并且被配置为选择性地激活所述至少一个柔性线性致动器以向所述机械护甲的用户提供肌肉运动辅助，
其中，当所述壳体从所述机械护甲移除或附接至所述机械护甲时，所述贴片组件作为模块化贴片从所述机械护甲上移除或附接至所述机械护甲。
2.根据权利要求1所述的贴片组件，所述壳体还包括：
电路板，所述电路板被电耦合到所述至少一个柔性线性致动器、所述至少一个电池和所述控制电子器件。
3.根据权利要求2所述的贴片组件，其中，所述贴片组件是自包含的系统，所述自包含的系统向所述至少一个柔性线性致动器供以动力并且对所述至少一个柔性线性致动器进行驱动控制。
4.根据权利要求3所述的贴片组件，所述壳体还包括：
通信电路，所述通信电路被电耦合到所述电路板，其中，所述通信电路能从远程于所述贴片组件的源接收指令，并且其中，所述控制电子器件能基于所接收的指令选择性地激活所述至少一个柔性线性致动器。
5.根据权利要求4所述的贴片组件，所述壳体还包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被电耦合到所述电路板，其中，由所述至少一个传感器获得的数据经由所述通信电路发送到所述源。
6.根据权利要求1所述的贴片组件，其中，所述至少一个电池能从所述壳体移除。
7.根据权利要求1所述的贴片组件，其中，所述至少一个柔性线性致动器能提供髋屈肌辅助运动、髋伸肌辅助运动和脊柱伸肌运动中的一者。
8.一种机械护甲，其包括：
基础层，所述基础层包括多个载荷分配构件；和
多个贴片组件，所述多个贴片组件经由所述多个载荷分配构件可拆卸地耦合到所述基础层，其中，所述多个贴片组件中的每一个都包括：
壳体，所述壳体包括：
安装部件，所述安装部件用于将所述壳体固定到所述基础层；
至少一个柔性线性致动器，其中，所述至少一个柔性线性致动器包括马达和绞合弦，其中，所述绞合弦的第一端部被耦合到与所述马达相关联的能旋转构件，并且所述绞合弦的第二端部被耦合到锚固点；
至少一个电池；和
控制电子器件，所述控制电子器件被耦合到所述至少一个柔性线性致动器和所述至少一个电池并且被配置为选择性地激活所述至少一个柔性线性致动器以向所述机械护甲的用户提供肌肉运动辅助，
其中，当所述多个贴片组件中的每一个从所述机械护甲移除或附接至所述机械护甲时，所述贴片组件作为模块化贴片从所述机械护甲上移除或附接至所述机械护甲。
9.根据权利要求8所述的机械护甲，其中，所述多个贴片组件中的每一个还都包括用于发送和接收数据的通信电路。
10.根据权利要求9所述的机械护甲，其中，所述多个贴片组件包括第一贴片组件、第二贴片组件和第三贴片组件，并且其中，所述第一贴片组件中的控制电子器件用作主控制器，并且其中，所述第二贴片组件和所述第三贴片组件中的控制电子器件用作从控制器，并且其中，所述主控制器经由所述通信电路与所述从控制器通信。
11.根据权利要求10所述的机械护甲，其中，所述第一贴片组件、所述第二贴片组件和所述第三贴片组件中的每一个都是自包含的系统，所述自包含的系统向所述至少一个柔性线性致动器供以动力并且对所述至少一个柔性线性致动器进行驱动控制。
12.根据权利要求11所述的机械护甲，其中，所述从控制器基于从所述主控制器接收的指令对所述至少一个柔性线性致动器进行驱动控制。
13.根据权利要求10所述的机械护甲，其中，所述第二贴片组件和所述第三贴片组件中的每个还都包括至少一个传感器，所述传感器经由所述通信电路向所述主控制器提供数据。
14.根据权利要求10所述的机械护甲，其中，所述第一贴片组件的所述至少一个柔性线性致动器能提供脊柱伸肌运动，其中，所述第二贴片组件的所述至少一个柔性线性致动器能提供髋屈肌辅助运动和髋伸肌辅助运动脊柱伸肌运动之一，其中，所述第三贴片组件的所述至少一个柔性线性致动器能提供髋屈肌辅助运动和髋伸肌辅助运动之一。
15.一种多辅助运动贴片组件，其包括：
柔性基板，所述柔性基板被构造成可拆卸地耦合到存在于机械护甲的前侧和后侧上的多个承载构件；
多个传感器，所述多个传感器被固定到所述柔性基板；
多个电池，所述多个电池被固定到所述柔性基板；
多个柔性线性致动器，所述多个柔性线性致动器被固定到所述柔性基板；
控制电子器件，所述控制电子器件被固定到所述柔性基板；以及
电力和通信网络，所述电力和通信网络被耦合到所述多个传感器、所述多个电池、所述多个柔性线性致动器和所述控制电子器件，其中，所述控制电子器件能选择性地激活所述多个柔性线性致动器以向所述机械护甲的用户提供肌肉运动辅助，其中，所述柔性基板是单个单元化贴片并且被设计成由所述用户围绕所述机械护甲覆盖并且进一步由所述用户固定到所述机械护甲，其中，当所述单个单元化贴片从所述机械护甲移除或附接至所述机械护甲时，所述单个单元化贴片作为模块化贴片从所述机械护甲移除或附接至所述机械护甲。
16.根据权利要求15所述的多辅助运动贴片组件，其中，所述多个柔性线性致动器包括提供髋屈肌辅助运动的第一组柔性线性致动器和提供髋伸肌辅助运动的第二组柔性线性致动器，其中，所述第一组柔性线性致动器和所述第二组柔性线性致动器是相互排斥的。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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